丁海龍，段延旗

(中國水電基礎(chǔ)局有限公司，成都，610213)

金澤水庫工程堤防填筑施工技術(shù)

丁海龍，段延旗

(中國水電基礎(chǔ)局有限公司，成都，610213)

金澤水庫為Ⅱ等工程，庫區(qū)大堤全長約9.3km，采用分層碾壓的筑堤工藝，設(shè)計(jì)壓實(shí)度指標(biāo)98%。大堤施工工程量大，技術(shù)指標(biāo)高，受天氣影響大，施工存在較大的難度，施工中采用多種措施保證堤防填筑施工質(zhì)量。

金澤水庫 高含水率 堤防 碾壓 填筑

1 工程概況

金澤水庫工程位于上海青浦區(qū)金澤鎮(zhèn)，黃浦江上游太浦河北岸，水庫設(shè)計(jì)總庫容910萬m3，為II等工程。環(huán)庫大堤設(shè)計(jì)采用均質(zhì)碾壓土壩，總長度約9.3km。堤防填筑土源含水率高，設(shè)計(jì)壓實(shí)度要達(dá)到98%，施工中采用多種措施保證堤防填筑施工質(zhì)量。

1.1 地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察單位勘察結(jié)果，擬建場區(qū)分布有：第②1層灰黃色粉質(zhì)粘土，灰黃色、褐黃色、灰褐色，層面標(biāo)高4.26m～1.64m，厚度1.22m；第③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粘質(zhì)粉土，層面標(biāo)高約3.76m～0.14m，厚約1.68m，含少量的云母屑，夾薄層狀粘質(zhì)粉土、土質(zhì)不均，流塑狀態(tài)，高壓縮性；第⑥1層暗綠～灰黃色粉質(zhì)粘土，暗綠色、灰黃色、灰綠色，層面標(biāo)高約2.26m～-2.13m，厚約5.35m，切面光滑含少量云母屑及貝殼碎片，硬～可塑狀態(tài)，中等壓縮性；第⑥2層灰色砂質(zhì)粉土，層面標(biāo)高-1.47m～-6.90m，厚度1.90m～16.20m，夾較多粘性土薄層，該層不穩(wěn)定，受古河道的切割而缺失；第⑦層灰黃色砂質(zhì)粉土：灰黃色、灰色，層面標(biāo)高約-30.32～-38.55m，層厚約7.59m，夾薄層粘性土，含云母，中～密實(shí)狀。

1.2 氣象狀況

工程區(qū)域位于北亞熱帶東亞季風(fēng)盛行的地區(qū)，氣候溫和濕潤，雨量充沛，金澤站多年平均雨量為1136.8mm(1965年～2003年)，年平均降雨日在134.8d左右，其中汛期(5～9月)降水量占全年的58%以上，年降雨量最多為1993年1546.3mm；月降雨量最多為1999年6月為686.6mm；最大日(24h)降雨量為1962年9月6日達(dá)到了203.3mm。

1.3 設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)要求填筑土料粘粒含量10%～35%，塑性指數(shù)7～20，滲透系數(shù)不大于1×10-4cm/s，堤身壓實(shí)度不小于98%。

2 碾壓試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

根據(jù)合同文件規(guī)定的壓實(shí)機(jī)械、料源，擬在施工現(xiàn)場根據(jù)不同的碾壓技術(shù)參數(shù)進(jìn)行填筑料的碾壓試驗(yàn)，研究填筑工藝，通過試驗(yàn)達(dá)到以下目的：

(1)核實(shí)填筑土料室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果的合理性；

(2)檢查壓實(shí)機(jī)具的性能是否滿足施工要求；

(3)通過生產(chǎn)性測試試驗(yàn)，選定合理的施工壓實(shí)參數(shù)：鋪土厚度、含水量的適宜范圍、壓實(shí)遍數(shù)；施工機(jī)械、設(shè)備的施工工藝參數(shù)；從所有試驗(yàn)參數(shù)中選取最優(yōu)組合參數(shù)，滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)；

(4)運(yùn)輸、攤鋪和碾壓機(jī)械的協(xié)調(diào)和配合。

2.2 料源選定

土源選擇應(yīng)滿足以下要求：

(1)淤泥質(zhì)土、雜質(zhì)土、凍土、膨脹土、分散性粘土等特殊土料等不得使用；

(2)清除表層不滿足堤防填筑土質(zhì)后，對(duì)滿足堤防填筑的土層進(jìn)行土質(zhì)相關(guān)性檢測。根據(jù)土質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果，制定相應(yīng)的技術(shù)措施，如含水量偏高，可采用翻松晾曬或摻入石灰改良等措施；如遇填料含水量偏低，可采用預(yù)先灑水潤濕等措施。

2.3 試驗(yàn)場地規(guī)劃

選擇試驗(yàn)場地尺寸30m×22.5m，占地面積675m2。根據(jù)含水率的不同分為三個(gè)試驗(yàn)區(qū)域，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)域依據(jù)鋪土厚度的不同劃分為三個(gè)試驗(yàn)段，每個(gè)試驗(yàn)段根據(jù)碾壓遍數(shù)的不同分為三個(gè)試驗(yàn)單元。試驗(yàn)場地規(guī)劃及分區(qū)布置如圖1所示。

說明：

1.根據(jù)含水率的不同分三個(gè)試驗(yàn)區(qū)域，每個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域依據(jù)鋪土厚度的不同劃分為三個(gè)實(shí)驗(yàn)段，每個(gè)試驗(yàn)段根據(jù)碾壓變數(shù)的不同分為三個(gè)試驗(yàn)單元；

2.Ⅰ表示試驗(yàn)一區(qū)，Ⅰ-1表示試驗(yàn)一區(qū)第一段，Ⅰ-1-1表示試驗(yàn)一區(qū)第一段的第一單元。

圖1 試驗(yàn)場地規(guī)劃及分區(qū)布置

2.4 試驗(yàn)參數(shù)

本土方碾壓試驗(yàn)按照機(jī)械碾壓，將碾壓試驗(yàn)區(qū)分為3個(gè)試驗(yàn)區(qū)，9個(gè)試驗(yàn)段，27個(gè)試驗(yàn)單元。對(duì)應(yīng)不同的碾壓遍數(shù)(共3種：N6、N8、N10)、不同的含水率(共3種：W1、W2、W3)和不同的鋪土厚度(25cm、30cm、35cm)，3個(gè)不同碾壓遍數(shù)、同一鋪土厚度、同一含水率的試驗(yàn)組作為一個(gè)試驗(yàn)單元。

表1 碾壓試驗(yàn)組合

采用進(jìn)退錯(cuò)距法碾壓，首先在試驗(yàn)一區(qū)一段鋪一層含水率約15%～18%的土料，25cm厚，先靜壓2遍，再對(duì)Ⅰ-1-1、Ⅰ-1-2和Ⅰ-1-3三個(gè)試驗(yàn)單元分別振動(dòng)碾壓4、6、8遍，累計(jì)碾壓6、8、10遍后，分別取樣12組做干密度試驗(yàn)；然后在試驗(yàn)一區(qū)二段鋪同一含水率土料，30cm厚，累計(jì)碾壓6、8、10遍后，再分別進(jìn)行取樣試驗(yàn)；最后在試驗(yàn)一區(qū)三段鋪同一含水率土料，35cm厚，累計(jì)碾壓6、8、10遍后，再分別進(jìn)行取樣試驗(yàn)。同理，按上述方法分別在試驗(yàn)二區(qū)、試驗(yàn)三區(qū)進(jìn)行含水率范圍18%～20.5%和20.5%～23%的土料碾壓試驗(yàn)。

2.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

2.5.1 鋪層厚度與碾壓沉降測量

采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量，測點(diǎn)間距為平行碾壓行走方向2m，垂直碾壓行走方向2.5m。鋪料前測量碾壓場基層高程，鋪料后測量土料層頂面高程，求出鋪層厚度，鋪層厚度誤差宜控制在5%左右；每碾壓2遍測量土料層頂面高程，求出碾壓沉降量，沉降測量精度為1mm。

2.5.2 干密度檢測

終碾后每試驗(yàn)單元各取樣數(shù)應(yīng)達(dá)4組，采用環(huán)刀法取樣，測定干密度值。

2.5.3 含水率試驗(yàn)

碾前、碾后每場各進(jìn)行4點(diǎn)含水率測定，共計(jì)8點(diǎn)。

表2 各試驗(yàn)單元壓實(shí)度測定統(tǒng)計(jì)

2.6 試驗(yàn)結(jié)果

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算分析得出以下結(jié)論：

(1)每個(gè)單元每層攤鋪和碾壓時(shí)間約為10h，考慮施工進(jìn)度和天氣原因，確定碾壓作業(yè)在白天進(jìn)行，待碾壓結(jié)束時(shí)及時(shí)取樣檢測，且對(duì)當(dāng)班作業(yè)完成的區(qū)域進(jìn)行覆蓋；

(2)通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，在保證質(zhì)量的前提下，優(yōu)先考慮采用的碾壓施工參數(shù)組合方式為：土料含水率范圍20.5%～23%、攤鋪厚度35cm、碾壓遍數(shù)采用8遍；

(3)通過數(shù)據(jù)分析備用(在氣溫較高或大風(fēng)天氣含水率損失較快的情況啟用)參數(shù)組合為：土料含水率范圍18%～20.5%、攤鋪厚度30cm、碾壓遍數(shù)8遍。

3 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.1 施工機(jī)具及施工參數(shù)選擇

根據(jù)碾壓試驗(yàn)結(jié)果，本工程土方碾壓合理設(shè)備配置為：每施工班組配置推土機(jī)1臺(tái)、土方運(yùn)輸車輛4臺(tái)、挖掘機(jī)4臺(tái)、旋耕機(jī)1臺(tái)、20t振動(dòng)碾1臺(tái)；施工過程中配置多組同時(shí)施工。施工參數(shù)組合為：土料含水率20.5%～23%、攤鋪厚度35cm、碾壓遍數(shù)采用8遍。

3.2 填筑土源控制

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，填筑土采用②1層粉質(zhì)粘土(褐黃-灰黃色)、⑥1層粉質(zhì)粘土(暗綠-草黃色)、⑥3-1層粉質(zhì)粘土(灰色)，不得采用淤泥質(zhì)土。采取措施嚴(yán)格控制填筑土的含水量。

本工程大堤壓實(shí)度要求高，項(xiàng)目部從源頭抓起，首先做好筑堤土源的管理工作，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，筑堤土源必須采用②1層或⑥1層粉質(zhì)粘土，項(xiàng)目部邀請(qǐng)地質(zhì)勘探部門專家來現(xiàn)場交底這兩種土層的識(shí)別方法，確保筑堤土源的正確識(shí)別。根據(jù)總體土方平衡及地質(zhì)勘探報(bào)告，②1層位于淺層，且分布零散，與其他土層混雜，施工難度大，質(zhì)量不易保證，⑥1層粉質(zhì)粘土平均位于-0.3m以下，層厚7m～9m，經(jīng)項(xiàng)目部研究決定，大堤筑堤土源全部采用⑥1層粉質(zhì)粘土。庫區(qū)封閉后，根據(jù)土方規(guī)劃，按100m×100m劃分方格，修筑施工便道及開挖排水溝，將表面浮泥清除并開挖至-0.5m，對(duì)外露的土質(zhì)天然含水率進(jìn)行檢測。經(jīng)檢測，排水良好的地塊土質(zhì)天然含水率平均為24.2%，根據(jù)碾壓試驗(yàn)結(jié)果，天氣晴好的狀況下，可直接開挖上壩，經(jīng)過開挖、運(yùn)輸、攤鋪、整平等工序，含水率基本能控制在最佳含水率范圍內(nèi)，適于碾壓成型。

3.3 含水率控制

土料開采前期，提前5d～7d采取降排水措施，在取土區(qū)兩側(cè)各挖一道排水溝，深0.8m～1m，利用排水溝自然坡降排水，降低土料的天然含水率。

用于筑堤的土料在取土場要提前進(jìn)行含水量檢測，土料上堤后如含水量仍偏大，土料攤鋪后應(yīng)進(jìn)行翻曬，使土料的含水量保持均勻。

大堤填筑適逢雨季施工，受天氣影響大，土料含水量偏大且不易控制，針對(duì)這一難點(diǎn)，項(xiàng)目部多次邀請(qǐng)各方專家召開專題研討會(huì)，確定解決方案：①做好土源排水工作；②做好壩面的排水工作，兩側(cè)開挖排水溝，堤身填筑時(shí)，形成2%～3%的橫坡，以利排水，每層筑堤土方均采用平地機(jī)進(jìn)行整平，防止堤身表面坑洼不平，雨后堤身受積水浸泡；③雨季施工，加大機(jī)械設(shè)備投入，縮短工作面長度，盡量不超過100m，及時(shí)攤鋪、碾壓成型，縮減施工時(shí)間；④密切關(guān)注天氣情況，雨前已鋪土路段盡快完成碾壓，未來及碾壓路段采用雨布覆蓋，疏通排水溝，并將料場土源開挖后打堆，采用雨布覆蓋，雨后可及時(shí)恢復(fù)施工；⑤嚴(yán)格執(zhí)行雨后復(fù)檢制，雨后堤身填筑前，對(duì)下承層壓實(shí)度進(jìn)行復(fù)檢，不合格及時(shí)進(jìn)行復(fù)壓，因多日降雨造成土層含水率偏大，復(fù)壓多遍仍無法合格時(shí)，采用鏵犁將該段土層全部翻開進(jìn)行翻曬，含水率適中時(shí)重新進(jìn)行碾壓，直至合格。

3.4 其他參數(shù)控制

當(dāng)?shù)撞康拈_挖寬度和深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求并經(jīng)過監(jiān)理工程師確認(rèn)后，采用壓路機(jī)對(duì)換填面進(jìn)行壓實(shí)，當(dāng)含水量不佳時(shí)，灑水或晾曬加灰后保證壓實(shí)效果。按驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求作堤身填前壓實(shí)檢查，壓實(shí)合格并經(jīng)監(jiān)理審定后，方可進(jìn)行合格料的回填。基面驗(yàn)收合格后應(yīng)抓緊進(jìn)行填筑施工，若不能立即施工，做好基面保護(hù)，復(fù)工前應(yīng)再檢驗(yàn)，必要時(shí)重新清理。采用旋耕機(jī)進(jìn)行顆粒破碎，保證土源粒徑滿足碾壓要求?？刂仆亮虾?，保證含水率在最佳含水率±2%范圍內(nèi)。含水率適中時(shí)，采用平地機(jī)進(jìn)行精平，以保證堤身表面平整度。嚴(yán)格按碾壓試驗(yàn)段確定的碾壓工藝及時(shí)進(jìn)行碾壓，防止表面土料含水率變化較大，一次成型。

3.4.1 堤身填筑施工程序

下承層準(zhǔn)備→下承層刨毛→料場挖掘機(jī)裝土→自卸車運(yùn)土上壩→自卸車卸土→推土機(jī)推平→含水量檢測→翻曬→平地機(jī)精平→碾壓→質(zhì)檢→進(jìn)行下一層施工。

(1)施工前對(duì)下承層進(jìn)行檢查，如雨后或因故停工，則需對(duì)下承層進(jìn)行復(fù)壓；

(2)采用旋耕機(jī)對(duì)下承層進(jìn)行刨毛，刨毛深度不小于5cm；

(3)采用挖掘機(jī)裝車，土方自卸汽車運(yùn)輸上壩，采用后退法，自卸汽車在碾壓完成的堤身上行駛，運(yùn)輸效率較高；

(4)推土機(jī)推平，推平過程中控制鋪土厚度，施工過程中安排人員進(jìn)行檢查，以免造成返工；

(5)采用酒精燃燒法對(duì)土料含水率進(jìn)行快速、高效檢測，測量精度可以滿足施工要求，如含水量過大，則進(jìn)行翻曬處理，根據(jù)氣溫及日照條件，可采用旋耕機(jī)或后置懸掛鏵犁進(jìn)行翻曬，直至含水量符合要求；

(6)采用平地機(jī)按照高程、坡度等要求進(jìn)行平整，并經(jīng)測量復(fù)核；

(7)按照碾壓試驗(yàn)段確定的碾壓參數(shù)采用進(jìn)退錯(cuò)距法進(jìn)行碾壓；

(8)碾壓完成后，進(jìn)行含水量、壓實(shí)度等要求進(jìn)行檢測，合格后方可進(jìn)行下道工序施工。

3.4.2 堤身填筑應(yīng)符合以下要求

(1)堤壩填筑回填粘性土，不得采用淤泥質(zhì)土，嚴(yán)格控制填筑土的含水量，土中不得含有淤泥、植物根莖、垃圾等雜物，雨天嚴(yán)禁回填土施工，并做好臨時(shí)排水措施；

(2)設(shè)計(jì)預(yù)留沉降拋高18cm，以防止堤頂高程不足；

(3)填筑必須分層回填、分層碾壓、分層檢測，若檢測不合格，則將該不合格層翻挖晾曬后重新碾壓、再檢測，直到合格后方可進(jìn)行下一層施工；

(4)每層填筑寬度宜比設(shè)計(jì)值寬0.5m～1.0m，待堤身全部填筑完成后修坡；

(5)地面起伏不平時(shí)，應(yīng)按水平分層由低處開始逐層填筑，不得順坡鋪填；

(6)機(jī)械作業(yè)分段作業(yè)面的最小長度不應(yīng)小于100m；

(7)作業(yè)面應(yīng)分層統(tǒng)一鋪土，統(tǒng)一碾壓，并配備人員或推土機(jī)具參與整平作業(yè)，嚴(yán)禁出現(xiàn)界溝；

(8)在新層鋪料前，應(yīng)對(duì)壓光層面作刨毛處理。填筑層檢驗(yàn)合格后因故未繼續(xù)施工，因擱置較久或經(jīng)過雨淋干濕交替使表面產(chǎn)生疏松層時(shí)，復(fù)工前應(yīng)進(jìn)行復(fù)壓處理。

3.4.3 堤身碾壓施工符合以下規(guī)定

(1)碾壓機(jī)械行走方向應(yīng)平行于堤軸線；

(2)相鄰作業(yè)面碾壓搭接寬度，平行于堤軸線方向不小于50cm，垂直于堤軸線方向不小于3m(見圖2所示)。

圖2 土方填筑錯(cuò)距碾壓方式示意

(3)振動(dòng)碾壓作業(yè)，宜采用進(jìn)退錯(cuò)距法；

(4)機(jī)械碾壓時(shí)應(yīng)控制行車速度，行駛速度不應(yīng)超過4km/h，并應(yīng)定期檢查振動(dòng)碾的工作性能；

(5)各段碾壓應(yīng)設(shè)立標(biāo)志，以防止超壓或漏壓。

3.4.4 其它規(guī)定及要求

(1)堤身全斷面填筑完成后，做整坡壓實(shí)及削坡處理，并對(duì)堤身兩側(cè)護(hù)堤地面的坑洼進(jìn)行鋪填和整平；

(2)壩身與混凝土結(jié)構(gòu)物相接時(shí)，施工時(shí)應(yīng)符合下列要求：①建筑物周邊回填土方，宜在建筑物強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度50%～70%的情況下施工；②填土前，應(yīng)清除建筑物表面的乳皮、粉塵及油污等，對(duì)表面的外露鐵件(如模板對(duì)拉螺栓等)宜割除，必要時(shí)對(duì)鐵件殘余露頭需用水泥砂漿覆蓋保護(hù)；③填筑時(shí)，須先將建筑物表面濕潤，邊涂泥漿、邊鋪土、邊夯實(shí)，涂漿高度應(yīng)與鋪土厚度一致，涂層厚宜為3mm～5mm，并應(yīng)與下部涂層銜接，嚴(yán)禁泥漿干固后再鋪土夯實(shí)；④建筑物兩側(cè)填土，應(yīng)保持均衡上升，貼邊填筑宜用夯具夯實(shí)，鋪土層的厚度適當(dāng)減薄，宜為150mm～200mm。

4 結(jié)語

金澤水庫工程堤防施工工程量大，技術(shù)指標(biāo)高，通過試驗(yàn)選擇合理的施工參數(shù)，過程中分析控制關(guān)鍵因素，采用酒精燃燒法快速檢測土料含水率，計(jì)算壓實(shí)度，大大提高堤身填筑成功率，堤身填筑質(zhì)量優(yōu)良，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，為高含水地層碾壓施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

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