夏 海 龍

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

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筑畦灌水法調(diào)節(jié)含水率在羅賽雷斯大壩加高工程中的應(yīng)用

夏 海 龍

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

蘇丹羅賽雷斯大壩加高工程包括河床混凝土壩段加高和左、右岸土石壩加高。土石壩加高工程涉及大量粘土料開采，闡述了在天然含水率偏低的土料場(chǎng)運(yùn)用筑畦灌水法調(diào)節(jié)粘土料含水率的方法，介紹了筑畦灌水法的確定過(guò)程、工序、施工參數(shù)、特點(diǎn)及其在羅賽大壩加高工程中的應(yīng)用等。

土料場(chǎng)； 粘土料； 天然含水率； 最優(yōu)含水率； 筑畦灌水法；羅賽雷斯大壩

1 工程概述

原羅賽雷斯大壩樞紐工程位于蘇丹共和國(guó)青尼羅河省首府羅賽雷斯鎮(zhèn)，建于1960～1967年，主要由河床段混凝土壩和兩岸土石壩組成，總長(zhǎng)度約為13.5km。羅賽雷斯大壩加高工程在現(xiàn)有壩基礎(chǔ)上加高10m，加高后壩體總長(zhǎng)度約為25.1km，壩長(zhǎng)堪稱世界之最。加高后庫(kù)容增加40億m3，庫(kù)水用來(lái)灌溉喀土穆與羅賽雷斯之間的農(nóng)田。該工程于2008年5月1日開工，于2013年1月1日完工。

土石壩加高工程涉及填筑工程量約1 700萬(wàn)m3，其中粘土料和任意料(粘土臟砂混合)合計(jì)約1 000萬(wàn)m3。

羅賽雷斯大壩所處區(qū)域季節(jié)性明顯，夏季多雨，冬季干燥。年降雨主要集中在6月至9月初。夏季氣溫一般超過(guò)40 ℃，濕度較高；冬季氣溫約30 ℃，濕度較低。平均年降雨量為782.7mm，平均日蒸發(fā)量為10.2mm。

業(yè)主提供的羅賽雷斯大壩加工工程主要土料場(chǎng)共有7個(gè)，分布較分散，左岸5個(gè)，右岸2個(gè)。土料場(chǎng)總體地勢(shì)相對(duì)平坦，地下水豐富，埋深一般在12m范圍內(nèi)。

土料場(chǎng)主要包括粘土、臟砂和凈砂三種料物。粘土和臟砂一般分布在上部，凈砂分布在下部。受該區(qū)域氣候影響，土料場(chǎng)中的粘土6～9月(雨季)的含水率一般可滿足要求，局部含水率甚至偏高，而在一年中的另外8個(gè)月(枯期)，土料場(chǎng)中的粘土含水率總體遠(yuǎn)低于最優(yōu)含水率，故需要調(diào)節(jié)含水率。

2 開采方式比較及筑畦灌水法的選定

2.1 開展開采試驗(yàn)的背景

針對(duì)土料場(chǎng)枯期上部粘土料物含水率偏低等情況，施工單位組織中國(guó)水利水電第七工程局有限公司和第五工程局有限公司相關(guān)專家討論后，決定開展多種土料加水開采方法的對(duì)比試驗(yàn)。而分管土石壩的德國(guó)拉美爾咨詢公司工程師起初堅(jiān)持要求采用暫存加水法進(jìn)行土料開采，后經(jīng)施工單位土石壩專家介紹了中國(guó)國(guó)內(nèi)多種調(diào)節(jié)含水率方法在不同區(qū)域的成功應(yīng)用后，拉美爾公司最終同意施工單位通過(guò)多種土料加水開采對(duì)比試驗(yàn)來(lái)確定土料含水率的調(diào)節(jié)和開采方法。施工單位在相關(guān)方案報(bào)咨詢工程師審批后，在左岸ⅣA料場(chǎng)選定了三塊試驗(yàn)場(chǎng)地分別開展了三種加水開采試驗(yàn)。

2.2 開采試驗(yàn)場(chǎng)地的布置

(1)筑畦灌水開采試驗(yàn)場(chǎng)地的布置。

根據(jù)地質(zhì)勘探資料和現(xiàn)場(chǎng)探坑資料，為筑畦灌水開采試驗(yàn)選擇了一塊開采試驗(yàn)區(qū)域，其粘土分布在上層，表層粘土含水率偏低，尺寸為40m×40m。

(2)刨松灑水開采試驗(yàn)場(chǎng)地的布置。

根據(jù)地質(zhì)勘探資料和現(xiàn)場(chǎng)探坑資料，為刨松灑水開采試驗(yàn)選擇了一塊開采試驗(yàn)區(qū)域，其粘土分布在上層，表層粘土含水率偏低，尺寸為20m×20m。

(3)暫存加水開采試驗(yàn)場(chǎng)地布置。

根據(jù)地質(zhì)勘探資料和現(xiàn)場(chǎng)探坑資料，為暫存料場(chǎng)加水開采試驗(yàn)選擇了一塊取料區(qū)域，其粘土分布在上層，表層粘土含水率偏低，尺寸為20m×20m。在取料區(qū)域就近布置了暫存加水區(qū)域，尺寸為20m×20m。

2.3 開采試驗(yàn)方法

(1)方法一：

①通過(guò)筑畦灌水法調(diào)整含水率；

②在不同深度檢測(cè)粘土自然含水率；

③對(duì)比自然含水量和最優(yōu)含水量以確定每m3土的理論加水量；

④剝離試驗(yàn)場(chǎng)地表土、在試驗(yàn)場(chǎng)地筑畦，畦高30cm；

⑤向坑內(nèi)注水、浸泡，注水深度為20cm左右。浸泡期間定期測(cè)取土料的含水率變化值；

⑥重復(fù)注水、浸泡直至含水率達(dá)到理想值；

⑦測(cè)得含水率合適時(shí)用反鏟立采挖裝、自卸汽車運(yùn)料至碾壓試驗(yàn)場(chǎng)地。

(2) 方法二：

①通過(guò)刨松灑水法調(diào)整含水率；

②在不同深度檢測(cè)粘土自然含水率；

③對(duì)比自然含水量和最優(yōu)含水量以確定每m3土的理論加水量；

④剝離試驗(yàn)場(chǎng)地表土；

⑤用帶裂土器的推土機(jī)松土；

⑥用推土機(jī)平整；

⑦用灑水車表面灑水；

⑧定期測(cè)含水率；

⑨重復(fù)灑水直至含水率達(dá)到要求；

(3) 方法三：

①通過(guò)暫存料場(chǎng)加水法調(diào)整含水率；

②剝離取料區(qū)域表土；

③用帶裂土器的推土機(jī)松土；

④用推土機(jī)集料、反鏟挖裝、自卸汽車運(yùn)輸至?xí)捍媪蠄?chǎng)；

⑤用推土機(jī)攤鋪料，鋪料厚度為1.5m；

⑥在不同深度測(cè)試粘土自然含水率；

⑦對(duì)比自然含水量和最優(yōu)含水量以確定每m3土的理論加水量；

⑧用反鏟翻土、加水；

⑨用推土機(jī)閉合表面、熟化并定期測(cè)含水率；

在上述試驗(yàn)過(guò)程中，安排專人統(tǒng)計(jì)了水深、浸泡時(shí)間、加水量、含水率變化值、氣溫、需要設(shè)備和人力數(shù)量等數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)，分析比較了三種方法所需設(shè)備、人員、費(fèi)用、時(shí)間、加水效果、加水參數(shù)和可操作性等。

2.4 開采試驗(yàn)結(jié)果分析及筑畦灌水法的選定

2.4.1 筑畦灌水法開采

(1) 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及其分析。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記錄及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)如下：

氣溫：16 ℃～37.5 ℃；加水量： 715m3；灌水時(shí)間：7d；灌水水深：20cm；調(diào)整含水率時(shí)間：14d。

試驗(yàn)期間，試驗(yàn)室分別在灌水前、浸泡期間、浸泡后沿深度方向每隔0.5m取樣做含水率測(cè)試，取樣深度為3.5m。

上述不同時(shí)間取樣點(diǎn)含水率隨深度分布情況見(jiàn)圖1。圖1中共有6個(gè)取樣點(diǎn)，其中TP3和TP4為灌水前的取樣探坑，探坑采用反鏟挖成，土樣采用人工挖取；BIA-BH-2 和BIA-BH-3為灌水浸泡期間的取樣鉆孔，BIA-BH-4和BIA-BH-5為浸泡后的取樣鉆孔，鉆孔皆采用麻花鉆手工鉆入，土樣采用人工取麻花鉆附著土。

(2) 筑畦灌水試驗(yàn)小結(jié)。

根據(jù)對(duì)以上試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合分析，總結(jié)出筑畦灌水開采具有以下特點(diǎn)：

①參照?qǐng)D1，可以看出筑畦灌水調(diào)整含水率的方法效果很好。灌水前，粘土表層0～1m含水率偏低，灌水后在0～3.5m范圍內(nèi)粘土料含水率均在OMC-1～OMC+5范圍內(nèi)，符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范規(guī)定。

②灌水前，含水率沿深度方向分布極不均勻，灌水后含水率沿深度方向分布較為均勻。

③開采方式：含水率調(diào)整合適后，反鏟立采挖裝。這種開采方式效率高，有利于提高開采強(qiáng)度，有利于主體工程的填筑施工。

④該試驗(yàn)工序較少，便于操作與現(xiàn)場(chǎng)管理。

圖1 取樣點(diǎn)含水率分布圖

⑤試驗(yàn)時(shí)間：此次試驗(yàn)含水率調(diào)整用時(shí)14d，即自開始灌水到浸泡至含水率合適的時(shí)間。

2.4.2 刨松灌水開采試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記錄及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，該試驗(yàn)取得的相關(guān)參數(shù)如下：

氣溫：16 ℃～37.5 ℃；開采區(qū)域尺寸：20m×20m；加水量： 440.5m3；加水時(shí)間：7d；調(diào)整含水率時(shí)間：9d。

試驗(yàn)期間，試驗(yàn)室分別在加水前、加水后取樣做含水率測(cè)試。

上述不同時(shí)間取樣點(diǎn)含水率隨深度分布情況見(jiàn)圖2，圖2中共有3個(gè)取樣點(diǎn)，其中TP1和TP2為加水前取樣探坑，探坑采用反鏟挖成，土樣采用人工挖?。籗A-BH-1為加水后取樣鉆孔，采用麻花鉆手工鉆入，土樣采用人工取麻花鉆附著土。

圖2 取樣點(diǎn)含水率分布圖

(2)刨松灌水試驗(yàn)小結(jié)。

對(duì)以上試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合分析，可以總結(jié)出刨松灌水開采具有以下特點(diǎn)：

①參照?qǐng)D2，可以看出通過(guò)刨松灌水調(diào)整含水率的方法效果較好。加水前粘土表層0～1m含水率偏低，灌水后在0～3m范圍內(nèi)粘土料含水率基本在OMC-1%～OMC+5%范圍內(nèi)，滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范規(guī)定。

②灌水前含水率沿深度方向分布極不均勻，灌水后含水率沿深度方向分布較為均勻。

③開采方式：含水率調(diào)整合適后，反鏟立采挖裝。這種開采方式效率高，有利于提高開采強(qiáng)度，有利于主體工程的填筑施工。

④該試驗(yàn)工序比筑畦灌水多了刨毛和平整工序。

⑤試驗(yàn)時(shí)間：本次試驗(yàn)含水率調(diào)整用時(shí)9d，即自開始加水到浸潤(rùn)至含水率合適的時(shí)間。

2.4.3 暫存加水以調(diào)整含水率開采試驗(yàn)

(1) 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及其分析。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記錄及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，本次試驗(yàn)取得的相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)如下：

氣溫：16 ℃～37.5 ℃；開采厚度： 2～3m；暫存堆厚：1.5m；加水時(shí)間：7d。

此次試驗(yàn)的料物在料源區(qū)測(cè)得天然含水率和在暫存區(qū)域加水后測(cè)得的含水率數(shù)據(jù)分別為：加水前天然含水率為19.7%～21.9%；料物最優(yōu)含水率為23.8%；加水后人工挖取4個(gè)含水率取樣點(diǎn)，含水率分別為22.7%，23.3%，31.3%，25.1%。

(2)暫存加水試驗(yàn)小結(jié)。

對(duì)以上試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合分析，可以總結(jié)出暫存加水開采具有以下特點(diǎn)：

①根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)追蹤分析和試驗(yàn)紀(jì)錄數(shù)據(jù)，暫存加水調(diào)整含水率基本在OMC-1%～OMC+5%范圍，基本滿足技術(shù)規(guī)范規(guī)定。

②開采方式：料源取料采用推土機(jī)集料、反鏟挖裝的平采方式；在暫存料場(chǎng)加水并熟化至含水率合適后，采用反鏟立采挖裝。

③此次試驗(yàn)工序明顯多于筑畦灌水試驗(yàn)和刨松灌水試驗(yàn)，增加了一次平采工序，加水工序也較筑畦灌水試驗(yàn)和刨松灌水試驗(yàn)復(fù)雜。在大面開采時(shí)所需挖掘機(jī)和推土機(jī)數(shù)量更多。

④本次試驗(yàn)要求暫存場(chǎng)地，故相對(duì)筑畦灌水試驗(yàn)和刨松灌水試驗(yàn)需要更大的施工場(chǎng)地。

2.4.4 試驗(yàn)結(jié)論及筑畦灌水法的選定

綜合比較以上粘土加水開采的三個(gè)試驗(yàn)，總結(jié)出其各自具有的特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 粘土加水開采試驗(yàn)對(duì)比分析表

由表1可以得出以下結(jié)論：筑畦灌水開采是最經(jīng)濟(jì)、最高效、最適用的開采方法，唯一不足的是調(diào)整含水時(shí)間略長(zhǎng)，但在大面開采中同時(shí)展開多個(gè)工作面，開采一個(gè)工作面同時(shí)可以進(jìn)行其它幾個(gè)工作面的含水率調(diào)整等的開采準(zhǔn)備工作，從而可以減少整個(gè)開采時(shí)間，提高效率。

施工單位將開采試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析后遞交德國(guó)拉美爾咨詢公司，拉美爾公司對(duì)施工單位的筑畦灌水法成果表示祝賀并批準(zhǔn)在以后的料場(chǎng)開采大面中運(yùn)用筑畦灌水開采法。

3 工程應(yīng)用

在開采試驗(yàn)確定采用筑畦灌水法開采土料后，羅賽雷斯大壩加高工程中土石壩填筑所用粘土料和任意料基本上都是在料場(chǎng)通過(guò)筑畦灌水法調(diào)節(jié)含水率后立采開挖上壩。

調(diào)節(jié)含水率所需水源基于當(dāng)?shù)亓蠄?chǎng)地下水豐富的特點(diǎn)，主要通過(guò)在料場(chǎng)鉆井獲取地下水。

筑畦灌水法對(duì)于保證羅賽雷斯大壩料源的質(zhì)量、減少施工占地、減少挖掘設(shè)備投入、降低施工成本起到了重要作用。

筑畦灌水法試驗(yàn)所確定的參數(shù)在羅賽雷斯大壩加高工程土石壩填筑料物開采過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用，并且在當(dāng)?shù)厥┕べY源有限的情況下達(dá)到了120萬(wàn)m3的月填筑強(qiáng)度，滿足了合同要求的施工進(jìn)度，獲得了業(yè)主單位和咨詢工程師的好評(píng)。

夏海龍 (1985-)，男，陜西旬陽(yáng)人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-10-28

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1001-2184(2016)06-0059-04