筑畦泡土法土料制備工藝研究及應用

侯 娟

（中國水電建設集團十五工程局有限公司，陜西 西安 710065）

1 工程概況

龍潭水庫擋水壩為碾壓均質土壩，壩頂度7.0 m，壩頂高程721.70 m，壩頂長度180 m，建基面最低高程664.00 m，最大壩高57.7 m，土料填筑量約77 萬m3。左岸土料場位于壩軸線上游左岸730 m 高程以上向上游50 m 處，右岸土料場位于右岸723 m 高程以上向上游60 m 處，土料屬于低液限粘土、顆粒分析為粉質粘土為主。

2 土料開采利用及制備規劃

2.1 制備土料工程量

大壩填筑設計總方量約77 萬m3，根據陜西省水利水電建筑工程預算定額：100 m3壓實方需要自然方=（100+A）×設計干容重÷自然干容重），計算需要制備土料201 萬m3。

2.2 土料場復勘結果

土料場復勘通過用挖機配合人工挖探坑，主要檢測土料天然含水率、天然密度，查明土料分布情況，取擾動土樣檢測各項性能指標，探坑深度在6 m～8 m。

右岸土料場用人工挖探坑4 個，探坑尺寸在寬2 m，長2 m，深5 m～8 m，探坑內每米取原狀土樣一組，檢測天然密度及含水率，土料天然干密度最小1.37 g/cm3，最大值1.50 g/cm3，天然含水在6.4%～14.6%之間，平均含水在10.6%，在4 個探坑中取擾動土樣6 組，對土料其它各項性能指標進行檢測。

左岸土料場人工挖探坑10 個，探坑寬2 m，長2 m，深6 m～7 m，探坑內每米取原狀土樣一組，檢測天然密度及含水率，土料天然干密度最小1.36 g/cm3，最大值1.52 g/cm3，天然含水在6.8%～16.6%之間，平均含水在10.2%，10 個探坑中取擾動土樣10 組，對土料其它各項性能指標進行檢測。

在料場復查過程中共對16 組土樣進行擊實試驗，試驗土料采用干法制備，擊實方法采用輕型擊實，擊實最大干密度在1.64 g/cm3～1.74 g/cm3之間，平均最大干密度為1.69 g/cm3，最優含水率在16.8%～18.0%之間，平均值為17.2%。

3 土料存在不足、土料制備難點及主要措施

由料場復勘結果及擊實試驗得出料場土料主要存在問題：（1）土料天然含水率整體偏低，不可直接作為填筑料使用；（2）土料天然含水率分布不均，同一區域內不同部位之間土料含水率差別大，且同一部位不同深度的土料含水率差別也較大。針對土料含水率不足問題，一般采用“堆土牛”浸潤、翻拌的方法解決，但由于本工程場地狹小，無“堆土牛”條件，因此，缺少土料制備場地是土料制備的又一難點。針對土料含水率低及無場地“堆土牛”的問題，可采用在土料場筑畦泡土的土料制備工藝予以解決。

3.1 料場規劃

做好料場規劃主要應考慮料場實際地形、土料需求強度、進出道路布置、開采方式及深度、單次土料制備面積及滲透速度等因素，盡量使筑畦、泡土待滲、開挖等工序形成流水作業，并根據需求強度提前做好配水試驗，得出土料制備周期及滲透深度等參數，本工程料場規劃如下。

（1）開采方式

由于土場為黃土梁斜坡面，坡勢起伏，結合土料場清表，在清表過程中自上而下將坡面推整出大小不等的梯田狀平地，以利筑畦灌水。當土料含水量合適以后采用挖掘機倒退法立采開挖，選用20 t 的自卸汽車拉運上壩。土料開采過程盡量攪拌上、下層開采土料、悶土后拉運。考慮料場行車安全、運輸道路布置、挖機作業范圍及土料需求強度，確定單次開挖深度為4 m 左右。

（2）道路布置

為保證行車安全及土料拉運效率，料場進出口設置回車區，料場內依地形布置5 m 寬環形道路，道路高程隨料場開挖逐步下降，每個泡土區開挖面隨開挖對場內道路進行修整，保證道路坡度最陡不超過1∶10。

（3）配水試驗及土料制備參數計算

在每個土料場分別均勻選6 個地方進行筑畦泡土試驗，在測定每個畦子不同深度的天然含水率后，分別計算其需要的配水量，然后其中3 個畦子正常加水泡土，另外3 個畦子用手風鉆鉆5～7 個4 m 深孔后加水泡土。每隔3 天利用洛陽鏟探測每個畦子滲透深度，直到滲透深度達到4 m，最后計算出平均滲透速度。最終配水試驗顯示，正常泡土平均滲透速率為0.3 m/d，鉆孔后泡土平均滲透速率可達0.8 m/d。

根據現場實際情況及以往施工經驗可知，土料需求強度約6000 m3/d，單次泡土深度約4 m，本工程土料場面積約68000 m2，由此可計算出下列參數：

單次泡土周期:4÷0.3=14d(一般泡土)，4÷0.8=5d（畦子內加鉆孔泡土）；

單次泡土周期土料需求量：6000×14=84000 m3（一般泡土），6000×5=30000 m3（畦子內加鉆孔泡土）；

料場單次泡土最小面積：84000÷4=21000 m2（一般泡土），30000÷4=7500 m3（畦子內加鉆孔泡土）。

土料場面積均遠大于以上兩種方法單次泡土需要的最小面積，考慮節約成本及減少重復制備次數，采用一般加水泡土能夠滿足土料需求強度要求。因此，土料場可劃分為筑畦區、泡土待滲區、開挖區三個區域，為保障施工高峰期土料需求強度，考慮土料制備富余系數，每個循環泡土待滲區、開挖區面積都應保持在25000 m2左右。

料場規劃布局見圖1。

圖1 料場規劃布局示意圖

3.2 料場供水

采用二級供水，先于土場748 m 高程處采用地埋式布置尺寸為10 m×5 m×4 m 的MU10 砌磚水池（池底為30 cm 厚C25 鋼筋砼以保證池內水質存儲和冬季不被凍裂），在圍堰上游河道設置浮動揚水站，揚水站與水池之間鋪設D=108 mm 鋼管，利用兩臺揚程110 m，單臺流量145 m3/h，功率75 kW 的多級潛水泵由河道向水池抽水；然后由水池通過鋪設下水干管管道、支管管道及軟管引水至各個畦子。

3.3 配水計算及控制

根據土料含水率公式可推導出配水量公式：

式中：ΔM 為泡土所需配水量；ρ 為需要配水土料的密度；V為所需配水土料的體積；ω0為最優含水率；ω 為配水土料的天然含水率。

每個畦子配水前需測定不同深度天然土料含水率，然后按照公式計算出畦子所需綜合配水量，并做好記錄，在注水時以水表控制注水量，最后在泡土完成后測定土料含水率，綜合考慮自然蒸發等因素影響，按照“以理論指導實踐，以實踐完善理論”的思路，據實做出配水量的調整。

3.4 筑畦泡土

采用挖掘機開挖畦子，推土機平整人工配合，自上而下盡量將坡面推整出大小不等的梯田狀平地，畦子的大小根據地形確定，在地勢平緩的地方，畦子可以大一些，在地勢陡的地方，畦子可以小一些，在坡度較大的地方，也可以采用挖掘機沿等高線開溝灌水的方法。

根據以往施工經驗及現場配水試驗情況，相鄰畦子間最佳壁厚頂部為0.8 m～0.9 m，底部寬度約為1.2 m，修筑深度約為0.8 m。

畦子修筑完成后，按照計算的所需配水量，以水表控制，在配水周期內分次加入，并做好記錄。為保障上壩強度，應提前準備至少一個泡土周期（即14 d 左右）的合格土料需求量。

3.5 土料開采

現場當土料含水率合適以后采用挖掘機倒退法立采開挖，逐層泡土逐層開采使用，選用20 t 的自卸汽車拉運上壩。土料開采過程盡量攪拌上、下層開采土料、悶土后拉運。開挖過程內坡應盡量平順、美觀，視實際情況設置馬道，坡面滿足設計及規范要求。根據料場地形，料場作業區要同時具有開挖作業面、注水泡土作業面及筑畦作業面。

3.6 料場整治

開采結束后，用推土機及時平整料場，按方案要求進行料場整治處理。

4 質量管控措施

（1）增加檢測頻率，檢測不同部位畦子的不同深度含水率，力求做到檢測全面，加水量計算準確。

（2）安裝水表，安排土場負責人員精確加水，確保加水量符合計算值。

（3）加強料場管控，土料開采完成后即進行修畦、待滲作業，使土料開采和制備實行不間斷流水作業，確保土料循環供應滿足上壩強度。

（4）對于個別低含水率上壩土料，于壩面采用灑水車以壓力水和壓縮空氣混合以霧狀噴出，使灑水均勻，灑水后旋耕機摻和均勻。

（5）對于個別高含水率上壩土料采取翻曬法或摻拌水泥、含水率較低的土料等方法降低含水率。

5 結語

銅川市龍潭樞紐工程采用低含水率土料制備的筑畦泡土法土料制備工藝，取得了良好的質量效果，較常規“堆土牛”法土料制備工藝節約了大量土料轉運費用及制備時間，解決了場地狹小限制的問題，也為今后類似低含水率土料制備提供了行之有效的參考。