浅谈深覆盖层上高碾压式均质土坝筑坝关键技术

□杨 晨（新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局）

1.工程概况

北疆供水工程尾部调节水库是由四面筑坝而成的典型平原水库，总库容2.81亿m3，水面面积24.25km2。水库主要由均质土坝和放水涵洞组成，均质土坝全长17.676km，最大坝高28 m，放水涵洞为双孔城门洞型钢筋混凝土结构，以坝下埋涵的形式布置在高坝段上。

图1 大坝标准断面图

2.工程特点

建设规模大，最大坝高高，坝线长；大坝坐落在粉质壤土深厚覆盖层上，东、西副坝坝基存在厚达数米的高含水软弱夹层。放水涵洞以坝下埋涵的形式贯穿主坝坝体。

3.关键技术总结

3.1 防渗体填筑

3.1.1 设计指标

压实度D≥0.98,填筑含水率控制在最优含水率附近，其上下限偏离最优含水率不超过-1.5%～+2%。渗透系数满足k

3.1.2 土料特性

土料的级配组成以粉粒含量居多，粘粒含量13%～30%之间，属于细粒土，分类代号为CL或ML。土料具有对含水量敏感，在含水量上限击实容易出现“弹簧”现象的特点。土料击实最优含水率13.9%，最大干密度1.79g/㎝3。

3.1.3 碾压工艺

碾压试验发现土料含水量在接近或超过最优含水量上限时碾压，土体出现大面积的“弹簧土”和“剪切光面”现象，这与击实结果吻合。当前筑坝要求土料施工含水量宜略高于最优含水量，在湿侧碾压可以增加土体塑性和适应不均匀沉降的能力。但《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001规定“土料在含水量上限进行填筑时必须满足压实过程中不产生剪切破坏”，经过实验确定土料“干侧范围”碾压，含水量宜控制在12%～13.9%，铺土厚度30cm、碾压遍数6～8遍。所谓“偏干侧”碾压只是相对而言，含水量并没超出施工含水量和设计指标的下限范围。

3.1.4 检测方法

由于土的压实性总是存在或大或小的变化，初期施工单位采用DL/T5129－2001规范列入的“三点击实法”检测。但由于作业面大，气候干燥，采用“三点击实法”时间较长，影响工程进度，坝面难以保墒，特别是试验过程中含水量损失导致试验结果不精确。因此根据土料差异小、击实结果接近的特点，采用分区控制最大干密度代替“三点击实法”。分区控制最大干密度法是将制备好的土料分成几大块区域，上坝前对每块区域不同部位的土料进行标准击实，根据结果，选择几个最大的干密度值的平均值作为该区土料填筑的压实标准。采用分区控制最大干密度法使质量控制管理更加细化、土料制备、上坝、碾压均“对号入座”，检测数据真实，保证了工程质量和进度。

3.1.5 质量评价

大坝填筑防渗土料1700万m3，试验检测6.7组，全部满足设计要求。压实度合格率100%，施工含水率12%～13.9%范围内的试样占总取样数的85%。渗透取样平均值4.9×10-5cm/s；施工取样和二检探坑取样，均未发现剪切破坏现象。

4.截水槽“软基”施工

4.1 存在问题

大坝基础采用截水槽防渗，截水槽设置在坝轴线上游（见图1），底宽3m,边坡1:1.5，截水槽采用与坝体相同土料填筑，压实度D≥0.98，渗透系数满足k

4.2 施工工艺

现场施工和碾压试验表明由于软弱带承载力低、含水高，截水槽底部3～4层防渗体压实度达不到0.98。根据试验成果，优化设计确定工艺是：快挖快填，分段施工，尽量减少对地基的扰动。采用“过渡法”填筑，过渡层厚度80～120cm。过渡层以渗透系数作为控制指标，由于基础含水高，填筑土料含水率要略低于施工含水率，宜在10%左右。过渡层施工虽然压实度不作为主要指标，但要求底部第一层干容重大于基础原状土天然容重，第二层的压实度应达到0.85以上，第一层铺土厚度50～70cm，第二层铺土厚度40cm，1m左右达到原设计标准。

4.3 质量评价

采用过渡法处理高含水“软基”施工，具有简单易行、投资少，进度快的优点。东、西坝段软基部位填筑压实度、渗透系数全部满足设计要求。水库已蓄水2.0亿m3,从观测资料来看，东、西坝段沉降已趋于稳定，变形符合规律，坝体性态正常。

5.涵洞基础换填

5.1 换填目的

放水涵洞布置在中坝段上，基础为粉质壤土，容许承载力小于上部荷载，运行后可能会产生不均匀沉降，影响工程安全。按照提高承载力，满足防渗的要求确定砾质土换填方案。闸井段换填深度10m，洞身段换填深度11m，换填方量20.4万m3。

5.2 设计指标

最大粒径150mm，P5含量<50%，<0.075mm粒径含量≥15%；压实度D≥0.99，填筑含水量在最优含水量-1%～+3%范围内；渗透系数

5.3 施工工艺

甘泉堡料砾质土为粉土质砾，级配良好，具体指标见表1。

表1 土料物理力学性质表

5.3.1 土料制备

料场砾质土和砂壤土互层，为保证级配连续，采用立面垂直混合开采。天然砾质土含水量低于最优含水量，需要制备。制备时分层洒水、层厚30～40cm，加水量根据检测决定。制备中发现含水量及土料级配有不均匀和不连续的现象，及时翻拌处理。

5.3.2 施工参数

碾压试验确定铺土厚度45cm，施工含水量6%～9%，碾压遍数8～10遍，碾压机具为16T凸块碾。试验前应对料场充分调查，掌握土料性质，选择代表性土样进行试验。试验中重点观察土料压实后的结构状态，有无剪切、架空现象，为指导施工工艺提供依据。

5.3.3 施工工艺

基面洒水—铺料—碾压—取样—洒水—刨毛—合格后填筑下一层。

5.3.4 质量检测方法

砾质土由于土料砾石含量和级配的不同，与细粒土存在一定差异，最大干密度主要与砾石含量有关。当砾石P5含量在40%～50%，干容重随砾石含量增加而增加，在这一砾石范围内，粘性土也可达到最大干容重。根据这一特征，对不同砾石含量的全料进行击实，确定土料最大干密度与P5含量的关系曲线。现场用灌砂法（灌水法）求出填筑干密度和砾石P5含量后，对应关系曲线即可换算出压实度。实践证明该检测方法具有时间短，真实准确的优点。

5.4 质量评价

质检取样659组，合格率100%，含水量控制范围6%～7.8%，P5含量控制范围37.5%～50%，<0.075mm含量控制范围17.5%～25%，渗透系数控制范围2.25×10-5～6.69×10-5。

6.结语

在特殊地质条件下筑坝，一定要在充分掌握筑坝土料特性的前提下，结合工程特点、施工条件、人员素质、地区环境等因素，经过试验论证，确定科学的施工工艺，掌握准确的检测方法才能有效保证工程的质量和进度。