浅析粘性均质土坝土料质量控制措施

张浩，黄经合

浅析粘性均质土坝土料质量控制措施

张浩1，黄经合2

（1.中国水电建设集团十五工程局有限公司第三工程公司，陕西咸阳712000；2.陕西省水务集团有限公司，陕西西安710000）

以南沟门水库枢纽大坝工程为例，通过分析料场初步勘察结果发现，大坝填筑土料存在含水率低、土质不均匀的问题，经过技术分析研究，提出科学配水、混合开采、堆存制备（堆土牛）等综合控制措施。结果表明：满足上坝填筑的压实度不小于0.98的设计要求，符合质量控制要求，竣工验收大坝主体工程质量优良，说明土料质量控制措施可行有效。

均质土坝；土料含水率控制；措施

1 工程概况

南沟门水库位于陕西省延安市黄陵县境内，坝址位于葫芦河河口上游3 km处的南沟门附近，总库容2.006亿m3，为Ⅱ等、大（2）型工程，枢纽主要建筑物由拦河坝、导流泄洪洞、溢洪道、引水发电洞、坝后电站等五部分组成。枢纽大坝为碾压均质土坝，坝顶高程852.0 m，最大坝高63.0 m，坝顶宽10 m，坝顶总长504.43 m。根据设计文件，坝体填筑总量为357万m3（压实方），设计要求坝体填筑压实度不小于0.98。

工程区属中温带大陆性气候，根据多年气象资料，年平均气温9.4℃，冬季最低气温-21.4℃，每年12月～次年3月平均气温为2℃～-11℃，根据《碾压式土石坝施工技术规范》规定，寒冬低温期不进行大坝填筑施工。

2 料场土料现状及分析

由南沟门水库《大坝填筑土料场地质勘查报告》可知：工程指定选取的土料场位于坝轴线上游左岸二、三级阶地及黄土塬边斜坡地带，料场土质主要为黄土和黄土状壤土，黄土土层一般较厚，黄土状壤土厚度较薄且分布不连续，在30 m深度范围内夹有2～3层厚度2 m左右的黄土状壤土，在30 m～40 m范围内还分布有2.0 m～4.0 m左右夹杂有钙质结核的土料。

土层基本按照坡势走向分布，且土料场呈水平台阶状，台阶宽度差别较大，同一水平面上不同部位土质不同，垂直方向上不同深度土质也不同。经对料场初步勘察，不同部位和不同深度取样试验：天然干密度1.21～1.61 g/cm3，天然含水率为9.1%～11.6%，最小值仅7.0%，普遍小于坝体填筑施工控制最优含水率。天然土料的土质均匀性和含水率均不满足大坝填筑质量控制要求，需对料场土料进行加工制备。

3 土料加工制备措施

根据土料现状，结合均质土坝填筑碾压施工规范和质量控制设计指标要求，经项目部技术分析研究，提出了科学配水、混合开采和堆存制备的加工制备综合措施。

3.1 科学配水

科学配水就是对土料场进行分区修筑畦块、测定天然含水率、计算配水量、畦块配水等措施，使土料含水率集中在最优含水率附近。

3.1.1 分区修筑畦块

根据土料场的地形、地势特点进行分区规划，分成不同台地。用挖掘机在不同台地大致沿等高线将料场筑成方格，形成畦块。畦块大小主要根据现场地形确定，面积大致控制在200 m2～500 m2左右，畦块底部力求平整，高差应控制在10 cm范围内，畦梁高度一般控制在1 m左右。典型畦块主要参数见表1。

3.1.2 土料配水

（1）最优含水率确定。在各区域取相同数量的土样进行拌合形成混合土样，对混合土样采用干法制备成试验土样。对试验土样采用轻型击实法进行击实试验确定最优含水率。经试验，土料最优含水率在16.5%左右。

（2）天然含水率测定。在畦块内采用人工洛阳铲打探孔取土样进行天然土料天然含水率的测定，人工洛阳铲每50 cm深度取土样一组。各畦块土料天然含水率见表2。

表1 畦块主要参数表

表2 土料天然含水率表

表3 土料配水量计算表

（3）配水量计算。根据《土工试验规程》（SL237—1999）中击实试验加水量的计算公式计算单位体积土料应加水量。

式中，mw为土料所需加水质量，t；w0为土料天然含水率，%；m为风干含水率时的土料质量，t，土料天然干密度平均值为1.35g/cm3；w为土料所要求的含水率，根据最优含水率结合气象条件综合确定，﹪。

再根据畦块面积、配水深度（开采深度），计算畦块配水量，详见表3。

（4）畦块配水。采用潜水泵抽取河道水进行畦块土料配水，输水管道上安装水表，以控制畦块内的注水量。注水应连续进行，中间不得间断，注水量应严格按照计算配水量进行，不得超加或少加。

3.2 混合开采

混合开采就是对同一开采面上下层土料进行掺混开采、不同开采面土料同时搭配开采，使同一开采面上下层不同含水率、不同土质的土料进行初步混合，同时为堆存制备时不同部位土料二次充分混合提供条件。由土料配水试验知，土料待渗期为26天，期满后进行土料含水率测定，含水率大部分集中在15%～19%，即可进行土料开采。

3.2.1 开采原则

依据相关技术规范和条款，土料开采遵循原则：高料高用、低料低用；先配水先开采；含水率偏高土料与偏低土料搭配开采。3.2.2混合开采

因料场水平方向上不同部位、垂直方向上不同深度的土质不均，致使土料在配水时水的下渗速度和单位面积下渗量均不相同，形成配水后土料含水极为不均，加之土层含有黄土状壤土和钙质结核土料夹层，故应对同一开采面上下层土料进行掺混开采，在装车时翻倒均匀、初步混合。不同开采面的土料土质也不尽相同，土料含水率有的偏高、有的偏低，单一开采面土料大部分不能满足填筑质量控制要求，故应对不同开采面同时搭配开采。

采用立面开采方式，开采深度根据各畦块土料配水深度及土料配水后含水率的检测值进行确定。应至少保证3个不同工作面同时进行开采，同一工作面的上下层土料在装车过程也应注意翻倒均匀，确保土料均匀搭配。开采过程中要不定时对各开采面的土料含水率进行测定（详见表4），若发现土料整体含水率偏高或偏低，应及时对开采面进行调整，以确保开采面的混合土料含水率始终保持在最优含水率附近。

3.3 堆存制备

混合开采的土料在装车时只是同一开采工作面的土料进行了初步翻倒混合，含水率和土质不均匀问题依然存在，达不到上坝填筑要求。堆存制备就是将至少3个不同工作面混合开采的土料通过高台插花卸料、二次混合堆放、窝存等制备措施，解决土料配水后含水率不均匀、土质不均匀问题，使土料质量达到上坝填筑的技术要求。

3.3.1 混合堆放

用20 t自卸汽车将开采的土料运至土料制备场，并将取自不同取土部位和不同含水率的土料从高台向下插花卸料，用推土机向下推料，使土料在下卸过程中利用高差进行二次混合，达到土料含水率和土质趋于相对均匀。

每天不定时对堆存“土牛”坡面含水率进行测定（详见表5），若发现局部含水率偏高或偏低，应及时对各工作面运输车辆的卸土位置进行调整，以确保堆存“土牛”的土料含水率保持在最优含水率附近。

3.3.2 窝存熟化

土料窝存熟化就是在土料经高台卸料、二次混合和堆放后，进一步“熟化”，以达到土质和含水率均匀。

每个堆放制备“土牛”堆存完后，一般最少需要窝存7天，土料的土质、含水率才能达到均匀，7天后对“土牛”土料进行检测试验，确定最大干密度和最优含水率，作为该“土牛”土料坝体填筑的质量控制指标。

3.4 高温、雨季含水率调整

根据《碾压式土石坝施工技术规范》要求，坝体碾压时必须对土料含水率进行严格控制，土料含水率应控制在最优含水率±3%范围内，故不同时期应对制备土料含水率进行适时调整：根据南沟门水库气象和土料条件，高温季节考虑水分损失，配水时适当提高土料含水率2%左右；雨季适当降低土料含水率2%左右。实践证明，不同季节对土料含水率进行调整是可行的。

4 结论及建议

4.1 结论

土料窝存期满后，即可开始拉运土料进行坝体填筑。在堆存的“土牛”顶部采用HP160推土机斜推供料，斜推供料的过程也是对土料进一步混合均匀的过程，ZL50装载机在下部装20 t自卸汽车拉运至大坝填筑工作面进行坝体填筑，碾压结束后，人工环刀检测压实度，按1次/200～500m3次数进行取样（检测结果见表6）。

南沟门水库枢纽大坝工程平均每天的填筑量为1.2万m3，最大日填筑强度为2.1万m3，最大月填筑量为45万m3。通过对料场土料进行科学配水、混合开采、堆存制备等综合措施控制，坝体填筑施工既满足了工期要求，又符合质量控制要求，竣工验收大坝主体工程质量优良，说明土料质量控制措施可行有效。故黄土地区均质土坝填筑施工土料控制可借鉴以上控制措施。

4.2 建议

（1）土料制备前应对土料现状进行测定分析，以科学准确确定配水量；

（2）土料制备过程中应加强含水率的测定，以随时调整开采面和堆放位置。

Elementary Analysis of Material Quality Control Measures of Sticky Homogeneous Soil Dam

Takingthe damproject ofNangoumen reservoir as an example,through the analysis ofthe material field preliminary investigation,there are some problemsuch as the damembankment material lowin water content,uneven soil. Through technology analysis and research,the article puts forward the scientific water distribution,mixed mining,storage preparation and other comprehensive control measures.The results showthat the design requirement ofthe compaction degree ofthe damfillingis not less than 0.98,which meets the requirements ofquality control.The completion acceptance ofthe main damproject quality is good and indicates that soil quality control measures are feasible and effective.

Homogeneous earth dam；soil moisture control and measures

表4 开采工作面土料含水率检测表

表5 制备土料过程“土牛”含水率检测统计表

表6 坝体压实度检测统计表

TV641.2

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1673-9000（2017）02-0112-03

2017-01-11

张浩（1974-），男，陕西岐山人，工程师，主要从事水利水电工程施工工作。

Zhang Hao,Huang Jinghe

（1.No.3 Engineering Company,No 15 Engineering Bureau of China hydropower construction group Xianyang 712000, Shaanxi；2.Shaanxi provincial water resources group Ltd.Xi'an 710000,Shaanxi）