高地下水位条件下平原围坝开挖与填筑施工技术

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 前言

水库渗漏不仅直接影响到水库的正常运行，严重的将危及水库土坝的安全。平原水库位于江河中下游冲积平原，表层为黏土或粉质黏土，厚度较薄，地下水位高，下部为粉细砂，渗透较大。因此，平原水库易出现渗漏问题。解决平原水库渗漏问题，必须采取工程措施。平原水库作为我国平原地区民生建设的一个重要工程，有着利国利民的作用。多年来平原水库的防渗加固一直是平原水库工程施工过程中的一个重要环节。由于很多地区基础土质较差渗透性较强，在高地下水位的作用下对坝基的危害相当大，因此平原水库的防渗工作是不可忽视的。

2 亳州调蓄水库特点

调蓄水库位于亳州市南约15km，库容460万m3，采用下挖3m成库的方式，围坝开挖深度为5m，水库蓄水位为35.6m，总挖方量约585万m3，总填筑方量约94万m3。调蓄水库主要利用坝坡、库底换填粘性土以及库底第①-6层重粉质壤土防渗，坝坡换填粘土底高程与坝基第①-6层重粉质壤土连接，围坝顶高程37.2m，库底高程32.25m～33.90m，围坝轴线总长8.35km，坝高1.5m～2.3m。坝坡及库底换填土压实度不低于0.96，渗透系数不大于1×10-5cm/s。施工图纸要求围坝填筑、坝坡、库底换填粘性土均采用库内①-3层重粉质壤土，该层土位于底下1.72m左右，处于地下水位线及其浸润线以下，属于含水量处于饱和状态的土料层，亳州调蓄水库施工有以下特点：

特点1：根据设计施工图纸，围坝填筑土料有特殊要求，施工图纸要求为地面以下①-3层重粉质壤土。为节省施工成本，防止机械过度降耗问题，必须综合考虑料源合理规划问题。

特点2：根据设计施工图纸和水文地质情况，库内第①-3层重粉质壤土均分布在地下水位以下，该土料天然含水率过高，需进行含水率调整合格后才能运至填筑面。如何快速提高土料含水率的调整，保证坝体填筑质量，降低降排水费用？

特点3：设计要求水库换填区开挖基面均进行压实，压实厚度不小于0.3m；换填区以外的库底均进行压实，压实厚度不小于0.5m，压实度不低于0.96。结合现场实际，库底表层土料含水较高，采取振动碾在表层直接碾压影响现场厚度或压实度可能无法满足压实度要求。如何保证库底碾压合格率？

3 调蓄水库渗漏原因分析

近几年来，随着国内设计手段、施工技术等的发展与提高，平原水库的蓄水功能及防渗得到一定的提高，但是基于分析亳州调蓄水库的特点，可知亳州调蓄水库的土料条件较差，水库渗漏的原因主要是以下几个方面的因素：

(1)围坝轴线较长。调蓄水库围坝为封闭式不规则多边形，全长约8.3km，这种形状与山区水库相比较，围坝轴线要长得多，因而渗漏面积及渗漏量较大。

(2)地质条件较差。亳州调蓄水库属于淮北平原区平原地貌，境内地势平坦。地下水类型主要为孔隙潜水和孔隙弱承压水。水位随季节变化大，旱季埋藏较深，雨季水位较高，承压水头分别为2.8m～6.7m，勘探期间地下水静水埋深3.0m～3.5m。勘探期间料场区地下水一般位于地面下2.0m左右。地质不良体造就渗漏问题较大。

(3)筑坝土料较差。为尽量减少耕地占用，保护国土资源，平原水库多数就地取材，调蓄水库取料区域内料源条件较差多为粉土、砂土、粉细砂、砂壤土或裂隙粘士等，而筑坝土料就是直接取自库内深度约2m位置的①-3层重粉质壤土，如若取料把关不严格，将直接造成坝体渗漏。

(4)地下水位高。坝体填筑料层土位于底下1.72m左右，处于地下水位线及其浸润线以下，属于含水量处于饱和状态的料层，必须采取合适的降水方式或含水率调整措施方能进行水库开挖及坝体填筑施工。

4 围坝开挖与填筑施工技术

4.1 填筑料源规划及控制措施

为减少土料中转，促进施工效率的提高，降低成本，库内开挖工期安排需与围坝、防渗体的填筑进度和对料源开挖要求相匹配，以最大限度地降低开挖料中转。经计算，调蓄水库垂直坝轴线方向宽度控制在自围坝填筑坡脚向库内90m能满足填筑量要求。库区剩余非取料区域的土方直接开挖运输至弃土区，库内合理规划区分设备降效区域与非降效区域，因而避免大面积机械设备降效问题。为满足填筑料质量要求，填筑前对填筑料天然含水率进行检测，针对天然含水率过高土料采取有效的含水率调整措施，经含水率调整合格后才能运至坝面。

根据实际情况，在开挖范围内或集中取料场加强取样检测，根据设计要求指标进行简分析或全分析，进行土料性质控制。现场安置专职施工人员指挥，让操作手对比合格样品进行挖装，并在填筑区设置质检员对料源进行复查，避免将不合格土料带入填筑区，对填筑质量造成影响。根据库区分区料物土石方平衡规划要求，料源设置专门的质量管控小组，确定各区域料物流向并制作料源流向通知单，安排各料区运输车辆并制作分区运输车辆名单表供料源管控小组及相关人员监督管理，车辆按要求固定，出场车辆须挂料种及去向标识牌。

4.2 围坝土料含水率调整措施

针对高地下水对有用土料造成的影响，在库内围坝坡脚和距围坝轴线100m处分别开挖环向沥水主干沟，围坝坡脚排水随开挖面下降，然后垂直水库坝轴线每50m～100m开挖一条沥水支沟(沥水沟底宽1m，开挖边坡按1∶1，主干开挖至库底基础面以下0.5m，支沟开挖至库底基础面)，在整个库内形成网状沥水体系，将支沟内渗水汇集到主干沟内，主干沟每隔100m开挖一个1.0m×1.0m集水坑，用水泵集中抽排。料源区域先行开挖沥水沟，提前20d沥水，以便充分降低料源区域部位的水位高程。对于坝基占压区域的有用土，开采过程先装运至库区内临时堆存场进行沥水后，采用反铲装运至库内临时翻晒场，推土机摊铺、拖拉机牵引式铧犁进行翻晒将土料含水量降低至最优含水率范围，为使土料含水量均匀和加速翻晒过程，采用缺口耙将土块耙碎。经含水率调整的合格土料运至填筑面及时按设计要求分层摊铺，分层碾压。

4.3 坝体开挖施工方法

土方开挖采用液压反铲自上而下分层开挖，分层厚度需根据地层土料分布情况及开挖设备性能确定。

开挖时需根据地层分布情况分层进行，开挖过程中采用推土机集料、装载机倒运的方式将表土推运至临时堆放场，然后开挖无用料至弃土区，再开挖经调整含水率后的土料用于围坝、防渗体土料填筑，最后开挖临近库底部分土料运至弃土区。非取料部位按照3.0m厚分层自上而下开挖，建基面预留30cm～50cm保护层，坡面预留30cm保护层，施工中适时做好一定的坡势，以利排水，同时在开挖的过程中应避免边坡稳定区域形成积水。鉴于坝体齿槽开挖工作面狭长，土料含水率较大，采用1.6m3反铲甩料翻运出坑，临时堆存沥水后反铲装8t自卸汽车运输至弃土区。

4.4 坝体填筑施工方法

4.4.1 填筑分区规划

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调蓄水库土石方开挖工程量大，根据施工进度结合现场情况分区施工。坝体填筑结合库内开挖进行施工，开挖一段填筑一段。考虑施工排水，各填筑施工段长度为平行坝轴线方向200m～300m，各分区内可同时考虑2、3个工作面，确保分区工序循环施工。为确保填筑施工质量，填筑前妥善安排分区内排水，各区开挖与填筑自库内排水主沟渠端向两侧延伸开挖填筑，最大限度利用现有沟渠加深形成自排系统，根据实际情况辅助抽排水设备抽排。

4.4.2 填筑施工前准备

(1)料场复查

进场填筑施工时，首先对水库等料源场地进行复查，复查内容包括：

①测绘料区的实际地形图；

②查明料场料源的分布、水文地质条件；

③查明土料场的物理指标性质等。

(2)碾压试验

填筑前编制《围坝碾压试验大纲》，选取合理的摊铺厚度、施工机械型号、碾压遍数及填筑最优含水率等。

4.4.3 坝体填筑及质量控制

土料含水率调整合格后，及时用于坝体填筑，按照坝体碾压试验方案确定的参数进行碾压。采用平行坝轴线进占法施工，利用自卸汽车从料场运至填筑单元卸料，推土机平料，边角小反铲配合人工整理。裂隙土坑槽及库底换填区齿槽部分采用8t自卸汽车运输卸料。填筑土料采用22t振动凸块碾进退重迹搭接法碾压，振动碾的行使方向以及铺料方向平行于水库坝体轴线，且在进退方向上依次延伸至每个单元，保证连续施工。

为避免重型汽车多次反复在已压实好的填筑土层上行使，致使土层产生弹簧土、光面与剪力破坏，严重影响结合层的质量。施工时严格按进占法方式卸料，推土机随即平料。即自卸汽车行走平台及卸料平台为该填筑层已初步推平但尚未碾压的填筑面，自卸汽车退行进入工作面，不在工作面调头，各填筑作业面安排1人专职指挥车辆，使车辆有序进出工作面。摊铺平整前，人工摊铺出一块标准面，并用自制的刻度标杆随铺随量，每层摊铺平整后，测量校核填筑高程及边线。

4.4.4 库底碾压及质量控制

调蓄水库图纸要求水库换填区开挖基面均进行压实，压实厚度不小于0.3m；换填区以外的库底均进行压实，压实厚度不小于0.5m，压实度不低于0.96。结合现场实际，库底表层土料含水较高，根据类似工程经验，高含水率土料采取振动碾在表层直接碾压影响现场厚度或压实度可能无法满足压实度要求。

施工时开挖至设计建基面高程，先开挖网状排水沟，排水沟低于建基面50cm，每隔100m开挖1.0m×1.0m集水坑，用水泵集中抽排至坝体外侧连通沟内，以降低地下水位。根据碾压试验铺土厚度，建基面以下开挖25cm厚，采用22t振动凸块碾进行压实，压实度经检验满足设计要求后，再填筑25cm厚第①-3层重粉质壤土，再进行碾压密实，压实度满足设计要求。

5 结语

通过高地下水位条件下平原围坝开挖与填筑施工方法的应用，效果明显，工艺流程简单，便于操作，提高了调蓄水库施工进度，压缩了近半年的工期，保证了填筑质量，实践证实了该方法可在工程中应用，具有显著的社会效益。通过本工程的应用，为同类型工程借鉴推广应用提供了依据，施工过程中节省人力资源和材料，缩短了工程建设周期，使调蓄水库施工整体工序衔接，实现在安全、稳定的工作环境下进行调蓄水库开挖与填筑施工，使整个施工过程保证安全、保证质量及提高进度，提高工程建设管理水平。