毛里求斯巴加泰勒大壩高含水土料填筑施工技術(shù)初探

趙旭東 何超

摘 要：本文依托于毛里求斯巴加泰勒大壩的修建工程，分析了高含水土料工程施工的特性，通過(guò)對(duì)原狀土補(bǔ)充勘探以及土料碾壓試驗(yàn)，明確土料參數(shù)，并總結(jié)了其施工過(guò)程中的控制措施，對(duì)心墻料以及任意料試驗(yàn)結(jié)果分析表明，總體施工質(zhì)量良好。

關(guān)鍵詞：巴加泰勒大壩 心墻料 任意料

毛里求斯巴加泰勒大壩為黏土心墻壩，壩長(zhǎng)2555.17m，分左、右岸土壩段和中間堆石壩段。壩頂設(shè)計(jì)高程為EL.400.00m，大壩最高處可達(dá)到48.0m，大壩頂部最寬處可達(dá)到7.0m。其中土壩段長(zhǎng)2255m，上下游坡比為1：2.5；中間堆石壩段長(zhǎng)300m，上下游坡比為1：1.7～1：2.5漸變。壩基采用塑性混凝土防滲墻進(jìn)行基礎(chǔ)處理，將上壩公路設(shè)立在左右岸的下游坡面上并直接連接壩頂部分。在大壩的下游坡腳部位設(shè)有排水溝。整個(gè)工程需填筑的土體方量達(dá)到約364萬(wàn)m3，填筑心墻料的土體工程量約57萬(wàn)m3，任意料填筑約177萬(wàn)m3，石料填筑約130萬(wàn)m3。

1.土料工程特性

為了充分利用庫(kù)區(qū)開(kāi)挖料，土料場(chǎng)位于庫(kù)區(qū)上游，在Terre Rough河左右岸，為大壩提供心墻料和任意料。根據(jù)前期料場(chǎng)補(bǔ)充勘探資料顯示，料場(chǎng)層次結(jié)構(gòu)清楚，地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，土層為玄武巖全強(qiáng)風(fēng)化形成的殘積土。料場(chǎng)土料基本分3層，第1層：表層0.5～1.0m厚耕植土（無(wú)用層）；第2層：厚度1～4.2m厚的高塑性粘土層，左岸平均厚度1.47m，右岸平均厚度2.18m，為心墻料料源；第3層含沙粘土層，塊碎礫石含量較前兩層多，一般5%～25%，平均厚度>8m，主要為壩體提供任意料。

2.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1原狀土補(bǔ)充勘探試驗(yàn)

通過(guò)土料場(chǎng)補(bǔ)充勘察，對(duì)土料原狀土進(jìn)行物理性能和力學(xué)性能試驗(yàn)表明：心墻料土質(zhì)較為均勻，以多水高嶺石、三水鋁礦、珍珠云母為主，<0.005mm粘粒含量均值為23.6%，為高液限黏土，天然含水率在34%～51%，平均值43.3%，塑性指數(shù)在12.0～21.0。土料自由膨脹率均值15.1%，無(wú)潛在膨脹趨勢(shì)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)普氏擊實(shí)試驗(yàn)（604kJ/m3），心墻料干密度的最大均值可到達(dá)1.35g/m3，其含水率最優(yōu)指標(biāo)可達(dá)到37.6%。從其滲透系數(shù)（i×10～7cm/ s）來(lái)看，施工區(qū)域透水性極弱，滿(mǎn)足防滲要求。

任意料為含砂高液限黏土，物相同心墻料，天然含水率41%～58%，平均值50.7%，隨開(kāi)采深度含水率呈增加趨勢(shì)。塑性指數(shù)在15.5～22.0，自由膨脹率為12.3%，無(wú)潛在膨脹趨勢(shì)。平均最大干密度1.32 g/cm3，最優(yōu)含水率38.3%，施工中需進(jìn)行天然含水率調(diào)整，以便利于施工。滲透系數(shù)同心墻料。

2.2碾壓試驗(yàn)

在填筑施工開(kāi)始之前，土料碾壓試驗(yàn)是必經(jīng)環(huán)節(jié)。該實(shí)驗(yàn)的目的是為了確保施工中的碾壓設(shè)備可正常運(yùn)行，驗(yàn)證是否可以直接用天然高含水量的土料直接填筑壩體。在試驗(yàn)的過(guò)程中還需要做好含水率臨界值的確定工作，以此來(lái)驗(yàn)證和總結(jié)土料填筑技術(shù)和質(zhì)量控制要點(diǎn)，保證填筑施工質(zhì)量。據(jù)其含水量、攤鋪厚度、碾壓遍數(shù)的具體情況還需要增加試驗(yàn)的次數(shù)，以確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。實(shí)際操作中，使用20t自卸車(chē)將裝好的土料用后退式的辦法卸到指定區(qū)域。為了提升其施工效率，本工程使用了山推SD220推土機(jī)，并配合使用結(jié)合人工找平的方式進(jìn)行土料填筑施工。攤鋪好的土料再使用16t單鋼輪振動(dòng)羊角碾進(jìn)行碾壓。碾壓前人工清理土料中超徑石塊。通過(guò)碾壓試驗(yàn)，最終確定不同含水條件下的土料的壓實(shí)度控制指數(shù)，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

3.土料填筑控制措施

3.1施工過(guò)程控制

土料開(kāi)采前，對(duì)開(kāi)采區(qū)進(jìn)行坑探取樣，并按技術(shù)規(guī)范要求對(duì)土料進(jìn)行適應(yīng)性試驗(yàn)（包括顆粒分析、標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)以及塑性指數(shù)等），以保證土料質(zhì)量滿(mǎn)足技術(shù)規(guī)范要求。同時(shí)通過(guò)坑探，確定心墻料和任意料現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采深度。填筑前，對(duì)土料場(chǎng)擬開(kāi)采區(qū)域取樣進(jìn)行天然含水率試驗(yàn)。若料源不同，應(yīng)重新進(jìn)行天然含水測(cè)試。碾壓結(jié)束之后，需使用環(huán)刀法進(jìn)行土體密度測(cè)試，得出壓實(shí)度，便于施工人員現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制。在實(shí)際實(shí)施中，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)含水率和最優(yōu)含水率之差在-3%～+6%時(shí)，必須滿(mǎn)足最低壓實(shí)度95%要求；高含水率情況下，必須滿(mǎn)足最低壓實(shí)度90%要求。

3.2料場(chǎng)開(kāi)采措施

土料采用大規(guī)模平面開(kāi)采方式進(jìn)行，沿實(shí)際地行形成開(kāi)采高低面，利于雨季排水。當(dāng)土料天然含水率和最優(yōu)含水率之差在-3%～+10%，滿(mǎn)足直接上壩要求；當(dāng)高含水情況發(fā)生時(shí)，不利于現(xiàn)場(chǎng)填筑，則料場(chǎng)開(kāi)采采用開(kāi)挖溝槽、預(yù)留土埂方式進(jìn)行，每間隔12～15m開(kāi)挖3～5m寬溝槽，深度1.5～2.5m，降低土體周?chē)畡?shì)，在溝槽內(nèi)預(yù)留5%～10%坡度，利于排水。在完成溝槽開(kāi)挖后，進(jìn)行土埂開(kāi)挖，以此降低土料含水。

3.3將基坑開(kāi)挖土料作為上壩料堆存

通過(guò)基坑分層開(kāi)挖，對(duì)不同土料進(jìn)行分類(lèi)并就近堆存，在試驗(yàn)檢測(cè)后，滿(mǎn)足技術(shù)規(guī)范心墻料和任意料質(zhì)量控制要求。土料在料堆堆存一段時(shí)間后，天然含水率明顯降低，再通過(guò)二次倒運(yùn)，更利于現(xiàn)場(chǎng)施工。

3.4壩面控制和排水

針對(duì)工程所在地特殊的降雨特征，降雨頻繁且易出現(xiàn)短時(shí)間暴雨情況，因而在施工中要盡可能避免填筑土料中滲透雨水，以免其影響干容重，致使壓實(shí)度不滿(mǎn)足要求。在施工過(guò)程中，安排專(zhuān)人及時(shí)查看天氣信息，雨前應(yīng)立即停止上壩土料運(yùn)輸，利用推土機(jī)或裝載機(jī)，對(duì)壩面進(jìn)行平整，并有意將壩面延上下游方向做成內(nèi)高外低，用壓路機(jī)對(duì)壩面進(jìn)行快速封面至少2遍。雨水通過(guò)坡度可排向上下游，即使不能全部有效排出，也不會(huì)大量浸入填筑工作面形成高含水土體。暴雨過(guò)后，自然風(fēng)干，翻曬壩面土料，重新碾壓并檢測(cè)，試驗(yàn)合格后，方可繼續(xù)作業(yè)。

3.5塑料薄膜的應(yīng)用

大壩長(zhǎng)度達(dá)2555m，塑料薄膜覆蓋全部土料填筑面不可能實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際施工過(guò)程中，受基坑混凝土工程、基礎(chǔ)防滲墻施工等作業(yè)面交叉作業(yè)影響，中間堆石壩段填筑速度遠(yuǎn)低于左、右岸土壩段填筑速度，對(duì)整個(gè)壩體填筑進(jìn)度造成制約。為了有效解決此問(wèn)題，加快施工進(jìn)度，減輕降雨等不利天氣條件對(duì)施工進(jìn)度和施工質(zhì)量的影響，在降雨來(lái)臨前，利用塑料薄膜對(duì)中間堆石壩段及左、右岸過(guò)渡段搭接處土料進(jìn)行及時(shí)覆蓋，能有效防止雨水對(duì)壩面土料含水量的干擾，對(duì)加快中間堆石壩段施工進(jìn)度起到了很大作用。

4.結(jié)果分析

自2014年至2016年底大壩填筑結(jié)束時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)心墻料共計(jì)試驗(yàn)7559組，任意料試驗(yàn)共計(jì)10975組。心墻料W-Wop在+6%～+10%高含水范圍內(nèi)，共2520組，占試驗(yàn)總數(shù)33.3%；W-Wop平均值為+3.99%，對(duì)應(yīng)心墻料平均壓實(shí)度95.31%；任意料W-Wop在+6%～+10%高含水范圍內(nèi)，共4659組，占試驗(yàn)總數(shù)42.4%。W-Wop平均值為+4.61%，對(duì)應(yīng)任意料平均壓實(shí)度95.05%，滿(mǎn)足技術(shù)規(guī)范對(duì)土料壓實(shí)度的要求。同時(shí)根據(jù)以上試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)估算，當(dāng)心墻料W-Wop在+6%～+10%高含水范圍內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)累計(jì)心墻料填筑方量約19萬(wàn)m2；當(dāng)任意料W-Wop在+6%～+10%高含水范圍內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)累計(jì)任意料填筑約75萬(wàn)m2。大壩土料在W-Wop 在+6%～+10%高含水區(qū)間內(nèi)累計(jì)填筑94萬(wàn)m2，占土料總填筑方量約40%。

5.結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)數(shù)年艱苦建設(shè)，目前該項(xiàng)目已于2016年年底開(kāi)始蓄水，2017年6月底正式移交并投入運(yùn)行。實(shí)踐證明，該水庫(kù)已經(jīng)在正常蓄水位下安全運(yùn)行2年多，壩體無(wú)明顯沉降，大壩下游側(cè)減壓井無(wú)出水現(xiàn)象發(fā)生，壩體無(wú)滲漏情況出現(xiàn)，工程質(zhì)量，特別是壩體填筑和基礎(chǔ)防滲工程質(zhì)量?jī)?yōu)異。

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