大型水利工程斗門水庫土壩填筑設計方案的研究分析

宋康康，趙亞南，趙涵章 （中電建路橋集團有限公司，北京100089）

1 工程概況

陜西省斗門水庫工程項目位于西安市西郊灃河右岸原昆明池遺址，距西安市市中心約20km，項目區北至西戶鐵路和西寶高速輔道，南接西漢高速，東聯繞城高速，西靠灃涇大道，交通十分便利。

斗門水庫為三級中型平原水庫工程，水庫總庫容5052萬m3，水庫區域總面積為10.4km2，水庫總長14.9km，按南北池布置，南北池之間有雙向擋水壩，南池為引漢濟渭注入式水庫，為城市供水水源，庫容2897萬m3，面積3.4km2，其中水域面積3.0km2，多年平均向灃東灃西新城供水8773萬m3；北池為灃河分洪注入式水庫，為生態供水水源，兼顧灃河防洪，蓄滯灃河洪水和城市雨洪，庫容2155萬m3，北池面積7.0km2，其中水面面積6.4km2，多年平均向西安市生態水系(庫、河、湖、池、渠）補給生態用水1456萬m3。工程施工現場圖見圖1。

圖1 土壩填筑施工現場

2 土方填筑

2.1 土料選擇

土壩填筑施工作業按照自卸汽車卸料、推土機推平，振動碾壓，質量檢測三個工序依次進行。分區分段進行填筑，壩體填筑工作面按三個工序劃分為三塊作業區，即鋪料區、碾壓區、質檢區（準備上料區），每個工作區的長度約為400m。基礎處理完成驗收合格后開始回填碾壓。

填筑施工前，在施工開挖區開采有代表性的填筑料，模擬正式填筑施工現場情況，進行開挖和碾壓試驗。對現場取樣土料，通過擊實試驗測定現場土料天然含水量（W）、天然干密度（ρd）、最優含水量（WOP）、最大干密度（ρdmax）土粒比重，借以了解填筑土料的壓實特性，為控制大壩填筑的密實度及質量評價，提供重要依據；通過液、塑限聯合測定法、滲透試驗等，以測定土料天然含水量（W）、天然干密度（ρd）、最優含水量（WOP）、最大干密度（ρdmax）土粒比重、塑限（wP）、液限（wL）、塑性指數（IP）、粘粒含量（不小于10%）凝聚力（C）、滲透系數（K）等指標，并繪制相關曲線[1]?，F場滲透試驗見圖2。

圖2 現場滲透試驗

2.2 鋪料厚度及壓實方法

鋪料區鋪料厚度按碾壓試驗確定的虛鋪厚度控制，為了使鋪料區鋪料層厚度不超過設計技術要求，每個填筑單元應設置可移動的鋪料層厚標志桿以及在岸坡上標記層厚標志線。過程中注意控制鋪料厚度和倉面平整度。

土料用20t自卸汽車平行壩軸線方向用進占法鋪土，采用定點測量方式，嚴格控制鋪土厚度，不得超厚。用142kW推土機攤鋪整平，人工作業采用鋼釬控制鋪料厚度并拾取雜料，在機械推平后應使鋪層表面平滑整齊，經質檢人員檢測后進行碾壓。填筑初期，采用每層測量的方法，控制鋪土厚度，發現超厚部位立即進行處理。汽車不在已壓實土料上行駛。在進行土料鋪筑連續施工時，如果需要短暫停工時，表面土層須灑水濕潤，并控制含水率在一定范圍。如需長時間停工，應該鋪設保護層，恢復施工時再清除。當空氣濕度低，土層表面水分蒸發較快時，卸料之前，壓實表土適當灑水濕潤[2]。二分部料場現場見圖3。

圖3 二分部料場復查圖

在填筑強度高峰期，除用插釬法控制厚度外，每八層測量10m×10m的方格網，以復查鋪土厚度和控制上下游邊坡及壩面平整度。

土料采用凸塊振動碾壓實，每一碾壓區內用兩臺22t凸塊振動碾平行壩軸線，采用前進后退錯距法進行碾壓，碾壓行車速度不大于4km/h，相鄰碾跡的搭接寬度不小于碾寬的十分之一；順碾壓方向搭接帶寬度為1～1.5m。不漏壓和欠壓，大壩碾壓利用數字化監測系統復核各項碾壓參數。

根據壓實度與碾壓遍數數據及曲線圖分析可知：

①壓實度98%、91%試驗區，鋪料35cm時最經濟，且壓實質量可靠，優選8遍碾壓組合，靜壓2遍+強振6遍；

②建筑物臺背回填壓實度95%、93%試驗區，鋪料30cm時最經濟，并考慮建筑物安全，壓實質量可靠。壓實度95%區選定8遍碾壓組合：靜壓1遍+弱振7遍。壓實度93%區選定6遍碾壓組合：靜壓1遍+弱振5遍。壩基碾壓整平圖見圖4。

圖4 壩基碾壓整平圖

2.3 特殊部位處理

2.3.1 結合部位處理

在分段填筑時，大壩兩端橫向接坡采用臺階接坡法，預留臺階方向垂直于大壩壩軸線方向，預留臺階寬度大于0.9m，當相鄰填筑工作面填至搭接部位時按照填筑要求進行搭接碾壓處理；層間結合技術處理措施：對已碾壓密實的土層，在鋪土之前我們必須不斷進行及時灑水系統處理，對停止作業一段時間后又開始繼續填筑的層面，在上土之前應勾松干縮的土層，并灑水使其濕潤，使土料含水調至正常組織施工質量含水量，然后通過重新碾壓；對表面干裂嚴重的硬土塊則須將其移至壩外[3]。

2.3.2 壩體上下游坡面超填部位處理

為保證圍壩在設計斷面內的壓實度達到設計要求，鋪土時應在圍壩上、下游壩坡位置留有一定余量，并在碾壓完成后及時按設計斷面削坡處理。

2.3.3 冬、雨季壩體填筑施工

①冬季大壩的填筑施工，應進行減小鋪土厚度、增加碾壓遍數、迅速取樣等快速連續作業，壓實時土料溫度確保高于－1℃。當當日最低氣溫低于-10℃或低于0℃，風速大于10m/s時，停止施工。

②冬季施工時填壩料中嚴禁夾有冰雪、凍塊，土料不得加水；如果因為降雪暫停施工，復工之前清理干凈壩面積雪，經檢查合格后即可恢復施工。

③當冬季暫停填筑時，為保護壓實土層，應在壓實土層表面覆蓋1m厚土料，防止已壓實土料凍結，復工時再清除上層覆蓋土料。

④雨季施工作業時應在壩體兩岸邊坡的合理位置設置截水溝，并通過施工道路排水溝確保排除雨季邊坡匯水至填筑面以外。

⑤雨季進行大壩填筑施工時，為了避免雨水對壩面以及壩坡造成影響，我們應該及時對運輸上壩料攤鋪、整平、碾壓；每層壩面碾壓之后，使其形成向下游傾斜的坡面（坡度不大于1%），以便水流通暢。雨后的復工問題處理要徹底，首先我們需要進行人工排除壩面表層的局部積水，并根據未壓實表土含水率變化情況，可以通過分別研究采用翻松、晾曬或清除等方式方法處理；此外，嚴禁在有積水、泥漿的壩面上填土施工。

⑥大壩雨季填筑施工，我們需對道路加強養護，并及時清理道路障礙物以及隔壩排水溝，以便水流通暢。對運輸車輛，需加強維修保養，以確保運輸車輛的制動系統安全。

3 質量檢測

土壩填筑施工管理質量可以采用現場取樣試驗和施工工作過程控制的兩方面措施?？刂埔允┕み^程控制為主要措施，現場取樣控制為輔。填鋪、碾壓等全過程控制為施工過程控制的主要內容。

壩體填筑施工時，對土料的含水量和粘粒含量進行檢查?，F場施工技術人員應全程跟蹤監測壩料質量、碾壓參數、施工程序及各項施工工藝，及時發現解決質量問題，糾正不合格施工技術。此外，注意碾壓機械的工作條件。若工況不良，及時更換修復，確保填筑施工質量；還應確定土壤的干密度和含水量等，對其進行抽樣質量檢查。

土體壓實過程中避免有漏壓虛土層、干松土、彈簧土和剪力破壞等不良現象；在接縫邊坡上，配合填土的上升速度，清除表面的松散土，直至壓實合格土層為止。坡面必須經過刨毛處理，并控制含水量穩定在一定的范圍，才能繼續鋪填新土進行壓實[4]。路口段進行交錯布置，并處理交叉段超壓土體；分段填筑時，為了防止出現漏壓、欠壓和過壓問題，各段上壩料層之間必須設置標志。上下層分段位置交錯，杜絕上下通縫。

4 結語

壩體填筑方法是斗門水庫工程施工的重要環節，需要施工單位按施工標準嚴格控制各個施工環節：土料的選擇、鋪料厚度及壓實方法、坡面處理以及特殊部位處理等，是工程質量控制的重點內容[5]，在特殊環境下進行施工作業時，還需要注意保證施工環境對工程質量不會產生不良影響，為保證工程建設目標的實現，需要進行系統性的施工質量控制。通過對壩體填筑全過程的控制，優化施工工藝，提高施工效率。