降低大壩防滲體填筑土料含水率的方法總結(jié)及土料含水率控制上限探討

1、降低大壩防滲體填筑土料含水率的方法總結(jié)及土料含水率控制上限探討摘要：粘土心墻壩在水利工程中利用較廣，其充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，就地取材?造價(jià)低，施工技術(shù)成熟，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)小，是目前仍廣泛采用的水利工程 壩型。即使某些大型工程的攔河壩采用混凝土壩型、瀝青混凝土心墻堆石壩、混 凝土面板堆石壩，但臨時(shí)導(dǎo)流工程中的圍堰也多采用粘土心墻分區(qū)壩。而受不同 地區(qū)氣候限制天然土料含水率會(huì)出現(xiàn)增高的現(xiàn)象，因此只有有效降低大壩防滲體 填筑土料含水率才能夠確保大壩防滲體質(zhì)量。本文結(jié)合實(shí)踐探討了降低大壩防滲 體填筑土料含水率的方法，以供借鑒。關(guān)鍵詞：大壩防滲體；填筑土料；含水率；降低方法一、刖言隨著國(guó)家加大對(duì)水利基

2、礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入，水利建設(shè)工程覆蓋面越來(lái)越廣， 工程的施工條件也越來(lái)越多樣化。部分工程區(qū)多雨霧、空氣濕度大，天然土料含 水率高，本不適宜建粘土防滲體類(lèi)壩型，但又受限于地質(zhì)條件，采用重力壩及其 他非粘土防滲體壩型對(duì)地基開(kāi)挖和處理的技術(shù)難度及投資又將增大，從經(jīng)濟(jì)性角 度考慮，采用粘土心墻土石壩相對(duì)合理。筆者結(jié)合云南省屏邊縣營(yíng)盤(pán)水庫(kù)粘土心 墻分區(qū)壩的施工情況，作些總結(jié)，以期同行相互學(xué)習(xí)和參考。二、工程概況屏邊縣營(yíng)盤(pán)水庫(kù)總庫(kù)容110.58萬(wàn)m3,為?。?）型水利工程。大壩設(shè)計(jì)為粘 土心墻風(fēng)化料分區(qū)壩，壩頂高程1453.4m，最大壩高44.51m，壩頂長(zhǎng)133.0m， 寬5.0m。上游坡比為1:2.25

3、，下游坡1:2.01:2.25。心墻由粘土料填筑，壩殼由 板巖、淺變質(zhì)砂巖風(fēng)化料填筑。上、下游壩殼料與粘土心墻間設(shè)砂、碎石過(guò)渡料 各一層，厚度分別為1.5m。（1）氣象條件：屏邊縣營(yíng)盤(pán)水庫(kù)工程區(qū)屬低緯度亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。主要 氣候特征是：冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，秋涼濕潤(rùn)，雨熱同季。年平均降雨量 1638.3mm。多年平均日照時(shí)數(shù)1561h,日照百分率35.6%。多年平均相對(duì)濕度86%。 多年平均風(fēng)速1.5m/s，最大風(fēng)速17.0m/s （出現(xiàn)于1969年4月15日）。常年多吹 東南風(fēng)，多年平均霧日數(shù)100d。（2）地質(zhì)條件壩址部位第四系覆蓋層、沖洪積層厚度27m?；鶐r為寒武系中統(tǒng)田蓬組白云 質(zhì)灰

4、巖（G2t）、奧陶系下統(tǒng)分鄉(xiāng)組粉砂質(zhì)板巖（O1f-2）和綠泥板巖（O1f-3）。白云質(zhì)灰?guī)r（U2t）出露于左岸坡和上游河床段，厚層結(jié)構(gòu)，巖溶發(fā)育，主 要表現(xiàn)為溶溝、溶槽、巖溶塌陷和小型溶洞。溶溝溶槽和溶蝕漏斗多為礫石土充 填。受不同方向溶溝溶槽和層理切割，部分巖體為獨(dú)立塊體，開(kāi)挖易于撬動(dòng)。大 壩河床部位發(fā)育有溶坑，塌陷，巖溶泉，上游左岸坡存在小型崩落體。河床巖溶 區(qū)表層為沖積物，坑、槽為粘土充填，在水流浸泡作用下，開(kāi)挖時(shí)呈淤泥狀。補(bǔ) 充鉆探探明，強(qiáng)溶蝕深度617m。奧陶系下統(tǒng)分鄉(xiāng)組粉砂質(zhì)板巖（O1f-2）主要分 布于右岸坡心墻及毗鄰的上下游壩殼區(qū)、左岸坡心墻基礎(chǔ)中下部和下游壩殼區(qū)。 局部夾灰?guī)r

5、透鏡體、風(fēng)化不均勻條帶。巖層為薄層結(jié)構(gòu)，節(jié)理發(fā)育，巖體疏松。 綠泥板巖（O1f-3 ）分布于河床心墻基礎(chǔ)，河床壩殼料區(qū)及左岸坡，夾白云質(zhì)灰?guī)r 透鏡體。巖石強(qiáng)度低，長(zhǎng)期暴露在大氣中易風(fēng)化成松散碎片狀，水流浸泡易軟化。根據(jù)施工區(qū)交通條件及建筑材料分布情況以及壩基地質(zhì)巖性及構(gòu)造情況，壩 型采用粘土心墻風(fēng)化料壩較為經(jīng)濟(jì)合理。由于淺變質(zhì)砂巖，板巖及灰?guī)r互層，加之日照時(shí)間少、降雨多等原因，地下水豐富、土石料含水率高，成了壩體填筑施 工中質(zhì)量控制與進(jìn)度控制的制約因素。三、土料物理性質(zhì)常年濕潤(rùn)的氣候，滋養(yǎng)出茂密的植被，潮濕的土壤。土料場(chǎng)所處位置周邊為 常年流水的溝箐，地層中的孔隙水、毛細(xì)水較易于儲(chǔ)存，地下水位

6、較高。以致土 壤天然含水率較高，高達(dá)42.0%以上。通過(guò)對(duì)土料場(chǎng)挖探坑取樣進(jìn)行試驗(yàn)，天然 土料主要物理性質(zhì)試驗(yàn)成果見(jiàn)表1。表1天然土料物理指標(biāo)試驗(yàn)成果表從上表可看出，土料為高液限粉土，除天然含水率遠(yuǎn)大于最優(yōu)含水率外，其 他各項(xiàng)物理指標(biāo)均能滿(mǎn)足防滲體土料的設(shè)計(jì)規(guī)范要求及該工程壩型的要求。四、降低土料含水率的措施根據(jù)試驗(yàn)成果及進(jìn)一步調(diào)查了解到的氣候條件，降低粘土料含水率成為壩體 填筑施工進(jìn)度、質(zhì)量控制的重點(diǎn)。2016年10月，主汛期過(guò)后，根據(jù)勘測(cè)設(shè)計(jì)單位有關(guān)專(zhuān)家的建議，在土料場(chǎng) 開(kāi)挖深達(dá)3m以上（局部挖至強(qiáng)風(fēng)化巖層）的通風(fēng)及排水溝對(duì)土料預(yù)先降排水和 風(fēng)干處理，并采用雨布在降雨前覆蓋，天晴時(shí)晾曬的措

7、施，至2017年2月份即 將上壩之前，再次取樣檢測(cè)，含水率仍居高不下。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。表4采取通風(fēng)排水措施后土料含水率檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表在多霧雨少陽(yáng)光的情況下，通風(fēng)排水溝措施并沒(méi)有起到全面降低土料含水率 的作用，僅表層0.6m深度內(nèi)有所降低。2016年12月中旬至2017年2月，偶有 晴天，表層土料在時(shí)干時(shí)濕的情況下啟發(fā)項(xiàng)目部考慮采取遮蓋措施，便投入費(fèi)用 6.2萬(wàn)元購(gòu)置4000多平米晴綸雨布對(duì)土料進(jìn)行防雨遮蓋。安排5人專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)天晴 時(shí)掀布晾曬，降雨時(shí)及時(shí)遮蓋。之后分別在2017年1月9日，2017年2月14日， 再次對(duì)土料取樣檢測(cè)，表面明顯干燥的土料，0.4m以下含水率仍普遍在30%37% 之間。對(duì)于

8、2017年5月31日完成壩體填筑封頂?shù)墓?jié)點(diǎn)目標(biāo)而言，近3萬(wàn)m-3 土 料的填筑成了施工進(jìn)度和質(zhì)量控制的瓶頸。為了獲得有效的降低含水率措施，項(xiàng) 目部提出大棚風(fēng)干法、烘干法、挖機(jī)翻曬法、旋耕機(jī)翻曬法進(jìn)行討論。討論基于 以下三點(diǎn)基本原則。（1）日均開(kāi)采加工量應(yīng)達(dá)1100m3。（2）客觀的氣候條件、地理?xiàng)l件、地質(zhì)條件無(wú)法改變，必須面對(duì)現(xiàn)實(shí)。（3）成本投入肯定會(huì)超出預(yù)算，比正常條件下的以往工程，投入得加大，不 應(yīng)過(guò)多顧慮和比較，當(dāng)應(yīng)投入必要費(fèi)用，但也應(yīng)相對(duì)經(jīng)濟(jì)合理。不論采用何種方法，均需投入1臺(tái)1.2m3挖掘機(jī)、1臺(tái)3.0m3裝載機(jī)進(jìn)行配 合生產(chǎn)。方案比較情況如下表。開(kāi)采加工方案綜合分析評(píng)價(jià)表粘土心墻料

9、開(kāi)采加工合同單價(jià)為17.33元/m3,發(fā)包人不增加相應(yīng)的開(kāi)采加工 措施費(fèi)。根據(jù)建設(shè)單位提供的氣象預(yù)測(cè)信息（6月前有一定的晴天可利用），最 終確定采用挖掘機(jī)翻曬法就地開(kāi)挖晾曬。并針對(duì)開(kāi)采加工中存在的問(wèn)題制定相應(yīng) 的措施對(duì)策。1、為了減少燃油及機(jī)械租賃費(fèi)用，翻曬工作采用2臺(tái)小功率挖掘機(jī)進(jìn)行。2、在料場(chǎng)翻曬過(guò)的土料含水率降至接近30%時(shí)，若壩面待填筑，則運(yùn)至壩面 攤鋪后后再用20型旋耕機(jī)進(jìn)一步翻曬，通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)，可碾壓時(shí)再行碾壓。3、平面薄層翻曬每日一次調(diào)整為畦垅翻曬每日3次。畦垅翻曬可適當(dāng)增加翻 曬厚度，提高產(chǎn)量。4、立面開(kāi)采和平面開(kāi)采結(jié)合，以立面開(kāi)采為主，根據(jù)開(kāi)采區(qū)地形，在保證開(kāi) 挖安全的情況下

10、，盡量增加掌子面高度，擴(kuò)大立面面積。通過(guò)立面開(kāi)采增大開(kāi)采 掌子面的日照時(shí)間和濾水，加快掌子面水分的分泌和散失。立面表層含水率降低 接近合格上限值時(shí)，開(kāi)采至平緩面攤鋪開(kāi)進(jìn)一步晾曬風(fēng)干，同時(shí)讓新揭露的開(kāi)采 立面暴露在陽(yáng)光下和空氣中提前濾水和風(fēng)干。五、土料翻曬效果及填筑含水率控制情況碾壓式土石壩施工規(guī)范(DLT5129-2013)在條文說(shuō)明部分提出，黏性土 料壩面含水率控制在最優(yōu)含水率的-2%+3%的偏差范圍以?xún)?nèi)。填筑施工過(guò)程中， 1#土料場(chǎng)最優(yōu)含水率按25%控制，壩面碾壓時(shí)土料含水率控制上限為28%，2#土 料場(chǎng)最優(yōu)含水率按21%控制，壩面碾壓時(shí)含水率控制上限為24%。營(yíng)盤(pán)水庫(kù)壩體填筑高峰期為20

11、17年35月，在此期間，填筑至少須達(dá)到渡汛 高程，填筑量接近24000m3，實(shí)施過(guò)程中仍出現(xiàn)不間斷降雨，加之空氣濕度大， 晝夜溫差大，白天翻曬好的土料次日仍出現(xiàn)回潮現(xiàn)象。翻曬至含水率接近可填筑 標(biāo)準(zhǔn)后堆存的土料，即使采用雨布遮蓋，雨后仍出現(xiàn)含水率增大現(xiàn)象，不得不再 次進(jìn)行12遍翻曬工作，即便如此，多數(shù)填筑土料的含水率仍在29%32%之間， 少有滿(mǎn)足最優(yōu)含率的03%的情況。填筑面碾壓時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)碾打滑，碾壓面不平 整，表面出現(xiàn)大量裂紋，有輕微彈簧現(xiàn)象，外觀與大多數(shù)工程的填筑情況存在明 顯差異，引起參建各方高度重視。但通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)干密度、壓實(shí)度、滲滲系數(shù)， 又能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。施工方根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為將含

12、水率上限放寬至32%不會(huì)存在質(zhì) 量隱患，能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)功能。而設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、建設(shè)單位卻認(rèn)為只能放寬至 28%。由于各方意見(jiàn)不統(tǒng)一，壩體填筑工作時(shí)常處于中斷狀態(tài)，壩殼料經(jīng)常性超 過(guò)心墻面35m。至2017年4月28日，壩體僅填筑至1422.0m，距渡汛高程尚 余 13.2m。由于心墻體填筑緩慢，從而導(dǎo)致反濾料、風(fēng)化料填筑出現(xiàn)誤工情況，運(yùn)輸車(chē) 輛和部分設(shè)備時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)待工現(xiàn)象。在此情況下，汛期前完成壩體填筑的計(jì)劃只 能調(diào)整至盡可能填筑至渡汛高程1435.2m (壩頂高程1453.4m)，工期相應(yīng)作順 延調(diào)整。為了滿(mǎn)足渡汛任務(wù)，確保壩體填筑質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)的功能目的，施工單位 提出以?xún)r(jià)值工程理論和可靠度

13、設(shè)計(jì)方法，對(duì)黏土心墻體的質(zhì)量控制指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn) 和調(diào)整。在重點(diǎn)考慮沉降變形量、滲透系數(shù)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提下，探索含水率 的控制上限。土料類(lèi)型為高液限粉土，填筑過(guò)程中，開(kāi)采的土料中含有少量礫石，風(fēng)化母 巖為粉砂質(zhì)板巖，土層厚度35m，下部強(qiáng)風(fēng)化巖體碾壓后呈粉砂狀。參照苗尾 工程碾壓試驗(yàn)結(jié)果及其他有關(guān)工程實(shí)踐結(jié)果，為了珍惜少有的晴好天氣，以保證 質(zhì)量為前提，提出促進(jìn)進(jìn)度的土料開(kāi)采和填筑含水率控制提議：采用立面開(kāi)采， 平面翻曬的方式開(kāi)挖，開(kāi)挖時(shí)深入全強(qiáng)風(fēng)化層0.3m0.5m，挖取部分硬度低的風(fēng) 化礫石摻入至土料中；最大壩高44.51m，屬中低壩，建筑物等級(jí)為III等，可適當(dāng) 降低壓實(shí)度等質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，

14、土料含水率上限放寬至最優(yōu)含水率的+6%。建設(shè)單 位和設(shè)計(jì)單位對(duì)此提議未作明確表態(tài)也未反對(duì)。2017年4月28日后，出現(xiàn)相對(duì) 較長(zhǎng)的連續(xù)無(wú)雨天氣，但對(duì)土料連續(xù)翻曬34日，仍難將含水率降至28%以下， 降至30%左右也算不錯(cuò)，能否填筑至渡汛高程的目標(biāo)成了參建各方較為擔(dān)憂的事。 對(duì)此，施工單位依據(jù)想法，翻曬土料時(shí)，采用立面開(kāi)采法將上部土料與下部強(qiáng)風(fēng) 化巖石混合開(kāi)挖，填筑時(shí)將放寬含水率上限進(jìn)行填筑：1、填筑過(guò)程中，各填筑層含水率上限盡量控制在30%以?xún)?nèi)。在此情況下，基 本可按照碾壓參數(shù)正常碾壓，滲透系數(shù)、壓實(shí)度檢測(cè)指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。2、在能正常進(jìn)行碾壓的情況下，適當(dāng)將含水率放寬至32%。為防止碾壓機(jī)具

15、 打滑和陷車(chē)，甚至在碾壓時(shí)將振動(dòng)頻率適當(dāng)減小，行走速度適當(dāng)提高。此種情況 下，偶有部分填筑層壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)96%，出現(xiàn)的壓實(shí)度最小值為92%， 但滲透系數(shù)全部滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。在低檔補(bǔ)壓時(shí)若出現(xiàn)打滑沉陷現(xiàn)象，則用快速檔 振動(dòng)補(bǔ)壓2遍后，質(zhì)量控制指標(biāo)基本能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。施工單位冒險(xiǎn)采取上述技術(shù)措施進(jìn)行趕工，考慮了以下因素：1、壓實(shí)度不夠，碾壓面存在一定的彈性，可能會(huì)產(chǎn)生較大的沉降變形。但由 于氣候原因，本期填筑并不能一次填筑封頂，在二期填筑前，壩體自然沉降變形 將趨于穩(wěn)定。2、大壩運(yùn)行期間，若存在防滲體滲漏，可采取回填灌漿方式進(jìn)行加固處理。 因壩體相對(duì)較小，回填灌漿費(fèi)用可控制在30萬(wàn)元以?xún)?nèi)。2

16、017年5月中旬至6月初，降水相對(duì)前期大有減少。在對(duì)土料填筑技術(shù)參數(shù) 進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整的情況下，填筑進(jìn)度得到了較大的提高，至6月10日正式進(jìn)入雨 季時(shí)，壩體填筑至1442.2m，超過(guò)渡汛高程7m。六、壩體運(yùn)行監(jiān)測(cè)情況壩體填筑至1442.2m后，2017年6月10至2017年12月25日期間，處于 停工狀態(tài)，在此期間，分別在上游壩殼料區(qū)、黏土心墻面、下游壩殼料面各埋設(shè) 3個(gè)共9個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)對(duì)壩體變形情況進(jìn)行觀測(cè)，6月勺月底，變形較為明顯， 壩殼料最大達(dá)3.5cm，心墻體最大達(dá)7.2cm。10月以后，變形減緩，在二期填筑 前，心墻體累計(jì)沉降變形值最大為8.1cm。2017年12月25日2018年1月2

17、9日進(jìn)行壩體二期填筑施工。安全監(jiān)測(cè)設(shè) 施（測(cè)壓管、量水堰、位移觀測(cè)樁、水位尺）于2018年7月10日完工，并開(kāi)始 進(jìn)行試蓄水工作。完工后立即進(jìn)行初期監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)2018年12月20日前的監(jiān) 測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，壩前最高水位1441.5m時(shí)，心墻部位（位于心墻軸線下游側(cè)） 沉壓管水位最高為1421.0，低于設(shè)計(jì)浸潤(rùn)線相應(yīng)高程。壩面沉降變形量最大值為 4.4cm。從觀測(cè)結(jié)果分析，大壩運(yùn)行穩(wěn)定，滲流量及沉降變形均在安全允許范圍。七、總結(jié)與分析1、屏邊縣營(yíng)盤(pán)水庫(kù)大壩填筑土料由于特殊的氣候條件以及水文地質(zhì)條件，防 滲體土料天然含水率較高，將土料含水率通過(guò)翻曬降低至施工規(guī)范或設(shè)計(jì)規(guī)范允 許的范圍較為困難，采用

18、烘干法成本過(guò)高，在不利的氣候條件下，采用輪換掌子 面進(jìn)行立面開(kāi)采和平面畦垅翻曬的加工方法，開(kāi)采及加工效率相對(duì)高一點(diǎn)，成本 也相對(duì)較低。2、在土料含水率較難降低的情況下，針對(duì)中低壩可適當(dāng)放寬含水率上限，在 均勻摻入礫石的情況下，含水率上限可提高至最優(yōu)含水率的6%，最好不要超過(guò) 5%。礫石盡量選用硬度低，易壓碎的軟巖。摻量控制在7%以?xún)?nèi)，結(jié)合翻曬均勻 混合。在營(yíng)盤(pán)水庫(kù)大壩土料填筑過(guò)程中，施工單位基于理論基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)土料填 筑參數(shù)進(jìn)行了一定的調(diào)整，順利完成了渡汛任務(wù)。目前壩體運(yùn)行狀況較為正常， 也說(shuō)明工程建設(shè)過(guò)程中施工單位進(jìn)行的嘗試和取得建設(shè)成果可供大家參考。筆者想進(jìn)一步說(shuō)明：施工規(guī)范是行業(yè)專(zhuān)家、學(xué)者在全國(guó)各地水利水電工程建 設(shè)施工過(guò)程中，以工程質(zhì)量