筑畦泡土法土料制备工艺研究及应用

侯 娟

（中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西 西安 710065）

1 工程概况

龙潭水库挡水坝为碾压均质土坝，坝顶度7.0 m，坝顶高程721.70 m，坝顶长度180 m，建基面最低高程664.00 m，最大坝高57.7 m，土料填筑量约77 万m3。左岸土料场位于坝轴线上游左岸730 m 高程以上向上游50 m 处，右岸土料场位于右岸723 m 高程以上向上游60 m 处，土料属于低液限粘土、颗粒分析为粉质粘土为主。

2 土料开采利用及制备规划

2.1 制备土料工程量

大坝填筑设计总方量约77 万m3，根据陕西省水利水电建筑工程预算定额：100 m3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201 万m3。

2.2 土料场复勘结果

土料场复勘通过用挖机配合人工挖探坑，主要检测土料天然含水率、天然密度，查明土料分布情况，取扰动土样检测各项性能指标，探坑深度在6 m～8 m。

右岸土料场用人工挖探坑4 个，探坑尺寸在宽2 m，长2 m，深5 m～8 m，探坑内每米取原状土样一组，检测天然密度及含水率，土料天然干密度最小1.37 g/cm3，最大值1.50 g/cm3，天然含水在6.4%～14.6%之间，平均含水在10.6%，在4 个探坑中取扰动土样6 组，对土料其它各项性能指标进行检测。

左岸土料场人工挖探坑10 个，探坑宽2 m，长2 m，深6 m～7 m，探坑内每米取原状土样一组，检测天然密度及含水率，土料天然干密度最小1.36 g/cm3，最大值1.52 g/cm3，天然含水在6.8%～16.6%之间，平均含水在10.2%，10 个探坑中取扰动土样10 组，对土料其它各项性能指标进行检测。

在料场复查过程中共对16 组土样进行击实试验，试验土料采用干法制备，击实方法采用轻型击实，击实最大干密度在1.64 g/cm3～1.74 g/cm3之间，平均最大干密度为1.69 g/cm3，最优含水率在16.8%～18.0%之间，平均值为17.2%。

3 土料存在不足、土料制备难点及主要措施

由料场复勘结果及击实试验得出料场土料主要存在问题：（1）土料天然含水率整体偏低，不可直接作为填筑料使用；（2）土料天然含水率分布不均，同一区域内不同部位之间土料含水率差别大，且同一部位不同深度的土料含水率差别也较大。针对土料含水率不足问题，一般采用“堆土牛”浸润、翻拌的方法解决，但由于本工程场地狭小，无“堆土牛”条件，因此，缺少土料制备场地是土料制备的又一难点。针对土料含水率低及无场地“堆土牛”的问题，可采用在土料场筑畦泡土的土料制备工艺予以解决。

3.1 料场规划

做好料场规划主要应考虑料场实际地形、土料需求强度、进出道路布置、开采方式及深度、单次土料制备面积及渗透速度等因素，尽量使筑畦、泡土待渗、开挖等工序形成流水作业，并根据需求强度提前做好配水试验，得出土料制备周期及渗透深度等参数，本工程料场规划如下。

（1）开采方式

由于土场为黄土梁斜坡面，坡势起伏，结合土料场清表，在清表过程中自上而下将坡面推整出大小不等的梯田状平地，以利筑畦灌水。当土料含水量合适以后采用挖掘机倒退法立采开挖，选用20 t 的自卸汽车拉运上坝。土料开采过程尽量搅拌上、下层开采土料、闷土后拉运。考虑料场行车安全、运输道路布置、挖机作业范围及土料需求强度，确定单次开挖深度为4 m 左右。

（2）道路布置

为保证行车安全及土料拉运效率，料场进出口设置回车区，料场内依地形布置5 m 宽环形道路，道路高程随料场开挖逐步下降，每个泡土区开挖面随开挖对场内道路进行修整，保证道路坡度最陡不超过1∶10。

（3）配水试验及土料制备参数计算

在每个土料场分别均匀选6 个地方进行筑畦泡土试验，在测定每个畦子不同深度的天然含水率后，分别计算其需要的配水量，然后其中3 个畦子正常加水泡土，另外3 个畦子用手风钻钻5～7 个4 m 深孔后加水泡土。每隔3 天利用洛阳铲探测每个畦子渗透深度，直到渗透深度达到4 m，最后计算出平均渗透速度。最终配水试验显示，正常泡土平均渗透速率为0.3 m/d，钻孔后泡土平均渗透速率可达0.8 m/d。

根据现场实际情况及以往施工经验可知，土料需求强度约6000 m3/d，单次泡土深度约4 m，本工程土料场面积约68000 m2，由此可计算出下列参数：

单次泡土周期:4÷0.3=14d(一般泡土)，4÷0.8=5d（畦子内加钻孔泡土）；

单次泡土周期土料需求量：6000×14=84000 m3（一般泡土），6000×5=30000 m3（畦子内加钻孔泡土）；

料场单次泡土最小面积：84000÷4=21000 m2（一般泡土），30000÷4=7500 m3（畦子内加钻孔泡土）。

土料场面积均远大于以上两种方法单次泡土需要的最小面积，考虑节约成本及减少重复制备次数，采用一般加水泡土能够满足土料需求强度要求。因此，土料场可划分为筑畦区、泡土待渗区、开挖区三个区域，为保障施工高峰期土料需求强度，考虑土料制备富余系数，每个循环泡土待渗区、开挖区面积都应保持在25000 m2左右。

料场规划布局见图1。

图1 料场规划布局示意图

3.2 料场供水

采用二级供水，先于土场748 m 高程处采用地埋式布置尺寸为10 m×5 m×4 m 的MU10 砌砖水池（池底为30 cm 厚C25 钢筋砼以保证池内水质存储和冬季不被冻裂），在围堰上游河道设置浮动扬水站，扬水站与水池之间铺设D=108 mm 钢管，利用两台扬程110 m，单台流量145 m3/h，功率75 kW 的多级潜水泵由河道向水池抽水；然后由水池通过铺设下水干管管道、支管管道及软管引水至各个畦子。

3.3 配水计算及控制

根据土料含水率公式可推导出配水量公式：

式中：ΔM 为泡土所需配水量；ρ 为需要配水土料的密度；V为所需配水土料的体积；ω0为最优含水率；ω 为配水土料的天然含水率。

每个畦子配水前需测定不同深度天然土料含水率，然后按照公式计算出畦子所需综合配水量，并做好记录，在注水时以水表控制注水量，最后在泡土完成后测定土料含水率，综合考虑自然蒸发等因素影响，按照“以理论指导实践，以实践完善理论”的思路，据实做出配水量的调整。

3.4 筑畦泡土

采用挖掘机开挖畦子，推土机平整人工配合，自上而下尽量将坡面推整出大小不等的梯田状平地，畦子的大小根据地形确定，在地势平缓的地方，畦子可以大一些，在地势陡的地方，畦子可以小一些，在坡度较大的地方，也可以采用挖掘机沿等高线开沟灌水的方法。

根据以往施工经验及现场配水试验情况，相邻畦子间最佳壁厚顶部为0.8 m～0.9 m，底部宽度约为1.2 m，修筑深度约为0.8 m。

畦子修筑完成后，按照计算的所需配水量，以水表控制，在配水周期内分次加入，并做好记录。为保障上坝强度，应提前准备至少一个泡土周期（即14 d 左右）的合格土料需求量。

3.5 土料开采

现场当土料含水率合适以后采用挖掘机倒退法立采开挖，逐层泡土逐层开采使用，选用20 t 的自卸汽车拉运上坝。土料开采过程尽量搅拌上、下层开采土料、闷土后拉运。开挖过程内坡应尽量平顺、美观，视实际情况设置马道，坡面满足设计及规范要求。根据料场地形，料场作业区要同时具有开挖作业面、注水泡土作业面及筑畦作业面。

3.6 料场整治

开采结束后，用推土机及时平整料场，按方案要求进行料场整治处理。

4 质量管控措施

（1）增加检测频率，检测不同部位畦子的不同深度含水率，力求做到检测全面，加水量计算准确。

（2）安装水表，安排土场负责人员精确加水，确保加水量符合计算值。

（3）加强料场管控，土料开采完成后即进行修畦、待渗作业，使土料开采和制备实行不间断流水作业，确保土料循环供应满足上坝强度。

（4）对于个别低含水率上坝土料，于坝面采用洒水车以压力水和压缩空气混合以雾状喷出，使洒水均匀，洒水后旋耕机掺和均匀。

（5）对于个别高含水率上坝土料采取翻晒法或掺拌水泥、含水率较低的土料等方法降低含水率。

5 结语

铜川市龙潭枢纽工程采用低含水率土料制备的筑畦泡土法土料制备工艺，取得了良好的质量效果，较常规“堆土牛”法土料制备工艺节约了大量土料转运费用及制备时间，解决了场地狭小限制的问题，也为今后类似低含水率土料制备提供了行之有效的参考。