淺談深覆蓋層上高碾壓式均質土壩筑壩關鍵技術

□楊 晨（新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局）

1.工程概況

北疆供水工程尾部調節水庫是由四面筑壩而成的典型平原水庫，總庫容2.81億m3，水面面積24.25km2。水庫主要由均質土壩和放水涵洞組成，均質土壩全長17.676km，最大壩高28 m，放水涵洞為雙孔城門洞型鋼筋混凝土結構，以壩下埋涵的形式布置在高壩段上。

圖1 大壩標準斷面圖

2.工程特點

建設規模大，最大壩高高，壩線長；大壩坐落在粉質壤土深厚覆蓋層上，東、西副壩壩基存在厚達數米的高含水軟弱夾層。放水涵洞以壩下埋涵的形式貫穿主壩壩體。

3.關鍵技術總結

3.1 防滲體填筑

3.1.1 設計指標

壓實度D≥0.98,填筑含水率控制在最優含水率附近，其上下限偏離最優含水率不超過-1.5%～+2%。滲透系數滿足k

3.1.2 土料特性

土料的級配組成以粉粒含量居多，粘粒含量13%～30%之間，屬于細粒土，分類代號為CL或ML。土料具有對含水量敏感，在含水量上限擊實容易出現“彈簧”現象的特點。土料擊實最優含水率13.9%，最大干密度1.79g/㎝3。

3.1.3 碾壓工藝

碾壓試驗發現土料含水量在接近或超過最優含水量上限時碾壓，土體出現大面積的“彈簧土”和“剪切光面”現象，這與擊實結果吻合。當前筑壩要求土料施工含水量宜略高于最優含水量，在濕側碾壓可以增加土體塑性和適應不均勻沉降的能力。但《碾壓式土石壩設計規范》SL274—2001規定“土料在含水量上限進行填筑時必須滿足壓實過程中不產生剪切破壞”，經過實驗確定土料“干側范圍”碾壓，含水量宜控制在12%～13.9%，鋪土厚度30cm、碾壓遍數6～8遍。所謂“偏干側”碾壓只是相對而言，含水量并沒超出施工含水量和設計指標的下限范圍。

3.1.4 檢測方法

由于土的壓實性總是存在或大或小的變化，初期施工單位采用DL/T5129－2001規范列入的“三點擊實法”檢測。但由于作業面大，氣候干燥，采用“三點擊實法”時間較長，影響工程進度，壩面難以保墑，特別是試驗過程中含水量損失導致試驗結果不精確。因此根據土料差異小、擊實結果接近的特點，采用分區控制最大干密度代替“三點擊實法”。分區控制最大干密度法是將制備好的土料分成幾大塊區域，上壩前對每塊區域不同部位的土料進行標準擊實，根據結果，選擇幾個最大的干密度值的平均值作為該區土料填筑的壓實標準。采用分區控制最大干密度法使質量控制管理更加細化、土料制備、上壩、碾壓均“對號入座”，檢測數據真實，保證了工程質量和進度。

3.1.5 質量評價

大壩填筑防滲土料1700萬m3，試驗檢測6.7組，全部滿足設計要求。壓實度合格率100%，施工含水率12%～13.9%范圍內的試樣占總取樣數的85%。滲透取樣平均值4.9×10-5cm/s；施工取樣和二檢探坑取樣，均未發現剪切破壞現象。

4.截水槽“軟基”施工

4.1 存在問題

大壩基礎采用截水槽防滲，截水槽設置在壩軸線上游（見圖1），底寬3m,邊坡1:1.5，截水槽采用與壩體相同土料填筑，壓實度D≥0.98，滲透系數滿足k

4.2 施工工藝

現場施工和碾壓試驗表明由于軟弱帶承載力低、含水高，截水槽底部3～4層防滲體壓實度達不到0.98。根據試驗成果，優化設計確定工藝是：快挖快填，分段施工，盡量減少對地基的擾動。采用“過渡法”填筑，過渡層厚度80～120cm。過渡層以滲透系數作為控制指標，由于基礎含水高，填筑土料含水率要略低于施工含水率，宜在10%左右。過渡層施工雖然壓實度不作為主要指標，但要求底部第一層干容重大于基礎原狀土天然容重，第二層的壓實度應達到0.85以上，第一層鋪土厚度50～70cm，第二層鋪土厚度40cm，1m左右達到原設計標準。

4.3 質量評價

采用過渡法處理高含水“軟基”施工，具有簡單易行、投資少，進度快的優點。東、西壩段軟基部位填筑壓實度、滲透系數全部滿足設計要求。水庫已蓄水2.0億m3,從觀測資料來看，東、西壩段沉降已趨于穩定，變形符合規律，壩體性態正常。

5.涵洞基礎換填

5.1 換填目的

放水涵洞布置在中壩段上，基礎為粉質壤土，容許承載力小于上部荷載，運行后可能會產生不均勻沉降，影響工程安全。按照提高承載力，滿足防滲的要求確定礫質土換填方案。閘井段換填深度10m，洞身段換填深度11m，換填方量20.4萬m3。

5.2 設計指標

最大粒徑150mm，P5含量<50%，<0.075mm粒徑含量≥15%；壓實度D≥0.99，填筑含水量在最優含水量-1%～+3%范圍內；滲透系數

5.3 施工工藝

甘泉堡料礫質土為粉土質礫，級配良好，具體指標見表1。

表1 土料物理力學性質表

5.3.1 土料制備

料場礫質土和砂壤土互層，為保證級配連續，采用立面垂直混合開采。天然礫質土含水量低于最優含水量，需要制備。制備時分層灑水、層厚30～40cm，加水量根據檢測決定。制備中發現含水量及土料級配有不均勻和不連續的現象，及時翻拌處理。

5.3.2 施工參數

碾壓試驗確定鋪土厚度45cm，施工含水量6%～9%，碾壓遍數8～10遍，碾壓機具為16T凸塊碾。試驗前應對料場充分調查，掌握土料性質，選擇代表性土樣進行試驗。試驗中重點觀察土料壓實后的結構狀態，有無剪切、架空現象，為指導施工工藝提供依據。

5.3.3 施工工藝

基面灑水—鋪料—碾壓—取樣—灑水—刨毛—合格后填筑下一層。

5.3.4 質量檢測方法

礫質土由于土料礫石含量和級配的不同，與細粒土存在一定差異，最大干密度主要與礫石含量有關。當礫石P5含量在40%～50%，干容重隨礫石含量增加而增加，在這一礫石范圍內，粘性土也可達到最大干容重。根據這一特征，對不同礫石含量的全料進行擊實，確定土料最大干密度與P5含量的關系曲線。現場用灌砂法（灌水法）求出填筑干密度和礫石P5含量后，對應關系曲線即可換算出壓實度。實踐證明該檢測方法具有時間短，真實準確的優點。

5.4 質量評價

質檢取樣659組，合格率100%，含水量控制范圍6%～7.8%，P5含量控制范圍37.5%～50%，<0.075mm含量控制范圍17.5%～25%，滲透系數控制范圍2.25×10-5～6.69×10-5。

6.結語

在特殊地質條件下筑壩，一定要在充分掌握筑壩土料特性的前提下，結合工程特點、施工條件、人員素質、地區環境等因素，經過試驗論證，確定科學的施工工藝，掌握準確的檢測方法才能有效保證工程的質量和進度。