砂質泥巖作為壩體填筑料施工過程中的含水量控制

王亞兵

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅蘭州730030）

1 調蓄水池概況

大灣調蓄水池位于天祝藏族自治縣打柴溝鎮，庫容9.99萬m3，采用半挖半填方式，池底長150 m、寬100 m。水池底高程2793.60～2790.00 m，頂高程為2799.35 m，最大壩高9.35 m。上游壩坡坡比1∶2.5，下游壩坡坡比1∶2.0，兩布一膜復合土工膜防滲，總填筑方量19.4萬m3。當地氣候一年當中夏季和秋季兩季節擁有源源不斷的長流水，新建蓄水池可以將汛期多余的水儲存起來，旱季用于當地居民飲用水和農業生產，可以更好地保障和改善民生。

2 調蓄水池水文氣象和地質環境

2.1 水文氣象

天祝藏族自治縣氣候屬大陸性高原季風氣候，主要表現在年氣溫差較小，日差較大，年平均氣溫-9～0℃，＞10℃的積溫137℃，年平均日照小時數2548h，平均無霜期128d，當年年降雨量大于400mm，降水集中在7—9月份，占全年降水量的50%以上。

2.2 地質環境

大灣蓄水池呈近南北向布置于打柴溝大灣村對岸山前壟崗狀低山丘陵區洼地，表層為灰黑色腐殖土，黑褐色，厚0.8～1.2 m，結構疏松；下伏新近系砂質泥巖夾泥質砂巖、粉砂巖，全風化層厚0.5～1.2 m，強風化層厚2～5 m 不等，弱風化帶厚度4～6 m。

3 填筑料的確定

調蓄水池前期設計方案為外借砂礫料填筑，但因周圍填筑料缺乏，設計初步勘測時確認的砂礫料場為距離蓄水池12 km 的河道，利用河道疏浚、整理的余料進行填筑。河道取料開采運距遠，可使用料源分散，開采難度大，成本高，影響施工進度。為了降低成本，是否可以選擇采用庫區開挖砂質泥巖進行填筑，是項目工程質量、成本、進度控制的一項非常重要的措施。

3.1 砂質泥巖的工程地址特性

砂質泥巖呈淡磚紅色，主要成分為黏土礦物，含少量石英、長石砂粒。砂含量約25%，黏土含量約為75%，具泥質結構，層狀構造。粉砂巖呈淺磚紅色，主要成分為粉砂，次為黏土礦物，泥質膠結，遇水后易軟化、崩解。砂質泥巖屬于極軟巖，巖體透視率為1.63～2.57 Lu，屬于相對隔水層[1]。

3.2 砂質泥巖作為填筑料的分析

現場開挖料砂質泥巖質地均一，粒徑為2～5cm，含水率為5.8%～10.5%，具有一定含水率、泥質膠結、成巖程度低、巖性較弱的砂質泥巖，失水干縮、易碎，風化后的砂質泥巖特性與黏土相似，曾經成功用于四川中江縣雙河口水庫的防滲體和新疆富蘊縣水庫的壩體填筑料[2]。結合這些工程實例以及對現場料的試驗，證明砂質泥巖完全可以作為填筑料，施工過程中含水率控制是填筑的難點、重點之一。

4 施工過程中的含水量控制

壩體填筑施工過程中含水量的控制包括填筑料開采過程的含水量控制、填筑過程中的含水量控制和填筑完成的成品保護。

4.1 填筑料開采過程中的含水量控制

蓄水池為半挖半填式，填筑料開采過程中的含水量控制就是施工過程中開挖料運至壩體階段的含水量控制，主要包括開挖過程中料場的排水設施布設和雨季料源的保護。

4.1.1 排水設施布設 庫區開挖必須根據填筑進度合理安排開挖進度，對庫區開挖進行區域劃分，進行條帶開挖，開挖施工前布設好庫區排水溝和集水坑，采用排水溝將降雨集中收集到集水坑，然后采用水泵抽排，防止雨水浸泡已開挖的填筑料，造成填筑料因含水率過高、膠結而成為廢料。

4.1.2 雨季料源保護 因砂質泥巖弱透水性和易膠結的特性，對填筑料在雨季的含水量控制就顯得尤為重要，防止因雨水導致填筑料含水率太高，降雨時可以在做好防排水的基礎上直接采用覆蓋保護。一方面，可以防止料源浪費；另一面，可以很大程度節約雨季的施工工期，降雨結束后可以直接進行填筑。

4.2 填筑過程中的含水量控制

砂質泥巖填筑過程中的含水量控制是控制壩體填筑碾壓質量的重點控制因素，也是砂質泥巖填筑施工的難點。傳統填筑施工采用的填筑料攤鋪后開槽灑水，因為砂質泥巖弱透水性，開槽灑水后靜置4 h 以上才能滲透5～8cm。因此，傳統意義的攤鋪灑水填筑并不適合于砂質泥巖。大灣蓄水池填筑過程采用了開挖過程的灑水燜料，利用挖掘機翻動過程中攪拌灑水，然后燜料5～7 d，含水量達到填筑施工的最優含水率允許范圍之內，可以直接用于壩體填筑。燜料可以保證壩體填筑連續施工，減少了灑水工序的間歇時間。開挖過程的灑水燜料，相當于對填筑料進行了攪拌，一方面含水量更加均勻；另一方面可以使開挖料粒徑更加均勻，也能更好地保證壓實質量。

蓄水池設計要求的壓實度不小于98.0%，根據甘肅新通工程試驗檢測有限公司的輕型擊實試驗結果（見表1）和現場碾壓試驗結果（見表2）驗證，最終確定的最優含水率為15.6%，最大干密度為1.77cm3/g。

表1 砂質泥巖輕型擊實試驗結果

表2 砂質泥巖現場碾壓試驗結果

通過現場碾壓試驗，確定參數如下：攤鋪厚度為40cm，采用22 T 光輪振動壓路機以2.0 km/h 的速度碾壓8 遍（初始靜壓1 遍，振動碾壓6 遍，最后靜壓1），填筑碾壓在保證壓實質量的基礎上，為最合理、最經濟的施工方案。砂質泥巖填筑過程中，壓實后呈光面，為了保證層間結合良好，攤鋪料前表面灑水，然后采用凸塊碾壓路機進行碾壓，從而增強層間結合。

4.3 填筑完成的成品保護

壩體填筑完成，為了不受降雨影響施工質量和施工進度，可以對填筑成品進行覆蓋保護，降雨結束后揭開覆蓋膜可直接進行填筑。

5 結語

砂質泥巖雖泥質膠結、巖性軟弱，在合適的含水率條件下能夠達到理想的壓實效果，可以用于壩體填筑。在缺乏常規性填筑料的地區，采用砂質泥巖具有非常好的經濟效益和環境效益。在砂質泥巖施工過程中，嚴格控制填筑料含水率是控制壓實質量的難點和重點。