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LOW CARBON WORLD 2022/12论土坝土料施工前期复核工作的重要性杨凤强（元谋县水务局水务建设管理站，云南 元谋 675000）【摘要】土坝是水利工程的一种主要形式，在施工前必须科学进行料场的复核，以保证填筑施工质量达到设计标准，工程安全可靠且经济合理。为解决土坝土料施工前期复核工作出现的问题，以坛罐窑水库心墙石碴坝为例，分析工程中的料场前期复核工作和碾压试验方法，以此论证土坝土料施工前期复核工作的重要性，为相关人员（或工程）提供参考。【关键词】土坝；前期；土料复核【中图分类号】TV541【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2022）12-0085-030引言在土坝工程建设过程中，若堤坝材料中掺杂杂物，导致大坝渗透率升高，会给大坝工程带来裂缝、渗漏、滑坡、护坡破坏、动物破坏（洞穴）等问题，极易引发大坝决口，对下游人民群众的生命财产构成严重威胁1。同时，若大坝出现质量问题，不仅影响大坝的正常运行和经济效益，还会引发一系列的生态环境问题，对社会经济发展产生巨大影响。因此，在水利建设中，加强对工程质量的管理是十分必要的。施工人员要严格执行技术规范，对项目进行质量控制，制订科学的施工计划，确保项目各方面的质量和安全，使项目顺利实施。同时，做好前期的复核工作是极为重要的，复核施工材料，确定料场，进行碾压试验，确定施工时的碾压参数，以保证坝体填筑施工的顺利进行，使坝体防渗效果达到设计要求，更好地服务于人民群众。本文结合元谋县坛罐窑水库拦河坝工程，对土坝的料场前期复核和碾压试验进行分析。1工程概况坛罐窑水库拦河坝设计为心墙石碴坝，坝顶高程为 1 711.5 m，坝顶宽 5 m，长 354.7 m，坝高 42.5 m，黏土回填 6.65 万 m3，石碴回填 29.15 万 m3。大坝施工回填分两期完成，第一期大坝回填为第一年 34 月完成，第一期大坝上游回填至抬头坝设计高程1 702.0 m，抬头坝总回填土石方为 15.5 万 m3。大坝二期回填为第 3 年的 11 月至第 4 年的 4 月底完成，从抬头坝度汛高程回填至坝顶，回填土石方20.3 万 m3。土坝填筑期间平均日填方 5 500 m3，单日最大填方 7 640 m3，因此，土坝填筑施工属于高强度、连续施工的工程。2料场前期复核工作2.1料场地质情况在进行坝体建设之前，施工人员、设计人员应在进入现场后对坝体进行设计、规划，保证坝体结构稳定。料场的水文地质状况、交通和采矿施工条件、工程设计储存量和质量指数决定了土料的质量、储量和开采难度2。料场材料价值需要进行技术和成本分析，除了料场的地形、地质、水文、气象、储量、质量等因素之外，其他施工装备及技术选用都要依照场地实际情况商定。通过对料场大小、层厚、可开采量以及土壤自然含水率等因素的分析，对采场内各种施工机械及施工技术进行开采实验，以计算出水平开采的层间开采深度和开采工作面的高度。2.2料场初勘结果本工程初步设计批复的黏土料场位于坝址北500 1 000 m 的 平 台（三 级 夷 平 面）上，高 程1 6901 728 m，为第四系更新统（Qp）河湖相砖红色、棕色含砾粉质黏土。初勘情况如下：从上至下（平台顶至箐沟底）土层厚度达 25 m，其中，02 m 土层以橘黄、砖红色粉质黏土为主；25 m 土层以棕色、紫灰色含砾 10%25%的粉土、粉砂土为主；510 m 土层为含砾 45%左右的棕色粉质黏土，砾径 110 cm；1020 m 为棕色、棕灰色黏土；2024 m 土层为卵砾石混粉砂土，砾石含量达 70%，粒径为 520 cm；2425 m土层为棕色泥土，局部为基岩。在前期勘察地质时主要是踏勘及探坑取样试验工作，在室内进行土样试验。试验表明，该料场黏土黏粒含量平均值为21.74%，塑性指数平均值为 9.27%，渗透系数为 6.5低碳技术85DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.12.055LOW CARBON WORLD 2022/121071.17108cm/s，天然含水量为 14.2%，内摩擦角为 16.826.3，黏结力为 33.86 kPa48.86 kPa，最大干容量为 1.551.79 kN/m3，各项指标均达规范技术要求。料场土质密实，位置高，两侧沟谷切割，天然降雨难以渗入及储存，特别近几年干旱少雨，含水量极低。2.3料场复核结果坛罐窑水库拦河坝工程施工前，业主、监理和施工单位三方进行黏土料场复核和规划，现场实际丈量料场面积。随后进行开挖、探坑，确定覆盖层厚度、可用土料厚度、复核黏土储量，并在探坑内取土样进行室内击实试验，测定天然含水率及最大干容重。通过开挖的探坑实测，料场覆盖层厚度在 0.5 m 左右，0.51.5 m 以砖红色粉质黏土为主，粉质黏土天然含水量 14.2%，最大干容量 1.75 g/cm3，土料的物理力学指标能满足设计防渗稳定要求。25 m 以橘黄含砾10%25%左右的粉土、粉砂土为主，天然含水量在7%左右，土质密实坚硬，土样无法人工配水，无法进行击实试验。通过对黏土料场的复核，初设批复的料场经过技术经济论证，认为料场砖红色粉质黏土可用土层厚度仅为 1 m，无法进行高强度的施工机械作业，由于橘黄色含砾 10%25%左右粉土、粉砂土的天然含水量在 7%左右，含水量偏低，并且无法进行人工配水，料场土料满足不了大坝心墙防渗要求，需另确定黏土料场。2.4料场更改设计单位在已办理征占地手续的水库淹没线以下的区域内重新勘察选定黏土料场，经勘察选定新增黏土料场与坝址的运距为 3.1 km，土料的各项物理力学指标均能满足设计规范防渗稳定要求，属优质心墙防渗黏土料。该料场黏土储量为 11.17 万 m3，按设计需要的黏土自然方约 8.97 万 m3计算，改料场能满足大坝施工回填需要量。且该料场开采方便，位于水库淹没区补偿范围，可减轻征地困难，减少林地采伐面积，保护水库周边生态环境，是一个具有经济、生态综合效益的可行性方案。通过勘测取样试验，新料场各项指标如下：最大干密度 1.631.73 g/cm3，最优含水率 16.2%23.2%，比重 2.662.77，塑性指数 8.712.8，黏粒含量为16.2%30.78%，渗透系数为 5.31061.6107cm/s，内摩擦角为 23.125.1，黏结力为 26.36 kPa40.21 kPa，压缩系数（0.1 MPa0.2 MPa）为 0.1170.262。据现场勘察结果，施工时将表层根植土剥离，土中有机质含量极低，满足要求，土料中亦未发现易溶矿物，因此水溶盐含量满足要求，pH 也满足要求。各土料的物理力学指标均能够满足设计防渗稳定要求。根据以上要求及实际情况，上报并通过了黏土料场设计变更报告。经过前期料场复核规划后，确定了新料场，之后进行碾压试验3。3碾压试验3.1碾压试验场地及试验方法3.1.1试验场地选择及布置黏土碾压试验场地布置在料场附近，选择长 26 m，宽 18 m 的场地进行铺筑，分 3 块布置。在碾压试验场地用与试验相同的材料分别铺筑 25 cm、30 cm、35 cm 的碾压块，按 2.0 m2.0 m 方格网布置沉降点，并做好标记，便于测量高程。经找平、振动压实，基础的沉降量控制在每碾压一遍不超过 2 mm，试验场地表面不平整度控制在5 cm，然后铺筑黏土料。3.1.2试验方法土料铺完推平测高后，及时用振动碾，以二挡中油门，按照前进后退的碾压顺序，重复碾压 6 遍，交错搭接 20 cm 进行碾压，测量压缩量后，采用环刀法取样。布点测高后，以相同速度按照前进后退的方式重复碾压 2 遍，共计 8 遍，测量压缩量后取样各6 组。然后第 3 次交叉布点，测量压缩量，再以同样的方法碾压 2 遍，共计 10 遍，测量压缩量后取样，继续碾压至 12 遍后测高、取样。黏土料按碾压 6 遍、8 遍、10 遍、12 遍取样控制。另外，在 3 种铺土厚度的 4 种不同碾压遍数上分别做现场试坑注水渗透试验。3.2试验成果分析土料铺土厚度分别为 25 cm、30 cm、35 cm，碾压遍数分别为 6 遍、8 遍、10 遍、12 遍，试验取样干密度、含水率各为 72 组，单环试坑注水渗透试验 12 组，根据所取 72 组含水率，土料含水率接近击实得出的最优含水率。3.2.1碾压遍数与土料压实性关系从黏土碾压试验成果来看，总体规律是干密度随压实遍数的增加而增加。当铺土厚度 H=25 cm 时，碾压 8 遍较碾压 6 遍的干密度增加 4 个百分点，碾压 10 遍较碾压 8 遍干密度增加 1 个百分点，碾压12 遍较碾压 10 遍干密度增加 3 个百分点。虽然干密度与碾压遍数成正比，但在碾压至 10 遍和 12 遍时，土料已出现明显的开裂、起皮等剪切破坏现象4。当铺土厚度 H=30 cm，碾压遍数由 6 遍增加至8 遍时，干密度增加 3 个百分点，此时土料碾压后压低碳技术86LOW CARBON WORLD 2022/12实面呈光亮面且取样时压时效果较佳，表面无分层、开裂等不良现象，现场试坑注水渗透试验结果符合设计数值。土料碾压由 8 遍增至 12 遍时，干密度随碾压遍数增加，而渗透系数随碾压遍数的增加降低，压实面出现明显的剪切破坏。当铺土厚度 H=35 cm 时，干密度随碾压遍数的增加而增加，增加幅度为 1 个百分点，而渗透系数则随碾压遍数增加而降低，呈反比关系。3.2.2土料厚度与压实效果的关系黏土料场土料的试验所选的 3 个铺土厚度（25 cm、30 cm、35 cm），对比相同碾压遍数，如碾压8 遍时，铺土厚度为 30 cm 的干密度平均值较铺土厚度为 25 cm 的干密度平均值有所降低，铺土厚度为35 cm 时所测干密度较铺土厚度为 25 cm、30 cm 时的密度低。对比同一铺筑厚度，碾压遍数由 8 遍升至10 遍取样检测干密度时，土料已出现微剪切破坏现象，在碾压 10 遍后，渗透系数较碾压 8 遍的大，说明选择铺土厚度为 30 cm，碾压 8 遍较为适宜。3.2.3碾压遍数与压缩量的关系从碾压遍数与压缩量的关系可以得出，碾压遍数由 6 遍增至 8 遍时，压缩量还在增大，在此期间碾压遍数与压缩量成正比。由 8 遍增至 12 遍时，铺土厚度为 25 cm 和 30 cm 土料的压缩量已无明显增加，土料出现微弱反弹现象，碾压遍数与压缩量呈反比关系，黏土压缩系数在碾压 8 遍时达到峰值，所以，选择碾压 8 遍是合适的。3.2.4料性分析碾压试验选用的黏土料为土区具代表性的土料，按照设计要求作为黏土防渗首选黏土料，用于大坝心墙填筑，是较理想的防渗土料。3.2.5渗透试验碾压试验时在 3 种不同铺土厚度及不同碾压遍数上进行现场试坑注水渗透试验，共取样 12 组，渗透系数最优值为铺土厚 H=30 cm，碾压 8 遍，测值 K=6.38310-6cm/s。另外在铺土厚度为 30 cm、碾压 8 遍时取样两组进行室内渗透，渗透系数分别为4.42510-7cm/s、2.54510-7cm/s，渗透系数能满足设计防渗要求。3.2.6施工参数选定通过不同碾压参数的黏土料碾压试验资料分析，确定施工参数如下：碾压设备采用碾型 22 震动平碾，碾压 8 遍，铺土厚度控制在不大于 30 cm。含水率 W=19%3，渗透系数 k110-5cm/s，干密度rd1.65 g/cm3。4工程质量控制在坝体填筑施工中，在每层碾压结束后进行质量检测。其中，心墙料室外干容重检测共进行 579组，设计值不小于 1.68 g/cm3，实测最小值为 1.68 g/cm3，最大值为 1.84 g/cm3；含水率检测共进行 579 组，设计值为 20%2%，实测最小值为 15.7%，最大值为22.0%，合格率 99.8%；室外渗透系数检测共进行170 组，设计值不大于 1.010-5cm/s，实测最小值为1.6810-6cm/s，最大值为 8.2110-6cm/s；室内渗透系数检测共进行 78 组，设计值不大于 1.010-6cm/s，实测最小值为 8.1410-8