胶凝砂砾石料换填技术在某橡胶坝坝基处理工程中的应用

任海民，罗荣安，孙 震

（泰安市水利勘测设计研究院，山东 泰安，271000）

1 工程概况

泰安市大汶河综合开发工程历时3年，在大汶河干支流上建设8处拦河工程和相应的综合开发项目，营造5万亩（33.33 km2）左右大水面，达到几亿m3的静态蓄水能力，并围绕大水面搞好沿河景观开发和基础设施建设。通过几项工程的成功实施，消除洪水隐患、充分利用雨洪资源、提高灌溉效益、改善当地生态环境，真正实现大汶河资源的充分利用，促进当地经济发展和社会稳定。

其拦河坝主体工程均采用成熟的橡胶坝模式，但坝址区均位于大汶河中游的冲洪积平原上，属老年性河谷。坝址区地层岩性较简单，出露的地层主要为第四系冲洪积层，下伏地层为寒武系页岩及泰山群花岗岩，第四系冲洪积层由壤土、中砂、粗砂等组成。根据现场踏勘及钻探资料，揭露的地层自上而下分别为：填土（Q4s）、粉砂（Q4alp）、壤土（Q4alp）、中砂（Q4alp）、粗砂（Q4alp）、壤土（Q3alp）、粘土（Q3alp）、全风化花岗片麻岩（Ar）、强风化花岗片麻岩（Ar）。项目区地震基本烈度为Ⅵ度。本区冻土深度0.46 m。

其中新建的桑安口水库位于大汶河干流南支主河槽内，总蓄水量约991.4万m3，工程规模为小（1）型。主体工程橡胶坝采用枕式双锚固充水式橡胶坝，坝高4.50 m，共设8孔，每孔净宽50.00 m，橡胶坝全长412.50 m。规划设计选定橡胶坝坝基以5层壤土为基础持力层，其承载力标准值为160kPa。因中砂透水性强，为解决坝基绕坝渗漏，需对局部中砂层基础进行换填处理。

2 设计方案选择

2.1 方案比较

针对项目现场存在着丰富砂砾石料的实际情况及行业内以往处理类似基础问题的常用方式，选择碾压胶凝砂砾石料、毛石混凝土2种处理方案进行比选，两种方案优缺点见表1所示。

表1 碾压胶凝砂砾石料与毛石混凝土方案比较Table 1 Comparison of roller compacted CSG and rubble concrete

综合考量以上两种方案的优缺点，再结合建设单位提出的节约费用、加快进度的要求，在二者均能满足防渗及强度指标的设计要求下，认为碾压胶凝砂砾石料方案存在着以下优势：防渗和强度指标满足一定性能、但并不要求指标太高；充分利用当地现有资源、节约费用；机械化施工、缩短工期。最终选择胶凝砂砾石料换填的形式进行基础处理。

2.2 主要设计技术指标

基础抗压强度标准值不低于5.0 MPa；抗渗等级W4；容重≥2 210 kg/m3；压实度≥93%；胶凝材料为P.C32.5复合硅酸盐水泥（或水泥和粉煤灰混合料），掺量≥150 kg/m3。

2.3 碾压胶凝砂砾石配合比

工程施工前，应委托具有资质的试验单位出具材料配合比，取样时，应由各参建单位联合见证，所涉及的砂砾石应在施工现场选取有代表性的原材料，并综合考虑原材料的含泥量、含水量、级配及粒径变化情况，合理确定材料配比，并预留一定上下浮动的数据空间。各种材料具体参数见表2。

表2 碾压胶凝砂砾石配合比Table 2 Mixture ratio of roller compacted CSG

3 工程施工工艺

3.1 工程施工工艺

根据规范及现场实际，工程选用强制式混凝土搅拌机与混凝土配料机配合工作进行拌料，运输汽车、挖掘机、推土机、装载机及振动碾联合施工，对工程基础宽70 m、长415 m、厚度0.4～4.7 m范围内的中砂层进行全部换填。其施工工艺如下：

（1）确定碾压试验方案。在施工现场选定试验区，合理划分区段进行碾压试验，对碾压试验方案中提出的各项数据指标进行逐一核实，以确定卸料方式、摊平方法、碾压设备的型号、行进速度、碾压遍数、铺料的厚度、搭接宽度、压实密度及施工工艺和各项保证措施。经现场多组试验数据对比，本项目选用压实密度接近2 250 kg/m3的相关数据参数。采用端退法通仓铺筑，铺料厚度40 cm，压实厚度34.1 cm，碾压6遍，静压和弱振速度控制在1.5 km/h，强振速度控制在2.5 km/h，确保满足强度及抗渗指标要求。

（2）施工现场准备。施工现场要引入坐标控制桩和高程控制点，保证水准点互相通视，以确保高程测量，并在现场提前做好施工降排水设施，确保换填材料在其初凝时间内不影响碾压质量。

（3）拌料。项目采用强制式混凝土搅拌机和混凝土配料机联合工作。在正式出料前，要试拌试调，使配料机的出料比、水泥、粉煤灰及用水量满足设计要求，以确保料源质量。

（4）运输。项目采用25 t自卸车进行运输，运输过程应确保路况平整，并采取遮阳布进行防护，以防水分蒸发。

（5）卸料与平仓。为防止卸料时骨料分离，采用多点叠加卸料法，再利用推土机及时进行平仓，每层铺料厚度不大于40 cm，对现场出现的局部骨料集中或粒径超标现象，应安排专人进行挑拣及人工撒料处理。

（6）碾压。22 t钢轮振动碾及小型手扶钢轮振动碾联合作业。用22 t钢轮振动碾先静压1遍，后启用弱振和强振各2遍，再用钢轮振动碾静压1遍。静压和弱振行进速度控制在1.5 km/h，强振行进速度控制在2.5 km/h，碾压搭接宽度为碾轮宽度的1/6，对局部边角地块用小型手扶钢轮振动碾进行碾压，以确保整个碾压面无盲区。同时，做好现场Vc值检测，现场碾压实践证明，Vc值小于4.5 s时会导致碾压机械陷车现象，影响碾压效果和质量。

（7）连续填筑碾压。重复上述作业流程可连续填筑。

3.2 施工中注意问题

（1）拌和料质量控制。在现有施工机械条件下，为确保拌和料质量，尽量避免现场简易拌料法。一个工程中应尽量使用同类同源骨料，料源应集中堆放并及时检测砂砾料的含水量、含泥量及粒径均匀程度，如出现较大质量变动，应及时对水灰比、含水量进行微调，以确保拌和料质量。

（2）碾压过程层面处理。根据胶凝砂砾石填筑流程，当层面处于间歇或因外来因素等被迫短时间停止填筑，铺筑层已经发白或已初凝时，需对层面进行处理。在胶凝砂砾石摊铺前，层面喷射一层1∶1水泥砂浆以提高胶凝砂砾石的结合力。层面缝隙处理采用表面凿毛法，先清除仓面已松动的填筑料，均匀地喷射一层1∶1水泥砂浆，再用填筑料密封。同时应根据季节温度、天气变化情况及时做好仓面的保护及养护工作，以免影响质量，确保层与层之同的结合。

（3）特殊气候施工质量控制。在高温或寒冷季节进行胶凝砂砾石料施工时，要做好防高温、防雨及防冻的保护措施。在温度较高时，要缩短各层施工的时间间隔，防止胶凝砂砾石料在拌制、运输、平仓及碾压阶段水分的快速蒸发。尽量避免下雨时施工，确需赶工期的，应采取有力措施，做好防护，保证施工质量。冬季施工应严格监控温度变化情况，采用晚开工、早收工的施工方法，层面采用防冻棉被等保温设施，以防冻害。

4 质量检查与检测

桑安口水库橡胶坝坝基换填处理共计7.8万m3，划分碾压单元32个。在施工过程中，及时对碾压层进行高程测量计算，布控试验，以确保厚度和碾压质量，如发现不合格现象，及时纠正处理。项目全程均按照设计及相关规范进行了严格检查与检测。

（1）压实度检测。现场检测以核子密度仪为主，挖坑灌水法辅助检测测定填料压实密度。核子密度仪共检测256组，挖坑灌水法共检测64组，实测压实度在94.8%～98%之间，合格率100%。

（2）送检样品检测。项目共送检试样192组，28 d抗压强度值在6.2～9.0 MPa之间，抗渗等级≥W4，均满足设计要求。

（3）开挖、取芯检查。在填筑体完工28 d后，各参建单位进行联合检查，在填筑体的上下游随机选取断面位置进行开挖及取芯检查，从8个开挖断面及取芯情况发现，填筑体碾压密实、层与层之间胶结较好，芯样较完整、获得率高，效果理想。

5 结语

胶凝砂砾石料坝基换填技术在大汶河水利开发工程中被大量使用，通过现场技术检测及蓄水安全运行效果检验，满足了设计要求。在具体实施中，也发现配比中的胶凝材料含量过于保守，各项指标超设计标准较多，在后续的施工中均得到了合理修正，取得了明显的经济效益和社会效益。因此，胶凝砂砾石料坝基换填技术值得在类似工程中推广应用。 ■

[1]Hirose Toshio.梯形胶凝砂砾石坝施工与质量控制工程手册[R].日本大坝工程中心,2007.

[2]陈武.胶凝砂砾石材料在围堰工程中的应用[J].大坝与安全,2011(2):35-41.

[3]田育功,唐幼平.胶凝砂砾石筑坝技术在功果桥上游围堰中的研究与应用[J].水利规划与设计,2011(1):51-57.