膠凝砂礫石料換填技術(shù)在某橡膠壩壩基處理工程中的應(yīng)用

任海民，羅榮安，孫 震

（泰安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山東 泰安，271000）

1 工程概況

泰安市大汶河綜合開發(fā)工程歷時(shí)3年，在大汶河干支流上建設(shè)8處攔河工程和相應(yīng)的綜合開發(fā)項(xiàng)目，營造5萬畝（33.33 km2）左右大水面，達(dá)到幾億m3的靜態(tài)蓄水能力，并圍繞大水面搞好沿河景觀開發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。通過幾項(xiàng)工程的成功實(shí)施，消除洪水隱患、充分利用雨洪資源、提高灌溉效益、改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，真正實(shí)現(xiàn)大汶河資源的充分利用，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。

其攔河壩主體工程均采用成熟的橡膠壩模式，但壩址區(qū)均位于大汶河中游的沖洪積平原上，屬老年性河谷。壩址區(qū)地層巖性較簡(jiǎn)單，出露的地層主要為第四系沖洪積層，下伏地層為寒武系頁巖及泰山群花崗巖，第四系沖洪積層由壤土、中砂、粗砂等組成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及鉆探資料，揭露的地層自上而下分別為：填土（Q4s）、粉砂（Q4alp）、壤土（Q4alp）、中砂（Q4alp）、粗砂（Q4alp）、壤土（Q3alp）、粘土（Q3alp）、全風(fēng)化花崗片麻巖（Ar）、強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖（Ar）。項(xiàng)目區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度。本區(qū)凍土深度0.46 m。

其中新建的桑安口水庫位于大汶河干流南支主河槽內(nèi)，總蓄水量約991.4萬m3，工程規(guī)模為?。?）型。主體工程橡膠壩采用枕式雙錨固充水式橡膠壩，壩高4.50 m，共設(shè)8孔，每孔凈寬50.00 m，橡膠壩全長412.50 m。規(guī)劃設(shè)計(jì)選定橡膠壩壩基以5層壤土為基礎(chǔ)持力層，其承載力標(biāo)準(zhǔn)值為160kPa。因中砂透水性強(qiáng)，為解決壩基繞壩滲漏，需對(duì)局部中砂層基礎(chǔ)進(jìn)行換填處理。

2 設(shè)計(jì)方案選擇

2.1 方案比較

針對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)存在著豐富砂礫石料的實(shí)際情況及行業(yè)內(nèi)以往處理類似基礎(chǔ)問題的常用方式，選擇碾壓膠凝砂礫石料、毛石混凝土2種處理方案進(jìn)行比選，兩種方案優(yōu)缺點(diǎn)見表1所示。

表1 碾壓膠凝砂礫石料與毛石混凝土方案比較Table 1 Comparison of roller compacted CSG and rubble concrete

綜合考量以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，再結(jié)合建設(shè)單位提出的節(jié)約費(fèi)用、加快進(jìn)度的要求，在二者均能滿足防滲及強(qiáng)度指標(biāo)的設(shè)計(jì)要求下，認(rèn)為碾壓膠凝砂礫石料方案存在著以下優(yōu)勢(shì)：防滲和強(qiáng)度指標(biāo)滿足一定性能、但并不要求指標(biāo)太高；充分利用當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有資源、節(jié)約費(fèi)用；機(jī)械化施工、縮短工期。最終選擇膠凝砂礫石料換填的形式進(jìn)行基礎(chǔ)處理。

2.2 主要設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

基礎(chǔ)抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不低于5.0 MPa；抗?jié)B等級(jí)W4；容重≥2 210 kg/m3；壓實(shí)度≥93%；膠凝材料為P.C32.5復(fù)合硅酸鹽水泥（或水泥和粉煤灰混合料），摻量≥150 kg/m3。

2.3 碾壓膠凝砂礫石配合比

工程施工前，應(yīng)委托具有資質(zhì)的試驗(yàn)單位出具材料配合比，取樣時(shí)，應(yīng)由各參建單位聯(lián)合見證，所涉及的砂礫石應(yīng)在施工現(xiàn)場(chǎng)選取有代表性的原材料，并綜合考慮原材料的含泥量、含水量、級(jí)配及粒徑變化情況，合理確定材料配比，并預(yù)留一定上下浮動(dòng)的數(shù)據(jù)空間。各種材料具體參數(shù)見表2。

表2 碾壓膠凝砂礫石配合比Table 2 Mixture ratio of roller compacted CSG

3 工程施工工藝

3.1 工程施工工藝

根據(jù)規(guī)范及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，工程選用強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)與混凝土配料機(jī)配合工作進(jìn)行拌料，運(yùn)輸汽車、挖掘機(jī)、推土機(jī)、裝載機(jī)及振動(dòng)碾聯(lián)合施工，對(duì)工程基礎(chǔ)寬70 m、長415 m、厚度0.4～4.7 m范圍內(nèi)的中砂層進(jìn)行全部換填。其施工工藝如下：

（1）確定碾壓試驗(yàn)方案。在施工現(xiàn)場(chǎng)選定試驗(yàn)區(qū)，合理劃分區(qū)段進(jìn)行碾壓試驗(yàn)，對(duì)碾壓試驗(yàn)方案中提出的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行逐一核實(shí)，以確定卸料方式、攤平方法、碾壓設(shè)備的型號(hào)、行進(jìn)速度、碾壓遍數(shù)、鋪料的厚度、搭接寬度、壓實(shí)密度及施工工藝和各項(xiàng)保證措施。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多組試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，本項(xiàng)目選用壓實(shí)密度接近2 250 kg/m3的相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)。采用端退法通倉鋪筑，鋪料厚度40 cm，壓實(shí)厚度34.1 cm，碾壓6遍，靜壓和弱振速度控制在1.5 km/h，強(qiáng)振速度控制在2.5 km/h，確保滿足強(qiáng)度及抗?jié)B指標(biāo)要求。

（2）施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備。施工現(xiàn)場(chǎng)要引入坐標(biāo)控制樁和高程控制點(diǎn)，保證水準(zhǔn)點(diǎn)互相通視，以確保高程測(cè)量，并在現(xiàn)場(chǎng)提前做好施工降排水設(shè)施，確保換填材料在其初凝時(shí)間內(nèi)不影響碾壓質(zhì)量。

（3）拌料。項(xiàng)目采用強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)和混凝土配料機(jī)聯(lián)合工作。在正式出料前，要試拌試調(diào)，使配料機(jī)的出料比、水泥、粉煤灰及用水量滿足設(shè)計(jì)要求，以確保料源質(zhì)量。

（4）運(yùn)輸。項(xiàng)目采用25 t自卸車進(jìn)行運(yùn)輸，運(yùn)輸過程應(yīng)確保路況平整，并采取遮陽布進(jìn)行防護(hù)，以防水分蒸發(fā)。

（5）卸料與平倉。為防止卸料時(shí)骨料分離，采用多點(diǎn)疊加卸料法，再利用推土機(jī)及時(shí)進(jìn)行平倉，每層鋪料厚度不大于40 cm，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的局部骨料集中或粒徑超標(biāo)現(xiàn)象，應(yīng)安排專人進(jìn)行挑揀及人工撒料處理。

（6）碾壓。22 t鋼輪振動(dòng)碾及小型手扶鋼輪振動(dòng)碾聯(lián)合作業(yè)。用22 t鋼輪振動(dòng)碾先靜壓1遍，后啟用弱振和強(qiáng)振各2遍，再用鋼輪振動(dòng)碾靜壓1遍。靜壓和弱振行進(jìn)速度控制在1.5 km/h，強(qiáng)振行進(jìn)速度控制在2.5 km/h，碾壓搭接寬度為碾輪寬度的1/6，對(duì)局部邊角地塊用小型手扶鋼輪振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓，以確保整個(gè)碾壓面無盲區(qū)。同時(shí)，做好現(xiàn)場(chǎng)Vc值檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)碾壓實(shí)踐證明，Vc值小于4.5 s時(shí)會(huì)導(dǎo)致碾壓機(jī)械陷車現(xiàn)象，影響碾壓效果和質(zhì)量。

（7）連續(xù)填筑碾壓。重復(fù)上述作業(yè)流程可連續(xù)填筑。

3.2 施工中注意問題

（1）拌和料質(zhì)量控制。在現(xiàn)有施工機(jī)械條件下，為確保拌和料質(zhì)量，盡量避免現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)易拌料法。一個(gè)工程中應(yīng)盡量使用同類同源骨料，料源應(yīng)集中堆放并及時(shí)檢測(cè)砂礫料的含水量、含泥量及粒徑均勻程度，如出現(xiàn)較大質(zhì)量變動(dòng)，應(yīng)及時(shí)對(duì)水灰比、含水量進(jìn)行微調(diào)，以確保拌和料質(zhì)量。

（2）碾壓過程層面處理。根據(jù)膠凝砂礫石填筑流程，當(dāng)層面處于間歇或因外來因素等被迫短時(shí)間停止填筑，鋪筑層已經(jīng)發(fā)白或已初凝時(shí)，需對(duì)層面進(jìn)行處理。在膠凝砂礫石攤鋪前，層面噴射一層1∶1水泥砂漿以提高膠凝砂礫石的結(jié)合力。層面縫隙處理采用表面鑿毛法，先清除倉面已松動(dòng)的填筑料，均勻地噴射一層1∶1水泥砂漿，再用填筑料密封。同時(shí)應(yīng)根據(jù)季節(jié)溫度、天氣變化情況及時(shí)做好倉面的保護(hù)及養(yǎng)護(hù)工作，以免影響質(zhì)量，確保層與層之同的結(jié)合。

（3）特殊氣候施工質(zhì)量控制。在高溫或寒冷季節(jié)進(jìn)行膠凝砂礫石料施工時(shí)，要做好防高溫、防雨及防凍的保護(hù)措施。在溫度較高時(shí)，要縮短各層施工的時(shí)間間隔，防止膠凝砂礫石料在拌制、運(yùn)輸、平倉及碾壓階段水分的快速蒸發(fā)。盡量避免下雨時(shí)施工，確需趕工期的，應(yīng)采取有力措施，做好防護(hù)，保證施工質(zhì)量。冬季施工應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控溫度變化情況，采用晚開工、早收工的施工方法，層面采用防凍棉被等保溫設(shè)施，以防凍害。

4 質(zhì)量檢查與檢測(cè)

桑安口水庫橡膠壩壩基換填處理共計(jì)7.8萬m3，劃分碾壓?jiǎn)卧?2個(gè)。在施工過程中，及時(shí)對(duì)碾壓層進(jìn)行高程測(cè)量計(jì)算，布控試驗(yàn)，以確保厚度和碾壓質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)不合格現(xiàn)象，及時(shí)糾正處理。項(xiàng)目全程均按照設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范進(jìn)行了嚴(yán)格檢查與檢測(cè)。

（1）壓實(shí)度檢測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以核子密度儀為主，挖坑灌水法輔助檢測(cè)測(cè)定填料壓實(shí)密度。核子密度儀共檢測(cè)256組，挖坑灌水法共檢測(cè)64組，實(shí)測(cè)壓實(shí)度在94.8%～98%之間，合格率100%。

（2）送檢樣品檢測(cè)。項(xiàng)目共送檢試樣192組，28 d抗壓強(qiáng)度值在6.2～9.0 MPa之間，抗?jié)B等級(jí)≥W4，均滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）開挖、取芯檢查。在填筑體完工28 d后，各參建單位進(jìn)行聯(lián)合檢查，在填筑體的上下游隨機(jī)選取斷面位置進(jìn)行開挖及取芯檢查，從8個(gè)開挖斷面及取芯情況發(fā)現(xiàn)，填筑體碾壓密實(shí)、層與層之間膠結(jié)較好，芯樣較完整、獲得率高，效果理想。

5 結(jié)語

膠凝砂礫石料壩基換填技術(shù)在大汶河水利開發(fā)工程中被大量使用，通過現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)檢測(cè)及蓄水安全運(yùn)行效果檢驗(yàn)，滿足了設(shè)計(jì)要求。在具體實(shí)施中，也發(fā)現(xiàn)配比中的膠凝材料含量過于保守，各項(xiàng)指標(biāo)超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較多，在后續(xù)的施工中均得到了合理修正，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，膠凝砂礫石料壩基換填技術(shù)值得在類似工程中推廣應(yīng)用。 ■

[1]Hirose Toshio.梯形膠凝砂礫石壩施工與質(zhì)量控制工程手冊(cè)[R].日本大壩工程中心,2007.

[2]陳武.膠凝砂礫石材料在圍堰工程中的應(yīng)用[J].大壩與安全,2011(2):35-41.

[3]田育功,唐幼平.膠凝砂礫石筑壩技術(shù)在功果橋上游圍堰中的研究與應(yīng)用[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2011(1):51-57.