湿陷性黄土地区高含水率土料在均质土坝填筑中的处理措施及应用

湿陷性黄土地区高含水率土料在均质土坝填筑中的处理措施及应用

陆通王维

（宁夏水利水电工程局，宁夏银川750000）

摘要：土料含水率高低直接影响均质土坝坝体填筑质量及施工进度。由于土料天然含水率分布不均、黏粒含偏高、施工区域降水频繁等因素影响，如何很好的解决施工质量、合同工期与施工成本三者之间的矛盾关系关键是要控制土料含水率；根据施工区域实际情况总结了湿陷性黄土地区高含水率土料在均质中的处理措施及应用。

关键词：湿陷性黄土地区；均质土坝；土料含水率；高含水率土料处理措施

1、工程背景

中庄水库为山区丘陵型湿陷性黄土地区水库，坝址区以上流域面积11.5km2，水库设计总库容2533万m3，属中型水库，大坝为均质土坝，总库容2533万m3，建筑物级别为3级，相应的洪水标准为100~50年一遇设计，2000~1000年一遇校核，考虑水库流域面积和洪水量小的特点，水库大坝设计洪水标准取50年一遇，校核洪水标准取1000年一遇。

项目区属温带半干旱气候区，属于典型的大陆性气候，年均气温6.1℃。年内气温冬季寒冷而漫长，春季气温多变，夏季凉爽，秋季降温迅速。极端最高气温34.6℃，极端最低气温-28.1℃；平均风速2.8m/s，冬季以西北风为主，夏季以东南风为主，多年平均最大风速为15m/s。项目区多年平均降水量480mm。降水主要集中在7、8、9三个月。连续最大四个月降水量在6~9月，占年降水量的70%左右，最大降水量出现7、8月份，最小降水量出现在12月份。

2、土料场含水率情况

为全面了解设计提供土料的物理力学特性，便于坝体填筑工作的顺利实施。自2012年至2015年期间先后多次对规划土料场钻孔取样。

根据实验结果，根料场表层土料接近最优含水率，下层土料含水率普遍高于最优含水率，可直接用作坝体填筑料的非常有限，典型的问题是有“储量”，但是无足够可直接上坝填筑料。受土料高含水率限制，造成填筑质量控制难度增大。

造成土料含水率逐年变化较大主要有以下几方面因素：

（1）天气影响。由于2013年5月份至2014年10月份施工区域降水量较多，两年平均累计已经超过600mm，2013年降水影响天数占施工期总天数的48%，2014年降水影响天数占施工期总天数的53.3%，2013年～2015年施工期间发生暴水及强降水8次，暴雪天气2次，频繁降水造成土料场表层2m范围内含水率偏大，且土料场下部含水率也普遍增加。

（2）土料特性因素。料场上层土料为壤土，下层土料黏粒含量较高，局部出现夹层现象。下层黏粒含量较高土料含水量散发较慢。

（3）环境地质因素。库区两岸均为黄土，黄土呈弱透水-微透水。两侧山体在高于水库正常蓄水位处有4处发现有下降泉，受季节影响，属于上层滞水。开采区域高程约为1886～1920m之间，土料场下层土料滞水明显。

3、问题的提出

由于左右岸土料场土料含水率及土质时空分布不均，上层土料含水率较高，中部略高于最优含水率2%～5%，下层土料含水率过高且黏粒含量较高。结合2013年、2014年同期降水对土料含水率变化的影响，控制填筑质量、施工进度及施工成本三者关系的关键是如何控制好坝体填筑料含水率。

4、高含水率土料在均质土坝填筑中的处理措施及应用

针对上述问题施工过程中根据施工进度情况及土料变化情况应地制宜采取合理措施。

（1）土料场翻晒法：利用阳光充足且气温适宜（20℃以上）对含水率接近最优含水率或者高于最优含水率2%以内土料采用挖掘机立采，将高低含水率土料进行掺和翻倒晾晒，堆放至相对平坦开阔区域，利于排水。土料翻倒翻晒时与风向和日照结合，最大限度的降低土料含水率。

该方法适宜土料上下层含水率分布不均，高含水率土料层厚与低含水率土料层厚接近，且上下层土料含水率接近最优含水率，黏粒含量相对较低。其优点是工艺简单快捷，天气良好的情况下施工效率高，投资较低，适宜前期土料场可开采范围大、施工组织有足够合理调配空间及后续坝体填筑面较小的情况下使用。

（2）坝面铧犁翻晒法

水后铧犁翻晒：受降水频繁因素影响，降水后造成1～3天内若不采取相应措施根本无法及时复工，在有限工期内按期保质保量完成合同约定施工内容，必须提高降水后复工效率。及时收集气象部门发布的气象信息，降水前及时对坝体填筑面采用20t振动碾封面碾压处理或者采用低含水率土料进行填筑，能有效避免降水对坝面浸泡，影响坝体填筑质量，做到提前预防；降水后组织人工对填筑面积水部位立即清理干净。降水后复工前对所有填筑面采用环刀法进行检测，检测合格后进行填筑施工。检测不合格的进行坝面拖拉机铧犁翻晒处理，经晾晒区域待含水率降低后重新摊铺碾压。

填筑过程中高含水率土料铧犁翻晒：当土料场填筑过程中土料含水率时空分布不均无法进行调配时，为满足施工强度需要，可充分利用坝体填筑作业面形成流水作业，即翻晒区、进占填筑区、碾压区、检测区，在坝面进行铧犁翻晒。利用当地气候特征，为加快土料含水率降低速度，先行对高含水率铺料区采用20t振动碾碾压一遍，利用土料黏粒含量较高的特点使其粘结，铧犁翻晒后以提高空气接触面积，从而提高含水率降低效率。根据土料粘结情况事宜增加翻晒遍数，保证土料颗粒均匀符合规范要求。

翻晒法适用于土料含水率高于最优含水率6%以内的粉土或3%以内的粘土，且晴天多、气温高、水水少、填筑作业面大能满足流水作业。其优点时工艺简单快捷，天气良好的情况下施工效率高。其缺点是天气要求较高；只能降低含水率、无法解决上坝土料土质的不均匀性；在水季无法迅速整平碾压施工面，受降水影响可能造成增加铧犁翻晒遍数，降低施工效率；施工作业面必须能满足流水作业，否则直接影响施工进度。

（3）坝面掺和法

为节省工程投资，减少弃土开挖量，设计考虑一部分坝体开挖料作为坝体填筑料使用，由于开挖料含水率较高，无法直接作为筑坝材料使用。现场经多方讨论确定利用高位区域低含水率土料与坝基开挖高含水率土料掺和后填筑使用。

现场测定土料含水率情况确定高含水率土料与低含水率土料掺和比例，按比例将含水率较高及较低土料拉运至填筑区域采用挖掘机现场翻倒掺和均匀后作为填筑料使用。该方法适宜现场掺和法适用于同一土料场既有高含水率土料又有低含水率土料，填筑区域面积较大、运输距离相对较近、能够满足流水作业施工的场地条件。

其优点是掺和土料后的土料含水率相对较均匀，充分利用开挖弃料，就地取材。缺点是需有适宜比例的高、低含水率土料，掺和施工效率较低，影响施工进度；不宜用于土质差别较大的土料；时间空间有限，投资较大；不利于坝体填筑质量控制。

（4）制备土牛法（高坡溜土法）

利用地形优势，将高、低含水率土料采用挖掘机立采（高坡溜土）进行制备，降低含水率。其优点是土料开采效率高，适用于不同土质含水率差别较大土料，制备后土料均匀。其施工效率低，场地适应性差。

6、结语

施工过程中受频繁降水降水影响较为严重，但通过不断探索及创新施工工艺，已按期保质保量的完成坝体填筑施工任务，在多方面因素影响下能够顺利完工得益于以下几点：

（1）采用“环刀法”+“核子密度仪”践行压实度检测，提高了检测效率及检测质量，为坝体填筑质量达标设置双保险，确保坝体填筑质量符合设计要求。施工单位自检一次性合格率达到95%以上。经第三方抽测、监理抽检施工质量均达到优良标准。

（2）在施工方法及工艺上应地制宜、合理安排是克服工期紧、土料含水率高、天气影响大灯客观困难条件的重要因素，通过施工方法探索，解决了本项目可用储量不足、坝基高含水率开挖料使用、土料场土料含水率高及土质时空分布不均等问题，确保了坝体填筑质量及施工进度需要。为本地区在今后均质土坝施工中提供相应的参考依据。

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