金泽水库工程堤防填筑施工技术

时间：2024-07-28

丁海龙，段延旗

(中国水电基础局有限公司，成都，610213)

金泽水库工程堤防填筑施工技术

丁海龙，段延旗

(中国水电基础局有限公司，成都，610213)

金泽水库为Ⅱ等工程，库区大堤全长约9.3km，采用分层碾压的筑堤工艺，设计压实度指标98%。大堤施工工程量大，技术指标高，受天气影响大，施工存在较大的难度，施工中采用多种措施保证堤防填筑施工质量。

金泽水库高含水率堤防碾压填筑

1 工程概况

金泽水库工程位于上海青浦区金泽镇，黄浦江上游太浦河北岸，水库设计总库容910万m3，为II等工程。环库大堤设计采用均质碾压土坝，总长度约9.3km。堤防填筑土源含水率高，设计压实度要达到98%，施工中采用多种措施保证堤防填筑施工质量。

1.1 地质条件

根据地质勘察单位勘察结果，拟建场区分布有：第②1层灰黄色粉质粘土，灰黄色、褐黄色、灰褐色，层面标高4.26m～1.64m，厚度1.22m；第③层灰色淤泥质粉质粘土夹粘质粉土，层面标高约3.76m～0.14m，厚约1.68m，含少量的云母屑，夹薄层状粘质粉土、土质不均，流塑状态，高压缩性；第⑥1层暗绿～灰黄色粉质粘土，暗绿色、灰黄色、灰绿色，层面标高约2.26m～-2.13m，厚约5.35m，切面光滑含少量云母屑及贝壳碎片，硬～可塑状态，中等压缩性；第⑥2层灰色砂质粉土，层面标高-1.47m～-6.90m，厚度1.90m～16.20m，夹较多粘性土薄层，该层不稳定，受古河道的切割而缺失；第⑦层灰黄色砂质粉土：灰黄色、灰色，层面标高约-30.32～-38.55m，层厚约7.59m，夹薄层粘性土，含云母，中～密实状。

1.2 气象状况

工程区域位于北亚热带东亚季风盛行的地区，气候温和湿润，雨量充沛，金泽站多年平均雨量为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，年降雨量最多为1993年1546.3mm；月降雨量最多为1999年6月为686.6mm；最大日(24h)降雨量为1962年9月6日达到了203.3mm。

1.3 设计要求

设计要求填筑土料粘粒含量10%～35%，塑性指数7～20，渗透系数不大于1×10-4cm/s，堤身压实度不小于98%。

2 碾压试验

2.1 试验目的

根据合同文件规定的压实机械、料源，拟在施工现场根据不同的碾压技术参数进行填筑料的碾压试验，研究填筑工艺，通过试验达到以下目的：

(1)核实填筑土料室内击实试验结果的合理性；

(2)检查压实机具的性能是否满足施工要求；

(3)通过生产性测试试验，选定合理的施工压实参数：铺土厚度、含水量的适宜范围、压实遍数；施工机械、设备的施工工艺参数；从所有试验参数中选取最优组合参数，满足设计技术要求的压实度标准；

(4)运输、摊铺和碾压机械的协调和配合。

2.2 料源选定

土源选择应满足以下要求：

(1)淤泥质土、杂质土、冻土、膨胀土、分散性粘土等特殊土料等不得使用；

(2)清除表层不满足堤防填筑土质后，对满足堤防填筑的土层进行土质相关性检测。根据土质检验结果，制定相应的技术措施，如含水量偏高，可采用翻松晾晒或掺入石灰改良等措施；如遇填料含水量偏低，可采用预先洒水润湿等措施。

2.3 试验场地规划

选择试验场地尺寸30m×22.5m，占地面积675m2。根据含水率的不同分为三个试验区域，每个试验区域依据铺土厚度的不同划分为三个试验段，每个试验段根据碾压遍数的不同分为三个试验单元。试验场地规划及分区布置如图1所示。

说明：

1.根据含水率的不同分三个试验区域，每个实验区域依据铺土厚度的不同划分为三个实验段，每个试验段根据碾压变数的不同分为三个试验单元；

2.Ⅰ表示试验一区，Ⅰ-1表示试验一区第一段，Ⅰ-1-1表示试验一区第一段的第一单元。

图1 试验场地规划及分区布置

2.4 试验参数

本土方碾压试验按照机械碾压，将碾压试验区分为3个试验区，9个试验段，27个试验单元。对应不同的碾压遍数(共3种：N6、N8、N10)、不同的含水率(共3种：W1、W2、W3)和不同的铺土厚度(25cm、30cm、35cm)，3个不同碾压遍数、同一铺土厚度、同一含水率的试验组作为一个试验单元。

表1 碾压试验组合

采用进退错距法碾压，首先在试验一区一段铺一层含水率约15%～18%的土料，25cm厚，先静压2遍，再对Ⅰ-1-1、Ⅰ-1-2和Ⅰ-1-3三个试验单元分别振动碾压4、6、8遍，累计碾压6、8、10遍后，分别取样12组做干密度试验；然后在试验一区二段铺同一含水率土料，30cm厚，累计碾压6、8、10遍后，再分别进行取样试验；最后在试验一区三段铺同一含水率土料，35cm厚，累计碾压6、8、10遍后，再分别进行取样试验。同理，按上述方法分别在试验二区、试验三区进行含水率范围18%～20.5%和20.5%～23%的土料碾压试验。

2.5 试验数据采集

2.5.1 铺层厚度与碾压沉降测量

采用精密水准仪进行测量，测点间距为平行碾压行走方向2m，垂直碾压行走方向2.5m。铺料前测量碾压场基层高程，铺料后测量土料层顶面高程，求出铺层厚度，铺层厚度误差宜控制在5%左右；每碾压2遍测量土料层顶面高程，求出碾压沉降量，沉降测量精度为1mm。

2.5.2 干密度检测

终碾后每试验单元各取样数应达4组，采用环刀法取样，测定干密度值。

2.5.3 含水率试验

碾前、碾后每场各进行4点含水率测定，共计8点。

表2 各试验单元压实度测定统计

2.6 试验结果

通过试验数据计算分析得出以下结论：

(1)每个单元每层摊铺和碾压时间约为10h，考虑施工进度和天气原因，确定碾压作业在白天进行，待碾压结束时及时取样检测，且对当班作业完成的区域进行覆盖；

(2)通过实验数据分析，在保证质量的前提下，优先考虑采用的碾压施工参数组合方式为：土料含水率范围20.5%～23%、摊铺厚度35cm、碾压遍数采用8遍；

(3)通过数据分析备用(在气温较高或大风天气含水率损失较快的情况启用)参数组合为：土料含水率范围18%～20.5%、摊铺厚度30cm、碾压遍数8遍。

3 施工质量控制要点

3.1 施工机具及施工参数选择

根据碾压试验结果，本工程土方碾压合理设备配置为：每施工班组配置推土机1台、土方运输车辆4台、挖掘机4台、旋耕机1台、20t振动碾1台；施工过程中配置多组同时施工。施工参数组合为：土料含水率20.5%～23%、摊铺厚度35cm、碾压遍数采用8遍。

3.2 填筑土源控制

根据设计要求，填筑土采用②1层粉质粘土(褐黄-灰黄色)、⑥1层粉质粘土(暗绿-草黄色)、⑥3-1层粉质粘土(灰色)，不得采用淤泥质土。采取措施严格控制填筑土的含水量。

本工程大堤压实度要求高，项目部从源头抓起，首先做好筑堤土源的管理工作，根据设计要求，筑堤土源必须采用②1层或⑥1层粉质粘土，项目部邀请地质勘探部门专家来现场交底这两种土层的识别方法，确保筑堤土源的正确识别。根据总体土方平衡及地质勘探报告，②1层位于浅层，且分布零散，与其他土层混杂，施工难度大，质量不易保证，⑥1层粉质粘土平均位于-0.3m以下，层厚7m～9m，经项目部研究决定，大堤筑堤土源全部采用⑥1层粉质粘土。库区封闭后，根据土方规划，按100m×100m划分方格，修筑施工便道及开挖排水沟，将表面浮泥清除并开挖至-0.5m，对外露的土质天然含水率进行检测。经检测，排水良好的地块土质天然含水率平均为24.2%，根据碾压试验结果，天气晴好的状况下，可直接开挖上坝，经过开挖、运输、摊铺、整平等工序，含水率基本能控制在最佳含水率范围内，适于碾压成型。

3.3 含水率控制

土料开采前期，提前5d～7d采取降排水措施，在取土区两侧各挖一道排水沟，深0.8m～1m，利用排水沟自然坡降排水，降低土料的天然含水率。

用于筑堤的土料在取土场要提前进行含水量检测，土料上堤后如含水量仍偏大，土料摊铺后应进行翻晒，使土料的含水量保持均匀。

大堤填筑适逢雨季施工，受天气影响大，土料含水量偏大且不易控制，针对这一难点，项目部多次邀请各方专家召开专题研讨会，确定解决方案：①做好土源排水工作；②做好坝面的排水工作，两侧开挖排水沟，堤身填筑时，形成2%～3%的横坡，以利排水，每层筑堤土方均采用平地机进行整平，防止堤身表面坑洼不平，雨后堤身受积水浸泡；③雨季施工，加大机械设备投入，缩短工作面长度，尽量不超过100m，及时摊铺、碾压成型，缩减施工时间；④密切关注天气情况，雨前已铺土路段尽快完成碾压，未来及碾压路段采用雨布覆盖，疏通排水沟，并将料场土源开挖后打堆，采用雨布覆盖，雨后可及时恢复施工；⑤严格执行雨后复检制，雨后堤身填筑前，对下承层压实度进行复检，不合格及时进行复压，因多日降雨造成土层含水率偏大，复压多遍仍无法合格时，采用铧犁将该段土层全部翻开进行翻晒，含水率适中时重新进行碾压，直至合格。

3.4 其他参数控制

当底部的开挖宽度和深度达到设计要求并经过监理工程师确认后，采用压路机对换填面进行压实，当含水量不佳时，洒水或晾晒加灰后保证压实效果。按验收标准要求作堤身填前压实检查，压实合格并经监理审定后，方可进行合格料的回填。基面验收合格后应抓紧进行填筑施工，若不能立即施工，做好基面保护，复工前应再检验，必要时重新清理。采用旋耕机进行颗粒破碎，保证土源粒径满足碾压要求。控制土料含水率，保证含水率在最佳含水率±2%范围内。含水率适中时，采用平地机进行精平，以保证堤身表面平整度。严格按碾压试验段确定的碾压工艺及时进行碾压，防止表面土料含水率变化较大，一次成型。

3.4.1 堤身填筑施工程序

下承层准备→下承层刨毛→料场挖掘机装土→自卸车运土上坝→自卸车卸土→推土机推平→含水量检测→翻晒→平地机精平→碾压→质检→进行下一层施工。

(1)施工前对下承层进行检查，如雨后或因故停工，则需对下承层进行复压；

(2)采用旋耕机对下承层进行刨毛，刨毛深度不小于5cm；

(3)采用挖掘机装车，土方自卸汽车运输上坝，采用后退法，自卸汽车在碾压完成的堤身上行驶，运输效率较高；

(4)推土机推平，推平过程中控制铺土厚度，施工过程中安排人员进行检查，以免造成返工；

(5)采用酒精燃烧法对土料含水率进行快速、高效检测，测量精度可以满足施工要求，如含水量过大，则进行翻晒处理，根据气温及日照条件，可采用旋耕机或后置悬挂铧犁进行翻晒，直至含水量符合要求；

(6)采用平地机按照高程、坡度等要求进行平整，并经测量复核；

(7)按照碾压试验段确定的碾压参数采用进退错距法进行碾压；

(8)碾压完成后，进行含水量、压实度等要求进行检测，合格后方可进行下道工序施工。

3.4.2 堤身填筑应符合以下要求

(1)堤坝填筑回填粘性土，不得采用淤泥质土，严格控制填筑土的含水量，土中不得含有淤泥、植物根茎、垃圾等杂物，雨天严禁回填土施工，并做好临时排水措施；

(2)设计预留沉降抛高18cm，以防止堤顶高程不足；

(3)填筑必须分层回填、分层碾压、分层检测，若检测不合格，则将该不合格层翻挖晾晒后重新碾压、再检测，直到合格后方可进行下一层施工；

(4)每层填筑宽度宜比设计值宽0.5m～1.0m，待堤身全部填筑完成后修坡；

(5)地面起伏不平时，应按水平分层由低处开始逐层填筑，不得顺坡铺填；

(6)机械作业分段作业面的最小长度不应小于100m；

(7)作业面应分层统一铺土，统一碾压，并配备人员或推土机具参与整平作业，严禁出现界沟；

(8)在新层铺料前，应对压光层面作刨毛处理。填筑层检验合格后因故未继续施工，因搁置较久或经过雨淋干湿交替使表面产生疏松层时，复工前应进行复压处理。

3.4.3 堤身碾压施工符合以下规定

(1)碾压机械行走方向应平行于堤轴线；

(2)相邻作业面碾压搭接宽度，平行于堤轴线方向不小于50cm，垂直于堤轴线方向不小于3m(见图2所示)。

图2 土方填筑错距碾压方式示意

(3)振动碾压作业，宜采用进退错距法；

(4)机械碾压时应控制行车速度，行驶速度不应超过4km/h，并应定期检查振动碾的工作性能；

(5)各段碾压应设立标志，以防止超压或漏压。

3.4.4 其它规定及要求

(1)堤身全断面填筑完成后，做整坡压实及削坡处理，并对堤身两侧护堤地面的坑洼进行铺填和整平；

(2)坝身与混凝土结构物相接时，施工时应符合下列要求：①建筑物周边回填土方，宜在建筑物强度达到设计强度50%～70%的情况下施工；②填土前，应清除建筑物表面的乳皮、粉尘及油污等，对表面的外露铁件(如模板对拉螺栓等)宜割除，必要时对铁件残余露头需用水泥砂浆覆盖保护；③填筑时，须先将建筑物表面湿润，边涂泥浆、边铺土、边夯实，涂浆高度应与铺土厚度一致，涂层厚宜为3mm～5mm，并应与下部涂层衔接，严禁泥浆干固后再铺土夯实；④建筑物两侧填土，应保持均衡上升，贴边填筑宜用夯具夯实，铺土层的厚度适当减薄，宜为150mm～200mm。