机械捣实粉砂土吹填筑坝施工技术研究

毛靳周

(浙江宇盛建设有限公司，浙江 慈溪市 315300)

机械捣实粉砂土吹填筑坝施工技术研究

毛靳周

(浙江宇盛建设有限公司，浙江 慈溪市 315300)

本文以郑徐水库工程施工为例，介绍了一种采用分层填筑、挖掘机振捣压实水力吹填粉砂土的施工工艺。采用该施工工艺不仅提高了坝体的压实度，而且保证了坝体填筑施工质量，取得了较好施工效果。

粉砂土；水力吹填；筑坝；技术

慈溪市郑徐水库作为宁波、慈溪两级重点工程建设项目，对工程施工质量有着很高要求，水库坝体填筑施工采用先水力吹填再进行土方捣实的方法。在施工过程中，存在着水力吹填后粉砂土不能碾压的难题。本施工技术针对水力吹填后粉砂土的特点，采用分层填筑、挖掘机振捣压实的施工工艺，可加快土体固结速度、缩短工期，同时保证了坝体填筑施工质量。

1 工程概况

慈溪市郑徐水库一期工程Ⅳ标段位于慈溪市郑家浦与徐家浦围涂区内，南靠九塘，北至十塘，东靠徐家浦西直堤，西至郑家浦隔堤。主要施工项目为坝体、场坪土方填筑，坝体护岸结构施工。坝体长度达2.70km，填土厚度5.50m。坝体土方填筑工程量125万m3，场坪土方填筑87万m3。

2 工艺原理

粉砂土，顾名思义就是粉土和砂土的结合。砂土砂粒含量超过50%，黏粒含量小于30%。粉砂土中砂土的含量最高，因此降低粉砂土的含水量是提高密实度的关键。

压实厚度对压实效果具有明显影响。相同压实条件下(土质、湿度与功能不变),由实测土层不同深度的密实度或者压实度可知，密实度随深度递减。每层铺土厚度过厚，下部土体所受压实作用力小于土体本身黏聚力和摩擦力，土颗粒不能相互移动，无论压实多少遍，填方也不能压实；铺土过薄，则下层土体压实次数过多，而受剪切破坏，因此规定了一定的铺土厚度。最优的铺土厚度应能使填方压实而机械功耗费最小。

该工程使用负重荷载挖掘机采用“边捣边压”的方法提高土体密实度。通过挖掘机挖斗对土体的捣浆作业，可使土体内水分和空气充分排出土体内，提高了压实质量。坝体采用分层填筑，要求每层填筑的厚度在50cm左右，使得土体压实的相对机械功耗率最小，提高了施工效率。

3 施工难点分析

慈溪市郑徐水库工程坝体填筑施工采用水力吹填的方式进行，但吹填后的粉砂土无法进行碾压，土体内的水分与空气难以排出，使得坝体压实度难以达到设计标准。同时，压实厚度的控制对压实效果具有明显影响，每层铺土厚度过厚，下部土体所受压实作用力小于土体本身的黏聚力和摩擦力，土颗粒不能相互移动，无论压实多少遍，填方也不能被压实；而铺土过薄，则下层土体压实次数过多，而受剪切破坏，导致坝体压实效果无法满足要求，影响坝体整体稳定性。

4 施工操作要点

4.1 施工准备

确定水力吹填取土区、填土区。施工时先用全站仪定好挖、填土平面位置，并插好标志，全程做好高程测量工作，确保开挖区断面尺寸、高程满足设计要求，确保填土区坝体形状、断面、高程满足设计要求。填土区合理划分区块，采用挖掘机筑坝，将填土区进行分区、分块；布置好泥浆泵、土设备、管线走向及接力泵。

4.2 清基、围堰填筑

4.2.1 清基

坝基清基主要采用泥浆泵冲挖清理和人工辅助清理相结合的方式，要求清除填筑区内表层所有淤泥土及腐殖土，清基平均厚度40cm。

4.2.2 吹填区围堰填筑

根据施工条件及水力冲挖机组安排，沿堤依次纵向布置一个吹填池，由一套机组控制作业，各池纵向基础围堰均使用清基土填筑，各层采用吹填土作为筑堰材料；横向围堰(中埂)基础围堰可就近取基面土，以上各层均以吹填土作为筑堰材料，机组作业区中埂由各施工队划分到每个机组，中埂起分池作用，应随吹填高度升高改变其位置(错位)，避免上下重叠，确保堤体质量均匀。

4.3 泄水口和排水沟设置

吹填区围堰除围堰主体之外，还包括泄水口与排水沟两部分。土方填筑中排水尤为重要。

4.3.1 泄水口

泥沙吹入吹填区后，在吹填区沉积，水则需排出吹填区外，因此，在吹填区围堰上需布设泄水口。泄水口的位置除需考虑排出的水方便进入指定地区外，还应使泥浆在吹填区内有较长的流程，以利于泥沙沉积。

4.3.2 排水沟

背坡设有排水体以降低地下水位，并在坡脚处设排水沟。根据确定的土方施工流程，水力冲挖填筑坝体产生的回水基本上都回到库区，但为防止部分流向海堤塘裙或局部土堰破坏对风车基础造成冲刷，施工时在坡脚排水沟位置开挖施工临时排水沟，并用复合土工布及石渣护面，待实施坝体背坡结构施工时再按设计图纸完成排水沟结构。

4.4 水力吹填

4.4.1 管道设置

围堰修筑完成后开始堤体吹填施工，泥浆配制时采用高压水枪冲击使之液化崩解，土砂混合均匀达到一定浓度和自然级配后，由泥浆泵输送到堤面围堰的吹填池内。吹填进泥管放在一端，排水管放在另一端，排水管的布置应平顺，采用柔性接头，进泥管需设专人看管，防止出现意外。

4.4.2 吹填方法

为使吹填池内土质颗粒分布均匀，采用单面吹填法。先沿围堰一侧以移动吹填逐渐向另一侧推进，池内的泥浆和表面水随着吹填面的升高逐渐向前推移，直到排水管处，直至吹填到预定高度。泥浆进入吹填池后流速骤减，悬浮的土颗粒在重力作用下逐渐沉淀，一部分水被置换，澄清在泥浆表面后被排水管排出，排水管则需随泥浆面的升高不断调整其高度以利排水。当表面水被排除、蒸发、渗出及压排后，随着含水量的降低吹填体逐渐固结后，再进行第二次围堰吹填，依此类推。

4.4.3 回水处理

根据水力冲挖特点，施工过程中将有大量水从堆土区回流到库区，施工中工程填筑区域由场坪外侧向库区逐渐压缩。即从场坪与周围海堤(隔堤)相接处填起，逐渐向坝体方向填筑。水力充填多余的水中仍然含有一定的泥沙，当前一段填筑到一定高度后开始填筑后一段，则前段的回水可在后一段再次沉淀，减少土方流失，提高充填效率。围区现状地坪较为平坦，且内部为封闭区域，不会造成水土流失，在原地面开挖导流沟，将回水集中导回挖土区。

4.5 人工、机械捣实

先由人工用竹竿进行全仓初步捣实，即采用人工用自制竹竿在仓面上来回推送进行捣浆。退水后，使用负重荷载的挖掘机进行机械捣实，并在履带上安装根据挖掘机履带尺寸定制的三块道板，以防止挖掘机陷入泥浆中而不能正常工作。挖掘机进入施工场地后，把挖斗插入土体来回振捣4次，再利用挖掘机自重压实土体，要求对施工区域内的土体进行充分捣浆和压实。

施工场地划分为4个区域(见下图)，共分7次分别展开施工，每次捣实需间隔2～3天进行，以保证仓内水分充分排出。第1次以回字形路线，按从外到内的顺序进行振捣压实排水，施工路线宽度为10m;第2次和第3次仍以回字形路线，按从外到内的顺序进行振捣压实排水，施工路线宽度为5m；第4次需振捣压实中间剩余部分区域土体。

前4次捣浆区域示意图

第5～第7次用挖掘机进行全仓捣实和碾压。在7次捣实的整个过程中，需安排专项人员对围堰和排水沟全天24小时进行修整和维护，以防止因为水分不能及时排除而影响压实效果。

4.6 水陆挖掘机与普通大型挖掘机配合施工

坝体采用分层填筑方法进行，若仓面厚度在50cm以下，用水陆挖掘机进行振捣压实，水陆挖机可减小捣浆周期，底层捣浆密实。若仓面厚度在50cm以上，则使用普通大型挖掘机施工。当仓面厚度大于50cm时，水陆挖掘机的施工效果明显变差，因为水陆挖掘机在围堰边施工时，围堰塌方的可能性大大提高而且在仓面上行动不便。

4.7 干容重检测

坝体每层填筑完成后进行干容重检测，干容重达到设计要求后才可进入下一层土方吹填土施工。

为便于日常土体质量的控制，由标段成立坝体土方干容重检测试验室。采用环刀法进行取土试验，用于坝体土方干容重自检。环刀法取样时，坝体填筑按30cm一个断面取样，每层取3个点，取土样3组，要求干容重不小于1.35g/cm3。

4.8 施工监测

为保证工程安全施工， 沿坝轴线方向每400m左右设置1个坝体沉陷位移观测断面，断面的上下游坡设沉降板，在施工过程中进行必要的观测，以指导工程施工。施工过程中应坚持沉陷观测，观测后应及时绘制沉陷及水平位移曲线，发现异常，应暂停加荷，及时与设计方联系，分析原因，采取必要的技术措施后再继续施工。

控制指标：日最大沉降量小于15mm；两日累计沉降量小于20mm。在正常施工过程中，沉陷量无突变现象。当发现坝体沉陷量达到或超过上述指标时应立即停止坝体施工，待变形量趋于稳定且满足要求时方可恢复施工。

5 质量控制措施

水力吹填施工时，为控制泥浆流向准确，同时避免粉砂土掩埋排泥管，需在每个排泥管出口安排一个施工人员进行管理。施工人员需经常性检查围堰安全，防止出现穿坝、管涌情况，产生不必要的损失，并经常更换排泥口位置，使堆土区内堆土高度平整，且要求符合设计要求。

控制泥浆含砂率不大于10%，以免造成堵管。机械捣实施工时，每次捣浆需间隔2～3天进行，以确保水分已经充分排出仓面。

为便于日常土体质量控制，避免造成不必要的窝工现象，根据检测数据及时调整坝体土方填筑进度和方法。

6 结 语

慈溪市郑徐水库工程一期工程Ⅳ标段施工，由于采用了机械捣实粉砂土吹填筑坝施工技术，加快了土体固结速度，提高了土体承载力，增强了坝体整体稳定，避免了出现土方倒坍、大面积土体流失的情况，同时降低了浸润线，减少了坝体后期沉降，增强了坝体整体稳定，在提高了工程质量的同时，创造了良好的社会效益和经济效益，为其他类似工程提供了借鉴经验。

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Research on Construction Technology of Mechanical Tamping Silty Soil Hydraulic Reclamation damming

MAO Jinzhou

(ZhejiangYushengConstructionCo.,Ltd.,Cixi315300,China)

In the paper, Zhengxu Reservoir engineering construction is adopted as an example for introducing a construction technology, wherein layered filling is adopted, and excavator is used for vibratory compaction, and hydraulic power is applied for silty soil filling. The construction process can be adopted for improving the dam compactness on the one hand, and the dam filling construction quality can be guaranteed on the other hand, and excellent construction effect is obtained.

silty soil; hydraulic reclamation; damming; technology

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.07.012

TV62

A

1673-8241(2017)07- 0040- 04