土石壩的先砂后土與先土后砂填筑法淺析

摘 要:本文通過在尼爾基右副壩施工中對“先砂后土”與“先土后砂”兩種施工方法的實際應用和比較分析，進一步闡述了“先砂后土”填筑法對施工更為有利這一觀點。

關鍵詞:土壩 粘土心墻 填筑 方法

中圖分類號:TU713文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)08(a)-0123-011 引言

土石壩施工中，對于心墻與相鄰反濾料及壩殼料的填筑有“先砂后土”與“先土后砂”兩種施工方法。“先砂后土”法即在土石壩施工中先填筑粘土心墻兩側的反濾料及壩殼料(填筑層數通常為一層)，填筑后在心墻部位圍成砂槽，然后向砂槽內分層填筑粘土(通常填筑層數為兩層)，如此循環進行。“先土后砂”法則是在施工中先填筑心墻粘土(填筑層數通常為兩層)，然后在粘土心墻兩側填筑反濾料及壩殼料。

盡管在DL/T5129-2001《碾壓式土石壩施工規范》10.2.7中提出粘土心墻壩填筑時宜采用“先砂后土”的方法，但這并不能說“先土后砂”的施工方法禁止采用。事實上，兩種施工方法都是可行的，在施工中選擇哪種方法，要根據工程的實際情況和施工方自身的條件加以確定。

2 土石壩粘土心墻結合部處理方法

結合工程實際情況，我們在尼爾基右副壩施工中先后采用了“先砂后土”和“先土后砂”兩種施工方法進行土石壩填筑。為確保工程質量，在填筑前我們對兩種施工方法進行了認真的分析研究，并將心墻與相鄰反濾料及壩殼料的結合部處理作為工程質量控制的關鍵點。

通過壩體填筑前碾壓試驗確定的施工參數:粘土的虛鋪厚度是30cm，反濾料與砂礫料的虛鋪厚度是50cm。在結合部的處理上兩種方法有一個共同點，即兩層粘土(第一層碾壓，第二層虛鋪，兩層厚度約55cm左右)與一層反濾料或砂礫料(厚度為50cm)填筑完后的高度大致相同，填筑后基本形成平面，振動碾在接縫處的平面上進行騎縫碾壓比較便于操作。下面就以兩層粘土與一層砂礫料或反濾料為例來對兩種施工方法的結合部處理效果作一下比較。

采用“先土后砂”法施工時存在的主要問題就是在對第一層粘土進行碾壓時，心墻兩側邊線約有20～30cm左右的寬度碾壓不到位。主要原因有以下兩種情況:一是通常我們采用的CA25凸塊振動碾碾壓作業時的允許傾斜角度為15°，如填筑完一層粘土后，沿軸線方向對該部位進行斜坡碾壓，其傾斜角度經計算為16.31°(見碾壓示意圖)，大于振動碾允許的安全作業傾斜角度，因而振動碾不能進行正常作業，而需與心墻邊線保持一定的碾壓距離。二是在兩層粘土和相鄰砂礫料及反濾料填完后，第一層粘土又由于上面有反濾料或砂礫料的覆蓋，在騎縫碾壓時因鋪料過厚而不易壓實。

為確保粘土心墻邊線部位的壓實質量，我們在實際施工中采取了以下兩種處理措施:第一種處理措施是對凸塊振動碾不到的邊線部位，采用小型夯機夯實與人工夯實相結合的處理方法，但此種方法費時費力，影響施工進度;第二種處理措施是在兩層粘土填完后，且兩側的砂礫料或反濾料未填筑前，先用推土機推除第一層粘土心墻兩側未碾壓實的虛土，并將其均勻地攤鋪在心墻外側，然后對攤鋪的虛土部位進行碾壓。這種處理措施雖然保證了第一層心墻邊線部位的壓實，并提高了工作效率，但卻不能使第一層心墻與相鄰砂礫料或反濾料的接縫以斜坡的形式相銜接，減少了心墻與相鄰壩體材料的接觸面積，且推土機在進行推除心墻邊線虛土作業時，如控制不當，將有可能造成心墻斷面縮窄。

相比之下，“先砂后土”的施工方法就不存在第一層粘土邊線部位碾壓不實的問題。因為先填砂礫料或反濾料后，可以在未填粘土前的心墻部位形成一個上寬下窄的砂槽，在填完第一層粘土后，即可用CA25凸塊振動碾緊貼砂槽內壁對粘土的邊線部位進行騎縫碾壓。這樣不但可以保證第一層粘土心墻邊線部位的壓實質量，而且粘土與相鄰反濾料及砂礫料的接縫是以斜坡形式相銜接，從而增大了不同筑壩材料的接觸面積，確保了結合部的結合質量。

3 縫面暴露時間

采用“先土后砂”法還存在一個問題:粘土心墻的結構斷面較窄、相應工程量較小，可以在較短的時間填筑碾壓完成，相對于壩體其它填筑材料施工用時最短。當一層粘土心墻(以100m為一個填筑單元)填筑完成后，即開始進行砂礫料或反濾料等壩體材料的填筑，因其工程量較粘土心墻大很多，故填筑一層(以100m為一個填筑單元)的時間歷時較長(約1～2天)，此時已填筑完的心墻墻體表面暴露在大氣中，很容易因大風或強日曬而造成風干龜裂或成硬化結塊。后續作業再進行上層心墻填筑時，即使對心墻表面采取灑水處理措施，也不能確保已風干的土體全部潤濕，從而影響了心墻上下層的結合。

若在施工時遭遇較大強度降雨，導致心墻側面土體被雨水淋濕，因土體含水量大還需進行翻曬處理，將會增大施工難度，并對施工進度造成影響。

而采用“先砂后土”法就就能有效解決這一問題。與粘土相比，諸如風吹、日曬、雨淋等氣候條件對砂礫料的影響不大。按照施工程序，填筑完砂礫料后進行粘土填筑，之前已經提到因心墻填筑歷時相對較短，可以實現快速填筑，減少受天氣影響施工質量的機率，并有利于確保填筑質量和提高施工效率。

4 “先砂后土”填筑法的注意事項

采用“先砂后土”填筑方法，在兩側反濾料及壩殼料填筑完后而心墻未填筑前會形成“砂槽”，如遇大風天氣或行人、機械在作業面上往返走動或作業等原因影響，易將砂礫攜帶到“砂槽”內的粘土面上，從而對粘土面造成污染，施工時應注意及時清除。另外，在雨季進行土石壩填筑時，心墻兩側反濾料及壩殼料填筑完后，也應快速填筑“砂槽”內的心墻，以防止雨水積存在“砂槽”中，不利于雨后心墻填筑的及時復工。

5 結語

基于以上“先砂后土”與“先土后砂”法在尼爾基水利樞紐右副壩施工中的實際應用和比較分析，不難看出規范上提倡的“宜先砂后土”是有道理的。只要條件允許即應當采用“先砂后土”的填筑方法進行施工。但是，在某些特殊的情況下，如砂礫料供應中斷或供應不及時，為避免工程停工，也可以在短時期內采用“先土后砂”的填筑方法，但需特別注意結合面的處理以保證壓實質量。