探析碾壓土石壩施工工藝與質(zhì)量控制

陳江豪 新疆烏恰縣紫金鋅業(yè)有限公司

烏拉根鋅礦現(xiàn)有尾礦庫建于2010年，分布在礦區(qū)西北側(cè)硝爾布拉克溝中上游位置，初期壩采用戈壁料筑壩，壩頂標高2174m，壩高24m，尾礦庫堆積壩采用上游法堆壩，利用壩前粗粒尾礦堆筑子壩，堆積壩平均坡比1:6，堆積高度30m，最終堆積標高2204m，尾礦壩總壩高54m，總庫容3613.75 m3，為三等庫。目前尾礦剩余總庫容約為1713.75×104 m3，難以滿足礦山生產(chǎn)需要，因此對現(xiàn)有尾礦庫進行改擴建。

1.碾壓土石壩施工工藝

1.1 施工準備

（1）工程地質(zhì)勘察。提前對工程地質(zhì)地貌結(jié)構(gòu)、水文條件、交通情況、土質(zhì)厚度等施工因素進行綜合勘察，合理制定碾壓土石壩施工方案，有效規(guī)避施工風險，預防各類施工問題的出現(xiàn)。在該工程中，尾礦庫區(qū)分布在晚古生代陸緣盆地，場區(qū)附近構(gòu)造主要表現(xiàn)為褶皺和斷裂。礦庫周邊地質(zhì)結(jié)構(gòu)存在熔巖、崩塌及危巖體等不良地質(zhì)作用。同時，壩址區(qū)分布地層由細砂、粉土、圓礫、強風化粉砂巖、中風化粉砂巖、強風化泥巖等構(gòu)成，該區(qū)域地表水主要由大氣降水、徑流沿線泉水進行補給。最終，該工程選擇建設(shè)碾壓式土石壩，施工場地內(nèi)沒有出現(xiàn)泥石流、地面沉陷、活動性斷裂、采空區(qū)等不良地質(zhì)作用。

（2）筑壩材料的選取。在工程施工中，筑壩材料料場與壩址區(qū)間隔距離為2km，所選取筑壩材料與地層巖性為卵礫石，料場表面無植被覆蓋，可開采面積大、地下水位埋深大、已探明儲量滿足土石壩施工要求。

1.2 壩基處理

（1）處理要求。在碾壓土石壩施工前，需根據(jù)工程施工要求、地質(zhì)結(jié)構(gòu)與水文條件，對壩基進行處理，確保壩基強度、耐久性、抗?jié)B性、整體性、動力與靜力穩(wěn)定性均符合工程施工要求，避免在后續(xù)壩體施工中出現(xiàn)各類施工質(zhì)量問題與安全事故。

（2）壩基處理。常見壩基處理內(nèi)容包括：壩基面開挖、壩基加固以及基面處理。對具體處理措施的選擇，要綜合分析工程地基地質(zhì)情況，掌握各項物理參數(shù)。

1.3 壩體施工

（1）壓實標準。對壓實技術(shù)標準的制定，應(yīng)根據(jù)所選擇筑壩材料的性能質(zhì)量、種類而定。例如，在所選筑壩材料為非黏性土時，應(yīng)以相對密度作為主要的壓實技術(shù)標準。而針對黏性土，則以干容量作為主要壓實技術(shù)標準。

（2）碾壓試驗。為有效預防各類施工問題的出現(xiàn)，及時發(fā)現(xiàn)所制定碾壓土石壩施工方案中存在的技術(shù)問題。因此，應(yīng)提前組織開展碾壓試驗。在試驗過程中，依次調(diào)節(jié)各項施工參數(shù)，檢查料場所出現(xiàn)的變化，在其基礎(chǔ)上明確各項施工參數(shù)的適宜值。隨后，將各項施工參數(shù)調(diào)整為適宜值，再重復開展碾壓試驗，在試驗結(jié)果與工程施工要求相符后，即可確定鋪土厚度、筑壩材料含水量、碾壓遍數(shù)等施工參數(shù)。

（3）卸料、鋪料。目前來看，應(yīng)用最為常見的卸料與鋪料作業(yè)方法為綜合法、后退法以及進占法三種。以進占法為例，其具有鋪料層厚度控制精度高、鋪料層表面平整度良好的技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，可做到沿平行壩軸線隨卸隨鋪。

（4）灑水。根據(jù)施工情況，定期對壩面處開展灑水作業(yè)，將筑壩材料含水量控制在合理范圍內(nèi)，這將在一定程度上加強土石壩壓實效果。同時，施工人員應(yīng)嚴格遵循“少灑水、勤灑水、均勻灑水”施工原則。此外，在施工中出現(xiàn)土料脫水過量施工問題時，及時在料場或是壩面處開展灑水作業(yè)。

（5）壓實。首先，根據(jù)施工情況，碾壓土石壩壓實作業(yè)量，、作業(yè)面大小，針對性使用氣胎碾、羊角碾、振動碾等施工機械設(shè)備。而對壓實施工方式的選擇，應(yīng)優(yōu)先采取進退錯距法，提前在壩體碾壓帶兩側(cè)開展碾壓作業(yè)，在達到兩側(cè)碾壓預期遍數(shù)后，再組織開展錯距碾壓作業(yè)，錯距寬度根據(jù)設(shè)計碾壓遍數(shù)以及碾滾寬度而定。此外，應(yīng)實時觀測壩體碾壓作業(yè)情況，禁止出現(xiàn)欠壓或超壓問題。

2.碾壓土石壩施工質(zhì)量控制策略

2.1 控制填筑壓實度

在工程施工中，于濾水攔砂壩下游區(qū)域修建一座碾壓式土石壩的截滲壩，壩頂標高2110.00m，壩高6m，壩頂寬3m，壩軸線長64m，上下游坡度均為1:2.5，庫容約為2.8萬m3。該截滲壩所采用筑壩材料為卵礫石，為保證壩體填筑壓實度符合施工要求、充分發(fā)揮壩體截滲作用。在壩體填筑環(huán)節(jié)，提前對所配置筑壩材料開展質(zhì)量檢測工作，明確要求筑壩材料的細粒大于0.075mm。并將粒徑小于這一標準的細粒所占比例控制在5%以內(nèi)。同時，要求填筑材料的曲率系數(shù)為Cc＝1～3，不均勻系數(shù)Cu大于5，及時將不符合以上級配標準的材料進行更換。同時，對第四系覆蓋層開展整體清除作業(yè)，換填為卵礫石層，再組織開展壩體碾壓作業(yè)，直至壩體相對密度大于0.85、干容量大于19.5kN/m3、地基承載力大于200kPa為止。

2.2 施工期引流措施

在工程施工中，如若出現(xiàn)洪水等自然災害事故，或是水位大幅上漲，都將對土石壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、施工質(zhì)量與安全造成嚴重威脅，并以此為由誘因引發(fā)各類施工質(zhì)量問題的出現(xiàn)。因此，在烏拉根鋅礦現(xiàn)有尾礦庫工程中，根據(jù)工程施工情況、施工場地周邊區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水流量與流速，采取明渠與導流管的組合導排水方式，對工程原有施工導流系統(tǒng)進行擴容改建，將原有尾礦庫排水管出口處與導流管，由所挖掘明渠進行連接。其中，為保障導流管長時間承受水流沖刷影響，不會出現(xiàn)導流管破損等問題，選擇采用C40鋼筋混凝土現(xiàn)澆圓管結(jié)構(gòu)，管內(nèi)徑為1.5m，總長度為240m、厚度為0.4m、坡度為4%。而明渠為土渠梯形斷面結(jié)構(gòu)，高度為1m、底寬為2m，邊坡坡度比值為1:1，坡度4.35。同時，為降低水流沖刷力對明渠結(jié)構(gòu)所造成的影響系數(shù)，選擇在明渠表面鋪設(shè)一定厚度的復合土工膜。此外，該工程存在壩址區(qū)泉眼出露問題，應(yīng)結(jié)合土石壩結(jié)構(gòu)與泉眼位置，采取有效導排措施，將泉水引出壩體，避免對土石壩結(jié)構(gòu)持續(xù)造成滲透腐蝕影響，并在后續(xù)施工中實時觀測導排水情況。

2.3 壩基處理

在烏拉根鋅礦現(xiàn)有尾礦庫工程前期施工階段中，根據(jù)工程地質(zhì)勘察結(jié)果得知，壩址及庫內(nèi)所分布地下水、地表水的水質(zhì)較差，將對混凝土與土石壩壩體結(jié)構(gòu)造成一定程度的腐蝕影響；地下水主要分布于溶蝕裂隙當中，并在水平高度較低處的埡口處泉眼加以排泄；壩址第四系覆蓋層厚度較大，所建設(shè)碾壓土石壩將受到地震液化因素的影響，對壩基承載性能造成干擾等等。針對以上問題，施工企業(yè)針對性開展構(gòu)筑物與碾壓土石壩體防腐施工；做好壩體引流與排滲施工措施，避免巖溶水持續(xù)沖刷土石壩；對壩基進行處理、減小地震液化危害系數(shù)；將第四系覆蓋層換填為強風化粉砂巖層等壩基處理措施，最大程度降低環(huán)境因素對碾壓土石壩施工質(zhì)量的影響系數(shù)。

2.4 冬季施工與強風防范措施

在該工程土石壩施工中，受到氣候條件與自然因素的干擾影響，最大風力可達十級、且存在2個月的冰凍期。如若未提前采取有效施工質(zhì)量控制措施，將有可能出現(xiàn)各項施工質(zhì)量問題，對土石壩施工質(zhì)量、結(jié)構(gòu)性能與完好性造成影響。在工程施工中，針對性采取增大干灘長度、加大支管單管放礦流速、將壩軸線與放礦口保持安全間隔距離、定期對尾礦庫灘面與下游坡面進行噴淋、定期檢查壩體結(jié)構(gòu)完好程度等質(zhì)量控制措施，有效降低了自然因素對碾壓土石壩施工質(zhì)量的影響系數(shù)。

3.結(jié)語

綜上所述，在水利工程施工中，針對各項施工質(zhì)量問題，應(yīng)結(jié)合工程施工情況與水文地質(zhì)條件，嚴格控制壩體填筑壓實度，掌握各項施工工序流程，靈活應(yīng)用以上質(zhì)量控制策略，不斷創(chuàng)新與改善施工技術(shù)，更好的促進碾壓式土石壩施工進程的發(fā)展。