降低大壩防滲體填筑土料含水率的方法總結及土料含水率控制上限探討

1、降低大壩防滲體填筑土料含水率的方法總結及土料含水率控制上限探討摘要：粘土心墻壩在水利工程中利用較廣，其充分利用當?shù)夭牧希偷厝〔模?造價低，施工技術成熟，技術風險、質量風險小，是目前仍廣泛采用的水利工程 壩型。即使某些大型工程的攔河壩采用混凝土壩型、瀝青混凝土心墻堆石壩、混 凝土面板堆石壩，但臨時導流工程中的圍堰也多采用粘土心墻分區(qū)壩。而受不同 地區(qū)氣候限制天然土料含水率會出現(xiàn)增高的現(xiàn)象，因此只有有效降低大壩防滲體 填筑土料含水率才能夠確保大壩防滲體質量。本文結合實踐探討了降低大壩防滲 體填筑土料含水率的方法，以供借鑒。關鍵詞：大壩防滲體；填筑土料；含水率；降低方法一、刖言隨著國家加大對水利基

2、礎設施建設的投入，水利建設工程覆蓋面越來越廣， 工程的施工條件也越來越多樣化。部分工程區(qū)多雨霧、空氣濕度大，天然土料含 水率高，本不適宜建粘土防滲體類壩型，但又受限于地質條件，采用重力壩及其 他非粘土防滲體壩型對地基開挖和處理的技術難度及投資又將增大，從經濟性角 度考慮，采用粘土心墻土石壩相對合理。筆者結合云南省屏邊縣營盤水庫粘土心 墻分區(qū)壩的施工情況，作些總結，以期同行相互學習和參考。二、工程概況屏邊縣營盤水庫總庫容110.58萬m3,為小（1）型水利工程。大壩設計為粘 土心墻風化料分區(qū)壩，壩頂高程1453.4m，最大壩高44.51m，壩頂長133.0m， 寬5.0m。上游坡比為1:2.25

3、，下游坡1:2.01:2.25。心墻由粘土料填筑，壩殼由 板巖、淺變質砂巖風化料填筑。上、下游壩殼料與粘土心墻間設砂、碎石過渡料 各一層，厚度分別為1.5m。（1）氣象條件：屏邊縣營盤水庫工程區(qū)屬低緯度亞熱帶濕潤季風氣候。主要 氣候特征是：冬無嚴寒，夏無酷暑，秋涼濕潤，雨熱同季。年平均降雨量 1638.3mm。多年平均日照時數(shù)1561h,日照百分率35.6%。多年平均相對濕度86%。 多年平均風速1.5m/s，最大風速17.0m/s （出現(xiàn)于1969年4月15日）。常年多吹 東南風，多年平均霧日數(shù)100d。（2）地質條件壩址部位第四系覆蓋層、沖洪積層厚度27m。基巖為寒武系中統(tǒng)田蓬組白云 質灰

4、巖（G2t）、奧陶系下統(tǒng)分鄉(xiāng)組粉砂質板巖（O1f-2）和綠泥板巖（O1f-3）。白云質灰?guī)r（U2t）出露于左岸坡和上游河床段，厚層結構，巖溶發(fā)育，主 要表現(xiàn)為溶溝、溶槽、巖溶塌陷和小型溶洞。溶溝溶槽和溶蝕漏斗多為礫石土充 填。受不同方向溶溝溶槽和層理切割，部分巖體為獨立塊體，開挖易于撬動。大 壩河床部位發(fā)育有溶坑，塌陷，巖溶泉，上游左岸坡存在小型崩落體。河床巖溶 區(qū)表層為沖積物，坑、槽為粘土充填，在水流浸泡作用下，開挖時呈淤泥狀。補 充鉆探探明，強溶蝕深度617m。奧陶系下統(tǒng)分鄉(xiāng)組粉砂質板巖（O1f-2）主要分 布于右岸坡心墻及毗鄰的上下游壩殼區(qū)、左岸坡心墻基礎中下部和下游壩殼區(qū)。 局部夾灰?guī)r

5、透鏡體、風化不均勻條帶。巖層為薄層結構，節(jié)理發(fā)育，巖體疏松。 綠泥板巖（O1f-3 ）分布于河床心墻基礎，河床壩殼料區(qū)及左岸坡，夾白云質灰?guī)r 透鏡體。巖石強度低，長期暴露在大氣中易風化成松散碎片狀，水流浸泡易軟化。根據(jù)施工區(qū)交通條件及建筑材料分布情況以及壩基地質巖性及構造情況，壩 型采用粘土心墻風化料壩較為經濟合理。由于淺變質砂巖，板巖及灰?guī)r互層，加之日照時間少、降雨多等原因，地下水豐富、土石料含水率高，成了壩體填筑施 工中質量控制與進度控制的制約因素。三、土料物理性質常年濕潤的氣候，滋養(yǎng)出茂密的植被，潮濕的土壤。土料場所處位置周邊為 常年流水的溝箐，地層中的孔隙水、毛細水較易于儲存，地下水位

6、較高。以致土 壤天然含水率較高，高達42.0%以上。通過對土料場挖探坑取樣進行試驗，天然 土料主要物理性質試驗成果見表1。表1天然土料物理指標試驗成果表從上表可看出，土料為高液限粉土，除天然含水率遠大于最優(yōu)含水率外，其 他各項物理指標均能滿足防滲體土料的設計規(guī)范要求及該工程壩型的要求。四、降低土料含水率的措施根據(jù)試驗成果及進一步調查了解到的氣候條件，降低粘土料含水率成為壩體 填筑施工進度、質量控制的重點。2016年10月，主汛期過后，根據(jù)勘測設計單位有關專家的建議，在土料場 開挖深達3m以上（局部挖至強風化巖層）的通風及排水溝對土料預先降排水和 風干處理，并采用雨布在降雨前覆蓋，天晴時晾曬的措

7、施，至2017年2月份即 將上壩之前，再次取樣檢測，含水率仍居高不下。檢測結果見表4。表4采取通風排水措施后土料含水率檢測統(tǒng)計表在多霧雨少陽光的情況下，通風排水溝措施并沒有起到全面降低土料含水率 的作用，僅表層0.6m深度內有所降低。2016年12月中旬至2017年2月，偶有 晴天，表層土料在時干時濕的情況下啟發(fā)項目部考慮采取遮蓋措施，便投入費用 6.2萬元購置4000多平米晴綸雨布對土料進行防雨遮蓋。安排5人專門負責天晴 時掀布晾曬，降雨時及時遮蓋。之后分別在2017年1月9日，2017年2月14日， 再次對土料取樣檢測，表面明顯干燥的土料，0.4m以下含水率仍普遍在30%37% 之間。對于

8、2017年5月31日完成壩體填筑封頂?shù)墓?jié)點目標而言，近3萬m-3 土 料的填筑成了施工進度和質量控制的瓶頸。為了獲得有效的降低含水率措施，項 目部提出大棚風干法、烘干法、挖機翻曬法、旋耕機翻曬法進行討論。討論基于 以下三點基本原則。（1）日均開采加工量應達1100m3。（2）客觀的氣候條件、地理條件、地質條件無法改變，必須面對現(xiàn)實。（3）成本投入肯定會超出預算，比正常條件下的以往工程，投入得加大，不 應過多顧慮和比較，當應投入必要費用，但也應相對經濟合理。不論采用何種方法，均需投入1臺1.2m3挖掘機、1臺3.0m3裝載機進行配 合生產。方案比較情況如下表。開采加工方案綜合分析評價表粘土心墻料

9、開采加工合同單價為17.33元/m3,發(fā)包人不增加相應的開采加工 措施費。根據(jù)建設單位提供的氣象預測信息（6月前有一定的晴天可利用），最 終確定采用挖掘機翻曬法就地開挖晾曬。并針對開采加工中存在的問題制定相應 的措施對策。1、為了減少燃油及機械租賃費用，翻曬工作采用2臺小功率挖掘機進行。2、在料場翻曬過的土料含水率降至接近30%時，若壩面待填筑，則運至壩面 攤鋪后后再用20型旋耕機進一步翻曬，通過試驗檢測，可碾壓時再行碾壓。3、平面薄層翻曬每日一次調整為畦垅翻曬每日3次。畦垅翻曬可適當增加翻 曬厚度，提高產量。4、立面開采和平面開采結合，以立面開采為主，根據(jù)開采區(qū)地形，在保證開 挖安全的情況下

10、，盡量增加掌子面高度，擴大立面面積。通過立面開采增大開采 掌子面的日照時間和濾水，加快掌子面水分的分泌和散失。立面表層含水率降低 接近合格上限值時，開采至平緩面攤鋪開進一步晾曬風干，同時讓新揭露的開采 立面暴露在陽光下和空氣中提前濾水和風干。五、土料翻曬效果及填筑含水率控制情況碾壓式土石壩施工規(guī)范(DLT5129-2013)在條文說明部分提出，黏性土 料壩面含水率控制在最優(yōu)含水率的-2%+3%的偏差范圍以內。填筑施工過程中， 1#土料場最優(yōu)含水率按25%控制，壩面碾壓時土料含水率控制上限為28%，2#土 料場最優(yōu)含水率按21%控制，壩面碾壓時含水率控制上限為24%。營盤水庫壩體填筑高峰期為20

11、17年35月，在此期間，填筑至少須達到渡汛 高程，填筑量接近24000m3，實施過程中仍出現(xiàn)不間斷降雨，加之空氣濕度大， 晝夜溫差大，白天翻曬好的土料次日仍出現(xiàn)回潮現(xiàn)象。翻曬至含水率接近可填筑 標準后堆存的土料，即使采用雨布遮蓋，雨后仍出現(xiàn)含水率增大現(xiàn)象，不得不再 次進行12遍翻曬工作，即便如此，多數(shù)填筑土料的含水率仍在29%32%之間， 少有滿足最優(yōu)含率的03%的情況。填筑面碾壓時出現(xiàn)振動碾打滑，碾壓面不平 整，表面出現(xiàn)大量裂紋，有輕微彈簧現(xiàn)象，外觀與大多數(shù)工程的填筑情況存在明 顯差異，引起參建各方高度重視。但通過試驗檢測干密度、壓實度、滲滲系數(shù)， 又能滿足設計要求。施工方根據(jù)經驗，認為將含

12、水率上限放寬至32%不會存在質 量隱患，能滿足設計功能。而設計單位、監(jiān)理單位、建設單位卻認為只能放寬至 28%。由于各方意見不統(tǒng)一，壩體填筑工作時常處于中斷狀態(tài)，壩殼料經常性超 過心墻面35m。至2017年4月28日，壩體僅填筑至1422.0m，距渡汛高程尚 余 13.2m。由于心墻體填筑緩慢，從而導致反濾料、風化料填筑出現(xiàn)誤工情況，運輸車 輛和部分設備時經常出現(xiàn)待工現(xiàn)象。在此情況下，汛期前完成壩體填筑的計劃只 能調整至盡可能填筑至渡汛高程1435.2m (壩頂高程1453.4m)，工期相應作順 延調整。為了滿足渡汛任務，確保壩體填筑質量達到設計的功能目的，施工單位 提出以價值工程理論和可靠度

13、設計方法，對黏土心墻體的質量控制指標進行試驗 和調整。在重點考慮沉降變形量、滲透系數(shù)滿足設計要求的前提下，探索含水率 的控制上限。土料類型為高液限粉土，填筑過程中，開采的土料中含有少量礫石，風化母 巖為粉砂質板巖，土層厚度35m，下部強風化巖體碾壓后呈粉砂狀。參照苗尾 工程碾壓試驗結果及其他有關工程實踐結果，為了珍惜少有的晴好天氣，以保證 質量為前提，提出促進進度的土料開采和填筑含水率控制提議：采用立面開采， 平面翻曬的方式開挖，開挖時深入全強風化層0.3m0.5m，挖取部分硬度低的風 化礫石摻入至土料中；最大壩高44.51m，屬中低壩，建筑物等級為III等，可適當 降低壓實度等質量控制標準，

14、土料含水率上限放寬至最優(yōu)含水率的+6%。建設單 位和設計單位對此提議未作明確表態(tài)也未反對。2017年4月28日后，出現(xiàn)相對 較長的連續(xù)無雨天氣，但對土料連續(xù)翻曬34日，仍難將含水率降至28%以下， 降至30%左右也算不錯，能否填筑至渡汛高程的目標成了參建各方較為擔憂的事。 對此，施工單位依據(jù)想法，翻曬土料時，采用立面開采法將上部土料與下部強風 化巖石混合開挖，填筑時將放寬含水率上限進行填筑：1、填筑過程中，各填筑層含水率上限盡量控制在30%以內。在此情況下，基 本可按照碾壓參數(shù)正常碾壓，滲透系數(shù)、壓實度檢測指標滿足設計要求。2、在能正常進行碾壓的情況下，適當將含水率放寬至32%。為防止碾壓機具

15、 打滑和陷車，甚至在碾壓時將振動頻率適當減小，行走速度適當提高。此種情況 下，偶有部分填筑層壓實度達不到設計指標96%，出現(xiàn)的壓實度最小值為92%， 但滲透系數(shù)全部滿足設計要求。在低檔補壓時若出現(xiàn)打滑沉陷現(xiàn)象，則用快速檔 振動補壓2遍后，質量控制指標基本能滿足設計要求。施工單位冒險采取上述技術措施進行趕工，考慮了以下因素：1、壓實度不夠，碾壓面存在一定的彈性，可能會產生較大的沉降變形。但由 于氣候原因，本期填筑并不能一次填筑封頂，在二期填筑前，壩體自然沉降變形 將趨于穩(wěn)定。2、大壩運行期間，若存在防滲體滲漏，可采取回填灌漿方式進行加固處理。 因壩體相對較小，回填灌漿費用可控制在30萬元以內。2

16、017年5月中旬至6月初，降水相對前期大有減少。在對土料填筑技術參數(shù) 進行適當調整的情況下，填筑進度得到了較大的提高，至6月10日正式進入雨 季時，壩體填筑至1442.2m，超過渡汛高程7m。六、壩體運行監(jiān)測情況壩體填筑至1442.2m后，2017年6月10至2017年12月25日期間，處于 停工狀態(tài)，在此期間，分別在上游壩殼料區(qū)、黏土心墻面、下游壩殼料面各埋設 3個共9個沉降觀測點對壩體變形情況進行觀測，6月勺月底，變形較為明顯， 壩殼料最大達3.5cm，心墻體最大達7.2cm。10月以后，變形減緩，在二期填筑 前，心墻體累計沉降變形值最大為8.1cm。2017年12月25日2018年1月2

17、9日進行壩體二期填筑施工。安全監(jiān)測設 施（測壓管、量水堰、位移觀測樁、水位尺）于2018年7月10日完工，并開始 進行試蓄水工作。完工后立即進行初期監(jiān)測，通過對2018年12月20日前的監(jiān) 測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，壩前最高水位1441.5m時，心墻部位（位于心墻軸線下游側） 沉壓管水位最高為1421.0，低于設計浸潤線相應高程。壩面沉降變形量最大值為 4.4cm。從觀測結果分析，大壩運行穩(wěn)定，滲流量及沉降變形均在安全允許范圍。七、總結與分析1、屏邊縣營盤水庫大壩填筑土料由于特殊的氣候條件以及水文地質條件，防 滲體土料天然含水率較高，將土料含水率通過翻曬降低至施工規(guī)范或設計規(guī)范允 許的范圍較為困難，采用

18、烘干法成本過高，在不利的氣候條件下，采用輪換掌子 面進行立面開采和平面畦垅翻曬的加工方法，開采及加工效率相對高一點，成本 也相對較低。2、在土料含水率較難降低的情況下，針對中低壩可適當放寬含水率上限，在 均勻摻入礫石的情況下，含水率上限可提高至最優(yōu)含水率的6%，最好不要超過 5%。礫石盡量選用硬度低，易壓碎的軟巖。摻量控制在7%以內，結合翻曬均勻 混合。在營盤水庫大壩土料填筑過程中，施工單位基于理論基礎和經驗，對土料填 筑參數(shù)進行了一定的調整，順利完成了渡汛任務。目前壩體運行狀況較為正常， 也說明工程建設過程中施工單位進行的嘗試和取得建設成果可供大家參考。筆者想進一步說明：施工規(guī)范是行業(yè)專家、學者在全國各地水利水電工程建 設施工過程中，以工程質量