毛里求斯巴加泰勒大壩高含水土料填筑施工技術(shù)初探

趙旭東 何超

摘 要：本文依托于毛里求斯巴加泰勒大壩的修建工程，分析了高含水土料工程施工的特性，通過對原狀土補充勘探以及土料碾壓試驗，明確土料參數(shù)，并總結(jié)了其施工過程中的控制措施，對心墻料以及任意料試驗結(jié)果分析表明，總體施工質(zhì)量良好。

關(guān)鍵詞：巴加泰勒大壩 心墻料 任意料

毛里求斯巴加泰勒大壩為黏土心墻壩，壩長2555.17m，分左、右岸土壩段和中間堆石壩段。壩頂設(shè)計高程為EL.400.00m，大壩最高處可達到48.0m，大壩頂部最寬處可達到7.0m。其中土壩段長2255m，上下游坡比為1：2.5；中間堆石壩段長300m，上下游坡比為1：1.7～1：2.5漸變。壩基采用塑性混凝土防滲墻進行基礎(chǔ)處理，將上壩公路設(shè)立在左右岸的下游坡面上并直接連接壩頂部分。在大壩的下游坡腳部位設(shè)有排水溝。整個工程需填筑的土體方量達到約364萬m3，填筑心墻料的土體工程量約57萬m3，任意料填筑約177萬m3，石料填筑約130萬m3。

1.土料工程特性

為了充分利用庫區(qū)開挖料，土料場位于庫區(qū)上游，在Terre Rough河左右岸，為大壩提供心墻料和任意料。根據(jù)前期料場補充勘探資料顯示，料場層次結(jié)構(gòu)清楚，地質(zhì)條件簡單，土層為玄武巖全強風化形成的殘積土。料場土料基本分3層，第1層：表層0.5～1.0m厚耕植土（無用層）；第2層：厚度1～4.2m厚的高塑性粘土層，左岸平均厚度1.47m，右岸平均厚度2.18m，為心墻料料源；第3層含沙粘土層，塊碎礫石含量較前兩層多，一般5%～25%，平均厚度>8m，主要為壩體提供任意料。

2.現(xiàn)場試驗

2.1原狀土補充勘探試驗

通過土料場補充勘察，對土料原狀土進行物理性能和力學(xué)性能試驗表明：心墻料土質(zhì)較為均勻，以多水高嶺石、三水鋁礦、珍珠云母為主，<0.005mm粘粒含量均值為23.6%，為高液限黏土，天然含水率在34%～51%，平均值43.3%，塑性指數(shù)在12.0～21.0。土料自由膨脹率均值15.1%，無潛在膨脹趨勢。通過標準普氏擊實試驗（604kJ/m3），心墻料干密度的最大均值可到達1.35g/m3，其含水率最優(yōu)指標可達到37.6%。從其滲透系數(shù)（i×10～7cm/ s）來看，施工區(qū)域透水性極弱，滿足防滲要求。

任意料為含砂高液限黏土，物相同心墻料，天然含水率41%～58%，平均值50.7%，隨開采深度含水率呈增加趨勢。塑性指數(shù)在15.5～22.0，自由膨脹率為12.3%，無潛在膨脹趨勢。平均最大干密度1.32 g/cm3，最優(yōu)含水率38.3%，施工中需進行天然含水率調(diào)整，以便利于施工。滲透系數(shù)同心墻料。

2.2碾壓試驗

在填筑施工開始之前，土料碾壓試驗是必經(jīng)環(huán)節(jié)。該實驗的目的是為了確保施工中的碾壓設(shè)備可正常運行，驗證是否可以直接用天然高含水量的土料直接填筑壩體。在試驗的過程中還需要做好含水率臨界值的確定工作，以此來驗證和總結(jié)土料填筑技術(shù)和質(zhì)量控制要點，保證填筑施工質(zhì)量。據(jù)其含水量、攤鋪厚度、碾壓遍數(shù)的具體情況還需要增加試驗的次數(shù)，以確保試驗的準確性。實際操作中，使用20t自卸車將裝好的土料用后退式的辦法卸到指定區(qū)域。為了提升其施工效率，本工程使用了山推SD220推土機，并配合使用結(jié)合人工找平的方式進行土料填筑施工。攤鋪好的土料再使用16t單鋼輪振動羊角碾進行碾壓。碾壓前人工清理土料中超徑石塊。通過碾壓試驗，最終確定不同含水條件下的土料的壓實度控制指數(shù)，以指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

3.土料填筑控制措施

3.1施工過程控制

土料開采前，對開采區(qū)進行坑探取樣，并按技術(shù)規(guī)范要求對土料進行適應(yīng)性試驗（包括顆粒分析、標準擊實以及塑性指數(shù)等），以保證土料質(zhì)量滿足技術(shù)規(guī)范要求。同時通過坑探，確定心墻料和任意料現(xiàn)場開采深度。填筑前，對土料場擬開采區(qū)域取樣進行天然含水率試驗。若料源不同，應(yīng)重新進行天然含水測試。碾壓結(jié)束之后，需使用環(huán)刀法進行土體密度測試，得出壓實度，便于施工人員現(xiàn)場質(zhì)量控制。在實際實施中，當現(xiàn)場含水率和最優(yōu)含水率之差在-3%～+6%時，必須滿足最低壓實度95%要求；高含水率情況下，必須滿足最低壓實度90%要求。

3.2料場開采措施

土料采用大規(guī)模平面開采方式進行，沿實際地行形成開采高低面，利于雨季排水。當土料天然含水率和最優(yōu)含水率之差在-3%～+10%，滿足直接上壩要求；當高含水情況發(fā)生時，不利于現(xiàn)場填筑，則料場開采采用開挖溝槽、預(yù)留土埂方式進行，每間隔12～15m開挖3～5m寬溝槽，深度1.5～2.5m，降低土體周圍水勢，在溝槽內(nèi)預(yù)留5%～10%坡度，利于排水。在完成溝槽開挖后，進行土埂開挖，以此降低土料含水。

3.3將基坑開挖土料作為上壩料堆存

通過基坑分層開挖，對不同土料進行分類并就近堆存，在試驗檢測后，滿足技術(shù)規(guī)范心墻料和任意料質(zhì)量控制要求。土料在料堆堆存一段時間后，天然含水率明顯降低，再通過二次倒運，更利于現(xiàn)場施工。

3.4壩面控制和排水

針對工程所在地特殊的降雨特征，降雨頻繁且易出現(xiàn)短時間暴雨情況，因而在施工中要盡可能避免填筑土料中滲透雨水，以免其影響干容重，致使壓實度不滿足要求。在施工過程中，安排專人及時查看天氣信息，雨前應(yīng)立即停止上壩土料運輸，利用推土機或裝載機，對壩面進行平整，并有意將壩面延上下游方向做成內(nèi)高外低，用壓路機對壩面進行快速封面至少2遍。雨水通過坡度可排向上下游，即使不能全部有效排出，也不會大量浸入填筑工作面形成高含水土體。暴雨過后，自然風干，翻曬壩面土料，重新碾壓并檢測，試驗合格后，方可繼續(xù)作業(yè)。

3.5塑料薄膜的應(yīng)用

大壩長度達2555m，塑料薄膜覆蓋全部土料填筑面不可能實現(xiàn)。在實際施工過程中，受基坑混凝土工程、基礎(chǔ)防滲墻施工等作業(yè)面交叉作業(yè)影響，中間堆石壩段填筑速度遠低于左、右岸土壩段填筑速度，對整個壩體填筑進度造成制約。為了有效解決此問題，加快施工進度，減輕降雨等不利天氣條件對施工進度和施工質(zhì)量的影響，在降雨來臨前，利用塑料薄膜對中間堆石壩段及左、右岸過渡段搭接處土料進行及時覆蓋，能有效防止雨水對壩面土料含水量的干擾，對加快中間堆石壩段施工進度起到了很大作用。

4.結(jié)果分析

自2014年至2016年底大壩填筑結(jié)束時，現(xiàn)場心墻料共計試驗7559組，任意料試驗共計10975組。心墻料W-Wop在+6%～+10%高含水范圍內(nèi)，共2520組，占試驗總數(shù)33.3%；W-Wop平均值為+3.99%，對應(yīng)心墻料平均壓實度95.31%；任意料W-Wop在+6%～+10%高含水范圍內(nèi)，共4659組，占試驗總數(shù)42.4%。W-Wop平均值為+4.61%，對應(yīng)任意料平均壓實度95.05%，滿足技術(shù)規(guī)范對土料壓實度的要求。同時根據(jù)以上試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)估算，當心墻料W-Wop在+6%～+10%高含水范圍內(nèi)，現(xiàn)場累計心墻料填筑方量約19萬m2；當任意料W-Wop在+6%～+10%高含水范圍內(nèi)，現(xiàn)場累計任意料填筑約75萬m2。大壩土料在W-Wop 在+6%～+10%高含水區(qū)間內(nèi)累計填筑94萬m2，占土料總填筑方量約40%。

5.結(jié)語

經(jīng)過數(shù)年艱苦建設(shè)，目前該項目已于2016年年底開始蓄水，2017年6月底正式移交并投入運行。實踐證明，該水庫已經(jīng)在正常蓄水位下安全運行2年多，壩體無明顯沉降，大壩下游側(cè)減壓井無出水現(xiàn)象發(fā)生，壩體無滲漏情況出現(xiàn)，工程質(zhì)量，特別是壩體填筑和基礎(chǔ)防滲工程質(zhì)量優(yōu)異。

參考文獻：

[1]陳華貴，袁民，許建周.平原湖區(qū)高含水量土料填筑施工[J].南水北調(diào)與水利科技， 2012 （02）： 37-39.

[2]胡宗容，劉莉萍.天然高含水率火山灰質(zhì)土料填筑碾壓施工[J].水力發(fā)電，2018（02）：59-61+83.

[3]楊聚利.均質(zhì)土壩填筑土料研究[J].地下水，2018（05）：223-226.