修畦子泡土工藝在均質(zhì)土壩填筑的試驗研究與應(yīng)用

姚 凱，張 濤

（1.陜西省銅川市水務(wù)局，陜西 銅川 727000；2.中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司，陜西 咸陽 712000）

修畦子泡土工藝在均質(zhì)土壩填筑的試驗研究與應(yīng)用

姚 凱1，張 濤2

（1.陜西省銅川市水務(wù)局，陜西 銅川 727000；2.中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司，陜西 咸陽 712000）

銅川市龍?zhí)端畮鞓屑~工程為碾壓均質(zhì)土壩，由于天然土料含水偏低，需做泡土配水處理。結(jié)合場地和料場地形，采用“修畦子”的方法泡土改善土料含水率。配水前，需對土料的待滲期、開采期、滲透深度和開采方式進(jìn)行確定。通過區(qū)域性泡土工藝試驗研究，確定配水參數(shù)。在該工程實際應(yīng)用后，施工檢測結(jié)果表明，該施工工藝所摻配土料質(zhì)量合格，滿足施工質(zhì)量要求。

修畦子配水；試驗研究；施工應(yīng)用

1 概況

銅川市龍?zhí)端畮鞓屑~工程位于銅川市耀州區(qū)境內(nèi)的趙氏河上游，攔河壩為碾壓均質(zhì)土壩，土料填筑量約為74.3萬m3。施工前期依據(jù)SL251-2015《水電水利工程天然建筑材料勘察規(guī)程》[1]對左、右岸土料場復(fù)查檢測土料天然含水率，查明土料分布情況，左岸土料天然含水在6.8%～16.6%之間，平均含水在10.2%，右岸土料天然含水在6.4%～14.6%之間，平均含水在10.6%。通過室內(nèi)擊實和碾壓試驗確定，左、右岸土料場土料最大干密度1.71 g/cm3，最優(yōu)含水率分別為17.0%和17.2%，適宜壩體填筑的土料含水率控制范圍15%～19%[2]。但天然土料整體偏干，不可直接使用，需要做泡土處理。甲方提供筑壩土料土料場分別位于大壩左、右岸壩頂723 m高程以上上游斜坡面上，料場場地狹窄、高差大，土料場整體地形不完整、起伏大。大壩壩基位于狹窄深河溝，場地狹小。用“堆土?！狈椒ㄟM(jìn)行摻配調(diào)整土料含水率，因場地限制，無法實行。遂采用“修畦子”泡土的方式來解決填筑土料含水率偏低現(xiàn)象，達(dá)到土料快速補(bǔ)水的目的。

2 工藝流程

泡土前，在料場選代表性區(qū)域做泡土工藝試驗，得出水分在天然土料場的下滲速度和時間關(guān)系，確定待滲期和滲透深度，為施工提供依據(jù)，指導(dǎo)施工。工藝試驗后修“畦子”，檢測土料天然含水后，確定開采深度，加水配水，待滲期后檢測土料含水，合格后開采使用。如圖1所示。

3 配水試驗

圖1 工藝流程圖

目前工程常用的泡土方法有“溝灌法”和“畦（坑）灌法”，根據(jù)本工程實際場地選用“梯田式修畦子”方式泡土更適宜本工程。此種方法在工程實際應(yīng)用時是按地形將土料場分成若干大小不一的區(qū)塊進(jìn)行整平筑畦，然后灌水，在水分下滲、蒸發(fā)達(dá)到要求時開挖上壩。而試驗中為了方便、準(zhǔn)確的計算用水量及下滲深度等，實際是開挖成面積大、深度小的試驗坑進(jìn)行試驗。通過不同的用水量和不間斷的取樣測試工作，找出土料適宜的灌水量和待滲、開挖時段。

3.1 試坑位置、面積的選擇及天然含水分析

“畦（坑）灌法”試驗用水量大，考慮到試驗用水的拉運方便，保證試驗的代表性和準(zhǔn)確性，試驗位置選擇在左岸土料場高程768平臺進(jìn)行，試驗坑坑口為3 m×3 m深1 m。在開挖的S1試坑內(nèi)共取樣10組進(jìn)行了土層天然含水率測定，試坑S1取樣深度為5.0 m。天然含水率隨深度變化過程如圖1所示。

圖1 S1試抗天然含水率曲線

對試坑內(nèi)土料取樣發(fā)現(xiàn)，在距離表面2.8～3.8 m位置有顏色略微發(fā)紅的紅粘土，其余為黃土。對兩種土料依據(jù)規(guī)范SL237-1999《土工試驗規(guī)程》③進(jìn)行顆粒分析，結(jié)果見表 1。

表1 土的顆粒分析匯總表

由表1檢測結(jié)果可以看出，試坑部位土料以粉粒（0.075～0.005 mm）為主，均屬于粉質(zhì)粘土。但從土料天然含水曲線圖1可以看出，測試深度內(nèi)的天然含水率3.0～3.5 m位置相差較大，分析認(rèn)為這主要與該土層紅土粘粒含量及試驗坑所處的位置有關(guān)。

3.2 加水量及注水后試驗

3.2.1 加水量

參照類似工程配水經(jīng)驗，加水量設(shè)計是以飽和含水率減去天然含水率乘以80%計算，因填筑開采季節(jié)不同造成土料含水風(fēng)干損失不同，飽和含水率計算有差異。夏季按照（飽和含水率-天然含水率）×100%計算，確保填筑土料含水率在最優(yōu)含水率上線（17%～19%）；冬季土料配水灌水量設(shè)計按照（飽和含水率-天然含水率）×60%計算，確保填筑土料含水率在最優(yōu)含水率下線（15%～17%）；春秋兩季土料配水灌水量設(shè)計按照（飽和含水率-天然含水率）×80%計算，確保填筑土料含水率在最優(yōu)含水率16%～18%之間較為適宜。土料開采中大型機(jī)械一次開挖深度約為4 m，所以計算深度按4 m計算。

3.2.2 注水后試驗

試坑注水模擬現(xiàn)場土料場配水時的加水方式進(jìn)行注水，將計算好的水量一次注入試坑。注水后第4天開始造孔取樣，“梅花形”布孔進(jìn)行含水率測試。取樣間隔距離為0.5 m一組，至水分下滲的干濕分界以下1 m（滲界以下保證2組土樣）。每次取樣結(jié)束用孔內(nèi)取上的土進(jìn)行原土封孔，以保證水份不會從孔內(nèi)損失。持續(xù)30天間隔取樣，S1試驗坑含水率隨時間、深度變化統(tǒng)計見表2、圖2。

表2 S1試坑含水率變化統(tǒng)計表

圖2 S1試坑含水率隨時間變化曲線

（1）根據(jù)試驗資料分析，試驗區(qū)土料的最優(yōu)含水率wop=17.0%。施工時開采運輸過程中水分的損失在2%～3%，因此本次試驗設(shè)計按開挖深度內(nèi)（4 m）平均含水率降至20.0%時，即認(rèn)為待滲期結(jié)束，進(jìn)入土料可開采期。

（2）從表2、圖2可以看出，在注水后第24天時，4m內(nèi)土料含水率平均值已降至20%，進(jìn)入可開采期。目前僅檢測到第30天時含水率為19.6%，沒有到設(shè)計開采含水率下限，根據(jù)兩個時段計算可開采期大于6天。

（3）土料在注水第9天時至第24天，平均含水相差不大。因為該階段水分在2.8～3.8 m下滲時，遇到黏粒含量偏大的紅粘土，滲透系數(shù)小，阻擋了土料下滲速度，延長了待滲期。

3.3 水分下滲、側(cè)滲

根據(jù)含水率取樣檢測結(jié)果繪出試坑注水后水分下滲、側(cè)滲示意圖，見圖3。

圖3 水分下滲、側(cè)滲示意圖

由圖3可以看出，隨時間變化圖層中水分下滲深度呈略增大趨勢，試坑側(cè)滲范圍無明顯變化，側(cè)向滲透寬度在0.5m左右，側(cè)向滲透能力很弱。

4 施工應(yīng)用

（1）結(jié)合土場坡勢修畦子，左岸1#土料場及右岸2#土料場，料場場地狹窄、高差大，施工道路布置難度較大,需逐層泡土立面開采使用。根據(jù)料場地形，采用“梯田式修畦子”方式泡土，每個畦子標(biāo)記注水時間，畦子的大小根據(jù)地形確定，在地勢平緩的地方，畦子略大一些，在地勢陡的地方，畦子可略小，畦子的高度一般為1m。料場作業(yè)區(qū)要同時具有開挖作業(yè)面，待滲面、注水作業(yè)面、平整作業(yè)面。

（2）2017年5月26日，該工程均值土壩填筑完成，土料含水率施工期共取樣8300組，含水率匯總分析見表3。

取土場土料配水按照20%含水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配水，開采前檢測畦坑內(nèi)土料平均含水率20.2%，土料經(jīng)過翻拌、運輸、攤鋪等損失后，平均含水率為17.5%，含水率平均損失2.7%，基本滿足施工含水率要求。

表3 均質(zhì)土壩壩料含水率試驗資料統(tǒng)計

含水率較低土料原因調(diào)查分析為：①挖機(jī)開采深度超過4.0 m，將底部未浸泡土料挖運上壩；②畦子之間寬度過大，土料側(cè)向滲透力弱，未能將中間土料浸潤，有干土梁。

5 結(jié)論

（1）施工過程中應(yīng)定期檢測并統(tǒng)計不同季節(jié)的土料開采、拉運過程水分損失量，并根據(jù)檢測結(jié)果對土料含水率進(jìn)行調(diào)整。

（2）土料場開始人工配水時，應(yīng)加強(qiáng)檢測試驗，以確定在現(xiàn)場人工配水條件下的各項參數(shù)，為類似區(qū)域、類似土質(zhì)的土料配水積累經(jīng)驗數(shù)據(jù)，以做到更加合理的進(jìn)行人工配水。

（3）土料配水工作延繼周期長，宜分期分塊提前進(jìn)行。

（4）由于土料場土料的側(cè)向滲透能力差，為減少配水過程中土料側(cè)滲能力差造成的干土梁，修畦子時畦子厚度不超過1 m。

（5）“修畦子”泡土工藝試驗為本工程的施工提供了依據(jù)，利用“梯田式修畦子”方法有效的解決了因施工場地環(huán)境造成的影響，達(dá)到土料快速補(bǔ)水的目的，從浸泡到開采待滲期約為24天，對左、右岸同時修畦子泡土，交叉作業(yè)，利用“梯田”，合理規(guī)劃土料開采運輸?shù)缆?，計劃工期?nèi)保質(zhì)保量完成施工任務(wù)。

（6）通過“梯田式修畦子”泡土在本工程中的應(yīng)用，說明在土料場對土料進(jìn)行人工快速配水是可行的。由于各地土料場土料的最優(yōu)含水率差別較大，土料特性和滲透系數(shù)差異較大，全國不同區(qū)域、不同季節(jié)、不同土質(zhì)的具體待滲、可開挖時段應(yīng)根據(jù)泡土工藝試驗檢測結(jié)果確定。

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1673-9000（2017）05-0155-03

2017-06-12

姚凱（1983-），男，陜西銅川人，工程師，主要從事水利水電工程建設(shè)管理工作。