大型水利工程斗门水库土坝填筑设计方案的研究分析

宋康康，赵亚南，赵涵章 （中电建路桥集团有限公司，北京100089）

1 工程概况

陕西省斗门水库工程项目位于西安市西郊沣河右岸原昆明池遗址，距西安市市中心约20km，项目区北至西户铁路和西宝高速辅道，南接西汉高速，东联绕城高速，西靠沣泾大道，交通十分便利。

斗门水库为三级中型平原水库工程，水库总库容5052万m³，水库区域总面积为10.4km2，水库总长14.9km，按南北池布置，南北池之间有双向挡水坝，南池为引汉济渭注入式水库，为城市供水水源，库容2897万m³，面积3.4km²，其中水域面积3.0km2，多年平均向沣东沣西新城供水8773万m³；北池为沣河分洪注入式水库，为生态供水水源，兼顾沣河防洪，蓄滞沣河洪水和城市雨洪，库容2155万m³，北池面积7.0km2，其中水面面积6.4km2，多年平均向西安市生态水系(库、河、湖、池、渠）补给生态用水1456万m³。工程施工现场图见图1。

图1 土坝填筑施工现场

2 土方填筑

2.1 土料选择

土坝填筑施工作业按照自卸汽车卸料、推土机推平，振动碾压，质量检测三个工序依次进行。分区分段进行填筑，坝体填筑工作面按三个工序划分为三块作业区，即铺料区、碾压区、质检区（准备上料区），每个工作区的长度约为400m。基础处理完成验收合格后开始回填碾压。

填筑施工前，在施工开挖区开采有代表性的填筑料，模拟正式填筑施工现场情况，进行开挖和碾压试验。对现场取样土料，通过击实试验测定现场土料天然含水量（W）、天然干密度（ρd）、最优含水量（WOP）、最大干密度（ρdmax）土粒比重，借以了解填筑土料的压实特性，为控制大坝填筑的密实度及质量评价，提供重要依据；通过液、塑限联合测定法、渗透试验等，以测定土料天然含水量（W）、天然干密度（ρd）、最优含水量（WOP）、最大干密度（ρdmax）土粒比重、塑限（wP）、液限（wL）、塑性指数（IP）、粘粒含量（不小于10%）凝聚力（C）、渗透系数（K）等指标，并绘制相关曲线[1]。现场渗透试验见图2。

图2 现场渗透试验

2.2 铺料厚度及压实方法

铺料区铺料厚度按碾压试验确定的虚铺厚度控制，为了使铺料区铺料层厚度不超过设计技术要求，每个填筑单元应设置可移动的铺料层厚标志杆以及在岸坡上标记层厚标志线。过程中注意控制铺料厚度和仓面平整度。

土料用20t自卸汽车平行坝轴线方向用进占法铺土，采用定点测量方式，严格控制铺土厚度，不得超厚。用142kW推土机摊铺整平，人工作业采用钢钎控制铺料厚度并拾取杂料，在机械推平后应使铺层表面平滑整齐，经质检人员检测后进行碾压。填筑初期，采用每层测量的方法，控制铺土厚度，发现超厚部位立即进行处理。汽车不在已压实土料上行驶。在进行土料铺筑连续施工时，如果需要短暂停工时，表面土层须洒水湿润，并控制含水率在一定范围。如需长时间停工，应该铺设保护层，恢复施工时再清除。当空气湿度低，土层表面水分蒸发较快时，卸料之前，压实表土适当洒水湿润[2]。二分部料场现场见图3。

图3 二分部料场复查图

在填筑强度高峰期，除用插钎法控制厚度外，每八层测量10m×10m的方格网，以复查铺土厚度和控制上下游边坡及坝面平整度。

土料采用凸块振动碾压实，每一碾压区内用两台22t凸块振动碾平行坝轴线，采用前进后退错距法进行碾压，碾压行车速度不大于4km/h，相邻碾迹的搭接宽度不小于碾宽的十分之一；顺碾压方向搭接带宽度为1～1.5m。不漏压和欠压，大坝碾压利用数字化监测系统复核各项碾压参数。

根据压实度与碾压遍数数据及曲线图分析可知：

①压实度98%、91%试验区，铺料35cm时最经济，且压实质量可靠，优选8遍碾压组合，静压2遍+强振6遍；

②建筑物台背回填压实度95%、93%试验区，铺料30cm时最经济，并考虑建筑物安全，压实质量可靠。压实度95%区选定8遍碾压组合：静压1遍+弱振7遍。压实度93%区选定6遍碾压组合：静压1遍+弱振5遍。坝基碾压整平图见图4。

图4 坝基碾压整平图

2.3 特殊部位处理

2.3.1 结合部位处理

在分段填筑时，大坝两端横向接坡采用台阶接坡法，预留台阶方向垂直于大坝坝轴线方向，预留台阶宽度大于0.9m，当相邻填筑工作面填至搭接部位时按照填筑要求进行搭接碾压处理；层间结合技术处理措施：对已碾压密实的土层，在铺土之前我们必须不断进行及时洒水系统处理，对停止作业一段时间后又开始继续填筑的层面，在上土之前应勾松干缩的土层，并洒水使其湿润，使土料含水调至正常组织施工质量含水量，然后通过重新碾压；对表面干裂严重的硬土块则须将其移至坝外[3]。

2.3.2 坝体上下游坡面超填部位处理

为保证围坝在设计断面内的压实度达到设计要求，铺土时应在围坝上、下游坝坡位置留有一定余量，并在碾压完成后及时按设计断面削坡处理。

2.3.3 冬、雨季坝体填筑施工

①冬季大坝的填筑施工，应进行减小铺土厚度、增加碾压遍数、迅速取样等快速连续作业，压实时土料温度确保高于－1℃。当当日最低气温低于-10℃或低于0℃，风速大于10m/s时，停止施工。

②冬季施工时填坝料中严禁夹有冰雪、冻块，土料不得加水；如果因为降雪暂停施工，复工之前清理干净坝面积雪，经检查合格后即可恢复施工。

③当冬季暂停填筑时，为保护压实土层，应在压实土层表面覆盖1m厚土料，防止已压实土料冻结，复工时再清除上层覆盖土料。

④雨季施工作业时应在坝体两岸边坡的合理位置设置截水沟，并通过施工道路排水沟确保排除雨季边坡汇水至填筑面以外。

⑤雨季进行大坝填筑施工时，为了避免雨水对坝面以及坝坡造成影响，我们应该及时对运输上坝料摊铺、整平、碾压；每层坝面碾压之后，使其形成向下游倾斜的坡面（坡度不大于1%），以便水流通畅。雨后的复工问题处理要彻底，首先我们需要进行人工排除坝面表层的局部积水，并根据未压实表土含水率变化情况，可以通过分别研究采用翻松、晾晒或清除等方式方法处理；此外，严禁在有积水、泥浆的坝面上填土施工。

⑥大坝雨季填筑施工，我们需对道路加强养护，并及时清理道路障碍物以及隔坝排水沟，以便水流通畅。对运输车辆，需加强维修保养，以确保运输车辆的制动系统安全。

3 质量检测

土坝填筑施工管理质量可以采用现场取样试验和施工工作过程控制的两方面措施。控制以施工过程控制为主要措施，现场取样控制为辅。填铺、碾压等全过程控制为施工过程控制的主要内容。

坝体填筑施工时，对土料的含水量和粘粒含量进行检查。现场施工技术人员应全程跟踪监测坝料质量、碾压参数、施工程序及各项施工工艺，及时发现解决质量问题，纠正不合格施工技术。此外，注意碾压机械的工作条件。若工况不良，及时更换修复，确保填筑施工质量；还应确定土壤的干密度和含水量等，对其进行抽样质量检查。

土体压实过程中避免有漏压虚土层、干松土、弹簧土和剪力破坏等不良现象；在接缝边坡上，配合填土的上升速度，清除表面的松散土，直至压实合格土层为止。坡面必须经过刨毛处理，并控制含水量稳定在一定的范围，才能继续铺填新土进行压实[4]。路口段进行交错布置，并处理交叉段超压土体；分段填筑时，为了防止出现漏压、欠压和过压问题，各段上坝料层之间必须设置标志。上下层分段位置交错，杜绝上下通缝。

4 结语

坝体填筑方法是斗门水库工程施工的重要环节，需要施工单位按施工标准严格控制各个施工环节：土料的选择、铺料厚度及压实方法、坡面处理以及特殊部位处理等，是工程质量控制的重点内容[5]，在特殊环境下进行施工作业时，还需要注意保证施工环境对工程质量不会产生不良影响，为保证工程建设目标的实现，需要进行系统性的施工质量控制。通过对坝体填筑全过程的控制，优化施工工艺，提高施工效率。