淺析上壩土料含水率控制

王仁槐

摘 要：土料回填是土壩施工中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，影響土料壓實(shí)質(zhì)量的因素也較為繁多，其中土料含水率是影響壓實(shí)質(zhì)量的重要因素之一，本文就是探討怎樣保證土料場(chǎng)土料最優(yōu)含水率。

關(guān)鍵詞：土壩回填；土料最優(yōu)含水率；壓實(shí)質(zhì)量

一、引言

土壩具有結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，工作可靠，便于維修、加高和擴(kuò)建，施工技術(shù)容易掌握，便于機(jī)械化快速施工等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)筑壩材料可以就地取材，壩體具有柔性，能適應(yīng)地基變形，在水利工程中具有廣泛應(yīng)用。如何控制好土壩施工質(zhì)量，已成為重要關(guān)注點(diǎn)。其中回填土料的含水率是決定土壩壓實(shí)質(zhì)量的重要因素之一，怎樣保證土料的最優(yōu)含水率成為控制重點(diǎn)。

二、工程背景

南溝門(mén)水庫(kù)樞紐工程位于陜西省延安市黃陵縣境內(nèi)，水庫(kù)壩址位于葫蘆河河口上游約3km處的寨頭河村南溝門(mén)附近，距黃陵縣城約25km，距洛川縣城約17km，距延安市約120km，距西安市約180km。

南溝門(mén)水庫(kù)樞紐總庫(kù)容2.006億m3，為Ⅱ等、大（2）型，樞紐主要建筑物由攔河壩、導(dǎo)流泄洪洞、溢洪道、引水發(fā)電洞、壩后電站等五部分組成。

水庫(kù)樞紐設(shè)計(jì)大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高68.0m，壩頂高程852.0m，需用土料472萬(wàn)m3。工程區(qū)位于陜北黃土高原南部，第四系上更新統(tǒng)（Q3eol）黃土和中更新統(tǒng)（Q2eol+pl）黃土狀壤土分布廣泛，壩區(qū)周圍土料儲(chǔ)量豐富。

三、工程現(xiàn)狀調(diào)查及存在問(wèn)題

3.1工程現(xiàn)狀調(diào)查

工程區(qū)氣候干旱少雨，地下水埋深大，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)室對(duì)土料場(chǎng)進(jìn)行復(fù)查，各項(xiàng)技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)均符合SL251-2000《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》對(duì)均質(zhì)土壩土料的質(zhì)量要求，料場(chǎng)土料除天然含水率7.0%-24.2%，土料填筑最優(yōu)含水率15.0%-18.4%，天然土料含水率存在不均勻現(xiàn)象。土料不能直接用于壩體填筑，在壩體填筑前必須調(diào)整土料的含水率，使其滿足填筑要求。

3.2存在問(wèn)題

土料經(jīng)過(guò)人工配水后開(kāi)采，進(jìn)行壩體填筑，由于土料含水率沒(méi)控制好，在土料碾壓過(guò)程中出現(xiàn)局部彈簧土、剪切破壞等質(zhì)量問(wèn)題。對(duì)彈簧土進(jìn)行返工處理不僅增加了成本，且影響施工進(jìn)度。

四、土料含水率不合格的原因分析

4.1原因分析

技術(shù)人員通過(guò)對(duì)以上原因分析，得出了造成土料場(chǎng)土料天然含水率不合格的主要原因是本地區(qū)的降雨量小，而蒸發(fā)量大。本地區(qū)的降水量主要集中在每年的9月、10月，雨季過(guò)后即進(jìn)入冬季，氣溫低，蒸發(fā)量小，土料含水率較大。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料顯示，每年的11月中旬開(kāi)始，當(dāng)?shù)氐淖畹蜌鉁丶催M(jìn)入零度以下，直到第二年3月初才能解凍，期間土料含水率較大但是不能進(jìn)行壩體填筑，而進(jìn)入4月以后，本地區(qū)的降水量極少，氣溫卻在不斷升高，蒸發(fā)量不斷增大，導(dǎo)致土料天然含水率降低。

五、調(diào)整土料含水率

5.1方案提出

為增加優(yōu)化土料場(chǎng)土料的含水率，我們采用人工對(duì)土料進(jìn)行加水，使其含水率接近土料的最優(yōu)含水率，選用畦（坑）灌法。

5.2畦（坑）灌法方案實(shí)施

5.2.1試坑開(kāi)挖

試坑開(kāi)挖先采用挖掘機(jī)，人工修整。開(kāi)挖過(guò)程中機(jī)械不進(jìn)入坑內(nèi)，以保證不改變?cè)嚳觾?nèi)土層的天然狀態(tài)。為探明不同深度處土料的滲透效果，試坑S1開(kāi)挖面積均為3m×3m，深1m，試坑S2開(kāi)挖面積為6m×6m，深1m。

5.1.2測(cè)定原始含水率

本次試驗(yàn)在開(kāi)挖的S1、S2試坑內(nèi)共取樣20組進(jìn)行了土層天然含水率測(cè)定，取樣深度均為5.0m。機(jī)械開(kāi)采深度一般在4m左右，所以試坑平均含水率計(jì)算選用了4m深度范圍的平均值。

5.2.3注水量計(jì)算

注水量計(jì)算采用（飽和含水率-天然含水率）×80%進(jìn)行計(jì)算，按此水量進(jìn)行注水后，滲水深度基本都能達(dá)到4.0m以下，但有效開(kāi)深度不能達(dá)到4.0m，因此注水量計(jì)算可適當(dāng)增大。

5.2.4配水存在問(wèn)題

土料配水后水分下滲深度一般在4.5m左右，而有效開(kāi)采深度在3.7m左右，使得下部0.8m深度范圍的土料在配水范圍而不在開(kāi)采范圍，且下部0.8m深度范圍內(nèi)土料的水分滲透形狀呈明顯漏斗狀，這就造成了下部0.8m深度范圍內(nèi)呈漏斗狀經(jīng)過(guò)配水的土料含水率高于周圍土料的含水率，使土料含水率更加的不均勻，給下一層土料在人工配水時(shí)造成了很大影響。

六、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)及建議

1）在土料場(chǎng)對(duì)土料進(jìn)行人工配水是可行的，人工配水后可明顯增大土料的含水率，并可使土料的含水率達(dá)到壩體填筑的要求；

2）配水前分區(qū)、分塊進(jìn)行料場(chǎng)土層天然含水率測(cè)定，注水量宜按（飽和含水率-天然含水率）×（85%～90%）進(jìn)行計(jì)算，具體注水量的確定應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同區(qū)域、不同土質(zhì)的注水需要；

3）由于土料場(chǎng)土料的最優(yōu)含水率差別較大，不同區(qū)域、不同土質(zhì)配水后的具體待滲、開(kāi)采時(shí)段應(yīng)根據(jù)具體的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行確定；

4）采用畦灌施工方案，其中間土梁下形成的干土和底部低于上壩控制含水率要求的土料是無(wú)法避免的，建議在土料開(kāi)采時(shí)對(duì)土料進(jìn)行一定的摻合、悶土，使土料含水率均勻，確保壩體填筑質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

6）施工過(guò)程中應(yīng)檢測(cè)不同季節(jié)的土料開(kāi)采、拉運(yùn)過(guò)程水分損失量，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)土料開(kāi)始和結(jié)束開(kāi)采時(shí)的含水率進(jìn)行調(diào)整；

7）土料配水工作延繼周期較長(zhǎng)，宜分期分塊提前進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

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[2]高晏《淺談使用高含水率土料進(jìn)行均質(zhì)土壩土方填筑》，工程技術(shù)：文摘版

[3]何建輝，房樂(lè)春《土方壓實(shí)施工中土壤含水量的控制》，黑龍江水利科技

（作者單位：中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司第三工程公司）