南沟门均质土坝降低填筑土料损耗的施工措施

宁军华

（中国水电十五局第三工程公司 陕西 咸阳 712000）

1 工程简介

1.1 工程概况

南沟门水利枢纽工程位于延安市黄陵县境内葫芦河上。大坝为均质土坝，坝顶高程为852.0m，宽度为10m，最大坝高65m，坝顶总长504.43m。大坝上游边坡比1∶2.75和1∶3，在高程830m、812.5m处设宽2.0m马道；下游边坡坡比均为1∶2.5，在高程835m和818m处设宽2.0m的马道，土方填筑工程量为357万m3。

1.2 土料的性质

根据对土料场进行复查情况看，土料以粉粒（0.075mm～0.005mm）为主，其含量占71.5%～83.0%，其次是粘粒，含量最小为17.0%，最大值为28.5%，平均值为22.3%，符合规范中对均质土坝土料粘粒含量的要求；土料天然干密度最小1.21g/cm3，最大值1.61g/cm3，土料天然干密度平均值约为1.35g/cm3，土料天然干密度较小，较为疏松；土粒比重最小值为2.69，最大值为2.72，平均值为2.71；塑限含水率在14.0%～19.1%，平均值为17.0%，液限含水率在26.1%～34.7%，平均值为30.5%，塑性指数在10.8～16.8，平均值为13.5。填筑含水率应控制在最优含水率16.5%。料场土层各项技术质量指标基本符合《SL251-2000规程》对均质土坝土料的质量要求。为了保证坝体的填筑质量，大坝利用混合料进行填筑，也就是把土料经过掺合、拌和以后使其混合料的土质及含水率均达到一定程度的均匀。

2 土料料源及制备场地使用规划

根据土料场地形，土料场分为A、B两个区进行开采，A土料场面积为128038m2，高程▽820～▽890，平均开采深度为33m，土料储量430万m3。按储量与实际填筑量2∶1的关系计算，可填筑215万m3的工程量，满足▽818以下坝体填筑的要求（填筑量213万m3）。B土料场面积157287m2，土场高程▽890～▽980，土料平均开采深度为35m，土料储量534万m3。B料场的土料完全可满足▽818～▽852段坝体填筑的要求（填筑量144万m3）。

土料制备场布置三个，以1#制备场为主，2#、3#制备场为辅。2012年使用1#、3#制备场制备A料场土料167万m3，其中1#制备场制备127万m3，运距约850m，3#制备场制备40万m3，运距约1500m。2013年使用1#、2#制备场制备B料场土料208万m3，运距约1000m。2014年使用 1#、3# 制备场制备土料108万m3，其中大坝右岸▽852高程以上土料40万m3拉运至3#制备场，运距约1300m；B料场土料70万m3拉运至1#制备场，运距约1000m。

3 大坝填筑降低土料损耗的主要施工措施

3.1 采用磅秤计量制备土料，精确了计量。

在制备场合理位置布置了两台40t地磅，对制备土料进行称重，在开挖工作面不定期进行土料自然密度的测定，把重量划算成方，有效规避了采用仪器地形测量计算工程量误差的问题，为制备土料量的精确度提供了保证。

3.2 土料制备场基础硬化降低土料损耗。

利用大坝工程开挖的石渣提前对土料制备场地进行硬化，采用HP160推土机平整成里高外低成2%的坡度（便于排水），22T振动碾碾压密实后铺设40cm厚石渣硬化，HP160推土机整平、22T振动碾碾压密实。减少土料二次运输过程中的损失。土料顶部卸料过程中自卸汽车不再同一车辙碾压，减少对顶部土料的破坏。土料制备好后，顶部推2%的坡度，方便雨水及时排出。

3.3 采用合理的翻晒工艺处理雨后坝面的高含水土料

每年5月中旬至9月中旬是本地区的雨季，下雨量大，根据统计的情况看2012年累计下雨影响施工天数为56天，2013年累计下雨影响施工天数为112天，对均质土坝的上坝施工造成了很大影响。首先是对施工进度造成了严重影响，其次是经过雨水浸泡的土料，含水量过高后无法正常碾压处理，要么开挖弃掉，要么翻晒处理。如果弃掉的话将造成土料大量浪费，土料利用率也将降低，所以必须经过合理的翻晒施工工艺使含水量达到设计要求。采用旋耕机翻晒处理雨后坝面的高含水土料合格后再碾压上坝。本工程旋耕机选用1GQN-200KH框架式，最大旋耕深度可达29cm，能达到旋松翻晒的目的，根据检测统计的数据看土料含水超标深度基本在25cm以内（经过雨前碾压封面的土料），当然还建立在坝面采取了排水措施的前提下。翻晒工艺流程：1GQN-200KH框架式旋耕机旋松土层0.3m→在日照时间内每隔1h沿坝面纵、横方向各旋耕一遍→每次翻晒后定点测量土料含水率→土料含水率达到要求后，碾压取样。翻晒效果分析：在当时气温条件下（室外温度可达30℃），坝面1天翻晒10次以上，含水率可达合格。翻晒区域按照同期大坝填筑面积4万m2计算，土料压实厚度约0.3m，单层翻晒节省合格土料12000m3（自然方）。

图1 大坝上坝道路布置图

表1 坝面施工道路下部土大样检测结果统计表

3.4 增加上坝路口减少路口土料剪切破坏损失

（1）1#施工道路（左、右）连接上游制备场至大坝上游基坑，1-2#施工道路（下游贴坡道路）连接下游制备场至大坝下游基坑，承担大坝下游基坑809高程以下土方填筑；2#施工道路布置在右岸通过上游围堰连接制备场至大坝填筑面（高程在813.5～838），该路在大坝填筑至840高程时改为贴坡道路延伸至852高程，承担大坝809～852高程土方填筑；3#施工道路布置在左岸岸坡（高程在815～835），连接上游制备场和大坝填筑面，承担大坝809～840高程土方填筑；4#施工道路布置在左岸岸坡840高程，与坝体连接后改为上游贴坡道路，连接上游制备场和大坝填筑面，承担大坝840～852高程土方填筑。通过上述增加上坝路口的方法，路口土料经车辆碾压造成剪切破坏程度减轻了许多，仅发现上部20cm左右厚度的土料剪切破坏严重，进行了清除。

（2）坝内区与区之间采用回填土料垫路的方案解决剪切破坏现象。当跨区上土时，在已碾压检测合格的土层上覆盖40cm含水率在最优含水-2%的土料，当做跨区运输的道路，作业完后，视道路土料剪切破坏程度而定，上部15cm～20cm左右剪切较为严重，彻底清理，运出坝面弃掉，下部为板结现象，剪切破坏不严重，首先采用HP160推土机摊开，厚度低于20cm，再采用旋耕机旋松后洒水车洒水1～2次（视含水损失的情况看），再用旋耕机旋松3～5遍后直接作为上坝土料，经检测质量均能达到设计要求，每层道路均错开布置。

3.5 合理利用刷坡土料

大坝上游边坡为1∶2.75和1∶3，下游边坡坡比均为1∶2.5，按照现场生产施工实际，大坝前后的坡面超填宽度的余量大于90cm后，就能满足碾压施工需要，经检测大坝设计尺寸内的土料压实度均能满足设计要求。大坝每填筑4层～5层（高度约1.25m，斜坡长度约4m）后开始进行上下游削坡处理，削坡采用Cat330反铲，预留垂直坡面15cm厚保护层。工艺流程为：刷坡前在摊铺面充分洒水→削坡土甩至待上料区→推土机摊铺（摊铺厚度控制在20cm以内）→洒水车补水→旋耕机旋耕均匀→摊铺20cm厚度的制备土料→推土机推平→振动碾压→取样检测。

根据检测数据看，压实度取样1561组，合格1497组，经过返工补压处理后压实度均达到了98%，满足设计要求，取土大样3组，渗透系数、湿密度、干密度及饱和密度均满足设计标准指标如下表：

3.6 合理利用冬季坝面覆盖土料

南沟门均质土坝施工区域，极端最低温度为-28℃，最大冻土深度为68cm。每年进入11月5日左右，室外温度基本低于-5℃，大坝填筑停止施工，填筑停工后开始进行坝面覆盖，覆盖厚度为60cm，覆盖采用制备土料。覆盖土施工流程为：自卸汽车倒退法卸料→推土机摊平→旋耕机旋松。

施工区域进入来年3月15日左右，室外温度基本能达到6℃左右，具备处理坝面覆盖层的条件，根据两年统计的数据看，经过旋松后的土料冻土深度均未大于5cm。覆盖层处理划分为不大于60m×60m的施工区，施工流程为：HP160推土机推掉表面30cm土料→装载机配合集料至处理分区以外→下部含水检测→合格后进行碾压→取样→合格后采用推土机或装载机摊铺推出土料→平整→旋耕机旋松→碾压→下一区施工。

4 结束语

南沟门水利枢纽工程均质土坝自2012年3月21日填筑施工开始，于2014年6月9日顺利封顶，除雨季影响及冬季不能施工，实际施工天数为376天，实际制备土料442万m3（自然方），实际填筑压实方为358.2万m3。而根据陕西省水利水电建筑工程预算定额：100m3压实方需要自然方=（（100+A）*设计干容重/自然干容重），计算需要制备土料473万m3（根据试验检测可知本工程土料自然干容重约为1.35g/cm3，设计干容重为1.69g/cm3，A可取4.93）。南沟门水利枢纽工程均质土坝通过实施了科学合理的施工措施，土料利用率得到了很大提高，也为后续均质土坝土料制备积累了经验。陕西水利