對調蓄引水工程壩體填筑的探討

歐 斌

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅 蘭州）

引言

水利工程是民生工程，而水庫是水利工程的重點，所以在水庫建設的過程中，一定要嚴格控制壩體質量。本文圍繞著壩體填筑的施工工藝展開探討，并嚴格按施工規范要求進行施工，從而保證水庫工程質量得到有效控制。

1 案例概況

為解決城鄉居民生活生產用水以及工業用水，并且能夠將應急水源提供給西峰區，環縣和慶城縣開設了一項水資源配置工程，即鹽環定揚黃甘肅專用工程甜水堡調蓄引水工程。該工程由引水工程、蓄水工程和輸水工程3 部分組成。其中，引水工程主要對揚黃甘來專用工程13 號泵站所進行改造，從13 號泵站中將水引入調蓄水庫，引水流量1.8 m3/s，提水揚程21.5 m，引水線路全程長2.73 km；蓄水工程水庫的總庫容91 554 000 m3，包括死庫容10 510 000 m3，最大壩高28 m；輸水工程由10 條隧洞組成，從水庫自流輸水到山城，和揚黃續建工程主管線相連，全程長度26.39 km，設計流量1.45 m3/s。

2 壩體填筑施工工藝

2.1 料場開采施工方法

2.1.1 表土層開挖

表土層即含有植被和豐富植物根莖的表層，主要借助推土機進行人工剝離的輔助工作，利用反鏟進行挖裝作業，通過自卸車輛進行運輸。表土層主要運用于臨時搭建的設施的場平回填，或者是直接作為棄料丟棄在相應的料場。

2.1.2 排水系統施工

為促使土料的含水量保持在最佳狀態，在施工之前需對排水溝進行挖設，以此把雨水引入料場外地勢較低的位置，借助泵站，集中針對料場開挖作業面的低凹位置開展抽排作業，對于分布在含有豐富地下水的料場區域，要先挖出深溝或者是深井，借助泵站抽排降低地下水的水位線，以此確保土料含水量能夠維持在最佳狀態的3%上下。

龍溝開挖斷面的底寬需設置為1.0 m，邊坡比為1:1.5，開挖深度應比土料開采的深度多0.6 m，排水龍溝的布置數量及其位置不僅需要確保滿足排水的實際需求，還應當符合土料運輸道路的布置要求，通常，兩條排水龍溝之間的距離不能低于開挖機械的開挖寬度。

集水井應順著縱向排水溝設置，每個集水井的間距為200 m，其底部尺寸為1 m×1 m，底部的高程大約為排水溝底高程向下1 m，應將一臺2.5 kw 的潛水泵置于井內，以便更好地抽排其中的積水。

同樣，做好取土區明水排放工作的重要性也是不言而喻的。從遠到近開展取土工作，保證取土區表面坡向排水溝的坡度，從而確保雨水能夠在取土區中順著表面流至排水溝中，然后由集水井對其進行抽排，以免取土區出現大規模積水的問題[1]。

2.1.3 土料開挖

在表層土被剝離到一定的程度之后，要在施工現場進行取樣，開展相關試驗，以此檢測土質的特性及含水量，質量達標的土料借助反鏟配自卸汽車由上而下運至上壩；含水量過大的土料，通過降低地下水位線等措施，促使其含水量達標后，再將其按順序進行開挖與運輸。

2.2 填筑碾壓試驗

填筑碾壓試驗的開展程序可參考圖1 中的內容。

圖1 填筑碾壓試驗程序

試料裝運：為模擬施工的具體情況，應當運用挖掘機和25 t 自卸汽車進行試料的裝載與運輸。在實際裝料之前，應針對含水量開展相關試驗，在對不同含水量的土料進行裝運時應固定車輛，做好掛牌工作，并安排專門的工作人員負責指揮。

鋪料：土料鋪料作業開展中，需要應用進占法，鋪料的厚度應符合相關標準，并有效控制在誤差范圍內。同時，還需要安排測量人員監控好所鋪設的層厚。

平料：主要是借助推土機進行推平，再通過人工輔助的方式找平，以確保填筑層的厚度能夠與試驗的要求相符。

層厚測量：測量主要是借助相關的測量儀器，分別在試料平料、靜碾2 遍及碾壓結束后各測量一次層厚。

碾壓：羊角碾的起振應在碾壓試驗區的2 m 之外進行，并且需要在專業人員的指揮下開展，計劃應用退錯距法進行碾壓。應確保羊角碾的行駛穩定且平直，確保沒有出現超碾過寬或是漏碾的問題。行車速度要在2.0～3.0 km/h 的區間，負責指揮的工作人員要借助秒表來對行車的速度進行有效控制。

干密度測量：在快速測量密度與含水率的時候，應嚴格依據《土工試驗規程》中的要求開展相關試驗。

層間結合情況：在完成碾壓后，應于合適的區域挖開本次的試驗層，以此觀察兩層土料之間的結合狀況，并在現場描述填土上下層結合面之間的狀態是否良好、是否存在光面或剪力破壞等問題。

2.3 壩體填筑施工工藝流程

壩體填筑施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 壩體填筑施工工藝流程

2.3.1 土料運輸

（1）在土料運輸期間，需要充分考慮壩型壩區的地形、運輸距離與運輸工具等。條件允許的情況下，應考慮讓運輸車輛直接上壩，盡可能地降低倒運的次數。運輸期間，需要做好挖、裝、運、卸這四個環節的配合工作，同時，開展機械化聯合作業，有效提升機械的利用率。

（2）運輸時，道路的寬度、路面、路基、線路、彎道半徑、坡度、排水等因素需要符合有關規定，汽車運輸通常是在瀝青路面或泥結碎石路面進行。

進占法卸料示意見圖3。

圖3 進占法卸料示意

2.3.2 填筑

（1）天氣干燥時會加速土層表面水分的蒸發，所以，鋪料和壓實表面都需要通過灑水來適當保持濕潤，從而確保其含水量。

（2）將土料利用自卸汽車運送到填筑現場，卸料主要借助進占法，也就是讓自卸汽車在已經平整好的松土層上行駛、卸料，利用推土機進占平料，避免自卸汽車在已經碾壓好的層面上行駛，對層間刨毛產生不利影響。在卸料之前，應對層面的刨毛狀況以及濕潤度等進行檢查，在一些特定情況下，還需要借助灑水車適當加大濕潤度。采用分段、水平分層填筑法按設計斷面自下而上填筑至設計高度，壩體分段條帶和鋪料宜平行壩軸線進行。在填料的縱橫坡位置，選擇臺階收坡的方式，碾壓搭接的長度應超過1.5 m，如果條件不允許，接縫坡度應不陡于1:3。

（3）壩料運至壩面卸料后，及時攤鋪均勻，并保持填筑面平整，超徑不合格的料塊應打碎，雜物應剔除。每層鋪料后用水準儀檢查鋪料厚度，超厚時及時處理。

（4）在開展分段碾壓作業期間，應確保相鄰兩個區段的碾壓痕跡相互搭接，順著碾壓的方向，搭接的長度不能少于0.3 m～0.5 m；垂直碾壓方向的搭接寬度應在1 m～1.5 m 范圍內。

（5）振動碾在碾壓帶的兩側先往復壓夠遍數后，再進行錯距碾壓。在碾壓過程中，視土料含水量的情況進行壩面灑水。

（6）在開展粘性土鋪料以及碾壓環節的時候，應確保開展作業的不間斷性。假如需要在短時間內中斷作業，需要確保風干土層表面的濕潤性。假如停工的時間比較長，需要與天氣情況相結合鋪設保護層，在復工的時候應及時清理掉保護層，同時針對填筑面開展相關的檢查。

（7）想要切實保證土料的碾壓質量，關鍵需要做好過程中的控制工作，重點監控碾壓的次數、振幅、行駛的速度、碾輪搭接寬度等。碾壓的方向通常與壩軸線平行，岸坡往往要順著坡腳開展。在完成碾壓作業后，需與布點相結合測量其高程，從而實現壓實厚度的有效控制。在完成碾壓后，表面平整度應控制在0～±10 cm 的范圍內，假如發現存在0～±30 cm 的不平整問題，應當推平表面，重開展鋪壓作業。

（8）為促使砂礫料壩殼或者是均質壩在設計斷面內的壓實干容重符合設計要求，在對土料進行鋪筑的時候，上下游壩坡應預留有余量，同時，在護坡墊層鋪筑的時候需要按照設計要求進行斷面削坡。在此工作完后，靠近坡面大致30 cm內的內壓實干容量可以低于設計要求，但是不合格的部分不能低于設計干容量的96%[3]。

（9）在壓實土料后，工地試驗室應結合要求進行取樣，取樣數量不能低于每個200 m3～400 m3，并且在每層中必需檢查邊坡結合部分，在確保達標之后才能夠展開下一環節的施工作業。

（10）在壓實土料后，按照施工要求要在每層之中取樣兩到三次。土工試驗要求試坑直徑D≥（3～5）dmax和D≥100 cm 控制，試坑體積主要是借助灌砂與灌水二者相結合的方式開展，在此期間應注意的是，在冬季氣溫較低時，不宜采取灌水法。試坑測試的項目主要涉及含水量、濕密度、顆粒級配等，最后計算出干密度與相對密度。碾壓后取樣的結果應與設計要求相符合，反之則應再次開展碾壓作業，直至質量達標。

（11）采取大規模作業的形式，可以減少土料鋪筑后產生的接縫。在分塊填筑期間，針對塊間接坡位置的虛坡帶應采取專門的解決對策，比如，可以借助臺階式接坡方法，或者挖除接坡位置沒有充分壓實的土料等等。

（12）對于汽車上壩壓實的土層，應刨毛處理，以利層間結合。通常刨毛深度3 cm～5 cm。

（13）機械碾壓運行方法（見圖4）應符合下列規定：①氣胎碾、羊足碾、振動碾壓實過程中可應用進退錯距法；②可應用連環套打法夯實夯板。

圖4 機械碾壓運行法

2.3.3 岸坡部位

在選擇與岸坡接觸部位的土料時，主要考慮含有較多粘粒的土料，并且需要將含水率調節到施工含水率的上限，采用小型振動碾沿岸坡方向壓實，和壩體部位結合帶的碾壓搭接寬度應超過1 m。

2.3.4 接縫部位

壩體搭接坡比采用1：3。在先期壩體填筑過程中，分層鋪筑壩體料時會形成坡度比為1:3 的人造邊坡，在之后鋪筑壩體時，通過1.2 m3挖掘機順著坡腳處，重新攤鋪先前填筑的壩殼料1.0 cm 范圍內沒有壓實的區域，以此形成比例為1:2 的邊坡和寬度為1.0 m 的預留臺階。在鋪筑上層壩料的過程中，需要露出下層的碾壓面，并且，對于預留出的臺階而言，應確保其排列整齊，之后同時開展壩殼料填筑作業，應用騎縫碾壓，切實保證接坡位置的碾壓效果[4]。

2.3.5 壩體填筑接合部的處理

（1）填筑壩體期間，需要在一定距離內錯開每層中間的分段接頭，分段條帶應平行于壩軸線，每個分段中間的高度差不能太大，通常，接坡的坡比不能超過1:3。對于壩體分期接合的位置來說，會有一定的半壓實狀態的松散料存在。在后期對外部料實行填筑作業期間，應對其采取一定的處理措施，例如應用推土機進行削坡處理。在后填筑區域每一次填筑新料的時候，都需要在與先前填筑體邊坡相接近的位置預留出一定的溝槽，應用推土機在新填筑層的上部實行削坡處理，將之前的半壓實狀態的松散料集中在預留的溝槽內，削坡寬度通常控制在1.0 m～2.0 m 范圍內，之后利用振動碾沿著邊坡的方向騎縫碾壓結合部，伴隨后期填筑區域的逐漸升高緩慢削坡，一邊削坡一邊填筑一邊碾壓直到頂部的位置[5]。

（2）針對壩身和混凝土結構物的連接，與混凝土結構物相接近的位置不能使用大型機械時，可以考慮應用人工夯實或使用小型機械。在碾壓填土期間，應均衡壓實混凝土結構物兩邊的填料，防止其產生過大的側向壓力引發安全問題。

結束語

總而言之，在水庫工程建設期間，大壩的建設是一項重要內容，而在大壩施工期間，壩體填筑也是其中一項施工重點。所以，應嚴格控制壩體填筑的質量。壩體填筑有著很高的施工要求，應切實控制好施工工藝，確保壩體填筑的施工質量。本研究主要圍繞壩體施工工藝進行探討，以此為壩體填筑施工作業提供一定的指導，繼而有效控制大壩與水庫工程的施工質量。