張浩，黃經合

淺析粘性均質土壩土料質量控制措施

張浩1，黃經合2

（1.中國水電建設集團十五工程局有限公司第三工程公司，陜西咸陽712000；2.陜西省水務集團有限公司，陜西西安710000）

以南溝門水庫樞紐大壩工程為例，通過分析料場初步勘察結果發(fā)現(xiàn)，大壩填筑土料存在含水率低、土質不均勻的問題，經過技術分析研究，提出科學配水、混合開采、堆存制備（堆土牛）等綜合控制措施。結果表明：滿足上壩填筑的壓實度不小于0.98的設計要求，符合質量控制要求，竣工驗收大壩主體工程質量優(yōu)良，說明土料質量控制措施可行有效。

均質土壩；土料含水率控制；措施

1 工程概況

南溝門水庫位于陜西省延安市黃陵縣境內，壩址位于葫蘆河河口上游3 km處的南溝門附近，總庫容2.006億m3，為Ⅱ等、大（2）型工程，樞紐主要建筑物由攔河壩、導流泄洪洞、溢洪道、引水發(fā)電洞、壩后電站等五部分組成。樞紐大壩為碾壓均質土壩，壩頂高程852.0 m，最大壩高63.0 m，壩頂寬10 m，壩頂總長504.43 m。根據(jù)設計文件，壩體填筑總量為357萬m3（壓實方），設計要求壩體填筑壓實度不小于0.98。

工程區(qū)屬中溫帶大陸性氣候，根據(jù)多年氣象資料，年平均氣溫9.4℃，冬季最低氣溫-21.4℃，每年12月～次年3月平均氣溫為2℃～-11℃，根據(jù)《碾壓式土石壩施工技術規(guī)范》規(guī)定，寒冬低溫期不進行大壩填筑施工。

2 料場土料現(xiàn)狀及分析

由南溝門水庫《大壩填筑土料場地質勘查報告》可知：工程指定選取的土料場位于壩軸線上游左岸二、三級階地及黃土塬邊斜坡地帶，料場土質主要為黃土和黃土狀壤土，黃土土層一般較厚，黃土狀壤土厚度較薄且分布不連續(xù)，在30 m深度范圍內夾有2～3層厚度2 m左右的黃土狀壤土，在30 m～40 m范圍內還分布有2.0 m～4.0 m左右夾雜有鈣質結核的土料。

土層基本按照坡勢走向分布，且土料場呈水平臺階狀，臺階寬度差別較大，同一水平面上不同部位土質不同，垂直方向上不同深度土質也不同。經對料場初步勘察，不同部位和不同深度取樣試驗：天然干密度1.21～1.61 g/cm3，天然含水率為9.1%～11.6%，最小值僅7.0%，普遍小于壩體填筑施工控制最優(yōu)含水率。天然土料的土質均勻性和含水率均不滿足大壩填筑質量控制要求，需對料場土料進行加工制備。

3 土料加工制備措施

根據(jù)土料現(xiàn)狀，結合均質土壩填筑碾壓施工規(guī)范和質量控制設計指標要求，經項目部技術分析研究，提出了科學配水、混合開采和堆存制備的加工制備綜合措施。

3.1 科學配水

科學配水就是對土料場進行分區(qū)修筑畦塊、測定天然含水率、計算配水量、畦塊配水等措施，使土料含水率集中在最優(yōu)含水率附近。

3.1.1 分區(qū)修筑畦塊

根據(jù)土料場的地形、地勢特點進行分區(qū)規(guī)劃，分成不同臺地。用挖掘機在不同臺地大致沿等高線將料場筑成方格，形成畦塊。畦塊大小主要根據(jù)現(xiàn)場地形確定，面積大致控制在200 m2～500 m2左右，畦塊底部力求平整，高差應控制在10 cm范圍內，畦梁高度一般控制在1 m左右。典型畦塊主要參數(shù)見表1。

3.1.2 土料配水

（1）最優(yōu)含水率確定。在各區(qū)域取相同數(shù)量的土樣進行拌合形成混合土樣，對混合土樣采用干法制備成試驗土樣。對試驗土樣采用輕型擊實法進行擊實試驗確定最優(yōu)含水率。經試驗，土料最優(yōu)含水率在16.5%左右。

（2）天然含水率測定。在畦塊內采用人工洛陽鏟打探孔取土樣進行天然土料天然含水率的測定，人工洛陽鏟每50 cm深度取土樣一組。各畦塊土料天然含水率見表2。

表1 畦塊主要參數(shù)表

表2 土料天然含水率表

表3 土料配水量計算表

（3）配水量計算。根據(jù)《土工試驗規(guī)程》（SL237—1999）中擊實試驗加水量的計算公式計算單位體積土料應加水量。

式中，mw為土料所需加水質量，t；w0為土料天然含水率，%；m為風干含水率時的土料質量，t，土料天然干密度平均值為1.35g/cm3；w為土料所要求的含水率，根據(jù)最優(yōu)含水率結合氣象條件綜合確定，﹪。

再根據(jù)畦塊面積、配水深度（開采深度），計算畦塊配水量，詳見表3。

（4）畦塊配水。采用潛水泵抽取河道水進行畦塊土料配水，輸水管道上安裝水表，以控制畦塊內的注水量。注水應連續(xù)進行，中間不得間斷，注水量應嚴格按照計算配水量進行，不得超加或少加。

3.2 混合開采

混合開采就是對同一開采面上下層土料進行摻混開采、不同開采面土料同時搭配開采，使同一開采面上下層不同含水率、不同土質的土料進行初步混合，同時為堆存制備時不同部位土料二次充分混合提供條件。由土料配水試驗知，土料待滲期為26天，期滿后進行土料含水率測定，含水率大部分集中在15%～19%，即可進行土料開采。

3.2.1 開采原則

依據(jù)相關技術規(guī)范和條款，土料開采遵循原則：高料高用、低料低用；先配水先開采；含水率偏高土料與偏低土料搭配開采。3.2.2混合開采

因料場水平方向上不同部位、垂直方向上不同深度的土質不均，致使土料在配水時水的下滲速度和單位面積下滲量均不相同，形成配水后土料含水極為不均，加之土層含有黃土狀壤土和鈣質結核土料夾層，故應對同一開采面上下層土料進行摻混開采，在裝車時翻倒均勻、初步混合。不同開采面的土料土質也不盡相同，土料含水率有的偏高、有的偏低，單一開采面土料大部分不能滿足填筑質量控制要求，故應對不同開采面同時搭配開采。

采用立面開采方式，開采深度根據(jù)各畦塊土料配水深度及土料配水后含水率的檢測值進行確定。應至少保證3個不同工作面同時進行開采，同一工作面的上下層土料在裝車過程也應注意翻倒均勻，確保土料均勻搭配。開采過程中要不定時對各開采面的土料含水率進行測定（詳見表4），若發(fā)現(xiàn)土料整體含水率偏高或偏低，應及時對開采面進行調整，以確保開采面的混合土料含水率始終保持在最優(yōu)含水率附近。

3.3 堆存制備

混合開采的土料在裝車時只是同一開采工作面的土料進行了初步翻倒混合，含水率和土質不均勻問題依然存在，達不到上壩填筑要求。堆存制備就是將至少3個不同工作面混合開采的土料通過高臺插花卸料、二次混合堆放、窩存等制備措施，解決土料配水后含水率不均勻、土質不均勻問題，使土料質量達到上壩填筑的技術要求。

3.3.1 混合堆放

用20 t自卸汽車將開采的土料運至土料制備場，并將取自不同取土部位和不同含水率的土料從高臺向下插花卸料，用推土機向下推料，使土料在下卸過程中利用高差進行二次混合，達到土料含水率和土質趨于相對均勻。

每天不定時對堆存“土?！逼旅婧蔬M行測定（詳見表5），若發(fā)現(xiàn)局部含水率偏高或偏低，應及時對各工作面運輸車輛的卸土位置進行調整，以確保堆存“土牛”的土料含水率保持在最優(yōu)含水率附近。

3.3.2 窩存熟化

土料窩存熟化就是在土料經高臺卸料、二次混合和堆放后，進一步“熟化”，以達到土質和含水率均勻。

每個堆放制備“土牛”堆存完后，一般最少需要窩存7天，土料的土質、含水率才能達到均勻，7天后對“土?！蓖亮线M行檢測試驗，確定最大干密度和最優(yōu)含水率，作為該“土?！蓖亮蠅误w填筑的質量控制指標。

3.4 高溫、雨季含水率調整

根據(jù)《碾壓式土石壩施工技術規(guī)范》要求，壩體碾壓時必須對土料含水率進行嚴格控制，土料含水率應控制在最優(yōu)含水率±3%范圍內，故不同時期應對制備土料含水率進行適時調整：根據(jù)南溝門水庫氣象和土料條件，高溫季節(jié)考慮水分損失，配水時適當提高土料含水率2%左右；雨季適當降低土料含水率2%左右。實踐證明，不同季節(jié)對土料含水率進行調整是可行的。

4 結論及建議

4.1 結論

土料窩存期滿后，即可開始拉運土料進行壩體填筑。在堆存的“土牛”頂部采用HP160推土機斜推供料，斜推供料的過程也是對土料進一步混合均勻的過程，ZL50裝載機在下部裝20 t自卸汽車拉運至大壩填筑工作面進行壩體填筑，碾壓結束后，人工環(huán)刀檢測壓實度，按1次/200～500m3次數(shù)進行取樣（檢測結果見表6）。

南溝門水庫樞紐大壩工程平均每天的填筑量為1.2萬m3，最大日填筑強度為2.1萬m3，最大月填筑量為45萬m3。通過對料場土料進行科學配水、混合開采、堆存制備等綜合措施控制，壩體填筑施工既滿足了工期要求，又符合質量控制要求，竣工驗收大壩主體工程質量優(yōu)良，說明土料質量控制措施可行有效。故黃土地區(qū)均質土壩填筑施工土料控制可借鑒以上控制措施。

4.2 建議

（1）土料制備前應對土料現(xiàn)狀進行測定分析，以科學準確確定配水量；

（2）土料制備過程中應加強含水率的測定，以隨時調整開采面和堆放位置。

Elementary Analysis of Material Quality Control Measures of Sticky Homogeneous Soil Dam

Takingthe damproject ofNangoumen reservoir as an example,through the analysis ofthe material field preliminary investigation,there are some problemsuch as the damembankment material lowin water content,uneven soil. Through technology analysis and research,the article puts forward the scientific water distribution,mixed mining,storage preparation and other comprehensive control measures.The results showthat the design requirement ofthe compaction degree ofthe damfillingis not less than 0.98,which meets the requirements ofquality control.The completion acceptance ofthe main damproject quality is good and indicates that soil quality control measures are feasible and effective.

Homogeneous earth dam；soil moisture control and measures

表4 開采工作面土料含水率檢測表

表5 制備土料過程“土?！焙蕶z測統(tǒng)計表

表6 壩體壓實度檢測統(tǒng)計表

TV641.2

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1673-9000（2017）02-0112-03

2017-01-11

張浩（1974-），男，陜西岐山人，工程師，主要從事水利水電工程施工工作。

Zhang Hao,Huang Jinghe

（1.No.3 Engineering Company,No 15 Engineering Bureau of China hydropower construction group Xianyang 712000, Shaanxi；2.Shaanxi provincial water resources group Ltd.Xi'an 710000,Shaanxi）