探析碾压土石坝施工工艺与质量控制

陈江豪 新疆乌恰县紫金锌业有限公司

乌拉根锌矿现有尾矿库建于2010年，分布在矿区西北侧硝尔布拉克沟中上游位置，初期坝采用戈壁料筑坝，坝顶标高2174m，坝高24m，尾矿库堆积坝采用上游法堆坝，利用坝前粗粒尾矿堆筑子坝，堆积坝平均坡比1:6，堆积高度30m，最终堆积标高2204m，尾矿坝总坝高54m，总库容3613.75 m3，为三等库。目前尾矿剩余总库容约为1713.75×104 m3，难以满足矿山生产需要，因此对现有尾矿库进行改扩建。

1.碾压土石坝施工工艺

1.1 施工准备

（1）工程地质勘察。提前对工程地质地貌结构、水文条件、交通情况、土质厚度等施工因素进行综合勘察，合理制定碾压土石坝施工方案，有效规避施工风险，预防各类施工问题的出现。在该工程中，尾矿库区分布在晚古生代陆缘盆地，场区附近构造主要表现为褶皱和断裂。矿库周边地质结构存在熔岩、崩塌及危岩体等不良地质作用。同时，坝址区分布地层由细砂、粉土、圆砾、强风化粉砂岩、中风化粉砂岩、强风化泥岩等构成，该区域地表水主要由大气降水、径流沿线泉水进行补给。最终，该工程选择建设碾压式土石坝，施工场地内没有出现泥石流、地面沉陷、活动性断裂、采空区等不良地质作用。

（2）筑坝材料的选取。在工程施工中，筑坝材料料场与坝址区间隔距离为2km，所选取筑坝材料与地层岩性为卵砾石，料场表面无植被覆盖，可开采面积大、地下水位埋深大、已探明储量满足土石坝施工要求。

1.2 坝基处理

（1）处理要求。在碾压土石坝施工前，需根据工程施工要求、地质结构与水文条件，对坝基进行处理，确保坝基强度、耐久性、抗渗性、整体性、动力与静力稳定性均符合工程施工要求，避免在后续坝体施工中出现各类施工质量问题与安全事故。

（2）坝基处理。常见坝基处理内容包括：坝基面开挖、坝基加固以及基面处理。对具体处理措施的选择，要综合分析工程地基地质情况，掌握各项物理参数。

1.3 坝体施工

（1）压实标准。对压实技术标准的制定，应根据所选择筑坝材料的性能质量、种类而定。例如，在所选筑坝材料为非黏性土时，应以相对密度作为主要的压实技术标准。而针对黏性土，则以干容量作为主要压实技术标准。

（2）碾压试验。为有效预防各类施工问题的出现，及时发现所制定碾压土石坝施工方案中存在的技术问题。因此，应提前组织开展碾压试验。在试验过程中，依次调节各项施工参数，检查料场所出现的变化，在其基础上明确各项施工参数的适宜值。随后，将各项施工参数调整为适宜值，再重复开展碾压试验，在试验结果与工程施工要求相符后，即可确定铺土厚度、筑坝材料含水量、碾压遍数等施工参数。

（3）卸料、铺料。目前来看，应用最为常见的卸料与铺料作业方法为综合法、后退法以及进占法三种。以进占法为例，其具有铺料层厚度控制精度高、铺料层表面平整度良好的技术应用优势，可做到沿平行坝轴线随卸随铺。

（4）洒水。根据施工情况，定期对坝面处开展洒水作业，将筑坝材料含水量控制在合理范围内，这将在一定程度上加强土石坝压实效果。同时，施工人员应严格遵循“少洒水、勤洒水、均匀洒水”施工原则。此外，在施工中出现土料脱水过量施工问题时，及时在料场或是坝面处开展洒水作业。

（5）压实。首先，根据施工情况，碾压土石坝压实作业量，、作业面大小，针对性使用气胎碾、羊角碾、振动碾等施工机械设备。而对压实施工方式的选择，应优先采取进退错距法，提前在坝体碾压带两侧开展碾压作业，在达到两侧碾压预期遍数后，再组织开展错距碾压作业，错距宽度根据设计碾压遍数以及碾滚宽度而定。此外，应实时观测坝体碾压作业情况，禁止出现欠压或超压问题。

2.碾压土石坝施工质量控制策略

2.1 控制填筑压实度

在工程施工中，于滤水拦砂坝下游区域修建一座碾压式土石坝的截渗坝，坝顶标高2110.00m，坝高6m，坝顶宽3m，坝轴线长64m，上下游坡度均为1:2.5，库容约为2.8万m3。该截渗坝所采用筑坝材料为卵砾石，为保证坝体填筑压实度符合施工要求、充分发挥坝体截渗作用。在坝体填筑环节，提前对所配置筑坝材料开展质量检测工作，明确要求筑坝材料的细粒大于0.075mm。并将粒径小于这一标准的细粒所占比例控制在5%以内。同时，要求填筑材料的曲率系数为Cc＝1～3，不均匀系数Cu大于5，及时将不符合以上级配标准的材料进行更换。同时，对第四系覆盖层开展整体清除作业，换填为卵砾石层，再组织开展坝体碾压作业，直至坝体相对密度大于0.85、干容量大于19.5kN/m³、地基承载力大于200kPa为止。

2.2 施工期引流措施

在工程施工中，如若出现洪水等自然灾害事故，或是水位大幅上涨，都将对土石坝结构稳定性、施工质量与安全造成严重威胁，并以此为由诱因引发各类施工质量问题的出现。因此，在乌拉根锌矿现有尾矿库工程中，根据工程施工情况、施工场地周边区域地质结构、水流量与流速，采取明渠与导流管的组合导排水方式，对工程原有施工导流系统进行扩容改建，将原有尾矿库排水管出口处与导流管，由所挖掘明渠进行连接。其中，为保障导流管长时间承受水流冲刷影响，不会出现导流管破损等问题，选择采用C40钢筋混凝土现浇圆管结构，管内径为1.5m，总长度为240m、厚度为0.4m、坡度为4%。而明渠为土渠梯形断面结构，高度为1m、底宽为2m，边坡坡度比值为1:1，坡度4.35。同时，为降低水流冲刷力对明渠结构所造成的影响系数，选择在明渠表面铺设一定厚度的复合土工膜。此外，该工程存在坝址区泉眼出露问题，应结合土石坝结构与泉眼位置，采取有效导排措施，将泉水引出坝体，避免对土石坝结构持续造成渗透腐蚀影响，并在后续施工中实时观测导排水情况。

2.3 坝基处理

在乌拉根锌矿现有尾矿库工程前期施工阶段中，根据工程地质勘察结果得知，坝址及库内所分布地下水、地表水的水质较差，将对混凝土与土石坝坝体结构造成一定程度的腐蚀影响；地下水主要分布于溶蚀裂隙当中，并在水平高度较低处的垭口处泉眼加以排泄；坝址第四系覆盖层厚度较大，所建设碾压土石坝将受到地震液化因素的影响，对坝基承载性能造成干扰等等。针对以上问题，施工企业针对性开展构筑物与碾压土石坝体防腐施工；做好坝体引流与排渗施工措施，避免岩溶水持续冲刷土石坝；对坝基进行处理、减小地震液化危害系数；将第四系覆盖层换填为强风化粉砂岩层等坝基处理措施，最大程度降低环境因素对碾压土石坝施工质量的影响系数。

2.4 冬季施工与强风防范措施

在该工程土石坝施工中，受到气候条件与自然因素的干扰影响，最大风力可达十级、且存在2个月的冰冻期。如若未提前采取有效施工质量控制措施，将有可能出现各项施工质量问题，对土石坝施工质量、结构性能与完好性造成影响。在工程施工中，针对性采取增大干滩长度、加大支管单管放矿流速、将坝轴线与放矿口保持安全间隔距离、定期对尾矿库滩面与下游坡面进行喷淋、定期检查坝体结构完好程度等质量控制措施，有效降低了自然因素对碾压土石坝施工质量的影响系数。

3.结语

综上所述，在水利工程施工中，针对各项施工质量问题，应结合工程施工情况与水文地质条件，严格控制坝体填筑压实度，掌握各项施工工序流程，灵活应用以上质量控制策略，不断创新与改善施工技术，更好的促进碾压式土石坝施工进程的发展。