先土后砂法的大坝碾压填筑施工技术探讨

蔺旭勃

（中国水电建设集团十五工程局有限公司,陕西 西安 710068）

1 工程概述

榆林黄河东线马镇引水工程从黄河右岸马镇葛富村取水,主要任务是对引黄水量进行沉沙、调蓄,水库总库容9870 万m3；水库枢纽由大坝、溢洪道和放空洞组成,大坝为粘土心墙堆石坝,顶宽15.0 m,坝顶长度582.0 m,最大坝高97.5 m；大坝上游坡比1∶2.2,设一级马道；下游坡比1∶1.8,设两级马道,马道均宽3.0 m。心墙轴线在坝轴线上游3.0 m处,心墙顶宽8.0 m,底宽55.5 m,两侧坡比均为1∶0.25,心墙底部设0.5 m 厚的混凝土盖板；心墙上下游与堆石间依次设两级反滤料及过渡料,水平宽度分别为3 m、3 m、5 m,其中下游堆石区采用部分开挖料。

2 先土后砂法施工重点

本工程施工中坝料土方和石方挖装施工中,主要是采用1.6 m3的液压反铲,并用20 t 自卸式汽车进行运输,整个填筑施工中采用进占法填筑,运输到坝面后进行碾压试验,分层摊铺,平整后再进行碾压操作。防渗粘土也是采用进占法进行填筑,通过TY220 推土机摊铺平整,22 t 自行式凸块碾压密实。反滤料则采用采用挖机进行填料摊铺,采用TY220 推土机摊铺平整,并用26 t 自行式振动碾压设备进行压实处理。过渡料和坝体堆石料也采用进占法进行摊铺,选择TY320 推土机摊铺平整,26 t 自行式振动碾压设备进行碾压。

在进行现场碾压实验的过程中,对各种填筑料的层厚及填筑碾压施工参数进行确定,在进行施工的时候,要根据材料填筑分区的不同坡向,遵循“先土后砂法”,也就是先细料后粗料的原则,进行一层一层的平起填筑,使各区之间相互协调地上升。

（1）在芯墙土上铺2 层,虚铺30 cm 厚,待压实后,每层25 cm,按设计斜率1∶0.25 修整坡面。

（2）一层一层的反过滤材料,虚铺厚56 cm,压实后50 cm,压实后按设计坡度比例1∶0.25 粉刷坡面。

（3）一次铺设一层反过滤材料,虚铺厚55 cm,压实后50 cm,按设计斜率1∶0.25 粉刷斜面。

（4）在混凝土表面铺设一层过渡料,并在混凝土表面上加厚55 cm,在混凝土表面上加厚50 cm,并在混凝土表面上按设计斜率1∶0.25 抹混凝土表面上加厚50 cm。

（5）在芯墙土上铺两层,虚铺30 cm 厚,待压实后,每层25 cm,并按设计斜率1∶0.25 修整斜坡。

（6）在1 层反滤材料上铺设1 层,虚铺厚56 cm,后压实50 cm,按设计斜率1∶0.25 粉刷斜面。

（7）铺设1 层反过滤材料2,虚铺厚55 cm,后压实50 cm,按设计斜率1∶0.25 修整坡面。

（8）在混凝土表面铺设一层过渡材料,并在混凝土表面上铺设55 cm 的虚铺层,在混凝土表面50 cm 处铺设50 cm 处,并按设计坡度比例1∶0.25 对混凝土表面进行填筑。

（9）将堆石砌成一层,虚铺厚108 cm,待压实后100 cm,待压实后,按设计斜率（上游1∶2.2,下游1∶1.8）对堆石进行修整。

3 大坝碾压填筑施工技术

3.1 填筑前重点现场规划

按照设计图纸和招标文件的规定,将坝基开挖、清理、灌浆、心墙底部砼盖板及施工期临时排水等各项基础处理工作全部完成。在每一层回填之前,用测量仪对各类回填材料的边界进行放样,并对心墙防渗土料、反滤料、坝壳砂石料、排水料等用白灰标出。在进行填筑之前,要对各种填料的质量及配制的数量进行检验,以达到设计及施工的要求。核对各种工程机械的数量和型号是否符合工程需要,以及工程机械设备的完好状况。

3.2 坝料运输

上坝所需要的各类物料均采用1.6 m3的液压反铲进行挖装,20 t 的自卸车来运送,并且要保持车架和轮胎的清洁,以避免将残余的土壤从车架和轮胎中带入填筑区。晚上的筑坝材料运送要做好晚上运送的照明和其他施工准备工作。堆石料、过渡料在运输和卸料时,应采取预防散粒的措施。各类填料经监督检验不合格,不准上坝；对于那些已经放在大坝上的不符合标准的填料,要及时清理掉。运送坝料的车辆,必须在挡风玻璃的右上方标注出坝料分区的名字,在运送坝料的时候,车辆的空车速度不能超过15 km/h,车辆的载重速度不能超过10 km/h,载重不能超过车辆的标定载荷。

3.3 防渗心墙土料填筑

防渗心墙土料填筑施工中主要是采用1.6 m3的反铲进行装料运输,通过20 t 自卸汽车运输上坝,按照平行于坝体轴线方向采用进占法铺土。采用TY220 推土机进行平料处理,通过插入钢钎的方法来控制铺料厚度,虚铺厚度主要是按照试验确定的30 cm 进行分层摊铺,若发现超厚情况及时处理,通过22 t 自行式凸块振动碾平行坝轴线方向进行碾压,控制碾压时行车速度在1 km/h～2.5 km/h 之间。沿着坝体轴线方向进行分段施工,尤其是在进行上下层填筑时需要做到错缝施工,以免发生痛缝问题。各填筑段需要沿着坝体轴线方向细分成铺土、碾压、质检三个工作面进行流水作业。心墙粘土需要同上下游反滤料和坝壳料进行平行填筑,骑缝碾压,垂直碾压方向的搭接宽度要控制在30 cm～50 cm 之间,平行碾压方向搭接宽度要控制在100 cm～150 cm 之间[1]。

3.4 反滤料和过渡料填筑

（1）反滤材料和过渡材料全部采用采购材料,现在已经被储存在水坝的右岸1#营地和左岸2#营地的附近,并根据反滤材料的10 万m3（松方）来进行材料的储备和调整。在采购反滤料和过渡料之前,实验检验人员在兴县灰岩人造石料场试样中,对人造石料的级配、最大粒径、不均匀度、含泥量等进行了检验。经过筛分,去除过大的粒度,并采用液压清洗,确保泥沙含量达到标准。并根据反滤料的级配、上包络线、最大粒径、不均匀度等参数,对不同级配的集料及沙粒进行了混合。在堆存场中,利用挖掘机、装载机等设备,对反滤料、过渡料进行掺配、混合,并对其级配进行调整,使其达到需要的程度[2]。

（2）在对其进行检测之后,采用ZL-50 装载机从堆存场装车,20 t 自卸汽车运输上坝,1.6 m 的挖机进行摊铺,TY220推土机平料,用26 t 自行式振动平碾在与坝轴线方向平行的位置上静压2 遍+振压6 遍。边坡的填筑与相邻的土料、过渡料和堆石料有很大的关系。在施工过程中,如何合理地安排各类物料的充填次序,在保证充填质量的同时,又不会对大坝的成孔速度产生不利的影响。

3.5 坝体堆石料填筑

坝体堆石料使用的是大坝右岸上游1#石料场料源,使用梯段爆破法进行开采（详见石料场开采方案）,1.6 m3挖掘机装车,20 t 自卸汽车运输上坝,TY320 HP 推土机平料,虚铺厚度108 cm,压实后100 cm。26 t 的自动振荡平磨床,在大坝轴线方向上,进行2 次振动碾压、10 次振动碾压（经碾压实验测定）。

（1）堆石料应经大坝地基处理和隐蔽工程检查合格后方可进行回填。倾卸车在卸载过程中,应使用“进占法”,堆叠高度不得超过1.5 m。大坝堆石料的纵向和横向连接处,采取阶梯回坡的方法,使堆石料的纵向和横向连接处的每一段阶梯回坡的宽度不小于1.0 m。在铺好了一层堆石料之后,要布置一个测点,对其压实前的高程进行测量,以确定铺料的厚度,当铺料的厚度达到要求时,才能发下测量合格证,对堆石料进行碾压[3]。

（2）堆石碾压质量的关键在于过程的控制,主要是对碾压次数、振幅、行驶速度、碾压车轮的搭接宽度等方面的控制。碾压的方向通常与坝体的轴线平行,在岸坡上也可以沿着坝体的坡脚进行。在碾压结束后,根据各点的高度,对压实层进行了测量。碾压后,表面的平整度应在0～±10 cm 之间,如果有超出±10 cm 以上的不平坦,则应将其再次推倒并铺压。对坝基上的堆石恒定斜坡部位,按3 m 厚度回填,并对其进行定位和调整,确保其坡度达到设计要求。

（3）不得将泥土、杂草、木材等危险材料掺入堆石内。在装载和卸载堆石时,应特别注意防止堆石与堆石之间的脱开,严禁由高坡面往下落。临近河岸的地方,要用更细的石头来铺设,防止出现悬空现象。压实堆石料振荡平磨在坝体上运行时,其运行方向与坝体轴线相平行,在靠近坝体的位置上,可以沿着坝体的一侧运行[4]。对不能直接碾压的部位,采用小振动磨或其他机械对部位进行碾压,碾压次数根据监理人的要求进行调整。对于河岸上地势陡峭,或者是陡峭的斜坡,需要对地面进行适当的修整,让振动碾压到位,有些地方可以使用振动板或振动夯进行压实。

（4）为减小接缝,采用较大面积的堆石。在进行块体回填时,应针对块体与块体之间的接触面,采用阶梯状的接触面,或在接触面上挖出不实的接触面石块等特殊方法。在大坝安全监控设备安装完毕后,应由监理方批准,方能进行坝壳上部材料的回填[5]。当条件满足时,采用高强度的坝壳材料在较低高度处进行填筑,而低强度的坝壳材料在较高高度处进行填筑。

3.6 坝体与岸坡接合部的填筑

在对堆石料、过渡材料与岸坡的连接处进行填筑时,如果使用自卸车卸载或推土机平放,那么很可能会出现超径石头的聚集和堆积的现象,并且有些地方的碾压机械不能很好的进行碾压。在此位置上的填筑应采取以下技术措施：

（1）在边坡上,为了避免大颗粒物料的聚集,必须在边坡2 m 之内,采用细碎的堆石料（直径小于200 mm）,并在边坡之前进行填筑,这是一种小面积的铺筑法。

（2）在2 m 宽度以内,对边坡结合部位（混凝土、浆砌石等）的填筑,采取将铺筑材料减薄到20 cm,加大碾压次数,并用振捣静压的方法,进行填筑。对于因振动碾压而难以夯实的角部,可采用水力振动夯盘或压路机进行夯实。

（3）在接近岸坡的地方,碾压机沿坝体轴线移动,沿坝体轴线移动。分段碾压时,各段的碾痕相互交叠,交叠的长度不得少于1 m。要保证所需的碾压次数、振动碾压的频率、振幅,不允许不进行振动碾压,以避免漏碾、欠压[6]。对于不能直接碾压到的部位,可使用小型的振捣机或其他机械进行碾压。在轧制时,要对振动式轧辊的性能进行定期检测。在此基础上,对坝体纵向的碾压痕迹与坝体横向的碾压痕迹至少重合1 m。

4 结语

先土后砂法的大坝碾压填筑施工技术,通过分析结果表明大坝碾压填筑施工技术是水利工程坝体施工中的重点和难点。这就要求在实际施工中,必须充分结合工程特点,采取科学有效的方法和措施可有效提升大坝碾压填筑施工质量,提升水利工程坝体结构的稳定性。