對(duì)調(diào)蓄引水工程壩體填筑的探討

歐 斌

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州）

引言

水利工程是民生工程，而水庫是水利工程的重點(diǎn)，所以在水庫建設(shè)的過程中，一定要嚴(yán)格控制壩體質(zhì)量。本文圍繞著壩體填筑的施工工藝展開探討，并嚴(yán)格按施工規(guī)范要求進(jìn)行施工，從而保證水庫工程質(zhì)量得到有效控制。

1 案例概況

為解決城鄉(xiāng)居民生活生產(chǎn)用水以及工業(yè)用水，并且能夠?qū)?yīng)急水源提供給西峰區(qū)，環(huán)縣和慶城縣開設(shè)了一項(xiàng)水資源配置工程，即鹽環(huán)定揚(yáng)黃甘肅專用工程甜水堡調(diào)蓄引水工程。該工程由引水工程、蓄水工程和輸水工程3 部分組成。其中，引水工程主要對(duì)揚(yáng)黃甘來專用工程13 號(hào)泵站所進(jìn)行改造，從13 號(hào)泵站中將水引入調(diào)蓄水庫，引水流量1.8 m3/s，提水揚(yáng)程21.5 m，引水線路全程長(zhǎng)2.73 km；蓄水工程水庫的總庫容91 554 000 m3，包括死庫容10 510 000 m3，最大壩高28 m；輸水工程由10 條隧洞組成，從水庫自流輸水到山城，和揚(yáng)黃續(xù)建工程主管線相連，全程長(zhǎng)度26.39 km，設(shè)計(jì)流量1.45 m3/s。

2 壩體填筑施工工藝

2.1 料場(chǎng)開采施工方法

2.1.1 表土層開挖

表土層即含有植被和豐富植物根莖的表層，主要借助推土機(jī)進(jìn)行人工剝離的輔助工作，利用反鏟進(jìn)行挖裝作業(yè)，通過自卸車輛進(jìn)行運(yùn)輸。表土層主要運(yùn)用于臨時(shí)搭建的設(shè)施的場(chǎng)平回填，或者是直接作為棄料丟棄在相應(yīng)的料場(chǎng)。

2.1.2 排水系統(tǒng)施工

為促使土料的含水量保持在最佳狀態(tài)，在施工之前需對(duì)排水溝進(jìn)行挖設(shè)，以此把雨水引入料場(chǎng)外地勢(shì)較低的位置，借助泵站，集中針對(duì)料場(chǎng)開挖作業(yè)面的低凹位置開展抽排作業(yè)，對(duì)于分布在含有豐富地下水的料場(chǎng)區(qū)域，要先挖出深溝或者是深井，借助泵站抽排降低地下水的水位線，以此確保土料含水量能夠維持在最佳狀態(tài)的3%上下。

龍溝開挖斷面的底寬需設(shè)置為1.0 m，邊坡比為1:1.5，開挖深度應(yīng)比土料開采的深度多0.6 m，排水龍溝的布置數(shù)量及其位置不僅需要確保滿足排水的實(shí)際需求，還應(yīng)當(dāng)符合土料運(yùn)輸?shù)缆返牟贾靡?，通常，兩條排水龍溝之間的距離不能低于開挖機(jī)械的開挖寬度。

集水井應(yīng)順著縱向排水溝設(shè)置，每個(gè)集水井的間距為200 m，其底部尺寸為1 m×1 m，底部的高程大約為排水溝底高程向下1 m，應(yīng)將一臺(tái)2.5 kw 的潛水泵置于井內(nèi)，以便更好地抽排其中的積水。

同樣，做好取土區(qū)明水排放工作的重要性也是不言而喻的。從遠(yuǎn)到近開展取土工作，保證取土區(qū)表面坡向排水溝的坡度，從而確保雨水能夠在取土區(qū)中順著表面流至排水溝中，然后由集水井對(duì)其進(jìn)行抽排，以免取土區(qū)出現(xiàn)大規(guī)模積水的問題[1]。

2.1.3 土料開挖

在表層土被剝離到一定的程度之后，要在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行取樣，開展相關(guān)試驗(yàn)，以此檢測(cè)土質(zhì)的特性及含水量，質(zhì)量達(dá)標(biāo)的土料借助反鏟配自卸汽車由上而下運(yùn)至上壩；含水量過大的土料，通過降低地下水位線等措施，促使其含水量達(dá)標(biāo)后，再將其按順序進(jìn)行開挖與運(yùn)輸。

2.2 填筑碾壓試驗(yàn)

填筑碾壓試驗(yàn)的開展程序可參考圖1 中的內(nèi)容。

圖1 填筑碾壓試驗(yàn)程序

試料裝運(yùn)：為模擬施工的具體情況，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用挖掘機(jī)和25 t 自卸汽車進(jìn)行試料的裝載與運(yùn)輸。在實(shí)際裝料之前，應(yīng)針對(duì)含水量開展相關(guān)試驗(yàn)，在對(duì)不同含水量的土料進(jìn)行裝運(yùn)時(shí)應(yīng)固定車輛，做好掛牌工作，并安排專門的工作人員負(fù)責(zé)指揮。

鋪料：土料鋪料作業(yè)開展中，需要應(yīng)用進(jìn)占法，鋪料的厚度應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并有效控制在誤差范圍內(nèi)。同時(shí)，還需要安排測(cè)量人員監(jiān)控好所鋪設(shè)的層厚。

平料：主要是借助推土機(jī)進(jìn)行推平，再通過人工輔助的方式找平，以確保填筑層的厚度能夠與試驗(yàn)的要求相符。

層厚測(cè)量：測(cè)量主要是借助相關(guān)的測(cè)量?jī)x器，分別在試料平料、靜碾2 遍及碾壓結(jié)束后各測(cè)量一次層厚。

碾壓：羊角碾的起振應(yīng)在碾壓試驗(yàn)區(qū)的2 m 之外進(jìn)行，并且需要在專業(yè)人員的指揮下開展，計(jì)劃應(yīng)用退錯(cuò)距法進(jìn)行碾壓。應(yīng)確保羊角碾的行駛穩(wěn)定且平直，確保沒有出現(xiàn)超碾過寬或是漏碾的問題。行車速度要在2.0～3.0 km/h 的區(qū)間，負(fù)責(zé)指揮的工作人員要借助秒表來對(duì)行車的速度進(jìn)行有效控制。

干密度測(cè)量：在快速測(cè)量密度與含水率的時(shí)候，應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》中的要求開展相關(guān)試驗(yàn)。

層間結(jié)合情況：在完成碾壓后，應(yīng)于合適的區(qū)域挖開本次的試驗(yàn)層，以此觀察兩層土料之間的結(jié)合狀況，并在現(xiàn)場(chǎng)描述填土上下層結(jié)合面之間的狀態(tài)是否良好、是否存在光面或剪力破壞等問題。

2.3 壩體填筑施工工藝流程

壩體填筑施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 壩體填筑施工工藝流程

2.3.1 土料運(yùn)輸

（1）在土料運(yùn)輸期間，需要充分考慮壩型壩區(qū)的地形、運(yùn)輸距離與運(yùn)輸工具等。條件允許的情況下，應(yīng)考慮讓運(yùn)輸車輛直接上壩，盡可能地降低倒運(yùn)的次數(shù)。運(yùn)輸期間，需要做好挖、裝、運(yùn)、卸這四個(gè)環(huán)節(jié)的配合工作，同時(shí)，開展機(jī)械化聯(lián)合作業(yè)，有效提升機(jī)械的利用率。

（2）運(yùn)輸時(shí)，道路的寬度、路面、路基、線路、彎道半徑、坡度、排水等因素需要符合有關(guān)規(guī)定，汽車運(yùn)輸通常是在瀝青路面或泥結(jié)碎石路面進(jìn)行。

進(jìn)占法卸料示意見圖3。

圖3 進(jìn)占法卸料示意

2.3.2 填筑

（1）天氣干燥時(shí)會(huì)加速土層表面水分的蒸發(fā)，所以，鋪料和壓實(shí)表面都需要通過灑水來適當(dāng)保持濕潤，從而確保其含水量。

（2）將土料利用自卸汽車運(yùn)送到填筑現(xiàn)場(chǎng)，卸料主要借助進(jìn)占法，也就是讓自卸汽車在已經(jīng)平整好的松土層上行駛、卸料，利用推土機(jī)進(jìn)占平料，避免自卸汽車在已經(jīng)碾壓好的層面上行駛，對(duì)層間刨毛產(chǎn)生不利影響。在卸料之前，應(yīng)對(duì)層面的刨毛狀況以及濕潤度等進(jìn)行檢查，在一些特定情況下，還需要借助灑水車適當(dāng)加大濕潤度。采用分段、水平分層填筑法按設(shè)計(jì)斷面自下而上填筑至設(shè)計(jì)高度，壩體分段條帶和鋪料宜平行壩軸線進(jìn)行。在填料的縱橫坡位置，選擇臺(tái)階收坡的方式，碾壓搭接的長(zhǎng)度應(yīng)超過1.5 m，如果條件不允許，接縫坡度應(yīng)不陡于1:3。

（3）壩料運(yùn)至壩面卸料后，及時(shí)攤鋪均勻，并保持填筑面平整，超徑不合格的料塊應(yīng)打碎，雜物應(yīng)剔除。每層鋪料后用水準(zhǔn)儀檢查鋪料厚度，超厚時(shí)及時(shí)處理。

（4）在開展分段碾壓作業(yè)期間，應(yīng)確保相鄰兩個(gè)區(qū)段的碾壓痕跡相互搭接，順著碾壓的方向，搭接的長(zhǎng)度不能少于0.3 m～0.5 m；垂直碾壓方向的搭接寬度應(yīng)在1 m～1.5 m 范圍內(nèi)。

（5）振動(dòng)碾在碾壓帶的兩側(cè)先往復(fù)壓夠遍數(shù)后，再進(jìn)行錯(cuò)距碾壓。在碾壓過程中，視土料含水量的情況進(jìn)行壩面灑水。

（6）在開展粘性土鋪料以及碾壓環(huán)節(jié)的時(shí)候，應(yīng)確保開展作業(yè)的不間斷性。假如需要在短時(shí)間內(nèi)中斷作業(yè)，需要確保風(fēng)干土層表面的濕潤性。假如停工的時(shí)間比較長(zhǎng)，需要與天氣情況相結(jié)合鋪設(shè)保護(hù)層，在復(fù)工的時(shí)候應(yīng)及時(shí)清理掉保護(hù)層，同時(shí)針對(duì)填筑面開展相關(guān)的檢查。

（7）想要切實(shí)保證土料的碾壓質(zhì)量，關(guān)鍵需要做好過程中的控制工作，重點(diǎn)監(jiān)控碾壓的次數(shù)、振幅、行駛的速度、碾輪搭接寬度等。碾壓的方向通常與壩軸線平行，岸坡往往要順著坡腳開展。在完成碾壓作業(yè)后，需與布點(diǎn)相結(jié)合測(cè)量其高程，從而實(shí)現(xiàn)壓實(shí)厚度的有效控制。在完成碾壓后，表面平整度應(yīng)控制在0～±10 cm 的范圍內(nèi)，假如發(fā)現(xiàn)存在0～±30 cm 的不平整問題，應(yīng)當(dāng)推平表面，重開展鋪壓作業(yè)。

（8）為促使砂礫料壩殼或者是均質(zhì)壩在設(shè)計(jì)斷面內(nèi)的壓實(shí)干容重符合設(shè)計(jì)要求，在對(duì)土料進(jìn)行鋪筑的時(shí)候，上下游壩坡應(yīng)預(yù)留有余量，同時(shí)，在護(hù)坡墊層鋪筑的時(shí)候需要按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行斷面削坡。在此工作完后，靠近坡面大致30 cm內(nèi)的內(nèi)壓實(shí)干容量可以低于設(shè)計(jì)要求，但是不合格的部分不能低于設(shè)計(jì)干容量的96%[3]。

（9）在壓實(shí)土料后，工地試驗(yàn)室應(yīng)結(jié)合要求進(jìn)行取樣，取樣數(shù)量不能低于每個(gè)200 m3～400 m3，并且在每層中必需檢查邊坡結(jié)合部分，在確保達(dá)標(biāo)之后才能夠展開下一環(huán)節(jié)的施工作業(yè)。

（10）在壓實(shí)土料后，按照施工要求要在每層之中取樣兩到三次。土工試驗(yàn)要求試坑直徑D≥（3～5）dmax和D≥100 cm 控制，試坑體積主要是借助灌砂與灌水二者相結(jié)合的方式開展，在此期間應(yīng)注意的是，在冬季氣溫較低時(shí)，不宜采取灌水法。試坑測(cè)試的項(xiàng)目主要涉及含水量、濕密度、顆粒級(jí)配等，最后計(jì)算出干密度與相對(duì)密度。碾壓后取樣的結(jié)果應(yīng)與設(shè)計(jì)要求相符合，反之則應(yīng)再次開展碾壓作業(yè)，直至質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

（11）采取大規(guī)模作業(yè)的形式，可以減少土料鋪筑后產(chǎn)生的接縫。在分塊填筑期間，針對(duì)塊間接坡位置的虛坡帶應(yīng)采取專門的解決對(duì)策，比如，可以借助臺(tái)階式接坡方法，或者挖除接坡位置沒有充分壓實(shí)的土料等等。

（12）對(duì)于汽車上壩壓實(shí)的土層，應(yīng)刨毛處理，以利層間結(jié)合。通常刨毛深度3 cm～5 cm。

（13）機(jī)械碾壓運(yùn)行方法（見圖4）應(yīng)符合下列規(guī)定：①氣胎碾、羊足碾、振動(dòng)碾壓實(shí)過程中可應(yīng)用進(jìn)退錯(cuò)距法；②可應(yīng)用連環(huán)套打法夯實(shí)夯板。

圖4 機(jī)械碾壓運(yùn)行法

2.3.3 岸坡部位

在選擇與岸坡接觸部位的土料時(shí)，主要考慮含有較多粘粒的土料，并且需要將含水率調(diào)節(jié)到施工含水率的上限，采用小型振動(dòng)碾沿岸坡方向壓實(shí)，和壩體部位結(jié)合帶的碾壓搭接寬度應(yīng)超過1 m。

2.3.4 接縫部位

壩體搭接坡比采用1：3。在先期壩體填筑過程中，分層鋪筑壩體料時(shí)會(huì)形成坡度比為1:3 的人造邊坡，在之后鋪筑壩體時(shí)，通過1.2 m3挖掘機(jī)順著坡腳處，重新攤鋪先前填筑的壩殼料1.0 cm 范圍內(nèi)沒有壓實(shí)的區(qū)域，以此形成比例為1:2 的邊坡和寬度為1.0 m 的預(yù)留臺(tái)階。在鋪筑上層壩料的過程中，需要露出下層的碾壓面，并且，對(duì)于預(yù)留出的臺(tái)階而言，應(yīng)確保其排列整齊，之后同時(shí)開展壩殼料填筑作業(yè)，應(yīng)用騎縫碾壓，切實(shí)保證接坡位置的碾壓效果[4]。

2.3.5 壩體填筑接合部的處理

（1）填筑壩體期間，需要在一定距離內(nèi)錯(cuò)開每層中間的分段接頭，分段條帶應(yīng)平行于壩軸線，每個(gè)分段中間的高度差不能太大，通常，接坡的坡比不能超過1:3。對(duì)于壩體分期接合的位置來說，會(huì)有一定的半壓實(shí)狀態(tài)的松散料存在。在后期對(duì)外部料實(shí)行填筑作業(yè)期間，應(yīng)對(duì)其采取一定的處理措施，例如應(yīng)用推土機(jī)進(jìn)行削坡處理。在后填筑區(qū)域每一次填筑新料的時(shí)候，都需要在與先前填筑體邊坡相接近的位置預(yù)留出一定的溝槽，應(yīng)用推土機(jī)在新填筑層的上部實(shí)行削坡處理，將之前的半壓實(shí)狀態(tài)的松散料集中在預(yù)留的溝槽內(nèi)，削坡寬度通常控制在1.0 m～2.0 m 范圍內(nèi)，之后利用振動(dòng)碾沿著邊坡的方向騎縫碾壓結(jié)合部，伴隨后期填筑區(qū)域的逐漸升高緩慢削坡，一邊削坡一邊填筑一邊碾壓直到頂部的位置[5]。

（2）針對(duì)壩身和混凝土結(jié)構(gòu)物的連接，與混凝土結(jié)構(gòu)物相接近的位置不能使用大型機(jī)械時(shí)，可以考慮應(yīng)用人工夯實(shí)或使用小型機(jī)械。在碾壓填土期間，應(yīng)均衡壓實(shí)混凝土結(jié)構(gòu)物兩邊的填料，防止其產(chǎn)生過大的側(cè)向壓力引發(fā)安全問題。

結(jié)束語

總而言之，在水庫工程建設(shè)期間，大壩的建設(shè)是一項(xiàng)重要內(nèi)容，而在大壩施工期間，壩體填筑也是其中一項(xiàng)施工重點(diǎn)。所以，應(yīng)嚴(yán)格控制壩體填筑的質(zhì)量。壩體填筑有著很高的施工要求，應(yīng)切實(shí)控制好施工工藝，確保壩體填筑的施工質(zhì)量。本研究主要圍繞壩體施工工藝進(jìn)行探討，以此為壩體填筑施工作業(yè)提供一定的指導(dǎo)，繼而有效控制大壩與水庫工程的施工質(zhì)量。