蘇丹上阿特巴拉水利樞紐博達納大壩粘土心墻料的生產制備

王 元 印

(中國水利水電第五工程局有限公司 海外事業部，四川 成都 610066)

1 工程概述

蘇丹上阿特巴拉水利樞紐項目由魯米拉和博達納兩座大壩及其附屬工程組成，其中博達納大壩主要由左右岸土堤、左岸土石壩、河床心墻壩及溢洪道組成，樞紐總長6 615 m。主要工程量包括土石方填筑681萬m3，其中粘土料349萬m3,占整個土石方填筑量的51.3%，因此，粘土心墻料的制備能力將直接影響到整個土石壩的填筑施工進度。

該工程采用的是目前廣泛運用的薄層鋪筑并分層壓實的碾壓式土石壩。由于防滲土料含水量的高低成為大壩能否快速填筑施工的關鍵，因此，完善而慎重地進行土料特性和生產制備分析就顯得尤為重要，以確保工程填筑施工進度不受粘土料生產制備的影響。

2 土料特性

2.1 BU3-QF土料場土料分層及各層料物特性

第一層為高液限、高塑性粘土層，遇水體積會膨脹，主要為棉土，層厚1～1.8 m(從地表計算為0～1.8 m段位置) ，呈淺黑色。

第二層為低液限、低塑性土層，主要為砂質粉土，層厚1.62～3.5 m(從地表計算為1.8～4.5 m段位置)，呈淡黃色，較松散干燥。

第三層為高液限、高塑性土層，主要為粉質粘土，層厚6.3～7.7 m(從地表計算為4.5～10.6 m段位置)，呈亮褐色，局部層段含有少量的礫石和鈣質結核，細粒含量較高。

2.2 技術規范要求

第一層棉土與第二層砂質粉土的顆粒級配曲線基本能滿足技術規范要求；第三層粉質粘土的顆粒級配曲線整體上細料含量較高，超出技術規范要求，現場通過立面混合開采來滿足級配要求。

第一層棉土的液限和塑性指數符合技術規范要求；第二層砂質粉土與第三層粉質粘土的液限和塑性指數均超出技術規范要求；但整個土料場其液限和塑性指數均值完全滿足技術規范要求。現場通過立面混合開采能滿足技術規范中液限和塑性指數要求。

根據技術規范要求，只有第一層棉土滿足技術規范要求，第二層砂質粉土與第三層粉質粘土不能單獨開采使用，必須通過對料物進行摻配才能滿足技術規范要求。

2.3 料場儲量與填筑量對比

BU3-QF土料場位于距離壩址約1 km的SETIT河右岸上游，距河岸約1.5～2.2 km。地形平坦，原始地面高程為520～522 m，最大高差2 m,根據野外踏勘作業，結合業主移交的范圍，初步估算該土料場可開采范圍約為107萬m2，土料儲量1 091萬m3，儲量豐富，根據工程量清單得知粘土料填筑總量為349萬m3，結合前期圍堰施工經驗，開采系數按1.38考慮，共需開采482.31萬m3，開采深度約為4.5 m左右。單層料物儲量不能滿足填筑需求，只有通過多層土料立體混合開采，料物性能和儲量才能滿足要求。

3 理論摻配方案(“干拌法”)

對土料特性進行分析可知，可通過對各層土料進行摻配來實現各項指標符合技術規范要求的目的。

主要措施是將料場第一層棉土料與第二層砂質粉土料摻配，第二層砂質粉土與第三層粉質粘土摻配，通過前期摻配試驗，摻配比例按0.4∶0.6和0.5∶0.5兩種進行，即能實現摻拌料滿足技術規范要求。

注：①在第二步驟開挖摻配工序中，需使用反鏟對各分塊開挖區域按已確定的開采深度進行料物摻配； ②第四步驟筑畦灌水深度約為40 cm，灌水20～30 d(由灌水試驗確定)；③第五步驟含水率檢測中，混合后的土料含水率大于最優含水率(擊實試驗確定)3%左右即可；④第六步驟立面混合開采方式每次反鏟開采立面厚度為30～40 cm。

4 “干拌法”存在的問題

在對BU3-QF土料場已完成的35塊(100 m×100 m)區域粘土料制備和開采的觀察和數據統計發現：為保證上壩粘土料完全符合技術規范要求，在土料制備前期需投入反鏟將不同土料層的土料進行翻拌摻配均勻，兩臺反鏟的月翻拌摻配能力為3塊，約13.5萬m3，已完成135萬m3。

反鏟翻拌摻配過程中并不能將各層土料完全翻拌摻配均勻，土料存在結塊現象，在灌水過程中無法保證水的滲透率一致，灌水區域排水后發現局部含水量過高或偏低，在開采時無法正常完全開采利用，出現了料物浪費的情況。

使用該方法制備粘土料導致生產周期加長，設備利用率低，生產制備能力無法完全保證施工高峰期粘土料上壩填筑需求，在施工總進度滯后和成本高投入、低產出的情況下，必須尋求一種縮短粘土料生產制備周期、降低生產成本、加快生產進度、以確保施工總進度的生產方式。

5 土料摻拌的優化(“濕拌法”)

為了提高粘土心墻料的制備和開采效率，確保其不影響大壩填筑施工進度，提高設備利用率，縮短粘土料生產制備周期，確保有足夠的高塑限、高液限土料供應河床大壩段防滲墻以下墊層和巖石基礎表面以上1.5 m的填筑，確保有足夠的低塑限、低液限土料供應壩頂1.5 m范圍內的填筑。

針對“干拌法”粘土心墻料生產中出現的問題，重新對BU3-QF土料場各料層土料的特性進行分析，發現雨季過后BU3-QF土料場第一層0.3～1.8 m的棉土平均天然含水率(30.7%)接近最優含水率WO=27.3%，液塑限滿足技術要求，細粒含量稍多，可直接用于壩體填筑；第二層1.8～4.5 m的砂質粉土和第三層的粉質粘土天然含水率均值為13.4%，低于最優含水率WO=24.1%，需灌水進行調節。

根據BU3-QF土料場各料層的特性分析并結合前期勘探結果可知，料場具備分層灌水、分層開采條件，特對土料摻拌進行了優化，簡稱“濕拌法”，采用了以下幾個步驟：

(1)覆蓋層清除后灌水調節第一層棉土。當含水率大于最優含水率3%左右時，開采表層0～1.5 m的棉土料，直接上壩填筑。

(2)進行1.5～4.5 m第二層砂質粉土和第三層粉質粘土的灌水以調節含水率、立面混合開采(開采深度根據現場滲水試驗確定)。

通過對BU3-QF土料場的粘土心墻料制備和開采方式“干拌法”(先翻拌摻配，后灌水)及“濕拌法”(先灌水，后翻拌摻配)進行對比可知：

(1)“濕拌法”比“干拌法”減少了一道反鏟翻拌摻配和推土機料物平整工序，其中兩臺反鏟(Volvo EC460LC液壓反鏟，斗容2.1 m3)的月翻拌摻配量為3塊區域(100 m×100 m)，約13.5萬m3；除去已完成的區域(10塊135萬m3)，直接減少后期反鏟翻拌摻配量約347萬m3；

(2)“濕拌法”料物利用率高。由于其水分依靠土壤本身孔隙均勻下滲，沒有出現灌水結束后土料含水不均勻的情況，開采時可以全部開采使用；

(3)采用“濕拌法”進行粘土心墻料的生產制備，縮短了粘土料的生產制備周期，提高了BU3-QF土料場的生產能力，將原月產量13.5萬m3提升至現在的50萬m3，保證了壩體填筑的料物供應，實現了月平均填筑量從以前的5.6萬m3提升至現在的27.1萬m3，高峰期月填筑量達到55萬m3。

6 結 語

在對兩種方法進行對比、分析以及生產性試驗后發現，“濕拌法”在設備投入、生產效率、生產制備能力、料物利用等方面都優于“干拌法”，通過“濕拌法”生產制備粘土心墻料，既節約了成本，又提高了效率，還縮短了工期。在蘇丹上阿特巴拉水利樞紐博達納大壩工程中，目前采用“濕拌法”進行粘土心墻料的生產制備。