砂质泥岩作为坝体填筑料施工过程中的含水量控制

王亚兵

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃兰州730030）

1 调蓄水池概况

大湾调蓄水池位于天祝藏族自治县打柴沟镇，库容9.99万m3，采用半挖半填方式，池底长150 m、宽100 m。水池底高程2793.60～2790.00 m，顶高程为2799.35 m，最大坝高9.35 m。上游坝坡坡比1∶2.5，下游坝坡坡比1∶2.0，两布一膜复合土工膜防渗，总填筑方量19.4万m3。当地气候一年当中夏季和秋季两季节拥有源源不断的长流水，新建蓄水池可以将汛期多余的水储存起来，旱季用于当地居民饮用水和农业生产，可以更好地保障和改善民生。

2 调蓄水池水文气象和地质环境

2.1 水文气象

天祝藏族自治县气候属大陆性高原季风气候，主要表现在年气温差较小，日差较大，年平均气温-9～0℃，＞10℃的积温137℃，年平均日照小时数2548h，平均无霜期128d，当年年降雨量大于400mm，降水集中在7—9月份，占全年降水量的50%以上。

2.2 地质环境

大湾蓄水池呈近南北向布置于打柴沟大湾村对岸山前垄岗状低山丘陵区洼地，表层为灰黑色腐殖土，黑褐色，厚0.8～1.2 m，结构疏松；下伏新近系砂质泥岩夹泥质砂岩、粉砂岩，全风化层厚0.5～1.2 m，强风化层厚2～5 m 不等，弱风化带厚度4～6 m。

3 填筑料的确定

调蓄水池前期设计方案为外借砂砾料填筑，但因周围填筑料缺乏，设计初步勘测时确认的砂砾料场为距离蓄水池12 km 的河道，利用河道疏浚、整理的余料进行填筑。河道取料开采运距远，可使用料源分散，开采难度大，成本高，影响施工进度。为了降低成本，是否可以选择采用库区开挖砂质泥岩进行填筑，是项目工程质量、成本、进度控制的一项非常重要的措施。

3.1 砂质泥岩的工程地址特性

砂质泥岩呈淡砖红色，主要成分为黏土矿物，含少量石英、长石砂粒。砂含量约25%，黏土含量约为75%，具泥质结构，层状构造。粉砂岩呈浅砖红色，主要成分为粉砂，次为黏土矿物，泥质胶结，遇水后易软化、崩解。砂质泥岩属于极软岩，岩体透视率为1.63～2.57 Lu，属于相对隔水层[1]。

3.2 砂质泥岩作为填筑料的分析

现场开挖料砂质泥岩质地均一，粒径为2～5cm，含水率为5.8%～10.5%，具有一定含水率、泥质胶结、成岩程度低、岩性较弱的砂质泥岩，失水干缩、易碎，风化后的砂质泥岩特性与黏土相似，曾经成功用于四川中江县双河口水库的防渗体和新疆富蕴县水库的坝体填筑料[2]。结合这些工程实例以及对现场料的试验，证明砂质泥岩完全可以作为填筑料，施工过程中含水率控制是填筑的难点、重点之一。

4 施工过程中的含水量控制

坝体填筑施工过程中含水量的控制包括填筑料开采过程的含水量控制、填筑过程中的含水量控制和填筑完成的成品保护。

4.1 填筑料开采过程中的含水量控制

蓄水池为半挖半填式，填筑料开采过程中的含水量控制就是施工过程中开挖料运至坝体阶段的含水量控制，主要包括开挖过程中料场的排水设施布设和雨季料源的保护。

4.1.1 排水设施布设 库区开挖必须根据填筑进度合理安排开挖进度，对库区开挖进行区域划分，进行条带开挖，开挖施工前布设好库区排水沟和集水坑，采用排水沟将降雨集中收集到集水坑，然后采用水泵抽排，防止雨水浸泡已开挖的填筑料，造成填筑料因含水率过高、胶结而成为废料。

4.1.2 雨季料源保护 因砂质泥岩弱透水性和易胶结的特性，对填筑料在雨季的含水量控制就显得尤为重要，防止因雨水导致填筑料含水率太高，降雨时可以在做好防排水的基础上直接采用覆盖保护。一方面，可以防止料源浪费；另一面，可以很大程度节约雨季的施工工期，降雨结束后可以直接进行填筑。

4.2 填筑过程中的含水量控制

砂质泥岩填筑过程中的含水量控制是控制坝体填筑碾压质量的重点控制因素，也是砂质泥岩填筑施工的难点。传统填筑施工采用的填筑料摊铺后开槽洒水，因为砂质泥岩弱透水性，开槽洒水后静置4 h 以上才能渗透5～8cm。因此，传统意义的摊铺洒水填筑并不适合于砂质泥岩。大湾蓄水池填筑过程采用了开挖过程的洒水焖料，利用挖掘机翻动过程中搅拌洒水，然后焖料5～7 d，含水量达到填筑施工的最优含水率允许范围之内，可以直接用于坝体填筑。焖料可以保证坝体填筑连续施工，减少了洒水工序的间歇时间。开挖过程的洒水焖料，相当于对填筑料进行了搅拌，一方面含水量更加均匀；另一方面可以使开挖料粒径更加均匀，也能更好地保证压实质量。

蓄水池设计要求的压实度不小于98.0%，根据甘肃新通工程试验检测有限公司的轻型击实试验结果（见表1）和现场碾压试验结果（见表2）验证，最终确定的最优含水率为15.6%，最大干密度为1.77cm3/g。

表1 砂质泥岩轻型击实试验结果

表2 砂质泥岩现场碾压试验结果

通过现场碾压试验，确定参数如下：摊铺厚度为40cm，采用22 T 光轮振动压路机以2.0 km/h 的速度碾压8 遍（初始静压1 遍，振动碾压6 遍，最后静压1），填筑碾压在保证压实质量的基础上，为最合理、最经济的施工方案。砂质泥岩填筑过程中，压实后呈光面，为了保证层间结合良好，摊铺料前表面洒水，然后采用凸块碾压路机进行碾压，从而增强层间结合。

4.3 填筑完成的成品保护

坝体填筑完成，为了不受降雨影响施工质量和施工进度，可以对填筑成品进行覆盖保护，降雨结束后揭开覆盖膜可直接进行填筑。

5 结语

砂质泥岩虽泥质胶结、岩性软弱，在合适的含水率条件下能够达到理想的压实效果，可以用于坝体填筑。在缺乏常规性填筑料的地区，采用砂质泥岩具有非常好的经济效益和环境效益。在砂质泥岩施工过程中，严格控制填筑料含水率是控制压实质量的难点和重点。