丁海龍，段延旗

(中國水電基礎局有限公司，成都，610213)

金澤水庫工程堤防填筑施工技術

丁海龍，段延旗

(中國水電基礎局有限公司，成都，610213)

金澤水庫為Ⅱ等工程，庫區(qū)大堤全長約9.3km，采用分層碾壓的筑堤工藝，設計壓實度指標98%。大堤施工工程量大，技術指標高，受天氣影響大，施工存在較大的難度，施工中采用多種措施保證堤防填筑施工質量。

金澤水庫 高含水率 堤防 碾壓 填筑

1 工程概況

金澤水庫工程位于上海青浦區(qū)金澤鎮(zhèn)，黃浦江上游太浦河北岸，水庫設計總庫容910萬m3，為II等工程。環(huán)庫大堤設計采用均質碾壓土壩，總長度約9.3km。堤防填筑土源含水率高，設計壓實度要達到98%，施工中采用多種措施保證堤防填筑施工質量。

1.1 地質條件

根據地質勘察單位勘察結果，擬建場區(qū)分布有：第②1層灰黃色粉質粘土，灰黃色、褐黃色、灰褐色，層面標高4.26m～1.64m，厚度1.22m；第③層灰色淤泥質粉質粘土夾粘質粉土，層面標高約3.76m～0.14m，厚約1.68m，含少量的云母屑，夾薄層狀粘質粉土、土質不均，流塑狀態(tài)，高壓縮性；第⑥1層暗綠～灰黃色粉質粘土，暗綠色、灰黃色、灰綠色，層面標高約2.26m～-2.13m，厚約5.35m，切面光滑含少量云母屑及貝殼碎片，硬～可塑狀態(tài)，中等壓縮性；第⑥2層灰色砂質粉土，層面標高-1.47m～-6.90m，厚度1.90m～16.20m，夾較多粘性土薄層，該層不穩(wěn)定，受古河道的切割而缺失；第⑦層灰黃色砂質粉土：灰黃色、灰色，層面標高約-30.32～-38.55m，層厚約7.59m，夾薄層粘性土，含云母，中～密實狀。

1.2 氣象狀況

工程區(qū)域位于北亞熱帶東亞季風盛行的地區(qū)，氣候溫和濕潤，雨量充沛，金澤站多年平均雨量為1136.8mm(1965年～2003年)，年平均降雨日在134.8d左右，其中汛期(5～9月)降水量占全年的58%以上，年降雨量最多為1993年1546.3mm；月降雨量最多為1999年6月為686.6mm；最大日(24h)降雨量為1962年9月6日達到了203.3mm。

1.3 設計要求

設計要求填筑土料粘粒含量10%～35%，塑性指數7～20，滲透系數不大于1×10-4cm/s，堤身壓實度不小于98%。

2 碾壓試驗

2.1 試驗目的

根據合同文件規(guī)定的壓實機械、料源，擬在施工現場根據不同的碾壓技術參數進行填筑料的碾壓試驗，研究填筑工藝，通過試驗達到以下目的：

(1)核實填筑土料室內擊實試驗結果的合理性；

(2)檢查壓實機具的性能是否滿足施工要求；

(3)通過生產性測試試驗，選定合理的施工壓實參數：鋪土厚度、含水量的適宜范圍、壓實遍數；施工機械、設備的施工工藝參數；從所有試驗參數中選取最優(yōu)組合參數，滿足設計技術要求的壓實度標準；

(4)運輸、攤鋪和碾壓機械的協調和配合。

2.2 料源選定

土源選擇應滿足以下要求：

(1)淤泥質土、雜質土、凍土、膨脹土、分散性粘土等特殊土料等不得使用；

(2)清除表層不滿足堤防填筑土質后，對滿足堤防填筑的土層進行土質相關性檢測。根據土質檢驗結果，制定相應的技術措施，如含水量偏高，可采用翻松晾曬或摻入石灰改良等措施；如遇填料含水量偏低，可采用預先灑水潤濕等措施。

2.3 試驗場地規(guī)劃

選擇試驗場地尺寸30m×22.5m，占地面積675m2。根據含水率的不同分為三個試驗區(qū)域，每個試驗區(qū)域依據鋪土厚度的不同劃分為三個試驗段，每個試驗段根據碾壓遍數的不同分為三個試驗單元。試驗場地規(guī)劃及分區(qū)布置如圖1所示。

說明：

1.根據含水率的不同分三個試驗區(qū)域，每個實驗區(qū)域依據鋪土厚度的不同劃分為三個實驗段，每個試驗段根據碾壓變數的不同分為三個試驗單元；

2.Ⅰ表示試驗一區(qū)，Ⅰ-1表示試驗一區(qū)第一段，Ⅰ-1-1表示試驗一區(qū)第一段的第一單元。

圖1 試驗場地規(guī)劃及分區(qū)布置

2.4 試驗參數

本土方碾壓試驗按照機械碾壓，將碾壓試驗區(qū)分為3個試驗區(qū)，9個試驗段，27個試驗單元。對應不同的碾壓遍數(共3種：N6、N8、N10)、不同的含水率(共3種：W1、W2、W3)和不同的鋪土厚度(25cm、30cm、35cm)，3個不同碾壓遍數、同一鋪土厚度、同一含水率的試驗組作為一個試驗單元。

表1 碾壓試驗組合

采用進退錯距法碾壓，首先在試驗一區(qū)一段鋪一層含水率約15%～18%的土料，25cm厚，先靜壓2遍，再對Ⅰ-1-1、Ⅰ-1-2和Ⅰ-1-3三個試驗單元分別振動碾壓4、6、8遍，累計碾壓6、8、10遍后，分別取樣12組做干密度試驗；然后在試驗一區(qū)二段鋪同一含水率土料，30cm厚，累計碾壓6、8、10遍后，再分別進行取樣試驗；最后在試驗一區(qū)三段鋪同一含水率土料，35cm厚，累計碾壓6、8、10遍后，再分別進行取樣試驗。同理，按上述方法分別在試驗二區(qū)、試驗三區(qū)進行含水率范圍18%～20.5%和20.5%～23%的土料碾壓試驗。

2.5 試驗數據采集

2.5.1 鋪層厚度與碾壓沉降測量

采用精密水準儀進行測量，測點間距為平行碾壓行走方向2m，垂直碾壓行走方向2.5m。鋪料前測量碾壓場基層高程，鋪料后測量土料層頂面高程，求出鋪層厚度，鋪層厚度誤差宜控制在5%左右；每碾壓2遍測量土料層頂面高程，求出碾壓沉降量，沉降測量精度為1mm。

2.5.2 干密度檢測

終碾后每試驗單元各取樣數應達4組，采用環(huán)刀法取樣，測定干密度值。

2.5.3 含水率試驗

碾前、碾后每場各進行4點含水率測定，共計8點。

表2 各試驗單元壓實度測定統計

2.6 試驗結果

通過試驗數據計算分析得出以下結論：

(1)每個單元每層攤鋪和碾壓時間約為10h，考慮施工進度和天氣原因，確定碾壓作業(yè)在白天進行，待碾壓結束時及時取樣檢測，且對當班作業(yè)完成的區(qū)域進行覆蓋；

(2)通過實驗數據分析，在保證質量的前提下，優(yōu)先考慮采用的碾壓施工參數組合方式為：土料含水率范圍20.5%～23%、攤鋪厚度35cm、碾壓遍數采用8遍；

(3)通過數據分析備用(在氣溫較高或大風天氣含水率損失較快的情況啟用)參數組合為：土料含水率范圍18%～20.5%、攤鋪厚度30cm、碾壓遍數8遍。

3 施工質量控制要點

3.1 施工機具及施工參數選擇

根據碾壓試驗結果，本工程土方碾壓合理設備配置為：每施工班組配置推土機1臺、土方運輸車輛4臺、挖掘機4臺、旋耕機1臺、20t振動碾1臺；施工過程中配置多組同時施工。施工參數組合為：土料含水率20.5%～23%、攤鋪厚度35cm、碾壓遍數采用8遍。

3.2 填筑土源控制

根據設計要求，填筑土采用②1層粉質粘土(褐黃-灰黃色)、⑥1層粉質粘土(暗綠-草黃色)、⑥3-1層粉質粘土(灰色)，不得采用淤泥質土。采取措施嚴格控制填筑土的含水量。

本工程大堤壓實度要求高，項目部從源頭抓起，首先做好筑堤土源的管理工作，根據設計要求，筑堤土源必須采用②1層或⑥1層粉質粘土，項目部邀請地質勘探部門專家來現場交底這兩種土層的識別方法，確保筑堤土源的正確識別。根據總體土方平衡及地質勘探報告，②1層位于淺層，且分布零散，與其他土層混雜，施工難度大，質量不易保證，⑥1層粉質粘土平均位于-0.3m以下，層厚7m～9m，經項目部研究決定，大堤筑堤土源全部采用⑥1層粉質粘土。庫區(qū)封閉后，根據土方規(guī)劃，按100m×100m劃分方格，修筑施工便道及開挖排水溝，將表面浮泥清除并開挖至-0.5m，對外露的土質天然含水率進行檢測。經檢測，排水良好的地塊土質天然含水率平均為24.2%，根據碾壓試驗結果，天氣晴好的狀況下，可直接開挖上壩，經過開挖、運輸、攤鋪、整平等工序，含水率基本能控制在最佳含水率范圍內，適于碾壓成型。

3.3 含水率控制

土料開采前期，提前5d～7d采取降排水措施，在取土區(qū)兩側各挖一道排水溝，深0.8m～1m，利用排水溝自然坡降排水，降低土料的天然含水率。

用于筑堤的土料在取土場要提前進行含水量檢測，土料上堤后如含水量仍偏大，土料攤鋪后應進行翻曬，使土料的含水量保持均勻。

大堤填筑適逢雨季施工，受天氣影響大，土料含水量偏大且不易控制，針對這一難點，項目部多次邀請各方專家召開專題研討會，確定解決方案：①做好土源排水工作；②做好壩面的排水工作，兩側開挖排水溝，堤身填筑時，形成2%～3%的橫坡，以利排水，每層筑堤土方均采用平地機進行整平，防止堤身表面坑洼不平，雨后堤身受積水浸泡；③雨季施工，加大機械設備投入，縮短工作面長度，盡量不超過100m，及時攤鋪、碾壓成型，縮減施工時間；④密切關注天氣情況，雨前已鋪土路段盡快完成碾壓，未來及碾壓路段采用雨布覆蓋，疏通排水溝，并將料場土源開挖后打堆，采用雨布覆蓋，雨后可及時恢復施工；⑤嚴格執(zhí)行雨后復檢制，雨后堤身填筑前，對下承層壓實度進行復檢，不合格及時進行復壓，因多日降雨造成土層含水率偏大，復壓多遍仍無法合格時，采用鏵犁將該段土層全部翻開進行翻曬，含水率適中時重新進行碾壓，直至合格。

3.4 其他參數控制

當底部的開挖寬度和深度達到設計要求并經過監(jiān)理工程師確認后，采用壓路機對換填面進行壓實，當含水量不佳時，灑水或晾曬加灰后保證壓實效果。按驗收標準要求作堤身填前壓實檢查，壓實合格并經監(jiān)理審定后，方可進行合格料的回填。基面驗收合格后應抓緊進行填筑施工，若不能立即施工，做好基面保護，復工前應再檢驗，必要時重新清理。采用旋耕機進行顆粒破碎，保證土源粒徑滿足碾壓要求。控制土料含水率，保證含水率在最佳含水率±2%范圍內。含水率適中時，采用平地機進行精平，以保證堤身表面平整度。嚴格按碾壓試驗段確定的碾壓工藝及時進行碾壓，防止表面土料含水率變化較大，一次成型。

3.4.1 堤身填筑施工程序

下承層準備→下承層刨毛→料場挖掘機裝土→自卸車運土上壩→自卸車卸土→推土機推平→含水量檢測→翻曬→平地機精平→碾壓→質檢→進行下一層施工。

(1)施工前對下承層進行檢查，如雨后或因故停工，則需對下承層進行復壓；

(2)采用旋耕機對下承層進行刨毛，刨毛深度不小于5cm；

(3)采用挖掘機裝車，土方自卸汽車運輸上壩，采用后退法，自卸汽車在碾壓完成的堤身上行駛，運輸效率較高；

(4)推土機推平，推平過程中控制鋪土厚度，施工過程中安排人員進行檢查，以免造成返工；

(5)采用酒精燃燒法對土料含水率進行快速、高效檢測，測量精度可以滿足施工要求，如含水量過大，則進行翻曬處理，根據氣溫及日照條件，可采用旋耕機或后置懸掛鏵犁進行翻曬，直至含水量符合要求；

(6)采用平地機按照高程、坡度等要求進行平整，并經測量復核；

(7)按照碾壓試驗段確定的碾壓參數采用進退錯距法進行碾壓；

(8)碾壓完成后，進行含水量、壓實度等要求進行檢測，合格后方可進行下道工序施工。

3.4.2 堤身填筑應符合以下要求

(1)堤壩填筑回填粘性土，不得采用淤泥質土，嚴格控制填筑土的含水量，土中不得含有淤泥、植物根莖、垃圾等雜物，雨天嚴禁回填土施工，并做好臨時排水措施；

(2)設計預留沉降拋高18cm，以防止堤頂高程不足；

(3)填筑必須分層回填、分層碾壓、分層檢測，若檢測不合格，則將該不合格層翻挖晾曬后重新碾壓、再檢測，直到合格后方可進行下一層施工；

(4)每層填筑寬度宜比設計值寬0.5m～1.0m，待堤身全部填筑完成后修坡；

(5)地面起伏不平時，應按水平分層由低處開始逐層填筑，不得順坡鋪填；

(6)機械作業(yè)分段作業(yè)面的最小長度不應小于100m；

(7)作業(yè)面應分層統一鋪土，統一碾壓，并配備人員或推土機具參與整平作業(yè)，嚴禁出現界溝；

(8)在新層鋪料前，應對壓光層面作刨毛處理。填筑層檢驗合格后因故未繼續(xù)施工，因擱置較久或經過雨淋干濕交替使表面產生疏松層時，復工前應進行復壓處理。

3.4.3 堤身碾壓施工符合以下規(guī)定

(1)碾壓機械行走方向應平行于堤軸線；

(2)相鄰作業(yè)面碾壓搭接寬度，平行于堤軸線方向不小于50cm，垂直于堤軸線方向不小于3m(見圖2所示)。

圖2 土方填筑錯距碾壓方式示意

(3)振動碾壓作業(yè)，宜采用進退錯距法；

(4)機械碾壓時應控制行車速度，行駛速度不應超過4km/h，并應定期檢查振動碾的工作性能；

(5)各段碾壓應設立標志，以防止超壓或漏壓。

3.4.4 其它規(guī)定及要求

(1)堤身全斷面填筑完成后，做整坡壓實及削坡處理，并對堤身兩側護堤地面的坑洼進行鋪填和整平；

(2)壩身與混凝土結構物相接時，施工時應符合下列要求：①建筑物周邊回填土方，宜在建筑物強度達到設計強度50%～70%的情況下施工；②填土前，應清除建筑物表面的乳皮、粉塵及油污等，對表面的外露鐵件(如模板對拉螺栓等)宜割除，必要時對鐵件殘余露頭需用水泥砂漿覆蓋保護；③填筑時，須先將建筑物表面濕潤，邊涂泥漿、邊鋪土、邊夯實，涂漿高度應與鋪土厚度一致，涂層厚宜為3mm～5mm，并應與下部涂層銜接，嚴禁泥漿干固后再鋪土夯實；④建筑物兩側填土，應保持均衡上升，貼邊填筑宜用夯具夯實，鋪土層的厚度適當減薄，宜為150mm～200mm。

4 結語

金澤水庫工程堤防施工工程量大，技術指標高，通過試驗選擇合理的施工參數，過程中分析控制關鍵因素，采用酒精燃燒法快速檢測土料含水率，計算壓實度，大大提高堤身填筑成功率，堤身填筑質量優(yōu)良，達到了設計要求，為高含水地層碾壓施工積累了經驗。

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