高地下水位條件下平原圍壩開挖與填筑施工技術

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 前言

水庫滲漏不僅直接影響到水庫的正常運行，嚴重的將危及水庫土壩的安全。平原水庫位于江河中下游沖積平原，表層為黏土或粉質黏土，厚度較薄，地下水位高，下部為粉細砂，滲透較大。因此，平原水庫易出現(xiàn)滲漏問題。解決平原水庫滲漏問題，必須采取工程措施。平原水庫作為我國平原地區(qū)民生建設的一個重要工程，有著利國利民的作用。多年來平原水庫的防滲加固一直是平原水庫工程施工過程中的一個重要環(huán)節(jié)。由于很多地區(qū)基礎土質較差滲透性較強，在高地下水位的作用下對壩基的危害相當大，因此平原水庫的防滲工作是不可忽視的。

2 亳州調蓄水庫特點

調蓄水庫位于亳州市南約15km，庫容460萬m3，采用下挖3m成庫的方式，圍壩開挖深度為5m，水庫蓄水位為35.6m，總挖方量約585萬m3，總填筑方量約94萬m3。調蓄水庫主要利用壩坡、庫底換填粘性土以及庫底第①-6層重粉質壤土防滲，壩坡?lián)Q填粘土底高程與壩基第①-6層重粉質壤土連接，圍壩頂高程37.2m，庫底高程32.25m～33.90m，圍壩軸線總長8.35km，壩高1.5m～2.3m。壩坡及庫底換填土壓實度不低于0.96，滲透系數(shù)不大于1×10-5cm/s。施工圖紙要求圍壩填筑、壩坡、庫底換填粘性土均采用庫內①-3層重粉質壤土，該層土位于底下1.72m左右，處于地下水位線及其浸潤線以下，屬于含水量處于飽和狀態(tài)的土料層，亳州調蓄水庫施工有以下特點：

特點1：根據(jù)設計施工圖紙，圍壩填筑土料有特殊要求，施工圖紙要求為地面以下①-3層重粉質壤土。為節(jié)省施工成本，防止機械過度降耗問題，必須綜合考慮料源合理規(guī)劃問題。

特點2：根據(jù)設計施工圖紙和水文地質情況，庫內第①-3層重粉質壤土均分布在地下水位以下，該土料天然含水率過高，需進行含水率調整合格后才能運至填筑面。如何快速提高土料含水率的調整，保證壩體填筑質量，降低降排水費用？

特點3：設計要求水庫換填區(qū)開挖基面均進行壓實，壓實厚度不小于0.3m；換填區(qū)以外的庫底均進行壓實，壓實厚度不小于0.5m，壓實度不低于0.96。結合現(xiàn)場實際，庫底表層土料含水較高，采取振動碾在表層直接碾壓影響現(xiàn)場厚度或壓實度可能無法滿足壓實度要求。如何保證庫底碾壓合格率？

3 調蓄水庫滲漏原因分析

近幾年來，隨著國內設計手段、施工技術等的發(fā)展與提高，平原水庫的蓄水功能及防滲得到一定的提高，但是基于分析亳州調蓄水庫的特點，可知亳州調蓄水庫的土料條件較差，水庫滲漏的原因主要是以下幾個方面的因素：

(1)圍壩軸線較長。調蓄水庫圍壩為封閉式不規(guī)則多邊形，全長約8.3km，這種形狀與山區(qū)水庫相比較，圍壩軸線要長得多，因而滲漏面積及滲漏量較大。

(2)地質條件較差。亳州調蓄水庫屬于淮北平原區(qū)平原地貌，境內地勢平坦。地下水類型主要為孔隙潛水和孔隙弱承壓水。水位隨季節(jié)變化大，旱季埋藏較深，雨季水位較高，承壓水頭分別為2.8m～6.7m，勘探期間地下水靜水埋深3.0m～3.5m?？碧狡陂g料場區(qū)地下水一般位于地面下2.0m左右。地質不良體造就滲漏問題較大。

(3)筑壩土料較差。為盡量減少耕地占用，保護國土資源，平原水庫多數(shù)就地取材，調蓄水庫取料區(qū)域內料源條件較差多為粉土、砂土、粉細砂、砂壤土或裂隙粘士等，而筑壩土料就是直接取自庫內深度約2m位置的①-3層重粉質壤土，如若取料把關不嚴格，將直接造成壩體滲漏。

(4)地下水位高。壩體填筑料層土位于底下1.72m左右，處于地下水位線及其浸潤線以下，屬于含水量處于飽和狀態(tài)的料層，必須采取合適的降水方式或含水率調整措施方能進行水庫開挖及壩體填筑施工。

4 圍壩開挖與填筑施工技術

4.1 填筑料源規(guī)劃及控制措施

為減少土料中轉，促進施工效率的提高，降低成本，庫內開挖工期安排需與圍壩、防滲體的填筑進度和對料源開挖要求相匹配，以最大限度地降低開挖料中轉。經(jīng)計算，調蓄水庫垂直壩軸線方向寬度控制在自圍壩填筑坡腳向庫內90m能滿足填筑量要求。庫區(qū)剩余非取料區(qū)域的土方直接開挖運輸至棄土區(qū)，庫內合理規(guī)劃區(qū)分設備降效區(qū)域與非降效區(qū)域，因而避免大面積機械設備降效問題。為滿足填筑料質量要求，填筑前對填筑料天然含水率進行檢測，針對天然含水率過高土料采取有效的含水率調整措施，經(jīng)含水率調整合格后才能運至壩面。

根據(jù)實際情況，在開挖范圍內或集中取料場加強取樣檢測，根據(jù)設計要求指標進行簡分析或全分析，進行土料性質控制?，F(xiàn)場安置專職施工人員指揮，讓操作手對比合格樣品進行挖裝，并在填筑區(qū)設置質檢員對料源進行復查，避免將不合格土料帶入填筑區(qū)，對填筑質量造成影響。根據(jù)庫區(qū)分區(qū)料物土石方平衡規(guī)劃要求，料源設置專門的質量管控小組，確定各區(qū)域料物流向并制作料源流向通知單，安排各料區(qū)運輸車輛并制作分區(qū)運輸車輛名單表供料源管控小組及相關人員監(jiān)督管理，車輛按要求固定，出場車輛須掛料種及去向標識牌。

4.2 圍壩土料含水率調整措施

針對高地下水對有用土料造成的影響，在庫內圍壩坡腳和距圍壩軸線100m處分別開挖環(huán)向瀝水主干溝，圍壩坡腳排水隨開挖面下降，然后垂直水庫壩軸線每50m～100m開挖一條瀝水支溝(瀝水溝底寬1m，開挖邊坡按1∶1，主干開挖至庫底基礎面以下0.5m，支溝開挖至庫底基礎面)，在整個庫內形成網(wǎng)狀瀝水體系，將支溝內滲水匯集到主干溝內，主干溝每隔100m開挖一個1.0m×1.0m集水坑，用水泵集中抽排。料源區(qū)域先行開挖瀝水溝，提前20d瀝水，以便充分降低料源區(qū)域部位的水位高程。對于壩基占壓區(qū)域的有用土，開采過程先裝運至庫區(qū)內臨時堆存場進行瀝水后，采用反鏟裝運至庫內臨時翻曬場，推土機攤鋪、拖拉機牽引式鏵犁進行翻曬將土料含水量降低至最優(yōu)含水率范圍，為使土料含水量均勻和加速翻曬過程，采用缺口耙將土塊耙碎。經(jīng)含水率調整的合格土料運至填筑面及時按設計要求分層攤鋪，分層碾壓。

4.3 壩體開挖施工方法

土方開挖采用液壓反鏟自上而下分層開挖，分層厚度需根據(jù)地層土料分布情況及開挖設備性能確定。

開挖時需根據(jù)地層分布情況分層進行，開挖過程中采用推土機集料、裝載機倒運的方式將表土推運至臨時堆放場，然后開挖無用料至棄土區(qū)，再開挖經(jīng)調整含水率后的土料用于圍壩、防滲體土料填筑，最后開挖臨近庫底部分土料運至棄土區(qū)。非取料部位按照3.0m厚分層自上而下開挖，建基面預留30cm～50cm保護層，坡面預留30cm保護層，施工中適時做好一定的坡勢，以利排水，同時在開挖的過程中應避免邊坡穩(wěn)定區(qū)域形成積水。鑒于壩體齒槽開挖工作面狹長，土料含水率較大，采用1.6m3反鏟甩料翻運出坑，臨時堆存瀝水后反鏟裝8t自卸汽車運輸至棄土區(qū)。

4.4 壩體填筑施工方法

4.4.1 填筑分區(qū)規(guī)劃

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調蓄水庫土石方開挖工程量大，根據(jù)施工進度結合現(xiàn)場情況分區(qū)施工。壩體填筑結合庫內開挖進行施工，開挖一段填筑一段?？紤]施工排水，各填筑施工段長度為平行壩軸線方向200m～300m，各分區(qū)內可同時考慮2、3個工作面，確保分區(qū)工序循環(huán)施工。為確保填筑施工質量，填筑前妥善安排分區(qū)內排水，各區(qū)開挖與填筑自庫內排水主溝渠端向兩側延伸開挖填筑，最大限度利用現(xiàn)有溝渠加深形成自排系統(tǒng)，根據(jù)實際情況輔助抽排水設備抽排。

4.4.2 填筑施工前準備

(1)料場復查

進場填筑施工時，首先對水庫等料源場地進行復查，復查內容包括：

①測繪料區(qū)的實際地形圖；

②查明料場料源的分布、水文地質條件；

③查明土料場的物理指標性質等。

(2)碾壓試驗

填筑前編制《圍壩碾壓試驗大綱》，選取合理的攤鋪厚度、施工機械型號、碾壓遍數(shù)及填筑最優(yōu)含水率等。

4.4.3 壩體填筑及質量控制

土料含水率調整合格后，及時用于壩體填筑，按照壩體碾壓試驗方案確定的參數(shù)進行碾壓。采用平行壩軸線進占法施工，利用自卸汽車從料場運至填筑單元卸料，推土機平料，邊角小反鏟配合人工整理。裂隙土坑槽及庫底換填區(qū)齒槽部分采用8t自卸汽車運輸卸料。填筑土料采用22t振動凸塊碾進退重跡搭接法碾壓，振動碾的行使方向以及鋪料方向平行于水庫壩體軸線，且在進退方向上依次延伸至每個單元，保證連續(xù)施工。

為避免重型汽車多次反復在已壓實好的填筑土層上行使，致使土層產生彈簧土、光面與剪力破壞，嚴重影響結合層的質量。施工時嚴格按進占法方式卸料，推土機隨即平料。即自卸汽車行走平臺及卸料平臺為該填筑層已初步推平但尚未碾壓的填筑面，自卸汽車退行進入工作面，不在工作面調頭，各填筑作業(yè)面安排1人專職指揮車輛，使車輛有序進出工作面。攤鋪平整前，人工攤鋪出一塊標準面，并用自制的刻度標桿隨鋪隨量，每層攤鋪平整后，測量校核填筑高程及邊線。

4.4.4 庫底碾壓及質量控制

調蓄水庫圖紙要求水庫換填區(qū)開挖基面均進行壓實，壓實厚度不小于0.3m；換填區(qū)以外的庫底均進行壓實，壓實厚度不小于0.5m，壓實度不低于0.96。結合現(xiàn)場實際，庫底表層土料含水較高，根據(jù)類似工程經(jīng)驗，高含水率土料采取振動碾在表層直接碾壓影響現(xiàn)場厚度或壓實度可能無法滿足壓實度要求。

施工時開挖至設計建基面高程，先開挖網(wǎng)狀排水溝，排水溝低于建基面50cm，每隔100m開挖1.0m×1.0m集水坑，用水泵集中抽排至壩體外側連通溝內，以降低地下水位。根據(jù)碾壓試驗鋪土厚度，建基面以下開挖25cm厚，采用22t振動凸塊碾進行壓實，壓實度經(jīng)檢驗滿足設計要求后，再填筑25cm厚第①-3層重粉質壤土，再進行碾壓密實，壓實度滿足設計要求。

5 結語

通過高地下水位條件下平原圍壩開挖與填筑施工方法的應用，效果明顯，工藝流程簡單，便于操作，提高了調蓄水庫施工進度，壓縮了近半年的工期，保證了填筑質量，實踐證實了該方法可在工程中應用，具有顯著的社會效益。通過本工程的應用，為同類型工程借鑒推廣應用提供了依據(jù)，施工過程中節(jié)省人力資源和材料，縮短了工程建設周期，使調蓄水庫施工整體工序銜接，實現(xiàn)在安全、穩(wěn)定的工作環(huán)境下進行調蓄水庫開挖與填筑施工，使整個施工過程保證安全、保證質量及提高進度，提高工程建設管理水平。