均质土坝土料制备及上游坡面砼护坡施工技术

蒲军辉

（中国水电建设集团十五工程局有限公司,陕西 西安 710065）

1 工程概况

甘泉县府村川水库大坝为均质土坝，坝顶高程1044 m，坝顶长度444.8 m，坝顶宽度7 m，最大坝高35 m，最大底宽206 m。大坝上游坝坡1∶3，下游坝坡1∶2.5，坝体土方填筑总量约123万m3，压实度不小于96%。其中大坝上游迎水面高程1021 m～1044 m设计采用5 m×5 mC25 F200 砼面板护坡，面板护坡面积约30150 m2，厚度20 cm。面板下依次铺设第一层20 cm厚度砂反滤层，工程量约6030 m3；第二层30 cm厚度碎石反滤层，工程量约9045 m3；并采用4 cm厚M10 水泥砂浆固坡。

2 均质土坝土料制备施工技术

大坝填筑土料场位于库区上游3.5 km左岸黄土梁峁上，土料场地形狭窄，土料平均开采深度50 m。土场土料主要为Q3黄土、Q2黄土状壤土，以粉粒为主，为低液限粘土。土料天然含水率7.9%，土料含水率远远低于最优含水率16.2%，需要对天然土料采取泡土、开采、补水、翻拌等技术措施，以达到最优含水率，满足土料填筑要求。

2.1 土料制备方案

由于土料场地形以黄土梁峁为主，中上部较为狭窄。因此土料场中、上部采用沟灌法进行泡土施工，待土场随取土开挖面积逐步扩大后，下部采用大面积筑畦法泡土进行施工。

土料制备施工工序包括：清表→修筑畦块→加水泡土→待渗→开采→补水→翻拌→含水率检测→填筑坝体。

2.1.1 清表

土料场表面杂草、石块等采用220 HP推土机推运堆集；树根等采用反铲彻底挖除，挖除深度约1.2 m～2 m。清表废土用1.6 m3反铲挖装，25 t自卸车拉运至附近弃渣场。

2.1.2 泡土用水

泡土用水采用抽取附近河道水，从河道内利用高压水泵抽水，∅108 钢管输水到土料场顶部高位水箱内，然后接引∅110软管自流至下部泡土工作面附近。在∅110 软管上设置支管，并在支管上安设阀门、水表以控制注水量，然后开启支管阀门向各个畦块注水。高位水箱采用20 mm厚的钢板加工而成，水箱尺寸为2 m×2 m×6 m，共布置3 个高位水箱。

2.1.3 沟灌

在顶部地势较为狭窄和坡度较大的地方，采用沟灌法进行泡土施工。沟灌法采用反铲开挖成1.5 m～2 m深沟槽。沟槽断面为矩形，沟槽单宽为1 m～1.5 m，沟槽间距为1 m～1.5 m。沟槽开挖长度根据实际地形确定，一般取10 m～20 m。在开挖沟槽过程中，力求沟槽底部平整。沟槽灌水量根据试验数据计算。开挖沟槽布置见图1。

图1 沟槽布置示意图

2.1.4 修筑畦块

筑畦泡水法采用反铲在每层开采平台上，开挖0.5 m～1 m深方格，形成畦块，畦块的大小根据现场地形、泡水量等因素进行确定。在地势平缓的地方，畦块可大一些，在地势陡的地方，畦块可小一些，每个畦块的面积大致控制在200 m2～400 m2左右。在修筑畦块的过程中，保持畦块底部平整。畦块修筑高度根据泡土土层厚度和配水量来确定，周边土埂的修筑高度一般为1 m左右。筑畦泡水法见图2。

图2 单块畦块示意图

2.1.5 加水泡土

沟槽、畦块修筑完成后，即可根据泡土深度计算该部位的所需加水量，并对沟槽、畦块进行注水。注水过程中，应严格按照水表控制注水量，以确保泡土效果。泡水量按土料需要补充的含水量计算，公式为：泡土水量（m3）=泡土方量（m3）×天然干密度×[最优含水量（%）-天然含水量（%）]+损耗量（m3），损耗量=[渗漏量（m3）+蒸发量（m3）]。

2.1.6 待渗

为了加快畦块内水位下渗速度和深度，减少待渗时间，增强泡土效果，可提前在每个畦块内采用螺旋钻机打下渗孔，下渗孔直径80 mm，深度4 m，间排距2 m×2 m梅花型布置。土料根据泡土试验数据推算开采时间，并采用洛阳铲打探孔，提取土样检测含水率达到要求后方可开采。

2.1.7 土料开采

土料开采时，开采深度根据所探测深度内含水率的合格范围、土料水分下渗深度以及开采设备施工性能确定，土料开采高度每层一般取4 m。

土料开采前采用220 HP推土机推平畦块四周土埂，人工洒水补水，消除土埂干土，确保制备质量。

土料开采时必须保证每层底部同高程，使上、下两层形成一个新的施工平台，便于下层平台进行泡土和开采，每层土料开采完成后，立即进行下层土料泡土，按照上述程序循环作业。

土料开采采用1.6 m3反铲立式开采，开采时使上下层不同含水率、不同成分土料充分翻拌、混合均匀，并随时检测土料含水率，偏低时采用高压水管喷头补水，并采用反铲连续翻拌均匀。阴天和夜晚，使用略低于最优含水量的土料；夏季选用略高于最优含水量的土料。土料开采制备均匀后，采用25 t自卸汽车运输至大坝回填面进行填筑施工。如果经检测拉运至大坝填筑面的局部土料含水率，未达到最优含水率控制范围，可在坝体填筑面再次进行补水，旋耕机翻拌均匀，以满足大坝土料填筑要求。

3 均质土坝上游坡面砼护坡施工技术

3.1 上游坡面砼护坡工程概况

大坝上游迎水面设计采用20 cm厚度C25 砼面板护坡，坡比1∶3，护坡面积约30150 m2。单块砼面板尺寸为5 m×5 m，数量约1206 块。砼面板之间伸缩缝宽2 cm，采用聚乙烯泡沫板填缝。砼护坡面板下铺设20 cm厚度砂反滤层和30 cm厚度碎石反滤层，并采用4 cm厚M10 水泥砂浆固坡。

按照设计要求，上游护坡反滤层各层具体质量指标如下。

第一层砂反滤层：选用黄河壶口砂料，设计厚度20 cm，压实后相对密度不低于0.75 ；级配连续，最大粒径20 mm，D15 粒径范围在0.19 mm～0.25 mm之间，不均匀系数CV＜5，含泥量（粒径小于0.1 mm）小于5%。

第二层碎石反滤层：选用铜川石料场人工掺配灰岩料，设计厚度30 cm，压实后相对密度不低于0.75 ；级配连续，最大粒径50 mm，不均匀系数CV≤8，D 15 粒径范围在1.2 mm～6 mm之间，D90≤40 mm，含泥量（粒径小于0.1 mm）小于5%，设计要求包络线见表1。

表1 碎石反滤料设计要求包络线表

按照建设单位要求和施工总工期安排，大坝上游坡面砼护坡施工工期仅3个月时间，工期很紧。

3.2 施工难点

鉴于大坝上游护坡面板施工工期紧（仅3个月时间）、单块面板（5 m×5 m）数量多（约1206块），面板和下部反滤层斜坡施工质量要求高的客观情况，采用常规办法分仓进行单块砼面板浇筑施工，远远不能满足工期要求。

如何快速进行砂反滤层、碎石反滤层的制备，达到满足质量要求连续级配的合格反滤料，同时满足施工现场摊铺强度要求。在坡比1∶3和高差23 m的斜坡施工条件下，如何快速进行砂反滤层和碎石反滤层的斜坡摊铺、压实施工以达到设计要求的压实指标，并保证坡面平顺度、高程和坡比符合要求，减少固坡砂浆超用量。在斜坡反滤层铺筑完成后，如何及时、快速进行砂浆固坡施工，减少降雨等对斜坡反滤层坡面进行冲刷破坏。在反滤层、砂浆固坡完成后，如何快速进行砼面板护坡施工，保证护坡砼面板的浇筑质量、外观质量和工期要求，是必须解决的难题，通过认真研究，采取以下施工技术将上述问题迎刃而解。

3.3 上游护坡反滤层施工

砼面板护坡面积约30150 m2，而砼面板下的反滤层又是砼面板施工的前提和关键，并制约着面板砼施工进度。因此快速、便捷、安全、高效的进行工程施工，需采取以下技术措施。

3.3.1 砂、碎石反滤层的快速制备

砂反滤层：试验检测人员先在黄河岸边壶口天然砂料场进行砂料天然级配、不均匀系数、含泥量等指标检测，如果天然砂料级配较好，通过筛分剔除超径颗粒，用水力冲洗以保证含泥量合格。如果天然砂料级配较差，可掺加部分粒径的料进行级配调整以满足要求。砂料经筛分、冲洗、掺配合格后拉运至施工现场，从源头上保证砂料的级配、最大粒径、含泥量等要求。

碎石反滤层：同样，试验检测人员先在铜川灰岩人工石料场进行人工碎石级配、最大粒径、不均匀系数、含泥量等指标检测。按照碎石反滤料级配上下包络线、最大粒径、不均匀系数、D15粒径范围1.2 mm～6 mm、D90≤40 mm等指标，进行不同粒径碎石骨料掺配、混合，进行级配调整以满足要求。通过筛分剔除超径颗粒，用水力冲洗以保证含泥量合格。碎石反滤料经筛分、冲洗、掺配合格后拉运至施工现场。

根据实际情况从料场源头上制备级配良好、含泥量符合要求、最大粒径及不均匀系数达标的反滤料，快速进行筛分、冲洗、掺配、混合是保证反滤料施工的前提和保证。

3.3.2 砂、碎石反滤层的斜坡快速摊铺

砂、碎石反滤料加工制备完成后，拉运至施工现场，在上游坡面坡比1∶3 和高差23 m的斜坡施工条件下，采用反铲从坝顶接力挖甩反滤料进入坡面、推土机从上到下推平、人工二次平整的施工方法快速摊铺，并采取测量放样、埋设基准点、挂线控制标高、刮板刮平等控制摊铺厚度和平整度的方法，保证摊铺质量。

3.3.3 砂、碎石反滤层的快速斜坡压实

在坡比1∶3 和高差23 m的斜坡条件下，采取推土机、反铲履带板梯队进行砂、碎石反滤层的斜坡压实，边角部位采用人工夯实的方法，同时采取压实面洒水提高压实效果等措施，快速进行斜坡压实施工，保证了压实指标。

3.3.4 斜坡反滤层的快速砂浆固坡

反滤层压实并经检测合格后，采用溜管输送砂浆、人工摊铺、人工手持刮板刮平等方法及时、快速的进行砂浆固坡施工，防止了降雨对斜坡反滤层坡面的冲刷破坏。

3.4 上游护坡砼面板施工

针对上游护坡砼面板单块浇筑仓面多，工期和外观质量难以保证的实际情况，项目部采用了滑模施工技术，有效解决了护坡砼面板施工问题。采用滑模施工时，先按砼面板设计横向分缝位置每5 m分为1 个条块，然后沿坡面铺设槽钢侧模，并采用坝顶设置的5 t 卷扬机提升滑模桁架，将每条块护坡砼面板从下到上一次整体浇筑成型。每条块砼浇筑完成后，按照从下到上沿斜坡纵向分缝位置及时采用切割机切缝，形成2 cm宽度伸缩缝。

采用滑模施工技术，上游坡面砼共划分了87 个条块，简化了浇筑仓面。单套滑模每条块可一次整体浇筑14 个单块（5 m×5 m）砼面板，用时仅2.5 天。根据工期要求配置了3 套滑模跳仓浇筑，极大地加快了施工进度。采用滑模施工技术，浇筑的护坡砼面板表面光洁、内部密实、平整度好，无错台、鼓包、蜂窝麻面等缺陷，同时加快了施工进度，提前完成了上游护坡砼面板施工任务。

4 结语

延安市甘泉县府村川水库均质土坝土料制备和上游坡面砼护坡施工，通过采取科学合理的施工技术和质量管理措施，不仅解决了土料制备和上游护坡砼施工工期紧、质量要求高的难题，而且优质、高效完成了施工任务，可为西北黄土地区均质土坝施工提供技术参考。