土灰混合吹填筑坝施工过程中应注意的技术要点

向德华

(江苏昌泰建设工程有限公司,江苏泰兴 225400)

土灰混合吹填筑坝施工过程中应注意的技术要点

向德华

(江苏昌泰建设工程有限公司,江苏泰兴 225400)

粉煤灰水力冲填筑坝技术是成熟的施工技术,已广为推广。粉煤灰透水性较强,利用土与粉煤灰混合吹填筑坝,特别是用于火力发电厂灰库的贮灰场挡坝尤为适宜。土灰混合吹填筑坝是在粉煤灰筑坝的基础上尝试完成的,它非常适宜于雨水量大、粘土少的地区使用,它能避免粉煤灰松散,雨水期间施工难度大的弱点。

土灰混合 吹填筑坝 技术要点

1 施工方法及工艺流程

1.1 施工方法

土灰混合吹填，首先要分别制备泥浆与灰浆。施工时两种浆液的制备均用DY50-15型号的水力冲填机组，由操作工同时施工，灰浆及泥浆通过Y型并联管路进行混合后，送到作业面筑坝。泥浆泵、灰浆泵互不影响，管线移动较方便。如输距超过250m，每超200m增加1台中继泵输送。

混合吹填期间，混合后的浆液在水平流动过程中，逐渐沉积，自首至尾各断面的沉积物的平均粒径d50逐渐变小，其物理力学性质也随之变化，也就是冲填过程发生了颗粒分选现象。而通过混合后的浆液再经过渣浆泵搅拌后送至作用面，其自首至尾各断面沉积物的平均粒径d50变化较小，物理力学性质相对稳定，也就是冲填过程颗粒分选现象不明显。

当土灰混合浆排出明水沉积结束后，分别在表面上进行人工晃压和小型机具振动，并检验其压密效果。

1.2 施工工艺流程

施工过程类似于粉煤灰水力冲填筑坝施工工艺。

修筑围埝、划分畦块→水力冲挖切割、粉碎造浆→泥浆泵、输泥管吸送(土)灰浆→混合土灰浆吹填畦块→沉淀、排水→人工踩排→排水固结→平板振动器振密。

2 施工过程中应该注意的技术要点

2.1 灰料选择问题

由于电厂排灰在灰库的沉积过程中发生了分选现象，所以灰库内各处沉积的粉煤灰其颗粒级配是不一样的。离排灰管道出口越近则越粗，越远则越细。

一般来讲，粘性土掺入的粉煤灰越粗，则混合料的透水性越好，固结速率越快，抗剪强度也越大。因此，土灰混合筑坝应尽量使用颗粒较粗的粉煤灰，以便土灰混合吹填后能获得较好的工程性质。

2.2 土灰配比问题

试验将土灰质量比为1：1作为研究配比。

通过试验研究，我们观察与认识到：由于土料的比重为2.70，粉煤灰的比重为1.80(不同灰场粉煤灰的比重有所不同)，加之前者较密实，后者较松散，而土料则由于各种原因颗粒之间存在着一定的结构强度，入水后不易充分分散，一部分以单粒形式存在，另一部分则以原级颗粒集结而成的团粒形式存在，所以，土颗粒(包括团粒)的数目，也小于粉煤灰颗粒数目。土颗粒(包括团粒)下沉快，粉煤灰颗粒下沉慢，容易发生分选现象，形成不均匀沉积，表面出现粉煤灰层。

通过观察我们认为土灰质量比为1.5：1比较合适，上述质量比折算成土灰体积比为：

这样，土的体积，重量和颗粒数量增多了。粉煤灰中的多孔硅铝玻璃体吸附土料中的细小颗粒的机会也增多了，有利于土灰混合，使不均匀沉积现象得到了很大的缓解。质量比1：1与质量比1.5：1的土灰混合料，其力学性质相差不多。

2.3 浆液混合问题

对于混合施工的效果需要进行检测与评价。在排放混合浆液的管壁上(靠近出口的某断面)均匀设置4个测量孔，以接取试样。

表1 1000C.C.中土、灰、水含量

表2 1000c.c浆液沉积试验结果

表3 各种浓度浆液的每层冲填厚度

表4 各种浓度浆液沉积后所含水量

表5 允许施工速度

评价混合均匀程度的指标采用变异系数Cv

式中i—各测点取样测得的浮密度i=1，2，3，4；

p′—各测点取样测得的浮密度的平均值；

n—测点数目，为4；

s—标准差。

对取得的试样除分别测量浮密度，并用目力鉴别，比较同一混合浆液的四个试样的沉积速度，沉积高度与颜色等有无差异。

试验出浆管的雷诺系数均在70000以下，流速在2m/s以内，小于输泥管工作流速2.5～3.5m/s(软泥至中砂)。如果进一步加大流速，则浆液的紊动掺混作用亦随之增大，将更有利于混合均匀。增加中继泵输送对坝体上管道的移动没有影响，但有利于土灰两种浆液的充分混合。

2.4 浓度选择问题

土灰质量比为1.5：1，质量浓度(混合料质量与浆液总质量之比)分别为20、30、40、50%，容积1000c.c(cm3)中所含的土料，灰料与水的质量见表1。

四种浓度的浆液在管路中均较通畅，流动性好。由表1可知，浓度越高，相同体积内含有的干料越多水分越少。从吹填畦块和量筒沉积试验得知：浆液浓度高还有另外一个好处，即土灰的混合质量比较均匀，沉积层中由上向下色差不太大。颗粒分选现象不严重。但浆液浓度高，会影响固相颗粒在水中的沉落速度。表2是量筒(1000c.c)沉积试验结果。

需要指出的是：浆液的浓度高，沉积的时间虽较长，但沉积层厚度较大，也就是冲填沉积物的总量大。

2.5 冲填厚度问题

混合土灰浆液沉积后，其上部明水层与下部沉积层在厚度上是存在着一定比例关系的，见表2。为保持畦埂的稳定，明水层厚度不宜过大，一般以不超过50cm为宜。这可以做为一个控制条件。坝面排走明水后，为便于工人和小型机具在饱水软弱的沉积层上活动，对沉积层进行压密，沉积层也不宜过厚，一般以30cm左右为宜，这可以做为又一个控制条件。

施工中如果遵循这两个控制条件，则土灰质量比为1.5：1各种浓度下的允许冲填沉积厚度可以推算出来，见表3。

2.6 质量均匀问题

修建均质坝，要求冲填沉积质量均匀，为达到此目的：

①水力冲填施工中，分畦不宜过大，并应频繁移动出浆口，以减少由于浆液水平流动所产生的固相颗粒分选沉积现象。

②加大浆液浓度，阻滞颗粒自由沉降，也是减少颗粒分选，促进冲填沉积质量比较均匀的有力措施。

④沉积层内，一般底部土粒较多，而顶部则灰粒较多，中间为过渡带。如果冲填厚度较簿，在人力或小型机具的活动与工作的影响下，可使下一层顶部的灰粒与土上一层底部的土料得到一定程度的混合。

2.7 明水溢流问题

土灰质量比为1.5：1，各种浓度的浆液中总水量及沉积后明水量与孔隙水量见表4。

表中总水量用所占浆液总质量的百分数表示，明水量用所占总水量的百分数表示，孔隙水量也用所占总水量的百分数表示。

从表4可以看出，混合浆液沉积后需要排出大量的表层明水。然后才能借助蒸发渗漏进一步排除孔隙中水并采用人力或小型机具进行压实。

排水方法有：畦埂内埋管，管的入口处可设置一个能够调节高程插入土中的盖板使明水随来随排，并防止颗粒流失。排水管随坝面不断升高；虹吸管排水，即用细胶管形成虹吸，将明水排出坝外。排水施工应抓紧、及时，以免延误工期。

2.8 坝体排水问题

综上所述，我国土建工程发展进程较长，深基坑支护技术应用效果也比较成熟，随着技术人员开发效果深入，更多施工技术被研究出来，我国疆域辽阔，地貌多样，为满足各地区建筑工程要求，提高对工作人员生命安全财产的维护，就需要对应单位在前期设计合理规划，并投入使用正确的施工技术。

表层明水排走后，沉积层中还含有大量孔隙水。混合浆液的的浓度越高，孔隙水的含量越大。孔隙水主要由水与固相颗粒所受重力产生的水头差而形成的渗流，通过坝基、边坡、坝面及坝体内设置的水平与垂直排水设施排出。坝基透水或不透水，坝体饱和或非饱和，垂直与水平排水效能的好坏，对排出沉积层孔隙水所产生的效果是大不一样的。

在上述渗透排水过程中，坝体内出现了渗流场，同时也产生了渗流力I

I=γwi

式中γw—水的容重

i—水头梯度

渗流力I是一个体积力，其方向与渗流方向相同，孔隙水向坝基、边坡和排水设施渗透所产生的渗流力对沉积层的固结是很有益的。沉积层中孔隙水的局部渗失，特别是全部渗失，对人工或小型机具的压密作用，将提供很大的方便，较高的效率和很好的效果。

坝体排水影响到坝体的固结和稳定，是土灰混合吹填筑坝技术成败优劣的关键所在，在施工期间应有足够的重视。

2.9 分层压密问题

明水排走静置一段时间后我们在沉积表面上分别进行了人工晃动密实和小型机具振动压密的试验研究。

人工晃动压密的机理是人体重量在沉积层内产生了超静水压力，对表面产生了水头差；而晃动又使层内出现裂缝和薄弱环节，提供了通向表面的排水通道。肉眼可观察到沉积层表面上有许多小泉眼向外涌水，此种现象能继续一般时间，经过2-3遍人工晃压后，沉积层的干密度可由原来的0.9g/cm3左右，上升到1.20g/cm3左右，沉积层厚度可减少1/4左右。实践证明效果尚可，但每层的冲填厚度不可过大，否则在其上活动，甚为不便。

小型机具(包括振捣棒和平板振动器)振动压密的机理是在动力的作用下使固相颗粒脱离接触，然后重新排列达到密实的目的，由于土灰混合料的透水性远较粉煤灰为小，因而排水迟缓，效果不理想，而且机具在沉积层上活动也有困难。

当沉积层水位降落后，不论使用人工压实或小型机具振动压实，效果均较明显，沉积层可减少1/3左右，干密度能提高到1.30g/ cm3以上。这样的坝体已经具有较好的强度，随着坝面升高还会进一步固结，可以保证施工期间坝体稳定安全。

2.10 施工速度问题

施工速度与冲填土料性质关系密切，粘粒含量小的可施工快些；反之则应慢些。即主要视其渗透系数大小来决定施工速度。此外，当坝较低时，可以快一些；反之，则慢一些。

《土坝设计》所给出的自流式冲填坝允许施工速度可供参考。

清镇发电厂塘关灰场灰坝修复工程混合吹填筑坝所用的土料分类为中粉质壤土，粉煤灰分类为轻粉质壤土，参考表5，施工速度定为每天一层，每层的冲填厚度确定为30-35cm，经过排水蒸发渗透压密可得到20-24cm的厚度是适宜的。

3 结语

土灰混合吹填筑坝是在粉煤灰筑坝的基础上尝试完成的，它非常适宜于雨水量大、粘土少的地区使用，它能避免粉煤灰松散，雨水期间施工难度大的弱点。具有重要的经济意义与社会意义和广阔的发展前景。已在塘关灰场灰坝修复工程、甘田垄灰场灰坝工程中应用，取得了良好的效果。

经过试验研究，我们认为：应尽量选用颗粒较粗的粉煤灰供上坝用。土灰质量比以1.5∶1为适宜。两种浆液通过Y型并联管混合最方便。混合浆液浓度应尽量提高。沉积后的明水层深度不应超过0.5米，沉积层厚度取30厘米左右比较合适。分畦不宜过大，并应频繁移动出浆口，必要时使吹填粉煤灰与吹填土料有一个时间差，以促进冲填质量的均匀。及时排走明水，加以人工或小型机具进行压密能加快施工进度。以每日一层为宜。