機(jī)械搗實(shí)粉砂土吹填筑壩施工技術(shù)研究

毛靳周

(浙江宇盛建設(shè)有限公司，浙江 慈溪市 315300)

機(jī)械搗實(shí)粉砂土吹填筑壩施工技術(shù)研究

毛靳周

(浙江宇盛建設(shè)有限公司，浙江 慈溪市 315300)

本文以鄭徐水庫工程施工為例，介紹了一種采用分層填筑、挖掘機(jī)振搗壓實(shí)水力吹填粉砂土的施工工藝。采用該施工工藝不僅提高了壩體的壓實(shí)度，而且保證了壩體填筑施工質(zhì)量，取得了較好施工效果。

粉砂土；水力吹填；筑壩；技術(shù)

慈溪市鄭徐水庫作為寧波、慈溪兩級(jí)重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目，對(duì)工程施工質(zhì)量有著很高要求，水庫壩體填筑施工采用先水力吹填再進(jìn)行土方搗實(shí)的方法。在施工過程中，存在著水力吹填后粉砂土不能碾壓的難題。本施工技術(shù)針對(duì)水力吹填后粉砂土的特點(diǎn)，采用分層填筑、挖掘機(jī)振搗壓實(shí)的施工工藝，可加快土體固結(jié)速度、縮短工期，同時(shí)保證了壩體填筑施工質(zhì)量。

1 工程概況

慈溪市鄭徐水庫一期工程Ⅳ標(biāo)段位于慈溪市鄭家浦與徐家浦圍涂區(qū)內(nèi)，南靠九塘，北至十塘，東靠徐家浦西直堤，西至鄭家浦隔堤。主要施工項(xiàng)目為壩體、場(chǎng)坪土方填筑，壩體護(hù)岸結(jié)構(gòu)施工。壩體長度達(dá)2.70km，填土厚度5.50m。壩體土方填筑工程量125萬m3，場(chǎng)坪土方填筑87萬m3。

2 工藝原理

粉砂土，顧名思義就是粉土和砂土的結(jié)合。砂土砂粒含量超過50%，黏粒含量小于30%。粉砂土中砂土的含量最高，因此降低粉砂土的含水量是提高密實(shí)度的關(guān)鍵。

壓實(shí)厚度對(duì)壓實(shí)效果具有明顯影響。相同壓實(shí)條件下(土質(zhì)、濕度與功能不變),由實(shí)測(cè)土層不同深度的密實(shí)度或者壓實(shí)度可知，密實(shí)度隨深度遞減。每層鋪土厚度過厚，下部土體所受壓實(shí)作用力小于土體本身黏聚力和摩擦力，土顆粒不能相互移動(dòng)，無論壓實(shí)多少遍，填方也不能壓實(shí)；鋪土過薄，則下層土體壓實(shí)次數(shù)過多，而受剪切破壞，因此規(guī)定了一定的鋪土厚度。最優(yōu)的鋪土厚度應(yīng)能使填方壓實(shí)而機(jī)械功耗費(fèi)最小。

該工程使用負(fù)重荷載挖掘機(jī)采用“邊搗邊壓”的方法提高土體密實(shí)度。通過挖掘機(jī)挖斗對(duì)土體的搗漿作業(yè)，可使土體內(nèi)水分和空氣充分排出土體內(nèi)，提高了壓實(shí)質(zhì)量。壩體采用分層填筑，要求每層填筑的厚度在50cm左右，使得土體壓實(shí)的相對(duì)機(jī)械功耗率最小，提高了施工效率。

3 施工難點(diǎn)分析

慈溪市鄭徐水庫工程壩體填筑施工采用水力吹填的方式進(jìn)行，但吹填后的粉砂土無法進(jìn)行碾壓，土體內(nèi)的水分與空氣難以排出，使得壩體壓實(shí)度難以達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，壓實(shí)厚度的控制對(duì)壓實(shí)效果具有明顯影響，每層鋪土厚度過厚，下部土體所受壓實(shí)作用力小于土體本身的黏聚力和摩擦力，土顆粒不能相互移動(dòng)，無論壓實(shí)多少遍，填方也不能被壓實(shí)；而鋪土過薄，則下層土體壓實(shí)次數(shù)過多，而受剪切破壞，導(dǎo)致壩體壓實(shí)效果無法滿足要求，影響壩體整體穩(wěn)定性。

4 施工操作要點(diǎn)

4.1 施工準(zhǔn)備

確定水力吹填取土區(qū)、填土區(qū)。施工時(shí)先用全站儀定好挖、填土平面位置，并插好標(biāo)志，全程做好高程測(cè)量工作，確保開挖區(qū)斷面尺寸、高程滿足設(shè)計(jì)要求，確保填土區(qū)壩體形狀、斷面、高程滿足設(shè)計(jì)要求。填土區(qū)合理劃分區(qū)塊，采用挖掘機(jī)筑壩，將填土區(qū)進(jìn)行分區(qū)、分塊；布置好泥漿泵、土設(shè)備、管線走向及接力泵。

4.2 清基、圍堰填筑

4.2.1 清基

壩基清基主要采用泥漿泵沖挖清理和人工輔助清理相結(jié)合的方式，要求清除填筑區(qū)內(nèi)表層所有淤泥土及腐殖土，清基平均厚度40cm。

4.2.2 吹填區(qū)圍堰填筑

根據(jù)施工條件及水力沖挖機(jī)組安排，沿堤依次縱向布置一個(gè)吹填池，由一套機(jī)組控制作業(yè)，各池縱向基礎(chǔ)圍堰均使用清基土填筑，各層采用吹填土作為筑堰材料；橫向圍堰(中埂)基礎(chǔ)圍堰可就近取基面土，以上各層均以吹填土作為筑堰材料，機(jī)組作業(yè)區(qū)中埂由各施工隊(duì)劃分到每個(gè)機(jī)組，中埂起分池作用，應(yīng)隨吹填高度升高改變其位置(錯(cuò)位)，避免上下重疊，確保堤體質(zhì)量均勻。

4.3 泄水口和排水溝設(shè)置

吹填區(qū)圍堰除圍堰主體之外，還包括泄水口與排水溝兩部分。土方填筑中排水尤為重要。

4.3.1 泄水口

泥沙吹入吹填區(qū)后，在吹填區(qū)沉積，水則需排出吹填區(qū)外，因此，在吹填區(qū)圍堰上需布設(shè)泄水口。泄水口的位置除需考慮排出的水方便進(jìn)入指定地區(qū)外，還應(yīng)使泥漿在吹填區(qū)內(nèi)有較長的流程，以利于泥沙沉積。

4.3.2 排水溝

背坡設(shè)有排水體以降低地下水位，并在坡腳處設(shè)排水溝。根據(jù)確定的土方施工流程，水力沖挖填筑壩體產(chǎn)生的回水基本上都回到庫區(qū)，但為防止部分流向海堤塘裙或局部土堰破壞對(duì)風(fēng)車基礎(chǔ)造成沖刷，施工時(shí)在坡腳排水溝位置開挖施工臨時(shí)排水溝，并用復(fù)合土工布及石渣護(hù)面，待實(shí)施壩體背坡結(jié)構(gòu)施工時(shí)再按設(shè)計(jì)圖紙完成排水溝結(jié)構(gòu)。

4.4 水力吹填

4.4.1 管道設(shè)置

圍堰修筑完成后開始堤體吹填施工，泥漿配制時(shí)采用高壓水槍沖擊使之液化崩解，土砂混合均勻達(dá)到一定濃度和自然級(jí)配后，由泥漿泵輸送到堤面圍堰的吹填池內(nèi)。吹填進(jìn)泥管放在一端，排水管放在另一端，排水管的布置應(yīng)平順，采用柔性接頭，進(jìn)泥管需設(shè)專人看管，防止出現(xiàn)意外。

4.4.2 吹填方法

為使吹填池內(nèi)土質(zhì)顆粒分布均勻，采用單面吹填法。先沿圍堰一側(cè)以移動(dòng)吹填逐漸向另一側(cè)推進(jìn)，池內(nèi)的泥漿和表面水隨著吹填面的升高逐漸向前推移，直到排水管處，直至吹填到預(yù)定高度。泥漿進(jìn)入吹填池后流速驟減，懸浮的土顆粒在重力作用下逐漸沉淀，一部分水被置換，澄清在泥漿表面后被排水管排出，排水管則需隨泥漿面的升高不斷調(diào)整其高度以利排水。當(dāng)表面水被排除、蒸發(fā)、滲出及壓排后，隨著含水量的降低吹填體逐漸固結(jié)后，再進(jìn)行第二次圍堰吹填，依此類推。

4.4.3 回水處理

根據(jù)水力沖挖特點(diǎn)，施工過程中將有大量水從堆土區(qū)回流到庫區(qū)，施工中工程填筑區(qū)域由場(chǎng)坪外側(cè)向庫區(qū)逐漸壓縮。即從場(chǎng)坪與周圍海堤(隔堤)相接處填起，逐漸向壩體方向填筑。水力充填多余的水中仍然含有一定的泥沙，當(dāng)前一段填筑到一定高度后開始填筑后一段，則前段的回水可在后一段再次沉淀，減少土方流失，提高充填效率。圍區(qū)現(xiàn)狀地坪較為平坦，且內(nèi)部為封閉區(qū)域，不會(huì)造成水土流失，在原地面開挖導(dǎo)流溝，將回水集中導(dǎo)回挖土區(qū)。

4.5 人工、機(jī)械搗實(shí)

先由人工用竹竿進(jìn)行全倉初步搗實(shí)，即采用人工用自制竹竿在倉面上來回推送進(jìn)行搗漿。退水后，使用負(fù)重荷載的挖掘機(jī)進(jìn)行機(jī)械搗實(shí)，并在履帶上安裝根據(jù)挖掘機(jī)履帶尺寸定制的三塊道板，以防止挖掘機(jī)陷入泥漿中而不能正常工作。挖掘機(jī)進(jìn)入施工場(chǎng)地后，把挖斗插入土體來回振搗4次，再利用挖掘機(jī)自重壓實(shí)土體，要求對(duì)施工區(qū)域內(nèi)的土體進(jìn)行充分搗漿和壓實(shí)。

施工場(chǎng)地劃分為4個(gè)區(qū)域(見下圖)，共分7次分別展開施工，每次搗實(shí)需間隔2～3天進(jìn)行，以保證倉內(nèi)水分充分排出。第1次以回字形路線，按從外到內(nèi)的順序進(jìn)行振搗壓實(shí)排水，施工路線寬度為10m;第2次和第3次仍以回字形路線，按從外到內(nèi)的順序進(jìn)行振搗壓實(shí)排水，施工路線寬度為5m；第4次需振搗壓實(shí)中間剩余部分區(qū)域土體。

前4次搗漿區(qū)域示意圖

第5～第7次用挖掘機(jī)進(jìn)行全倉搗實(shí)和碾壓。在7次搗實(shí)的整個(gè)過程中，需安排專項(xiàng)人員對(duì)圍堰和排水溝全天24小時(shí)進(jìn)行修整和維護(hù)，以防止因?yàn)樗植荒芗皶r(shí)排除而影響壓實(shí)效果。

4.6 水陸挖掘機(jī)與普通大型挖掘機(jī)配合施工

壩體采用分層填筑方法進(jìn)行，若倉面厚度在50cm以下，用水陸挖掘機(jī)進(jìn)行振搗壓實(shí)，水陸挖機(jī)可減小搗漿周期，底層搗漿密實(shí)。若倉面厚度在50cm以上，則使用普通大型挖掘機(jī)施工。當(dāng)倉面厚度大于50cm時(shí)，水陸挖掘機(jī)的施工效果明顯變差，因?yàn)樗懲诰驒C(jī)在圍堰邊施工時(shí)，圍堰塌方的可能性大大提高而且在倉面上行動(dòng)不便。

4.7 干容重檢測(cè)

壩體每層填筑完成后進(jìn)行干容重檢測(cè)，干容重達(dá)到設(shè)計(jì)要求后才可進(jìn)入下一層土方吹填土施工。

為便于日常土體質(zhì)量的控制，由標(biāo)段成立壩體土方干容重檢測(cè)試驗(yàn)室。采用環(huán)刀法進(jìn)行取土試驗(yàn)，用于壩體土方干容重自檢。環(huán)刀法取樣時(shí)，壩體填筑按30cm一個(gè)斷面取樣，每層取3個(gè)點(diǎn)，取土樣3組，要求干容重不小于1.35g/cm3。

4.8 施工監(jiān)測(cè)

為保證工程安全施工， 沿壩軸線方向每400m左右設(shè)置1個(gè)壩體沉陷位移觀測(cè)斷面，斷面的上下游坡設(shè)沉降板，在施工過程中進(jìn)行必要的觀測(cè)，以指導(dǎo)工程施工。施工過程中應(yīng)堅(jiān)持沉陷觀測(cè)，觀測(cè)后應(yīng)及時(shí)繪制沉陷及水平位移曲線，發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)暫停加荷，及時(shí)與設(shè)計(jì)方聯(lián)系，分析原因，采取必要的技術(shù)措施后再繼續(xù)施工。

控制指標(biāo)：日最大沉降量小于15mm；兩日累計(jì)沉降量小于20mm。在正常施工過程中，沉陷量無突變現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)現(xiàn)壩體沉陷量達(dá)到或超過上述指標(biāo)時(shí)應(yīng)立即停止壩體施工，待變形量趨于穩(wěn)定且滿足要求時(shí)方可恢復(fù)施工。

5 質(zhì)量控制措施

水力吹填施工時(shí)，為控制泥漿流向準(zhǔn)確，同時(shí)避免粉砂土掩埋排泥管，需在每個(gè)排泥管出口安排一個(gè)施工人員進(jìn)行管理。施工人員需經(jīng)常性檢查圍堰安全，防止出現(xiàn)穿壩、管涌情況，產(chǎn)生不必要的損失，并經(jīng)常更換排泥口位置，使堆土區(qū)內(nèi)堆土高度平整，且要求符合設(shè)計(jì)要求。

控制泥漿含砂率不大于10%，以免造成堵管。機(jī)械搗實(shí)施工時(shí)，每次搗漿需間隔2～3天進(jìn)行，以確保水分已經(jīng)充分排出倉面。

為便于日常土體質(zhì)量控制，避免造成不必要的窩工現(xiàn)象，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整壩體土方填筑進(jìn)度和方法。

6 結(jié) 語

慈溪市鄭徐水庫工程一期工程Ⅳ標(biāo)段施工，由于采用了機(jī)械搗實(shí)粉砂土吹填筑壩施工技術(shù)，加快了土體固結(jié)速度，提高了土體承載力，增強(qiáng)了壩體整體穩(wěn)定，避免了出現(xiàn)土方倒坍、大面積土體流失的情況，同時(shí)降低了浸潤線，減少了壩體后期沉降，增強(qiáng)了壩體整體穩(wěn)定，在提高了工程質(zhì)量的同時(shí)，創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為其他類似工程提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

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Research on Construction Technology of Mechanical Tamping Silty Soil Hydraulic Reclamation damming

MAO Jinzhou

(ZhejiangYushengConstructionCo.,Ltd.,Cixi315300,China)

In the paper, Zhengxu Reservoir engineering construction is adopted as an example for introducing a construction technology, wherein layered filling is adopted, and excavator is used for vibratory compaction, and hydraulic power is applied for silty soil filling. The construction process can be adopted for improving the dam compactness on the one hand, and the dam filling construction quality can be guaranteed on the other hand, and excellent construction effect is obtained.

silty soil; hydraulic reclamation; damming; technology

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.07.012

TV62

A

1673-8241(2017)07- 0040- 04