修畦子泡土工藝在均質土壩填筑的試驗研究與應用

姚 凱，張 濤

（1.陜西省銅川市水務局，陜西 銅川 727000；2.中國水電建設集團十五工程局有限公司，陜西 咸陽 712000）

修畦子泡土工藝在均質土壩填筑的試驗研究與應用

姚 凱1，張 濤2

（1.陜西省銅川市水務局，陜西 銅川 727000；2.中國水電建設集團十五工程局有限公司，陜西 咸陽 712000）

銅川市龍潭水庫樞紐工程為碾壓均質土壩，由于天然土料含水偏低，需做泡土配水處理。結合場地和料場地形，采用“修畦子”的方法泡土改善土料含水率。配水前，需對土料的待滲期、開采期、滲透深度和開采方式進行確定。通過區域性泡土工藝試驗研究，確定配水參數。在該工程實際應用后，施工檢測結果表明，該施工工藝所摻配土料質量合格，滿足施工質量要求。

修畦子配水；試驗研究；施工應用

1 概況

銅川市龍潭水庫樞紐工程位于銅川市耀州區境內的趙氏河上游，攔河壩為碾壓均質土壩，土料填筑量約為74.3萬m3。施工前期依據SL251-2015《水電水利工程天然建筑材料勘察規程》[1]對左、右岸土料場復查檢測土料天然含水率，查明土料分布情況，左岸土料天然含水在6.8%～16.6%之間，平均含水在10.2%，右岸土料天然含水在6.4%～14.6%之間，平均含水在10.6%。通過室內擊實和碾壓試驗確定，左、右岸土料場土料最大干密度1.71 g/cm3，最優含水率分別為17.0%和17.2%，適宜壩體填筑的土料含水率控制范圍15%～19%[2]。但天然土料整體偏干，不可直接使用，需要做泡土處理。甲方提供筑壩土料土料場分別位于大壩左、右岸壩頂723 m高程以上上游斜坡面上，料場場地狹窄、高差大，土料場整體地形不完整、起伏大。大壩壩基位于狹窄深河溝，場地狹小。用“堆土牛”方法進行摻配調整土料含水率，因場地限制，無法實行。遂采用“修畦子”泡土的方式來解決填筑土料含水率偏低現象，達到土料快速補水的目的。

2 工藝流程

泡土前，在料場選代表性區域做泡土工藝試驗，得出水分在天然土料場的下滲速度和時間關系，確定待滲期和滲透深度，為施工提供依據，指導施工。工藝試驗后修“畦子”，檢測土料天然含水后，確定開采深度，加水配水，待滲期后檢測土料含水，合格后開采使用。如圖1所示。

3 配水試驗

圖1 工藝流程圖

目前工程常用的泡土方法有“溝灌法”和“畦（坑）灌法”，根據本工程實際場地選用“梯田式修畦子”方式泡土更適宜本工程。此種方法在工程實際應用時是按地形將土料場分成若干大小不一的區塊進行整平筑畦，然后灌水，在水分下滲、蒸發達到要求時開挖上壩。而試驗中為了方便、準確的計算用水量及下滲深度等，實際是開挖成面積大、深度小的試驗坑進行試驗。通過不同的用水量和不間斷的取樣測試工作，找出土料適宜的灌水量和待滲、開挖時段。

3.1 試坑位置、面積的選擇及天然含水分析

“畦（坑）灌法”試驗用水量大，考慮到試驗用水的拉運方便，保證試驗的代表性和準確性，試驗位置選擇在左岸土料場高程768平臺進行，試驗坑坑口為3 m×3 m深1 m。在開挖的S1試坑內共取樣10組進行了土層天然含水率測定，試坑S1取樣深度為5.0 m。天然含水率隨深度變化過程如圖1所示。

圖1 S1試抗天然含水率曲線

對試坑內土料取樣發現，在距離表面2.8～3.8 m位置有顏色略微發紅的紅粘土，其余為黃土。對兩種土料依據規范SL237-1999《土工試驗規程》③進行顆粒分析，結果見表 1。

表1 土的顆粒分析匯總表

由表1檢測結果可以看出，試坑部位土料以粉粒（0.075～0.005 mm）為主，均屬于粉質粘土。但從土料天然含水曲線圖1可以看出，測試深度內的天然含水率3.0～3.5 m位置相差較大，分析認為這主要與該土層紅土粘粒含量及試驗坑所處的位置有關。

3.2 加水量及注水后試驗

3.2.1 加水量

參照類似工程配水經驗，加水量設計是以飽和含水率減去天然含水率乘以80%計算，因填筑開采季節不同造成土料含水風干損失不同，飽和含水率計算有差異。夏季按照（飽和含水率-天然含水率）×100%計算，確保填筑土料含水率在最優含水率上線（17%～19%）；冬季土料配水灌水量設計按照（飽和含水率-天然含水率）×60%計算，確保填筑土料含水率在最優含水率下線（15%～17%）；春秋兩季土料配水灌水量設計按照（飽和含水率-天然含水率）×80%計算，確保填筑土料含水率在最優含水率16%～18%之間較為適宜。土料開采中大型機械一次開挖深度約為4 m，所以計算深度按4 m計算。

3.2.2 注水后試驗

試坑注水模擬現場土料場配水時的加水方式進行注水，將計算好的水量一次注入試坑。注水后第4天開始造孔取樣，“梅花形”布孔進行含水率測試。取樣間隔距離為0.5 m一組，至水分下滲的干濕分界以下1 m（滲界以下保證2組土樣）。每次取樣結束用孔內取上的土進行原土封孔，以保證水份不會從孔內損失。持續30天間隔取樣，S1試驗坑含水率隨時間、深度變化統計見表2、圖2。

表2 S1試坑含水率變化統計表

圖2 S1試坑含水率隨時間變化曲線

（1）根據試驗資料分析，試驗區土料的最優含水率wop=17.0%。施工時開采運輸過程中水分的損失在2%～3%，因此本次試驗設計按開挖深度內（4 m）平均含水率降至20.0%時，即認為待滲期結束，進入土料可開采期。

（2）從表2、圖2可以看出，在注水后第24天時，4m內土料含水率平均值已降至20%，進入可開采期。目前僅檢測到第30天時含水率為19.6%，沒有到設計開采含水率下限，根據兩個時段計算可開采期大于6天。

（3）土料在注水第9天時至第24天，平均含水相差不大。因為該階段水分在2.8～3.8 m下滲時，遇到黏粒含量偏大的紅粘土，滲透系數小，阻擋了土料下滲速度，延長了待滲期。

3.3 水分下滲、側滲

根據含水率取樣檢測結果繪出試坑注水后水分下滲、側滲示意圖，見圖3。

圖3 水分下滲、側滲示意圖

由圖3可以看出，隨時間變化圖層中水分下滲深度呈略增大趨勢，試坑側滲范圍無明顯變化，側向滲透寬度在0.5m左右，側向滲透能力很弱。

4 施工應用

（1）結合土場坡勢修畦子，左岸1#土料場及右岸2#土料場，料場場地狹窄、高差大，施工道路布置難度較大,需逐層泡土立面開采使用。根據料場地形，采用“梯田式修畦子”方式泡土，每個畦子標記注水時間，畦子的大小根據地形確定，在地勢平緩的地方，畦子略大一些，在地勢陡的地方，畦子可略小，畦子的高度一般為1m。料場作業區要同時具有開挖作業面，待滲面、注水作業面、平整作業面。

（2）2017年5月26日，該工程均值土壩填筑完成，土料含水率施工期共取樣8300組，含水率匯總分析見表3。

取土場土料配水按照20%含水標準進行配水，開采前檢測畦坑內土料平均含水率20.2%，土料經過翻拌、運輸、攤鋪等損失后，平均含水率為17.5%，含水率平均損失2.7%，基本滿足施工含水率要求。

表3 均質土壩壩料含水率試驗資料統計

含水率較低土料原因調查分析為：①挖機開采深度超過4.0 m，將底部未浸泡土料挖運上壩；②畦子之間寬度過大，土料側向滲透力弱，未能將中間土料浸潤，有干土梁。

5 結論

（1）施工過程中應定期檢測并統計不同季節的土料開采、拉運過程水分損失量，并根據檢測結果對土料含水率進行調整。

（2）土料場開始人工配水時，應加強檢測試驗，以確定在現場人工配水條件下的各項參數，為類似區域、類似土質的土料配水積累經驗數據，以做到更加合理的進行人工配水。

（3）土料配水工作延繼周期長，宜分期分塊提前進行。

（4）由于土料場土料的側向滲透能力差，為減少配水過程中土料側滲能力差造成的干土梁，修畦子時畦子厚度不超過1 m。

（5）“修畦子”泡土工藝試驗為本工程的施工提供了依據，利用“梯田式修畦子”方法有效的解決了因施工場地環境造成的影響，達到土料快速補水的目的，從浸泡到開采待滲期約為24天，對左、右岸同時修畦子泡土，交叉作業，利用“梯田”，合理規劃土料開采運輸道路，計劃工期內保質保量完成施工任務。

（6）通過“梯田式修畦子”泡土在本工程中的應用，說明在土料場對土料進行人工快速配水是可行的。由于各地土料場土料的最優含水率差別較大，土料特性和滲透系數差異較大，全國不同區域、不同季節、不同土質的具體待滲、可開挖時段應根據泡土工藝試驗檢測結果確定。

TV541.1

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1673-9000（2017）05-0155-03

2017-06-12

姚凱（1983-），男，陜西銅川人，工程師，主要從事水利水電工程建設管理工作。