先土后砂法的大壩碾壓填筑施工技術(shù)探討

藺旭勃

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司,陜西 西安 710068）

1 工程概述

榆林黃河?xùn)|線馬鎮(zhèn)引水工程從黃河右岸馬鎮(zhèn)葛富村取水,主要任務(wù)是對(duì)引黃水量進(jìn)行沉沙、調(diào)蓄,水庫(kù)總庫(kù)容9870 萬(wàn)m3；水庫(kù)樞紐由大壩、溢洪道和放空洞組成,大壩為粘土心墻堆石壩,頂寬15.0 m,壩頂長(zhǎng)度582.0 m,最大壩高97.5 m；大壩上游坡比1∶2.2,設(shè)一級(jí)馬道；下游坡比1∶1.8,設(shè)兩級(jí)馬道,馬道均寬3.0 m。心墻軸線在壩軸線上游3.0 m處,心墻頂寬8.0 m,底寬55.5 m,兩側(cè)坡比均為1∶0.25,心墻底部設(shè)0.5 m 厚的混凝土蓋板；心墻上下游與堆石間依次設(shè)兩級(jí)反濾料及過渡料,水平寬度分別為3 m、3 m、5 m,其中下游堆石區(qū)采用部分開挖料。

2 先土后砂法施工重點(diǎn)

本工程施工中壩料土方和石方挖裝施工中,主要是采用1.6 m3的液壓反鏟,并用20 t 自卸式汽車進(jìn)行運(yùn)輸,整個(gè)填筑施工中采用進(jìn)占法填筑,運(yùn)輸?shù)綁蚊婧筮M(jìn)行碾壓試驗(yàn),分層攤鋪,平整后再進(jìn)行碾壓操作。防滲粘土也是采用進(jìn)占法進(jìn)行填筑,通過TY220 推土機(jī)攤鋪平整,22 t 自行式凸塊碾壓密實(shí)。反濾料則采用采用挖機(jī)進(jìn)行填料攤鋪,采用TY220 推土機(jī)攤鋪平整,并用26 t 自行式振動(dòng)碾壓設(shè)備進(jìn)行壓實(shí)處理。過渡料和壩體堆石料也采用進(jìn)占法進(jìn)行攤鋪,選擇TY320 推土機(jī)攤鋪平整,26 t 自行式振動(dòng)碾壓設(shè)備進(jìn)行碾壓。

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)碾壓實(shí)驗(yàn)的過程中,對(duì)各種填筑料的層厚及填筑碾壓施工參數(shù)進(jìn)行確定,在進(jìn)行施工的時(shí)候,要根據(jù)材料填筑分區(qū)的不同坡向,遵循“先土后砂法”,也就是先細(xì)料后粗料的原則,進(jìn)行一層一層的平起填筑,使各區(qū)之間相互協(xié)調(diào)地上升。

（1）在芯墻土上鋪2 層,虛鋪30 cm 厚,待壓實(shí)后,每層25 cm,按設(shè)計(jì)斜率1∶0.25 修整坡面。

（2）一層一層的反過濾材料,虛鋪厚56 cm,壓實(shí)后50 cm,壓實(shí)后按設(shè)計(jì)坡度比例1∶0.25 粉刷坡面。

（3）一次鋪設(shè)一層反過濾材料,虛鋪厚55 cm,壓實(shí)后50 cm,按設(shè)計(jì)斜率1∶0.25 粉刷斜面。

（4）在混凝土表面鋪設(shè)一層過渡料,并在混凝土表面上加厚55 cm,在混凝土表面上加厚50 cm,并在混凝土表面上按設(shè)計(jì)斜率1∶0.25 抹混凝土表面上加厚50 cm。

（5）在芯墻土上鋪兩層,虛鋪30 cm 厚,待壓實(shí)后,每層25 cm,并按設(shè)計(jì)斜率1∶0.25 修整斜坡。

（6）在1 層反濾材料上鋪設(shè)1 層,虛鋪厚56 cm,后壓實(shí)50 cm,按設(shè)計(jì)斜率1∶0.25 粉刷斜面。

（7）鋪設(shè)1 層反過濾材料2,虛鋪厚55 cm,后壓實(shí)50 cm,按設(shè)計(jì)斜率1∶0.25 修整坡面。

（8）在混凝土表面鋪設(shè)一層過渡材料,并在混凝土表面上鋪設(shè)55 cm 的虛鋪層,在混凝土表面50 cm 處鋪設(shè)50 cm 處,并按設(shè)計(jì)坡度比例1∶0.25 對(duì)混凝土表面進(jìn)行填筑。

（9）將堆石砌成一層,虛鋪厚108 cm,待壓實(shí)后100 cm,待壓實(shí)后,按設(shè)計(jì)斜率（上游1∶2.2,下游1∶1.8）對(duì)堆石進(jìn)行修整。

3 大壩碾壓填筑施工技術(shù)

3.1 填筑前重點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃

按照設(shè)計(jì)圖紙和招標(biāo)文件的規(guī)定,將壩基開挖、清理、灌漿、心墻底部砼蓋板及施工期臨時(shí)排水等各項(xiàng)基礎(chǔ)處理工作全部完成。在每一層回填之前,用測(cè)量?jī)x對(duì)各類回填材料的邊界進(jìn)行放樣,并對(duì)心墻防滲土料、反濾料、壩殼砂石料、排水料等用白灰標(biāo)出。在進(jìn)行填筑之前,要對(duì)各種填料的質(zhì)量及配制的數(shù)量進(jìn)行檢驗(yàn),以達(dá)到設(shè)計(jì)及施工的要求。核對(duì)各種工程機(jī)械的數(shù)量和型號(hào)是否符合工程需要,以及工程機(jī)械設(shè)備的完好狀況。

3.2 壩料運(yùn)輸

上壩所需要的各類物料均采用1.6 m3的液壓反鏟進(jìn)行挖裝,20 t 的自卸車來(lái)運(yùn)送,并且要保持車架和輪胎的清潔,以避免將殘余的土壤從車架和輪胎中帶入填筑區(qū)。晚上的筑壩材料運(yùn)送要做好晚上運(yùn)送的照明和其他施工準(zhǔn)備工作。堆石料、過渡料在運(yùn)輸和卸料時(shí),應(yīng)采取預(yù)防散粒的措施。各類填料經(jīng)監(jiān)督檢驗(yàn)不合格,不準(zhǔn)上壩；對(duì)于那些已經(jīng)放在大壩上的不符合標(biāo)準(zhǔn)的填料,要及時(shí)清理掉。運(yùn)送壩料的車輛,必須在擋風(fēng)玻璃的右上方標(biāo)注出壩料分區(qū)的名字,在運(yùn)送壩料的時(shí)候,車輛的空車速度不能超過15 km/h,車輛的載重速度不能超過10 km/h,載重不能超過車輛的標(biāo)定載荷。

3.3 防滲心墻土料填筑

防滲心墻土料填筑施工中主要是采用1.6 m3的反鏟進(jìn)行裝料運(yùn)輸,通過20 t 自卸汽車運(yùn)輸上壩,按照平行于壩體軸線方向采用進(jìn)占法鋪土。采用TY220 推土機(jī)進(jìn)行平料處理,通過插入鋼釬的方法來(lái)控制鋪料厚度,虛鋪厚度主要是按照試驗(yàn)確定的30 cm 進(jìn)行分層攤鋪,若發(fā)現(xiàn)超厚情況及時(shí)處理,通過22 t 自行式凸塊振動(dòng)碾平行壩軸線方向進(jìn)行碾壓,控制碾壓時(shí)行車速度在1 km/h～2.5 km/h 之間。沿著壩體軸線方向進(jìn)行分段施工,尤其是在進(jìn)行上下層填筑時(shí)需要做到錯(cuò)縫施工,以免發(fā)生痛縫問題。各填筑段需要沿著壩體軸線方向細(xì)分成鋪土、碾壓、質(zhì)檢三個(gè)工作面進(jìn)行流水作業(yè)。心墻粘土需要同上下游反濾料和壩殼料進(jìn)行平行填筑,騎縫碾壓,垂直碾壓方向的搭接寬度要控制在30 cm～50 cm 之間,平行碾壓方向搭接寬度要控制在100 cm～150 cm 之間[1]。

3.4 反濾料和過渡料填筑

（1）反濾材料和過渡材料全部采用采購(gòu)材料,現(xiàn)在已經(jīng)被儲(chǔ)存在水壩的右岸1#營(yíng)地和左岸2#營(yíng)地的附近,并根據(jù)反濾材料的10 萬(wàn)m3（松方）來(lái)進(jìn)行材料的儲(chǔ)備和調(diào)整。在采購(gòu)反濾料和過渡料之前,實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)人員在興縣灰?guī)r人造石料場(chǎng)試樣中,對(duì)人造石料的級(jí)配、最大粒徑、不均勻度、含泥量等進(jìn)行了檢驗(yàn)。經(jīng)過篩分,去除過大的粒度,并采用液壓清洗,確保泥沙含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。并根據(jù)反濾料的級(jí)配、上包絡(luò)線、最大粒徑、不均勻度等參數(shù),對(duì)不同級(jí)配的集料及沙粒進(jìn)行了混合。在堆存場(chǎng)中,利用挖掘機(jī)、裝載機(jī)等設(shè)備,對(duì)反濾料、過渡料進(jìn)行摻配、混合,并對(duì)其級(jí)配進(jìn)行調(diào)整,使其達(dá)到需要的程度[2]。

（2）在對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)之后,采用ZL-50 裝載機(jī)從堆存場(chǎng)裝車,20 t 自卸汽車運(yùn)輸上壩,1.6 m 的挖機(jī)進(jìn)行攤鋪,TY220推土機(jī)平料,用26 t 自行式振動(dòng)平碾在與壩軸線方向平行的位置上靜壓2 遍+振壓6 遍。邊坡的填筑與相鄰的土料、過渡料和堆石料有很大的關(guān)系。在施工過程中,如何合理地安排各類物料的充填次序,在保證充填質(zhì)量的同時(shí),又不會(huì)對(duì)大壩的成孔速度產(chǎn)生不利的影響。

3.5 壩體堆石料填筑

壩體堆石料使用的是大壩右岸上游1#石料場(chǎng)料源,使用梯段爆破法進(jìn)行開采（詳見石料場(chǎng)開采方案）,1.6 m3挖掘機(jī)裝車,20 t 自卸汽車運(yùn)輸上壩,TY320 HP 推土機(jī)平料,虛鋪厚度108 cm,壓實(shí)后100 cm。26 t 的自動(dòng)振蕩平磨床,在大壩軸線方向上,進(jìn)行2 次振動(dòng)碾壓、10 次振動(dòng)碾壓（經(jīng)碾壓實(shí)驗(yàn)測(cè)定）。

（1）堆石料應(yīng)經(jīng)大壩地基處理和隱蔽工程檢查合格后方可進(jìn)行回填。傾卸車在卸載過程中,應(yīng)使用“進(jìn)占法”,堆疊高度不得超過1.5 m。大壩堆石料的縱向和橫向連接處,采取階梯回坡的方法,使堆石料的縱向和橫向連接處的每一段階梯回坡的寬度不小于1.0 m。在鋪好了一層堆石料之后,要布置一個(gè)測(cè)點(diǎn),對(duì)其壓實(shí)前的高程進(jìn)行測(cè)量,以確定鋪料的厚度,當(dāng)鋪料的厚度達(dá)到要求時(shí),才能發(fā)下測(cè)量合格證,對(duì)堆石料進(jìn)行碾壓[3]。

（2）堆石碾壓質(zhì)量的關(guān)鍵在于過程的控制,主要是對(duì)碾壓次數(shù)、振幅、行駛速度、碾壓車輪的搭接寬度等方面的控制。碾壓的方向通常與壩體的軸線平行,在岸坡上也可以沿著壩體的坡腳進(jìn)行。在碾壓結(jié)束后,根據(jù)各點(diǎn)的高度,對(duì)壓實(shí)層進(jìn)行了測(cè)量。碾壓后,表面的平整度應(yīng)在0～±10 cm 之間,如果有超出±10 cm 以上的不平坦,則應(yīng)將其再次推倒并鋪壓。對(duì)壩基上的堆石恒定斜坡部位,按3 m 厚度回填,并對(duì)其進(jìn)行定位和調(diào)整,確保其坡度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（3）不得將泥土、雜草、木材等危險(xiǎn)材料摻入堆石內(nèi)。在裝載和卸載堆石時(shí),應(yīng)特別注意防止堆石與堆石之間的脫開,嚴(yán)禁由高坡面往下落。臨近河岸的地方,要用更細(xì)的石頭來(lái)鋪設(shè),防止出現(xiàn)懸空現(xiàn)象。壓實(shí)堆石料振蕩平磨在壩體上運(yùn)行時(shí),其運(yùn)行方向與壩體軸線相平行,在靠近壩體的位置上,可以沿著壩體的一側(cè)運(yùn)行[4]。對(duì)不能直接碾壓的部位,采用小振動(dòng)磨或其他機(jī)械對(duì)部位進(jìn)行碾壓,碾壓次數(shù)根據(jù)監(jiān)理人的要求進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于河岸上地勢(shì)陡峭,或者是陡峭的斜坡,需要對(duì)地面進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?讓振動(dòng)碾壓到位,有些地方可以使用振動(dòng)板或振動(dòng)夯進(jìn)行壓實(shí)。

（4）為減小接縫,采用較大面積的堆石。在進(jìn)行塊體回填時(shí),應(yīng)針對(duì)塊體與塊體之間的接觸面,采用階梯狀的接觸面,或在接觸面上挖出不實(shí)的接觸面石塊等特殊方法。在大壩安全監(jiān)控設(shè)備安裝完畢后,應(yīng)由監(jiān)理方批準(zhǔn),方能進(jìn)行壩殼上部材料的回填[5]。當(dāng)條件滿足時(shí),采用高強(qiáng)度的壩殼材料在較低高度處進(jìn)行填筑,而低強(qiáng)度的壩殼材料在較高高度處進(jìn)行填筑。

3.6 壩體與岸坡接合部的填筑

在對(duì)堆石料、過渡材料與岸坡的連接處進(jìn)行填筑時(shí),如果使用自卸車卸載或推土機(jī)平放,那么很可能會(huì)出現(xiàn)超徑石頭的聚集和堆積的現(xiàn)象,并且有些地方的碾壓機(jī)械不能很好的進(jìn)行碾壓。在此位置上的填筑應(yīng)采取以下技術(shù)措施：

（1）在邊坡上,為了避免大顆粒物料的聚集,必須在邊坡2 m 之內(nèi),采用細(xì)碎的堆石料（直徑小于200 mm）,并在邊坡之前進(jìn)行填筑,這是一種小面積的鋪筑法。

（2）在2 m 寬度以內(nèi),對(duì)邊坡結(jié)合部位（混凝土、漿砌石等）的填筑,采取將鋪筑材料減薄到20 cm,加大碾壓次數(shù),并用振搗靜壓的方法,進(jìn)行填筑。對(duì)于因振動(dòng)碾壓而難以夯實(shí)的角部,可采用水力振動(dòng)夯盤或壓路機(jī)進(jìn)行夯實(shí)。

（3）在接近岸坡的地方,碾壓機(jī)沿壩體軸線移動(dòng),沿壩體軸線移動(dòng)。分段碾壓時(shí),各段的碾痕相互交疊,交疊的長(zhǎng)度不得少于1 m。要保證所需的碾壓次數(shù)、振動(dòng)碾壓的頻率、振幅,不允許不進(jìn)行振動(dòng)碾壓,以避免漏碾、欠壓[6]。對(duì)于不能直接碾壓到的部位,可使用小型的振搗機(jī)或其他機(jī)械進(jìn)行碾壓。在軋制時(shí),要對(duì)振動(dòng)式軋輥的性能進(jìn)行定期檢測(cè)。在此基礎(chǔ)上,對(duì)壩體縱向的碾壓痕跡與壩體橫向的碾壓痕跡至少重合1 m。

4 結(jié)語(yǔ)

先土后砂法的大壩碾壓填筑施工技術(shù),通過分析結(jié)果表明大壩碾壓填筑施工技術(shù)是水利工程壩體施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。這就要求在實(shí)際施工中,必須充分結(jié)合工程特點(diǎn),采取科學(xué)有效的方法和措施可有效提升大壩碾壓填筑施工質(zhì)量,提升水利工程壩體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。