曾凡杜

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南長沙 410007)

土石壩快速施工綜合技術在竹銀水庫中的應用

曾凡杜

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南長沙 410007)

竹銀水庫地處珠江三角洲，針對工程施工中深淤泥基坑開挖及支護、深基坑防滲處理、長雨季條件下施工、上壩土料含水率調整、質量檢測等方面存在的技術難點，分別采取了薄層置換開挖、塊石擠淤加固邊坡、壩面帷幕灌漿基礎處理、長雨季條件下土壩快速填筑、壓實質量快速檢測等技術應對措施，實現了工程連續(xù)快速施工，12個月內完成壩體填筑，施工質量優(yōu)良。

土石壩;帷幕灌漿;淤泥開挖;基礎處理;快速施工;竹銀水庫

土石壩具有筑壩材料可就地取材、適應地基變形能力較強、對地基要求低、施工工序少且施工技術相對簡單、便于組織機械化快速施工等優(yōu)點，但同時也存在著壩體斷面及填筑工程量大且施工受雨季影響大的不足。在我國南方長雨季條件下采用土石壩壩型時，解決深基坑開挖及支護、安全度汛、基礎防滲、高強度填筑施工、快速質量檢測等方面的技術難題成為保障工程快速施工的關鍵。在珠海竹銀水庫的施工中，采取了一整套針對南方長雨季條件下土石壩施工的技術措施，實現了工程全年連續(xù)快速施工，工程質量優(yōu)良。

1 工程概況

竹銀水源工程位于珠海市斗門區(qū)白蕉鎮(zhèn)孖灣村，主要建筑物包括新建竹銀水庫、2條輸水隧洞、1個提水泵站及管線，另要擴建月坑水庫。竹銀水庫由1座主壩、2座副壩、溢洪道及壩下涵管等組成。主壩長556.5m，最大壩高66 m;1號副壩長435 m，最大壩高56m;2號副壩長210 m，最大壩高48 m。3座壩之間為山體相隔，壩頂高程均為51.6m。壩頂設有防浪墻，墻頂高程52.8 m，3座壩均為土石分區(qū)壩，工程等級為Ⅱ級。大壩上游壩坡分4級，自上而下坡比為1∶2.75～1∶3.25，采用16cm厚現澆混凝土護坡;下游壩坡為1∶2.5～1∶2.75，護坡采用草皮護坡;壩體內設上昂式排水道，下游設堆石排水棱體。

大壩基坑開挖170萬m3，其中主壩基坑淤泥開挖120萬m3;壩體總填筑量為760萬m3，根據原施工進度計劃安排，基坑開挖于2008年12月25日開始，2009年2月中旬完成;壩體防滲土料及非防滲土料填筑從2009年2月13日開始(預留分區(qū)進行基礎防滲施工)，2010年9月底壩體填筑施工全部完成。

由于前期移民征地等原因，工程整體工期滯后約1 a，實際開工時間為2009年10月中旬，總工期維持為22個月不變。

2 庫區(qū)水文、氣象與地質條件

2.1 水文條件

竹銀水庫位于丘陵地帶，庫區(qū)三面環(huán)山，東側、南側山脊較高，西側山脊較低。庫區(qū)山體較為雄厚，植被良好，覆蓋率達到95%左右。水庫積水區(qū)域無大的河流，壩址洪水來源于庫區(qū)洪水，洪水呈現山區(qū)洪水特點，暴漲暴落。壩址徑流由庫區(qū)降雨形成，其時空分布特點與降雨一致，冬春少，夏秋多，汛期較為集中，水庫多年平均來水量為432.30萬m3。

2.2 氣象條件

工程所在地區(qū)降雨充沛，海洋對本地氣候的調節(jié)作用十分明顯，平均年降雨日達130～150天。4—9月為雨季，前期(4—6月)盛吹西南季風，水汽充沛，與南下冷空氣相遇，常出現強降雨過程;后期(7—9月)東南季風占優(yōu)勢，太平洋及南海生成的熱帶氣旋帶來大量水汽，形成強風暴雨。10月至次年3月盛行北風，為旱季。多年平均風速3.1 m/s，多年平均最大風速14.8 m/s。工程所在地區(qū)降雨年內分配不均，冬春少，夏秋多，汛期降雨量集中，4—9月降雨量占年總降雨量的83% ～87%，尤以5—6月降雨量最大，約占年總降雨量的30%以上。多年平均降雨量為2332mm，實測最大24 h暴雨為246.6 mm;降雨年際變化較大，實測年降雨量極值倍比為2.58。

2.3 地質條件

竹銀水庫1號、2號副壩壩基最大開挖深度為5 m，以挖除表層淤泥或淤泥質土及局部粉細砂層為主，壩體利用全風化層或殘坡積層作持力層，可滿足土壩壩基要求。主壩壩址兩側為丘陵山地，左側山頂高程89.3 m，右側山頂高程153.0 m，大壩位于河谷部位，谷底地面平坦。壩址區(qū)具體地層情況可參見文獻［1］。

主壩壩址區(qū)主要工程地質問題是壩基存在厚4.25～14.30 m的軟土層，在長期有壓滲流的作用下，有可能導致壩基集中滲漏加大，產生滲透破壞，危及壩體安全［1］。因此主壩壩基開挖及邊坡支護、基礎處理為保證本工程總工期和安全度汛的關鍵。

3 高含水量深淤泥基坑快速開挖施工

主壩基坑開挖面積約18萬 m2，開挖深度為4.25～15.70 m，基坑開挖總量為120萬m3，其中軟弱淤泥開挖近100萬m3。根據調整后的施工總進度計劃安排，主壩基坑開挖工期為90d。淤泥層為深厚軟弱淤泥，平均含水量為62.38%，最高達92.80%，呈軟塑至流塑狀，開挖施工時極易液化，開挖成本高，嚴重制約工程施工工期，是本工程的第一大難點。

3.1 高含水量深淤泥基坑開挖的難點

a.淤泥層開挖最大深度近16 m，以黏粒為主，局部含貝殼粉細砂層。由于淤泥層含水量極高，開挖時一經擾動即液化，開挖面以外的淤泥受擾動后往開挖面蠕動，施工安全隱患極大［2］。

b.基坑河谷成“U”形，開挖出渣工作面布置困難，同時有幾個工作出渣，出渣道路車流量非常大。

c.河床基坑淤泥層深槽沿上、下游走向，基坑開挖后的上下游最大邊坡高達16 m，保證基坑上下游邊坡安全穩(wěn)定是基坑開挖施工的關鍵。

d.施工強度高，計劃月平均強度在40萬m3以上，施工設備配置多，施工難度極大。

e.施工工期緊張，因主壩基坑開挖是關鍵線路工期，制約后續(xù)基礎處理及壩體填筑施工，是本工程進度控制中最難控制的一道工序。

3.2 高含水量深淤泥基坑開挖的措施

a.由于淤泥覆蓋層滲透系數小，導致淤泥含水量極高，因此開挖前在基坑設置縱橫向開挖先鋒槽，集中降排水，以降低基坑地下水位。先鋒槽降水在本層開挖施工前完成。

b.采取分層開挖下降施工，按－2.5 m、－6.0 m、－9.5 m高程控制開挖層高，確保在開挖下一層之前，該層以上的淤泥已開挖完成，控制開挖層高在3.0 m左右，排除淤泥瞬間液化導致設備及施工人員被淹的隱患。

c.下基坑道路及分層開挖工作面道路均采用石渣置換并固結路基，為施工創(chuàng)造良好的工作平臺，臨時出渣道路寬9 m，保證開挖運輸出渣效率。淤泥開挖施工示意圖見圖1。

圖1 淤泥開挖施工示意圖(單位:m)

d.在下層開挖中，開挖上層出渣道路路基的石渣裝在出渣車后部，使車廂形成密閉體，然后堆裝覆蓋層淤泥。采取了該措施后，避免了淤泥液化后流灑運輸道路、降低運輸工效的問題。

e.在自上而下開挖形成－2.5 m、－6.0 m、－9.5 m高程基面過程中，利用塊石的可透水性，采用擠淤法進行上下游面邊坡固坡開挖，擠壓厚度按1～2 m考慮，塊石(風化石)采用裝載機、挖掘機堆放至開挖坡面上，首先采用挖掘機斗初步擠壓，盡量減小對未觸動淤泥面的擾動;初步擠壓形成設計坡度后，18～20 t碾壓機靜碾擠壓，最終形成上下游－9.5 m高程以上擠壓邊坡。

f.由于基坑－9.5～－15 m高程為淤泥深槽，為避免深槽內淤泥開挖后導致上下游開挖面淤泥往基坑內滑動，提出了在基坑上下游－9.5 m高程坡腳各設置1道攔淤戧堤的施工措施。開挖至－9.5 m高程后，先從左右岸拋填粒徑大于0.5 m的塊石于上下游坡腳處，鋪填厚度根據實際情況在1～2 m范圍，鋪填寬度按10 m考慮，垂直下擠，采用振動碾碾壓，當碾壓層面沉降穩(wěn)定后，從拋石邊緣開挖淤泥，深度控制在2.0m，再拋填塊石(拋填寬度為10 m)并采用振動碾碾壓至沉降穩(wěn)定后，開挖至基底，盡快填塊石至－9.5m高程，形成寬30m以上的拋石戧堤支護。上游面戧堤拋填2次以上，下游面戧堤拋填3次以上。

g.當戧堤坡腳處開挖清基寬度大于20 m時，立即按設計要求采用風化石填筑加寬(拋填寬度為15 m)、加高，分層鋪填厚度0.4 m，20 t振動碾碾壓6遍以上。形成上下游戧堤后，才開始進行基坑內－9.5～－15 m高程淤泥分層開挖。拋石擠淤戧堤施工工序見圖2。

3.3 基坑快速開挖施工的效果

主壩基坑淤泥開挖于2010年1月初開始，3月10日基本完成，月施工強度達60萬m3，比原計劃工期提前了20 d。施工期間受寒潮影響，降雨天數較多，汽車出渣更難。由于充分認識到高含水量壩基淤泥開挖施工的難度并進行了相應的研究，采用了抽槽降水、拋石擠淤固坡、戧堤固坡腳等開挖新工藝，解決了施工中出現的各種難題，為下一步壩基處理、壩體填筑贏得了時間，使工程安全度汛有了保證。

4 壩面帷幕灌漿基礎處理技術

圖2 基坑上下游拋石擠淤戧堤施工工序(單位:m)

4.1 原設計方案

根據主壩壩基存在的主要工程地質問題，首先考慮將淤泥質土及含泥中細砂層全部挖除，使壩基坐落在全風化層上;其次考慮對全風化層以下中透水層進行帷幕灌漿處理，以基巖透水率q≤3 Lu下2～3 m作為下限，灌漿深度9.5～45.1 m，灌漿帷幕平均深約30 m。沿壩基帷幕灌漿軸線開挖灌漿齒槽，齒槽底寬6 m，開挖坡比1∶1，以全風化層下限作為開挖灌漿齒槽開挖底線。

4.2 實際施工進展情況

由于前期移民征地等原因延誤工期，直至2010年3月初，主壩基坑淤泥及中細砂層才基本開挖完成，還需要完成基坑灌漿齒槽開挖、混凝土壓漿板、固結灌漿、帷幕灌漿等工作，需要直線工期50 d以上才能開始基坑填筑施工，此時距汛期僅剩余不到40 d，按正常施工程序施工主壩填筑將無法達到度汛目標高程，基坑將被暴雨淹沒，工期會推后1a以上。

4.3 調整方案

為確保工程度汛安全，建設各方經充分討論并召開專題會研究，提出了取消壩基部位灌漿齒槽開挖及齒槽開挖后的混凝土壓漿板、固結灌漿施工;清基達到設計要求后即開始進行防滲體填筑，力爭在主汛前防滲體填筑至地面以上高程，避免基坑被洪水淹沒。壩基帷幕灌漿在防滲體地面以上壩面上進行，灌漿期間兩側壩體填筑同時進行［1］。

4.4 調整方案的效果

通過對壩基帷幕灌漿處理方案進行調整和優(yōu)化，獲得了主汛前壩體填筑的黃金時間45 d，完成了壩體填筑(主要為防滲體填筑)47萬m3，壩體于5月20日填筑至1.0 m度汛高程，避免了暴雨淹沒基坑的風險。壩基帷幕灌漿施工于2010年7月26日在3.5 m高程壩面開始，9月30日灌漿質量檢查完成，質量滿足規(guī)范要求［3-4］，實現了“壩體填筑進入枯水期全斷面施工”的階段性目標，為竹銀水庫主壩在2011年4月初填筑完成的總體目標打下了堅實基礎。

5 長雨季條件下的壩體快速填筑施工技術措施

根據調整后的總工期安排，2010年3月15日開始壩體填筑，5月底壩體達到度汛高程，7月初壩面達到3 m高程后，進行河床部分基礎處理施工，兩側壩體繼續(xù)填筑上升;10月15日后，壩體填筑至12 m高程以后全斷面填筑施工，汛期總填筑量115萬m3。因此2010年雨季必須進行壩體的連續(xù)填筑施工，才能滿足大壩2011年4月初填筑完成的工程總體目標。

西太平洋形成的臺風經常在工程所在地區(qū)登陸，臺風帶來的降雨量非常豐富，長雨季條件下對土壩施工影響非常大，在土料場規(guī)劃、土料運輸、填筑施工工作面等方面采取了積極應對雨季的施工措施，確保了壩體快速填筑施工。

5.1 料場規(guī)劃措施

做好土料場規(guī)劃是應對長雨季填筑施工的關鍵，具體措施包括:

a.清表。為避免料場植被根系水對土料含水率的影響，料場清表工作需盡早開展，包含清理植被及根系、雜草、孤石等。清表結束后，快速形成完整土料場排水系統(tǒng)，確保短時降雨對土料含水率無明顯影響。

b.料場復查。主要內容包括:①料源的分布、開采及運輸條件;②覆蓋層厚度、料層的地質變化及夾層分布情況;③料場的水文地質條件與汛期水位的關系;④料源的開采范圍、占地面積、棄料數量以及可用料層厚度和有效儲量;⑤土料物理力學性質。通過對幾個方面的復查，確定了汛期以非防滲土料填筑為主、晴好天氣搶填防滲土料的施工規(guī)劃。

c.料場開采規(guī)劃。通過料場復查工作，基本搞清土料的空間分布情況和含水率變化趨勢，確定了不同部位土料分別采用不同的開采方法。

5.2 土料運輸措施

運輸道路為土壩雨季施工的關鍵制約因素之一。施工中安排專人專用設備進行道路養(yǎng)護，對施工區(qū)內14條主要臨時施工道路采取了50 cm石渣硬化路面，路寬按雙車道9 m以上考慮，200 m左右再設置一錯車道，長下坡及轉彎部位設置交通警示牌。安排2輛ZL50裝載機專門進行道路養(yǎng)護工作。

根據填筑施工強度及施工區(qū)內施工道路承載能力，要求運輸設備主要為15～18 t自卸汽車(噸位過小則車輛數量過多影響道路交通，噸位過大則對壩面形成過碾)。

5.3 壩面填筑措施

在竹銀水庫壩面填筑施工過程中，從填筑部位、壩面路口、壩面作業(yè)、施工時段等方面統(tǒng)籌考慮，實現了壩面填筑長雨季條件下連續(xù)高強度施工。

a.填筑部位規(guī)劃。為了增加雨季壩體填筑工程量，壩面填筑部位規(guī)劃為施工的關鍵因素之一。竹銀水庫壩體為土石分區(qū)壩，防滲區(qū)填筑料為全風化土料，非防滲區(qū)可用土料及石渣料。因此，結合天氣特點，雨季壩體填筑施工時，在防滲區(qū)與非防滲區(qū)全斷面齊平施工的大前提下，晴天盡量安排防滲區(qū)施工，陣雨天及短時小雨天安排非防滲區(qū)施工。

b.壩面路口規(guī)劃。由于工程土料場均在庫內及壩體下游面，兩岸為陡峭山坡，無法布置非防滲區(qū)填筑施工道路，非防滲區(qū)填筑道路須經過防滲區(qū)。為實現雨天高強度填筑，結合現場地形，左右岸均布置了跨壩面防滲區(qū)道路，道路盡量遠離壩體與山體結合處，路面臨時鋪設石渣，隨填筑高程變化，雨后對道路石渣集中部位清除，確保防滲區(qū)填筑質量。

c.壩面作業(yè)規(guī)劃。根據工程壩底寬度普遍較寬、壩軸線較長的特點，在壩基部位主要采用垂直壩軸線流水工作段布置，壩中上部按平行壩軸線流水作業(yè)段考慮。根據工程壩體為均質土壩的特點，按“龜背形”進行壩面填筑，以利雨水快速排泄及避免積水，傾斜坡度按2%左右考慮。

d.施工時段規(guī)劃。珠海地區(qū)雨季夜間空氣濕度非常大，連續(xù)降雨后空氣濕度最高達90%以上，經現場試驗，夜間所填土料因水汽凝結可使表層土料含水率提高3% ～5%，對土料碾壓非常不利，容易出現表層彈簧土及振動碾表面附結土等現象。經不斷試驗總結，采取夜間凌晨2時之前鋪土，凌晨2—6時推土機平土，暫不安排碾壓作業(yè)，上午9時后安排碾壓作業(yè)施工，最大程度保證了壩面平整及碾壓質量。

e.雨季壩面作業(yè)。竹銀水庫工地靠近海邊，小區(qū)域氣象比較明顯，因此在施工過程中加強氣象預報工作，提前做好防雨準備，正確掌握雨前停工時機。①根據雨季天氣易突變的特點，考慮合理的推、挖、裝、碾壓設備搭配，雨前對已平整但尚未碾壓的松土層，用平碾快速碾壓形成光面，防止雨水滲透;②防滲體填筑面上的施工機械設備，雨前必須撤離填筑面，停放于非防滲區(qū)或壩外;③雨后按緊排水慢復工的原則施工，一次降雨過后特別是陣雨過后，根據天氣預報，及時組織人員對防滲區(qū)壩面積水進行人工排除，避免雨水全部滲入已壓實土體中。對已壓實的土體，及時對表層含水率超高的土體采用推土機刮除表層3～5cm，再用酒精燃燒法快速檢測土料含水率，以不超過最優(yōu)含水率+3%為宜。對未壓實的土體，因土料含水率偏高，需根據天氣情況，及時進行含水率測定以便下一步工作。

6 土方壓實質量快速檢測方法

竹銀水庫工程壩體土方填筑壓實質量采用壓實度進行控制，即用土體壓實后測得的干密度與同一土料由標準擊實試驗測得的最大干密度的比值來反映壓實的效果，由于料場土料的不均勻性，不同部位的最大干密度相差較大?，F場采用核子密度儀幾分鐘就可得到現場干密度，但一個標準擊實試驗測得土料最大干密度需2～3d，沒有最大干密度值無法很快給出質評結果，影響繼續(xù)施工;因此需要一種適合土料性質多變的壓實質量快速檢測方法，關鍵是快速確定現場土料相對應的最大干密度指標。施工現場主要采用了以下幾種快速測定最大干密度的方法:

a.Hilf三點快速擊實法。Hilf三點快速擊實法為規(guī)范［5］推薦的首選，用此法進行現場檢驗時，不需要測定含水率，僅在測定密度后，用測密度試驗的土樣作3種含水率的擊實試驗，測定3個擊實濕密度，就可以確定填土的壓實度、最優(yōu)含水率與填土含水率的差值。此法的優(yōu)點是能較好地考慮土料壓實性的變化。在壩體填筑過程中，對于壓實性變化較大的黏性土采用此法控制壓實度。

b.相關資料統(tǒng)計法。不均勻土料的性質不同，體現在最大干密度、最優(yōu)含水率均不相同，其他物理指標也有差異。根據此原理，依據土料場復查試驗資料，提前統(tǒng)計形成液限含水率或塑限含水率與標準擊實試驗獲得的最大干密度、最優(yōu)含水率相關關系圖或關系式，供現場質評采用。當現場測得壓實后土體的干密度時，同時也測得液限含水率，根據該液限含水率，通過已有的相關關系圖或關系式獲得該土料的最大干密度、最優(yōu)含水率，與現場測得的干密度和含水率相比較，即可得到質評結果［6］。

c.多點移動平均值法。在料場復查及填筑施工過程中，對即將開采上壩填筑的土料分別取一定組數的土樣，進行標準擊實試驗，測得土樣的最優(yōu)含水率、最大干密度，按土樣測試日期和部位記入表格并取平均值，作為測得現場干密度同樣土料的最大干密度指標，現場干密度與最大干密度之比大于或等于壓實度，則合格。依此類推，施工過程中連續(xù)從料場取樣進行標準擊實試驗，將結果按順序列在表格中，刪除先前最早的數據，補充新測的最大干密度，以同樣的組數移動平均，得到一個不斷隨土料變化而變化的最大干密度，并以日常工作面的土樣標準擊實試驗對最大干密度進行實時修正調整。這樣，只要測得現場干密度即可作出質評結果，此方法在土料性質不均勻但相對穩(wěn)定時采用。

竹銀水庫壩體填筑過程中，在嚴格執(zhí)行設計要求及規(guī)范的前提下，在土料壓實質量檢測環(huán)節(jié)中做了大量的工作，采取了以上3種操作性強且簡便的快速檢測方法，使得工作段壓實質量檢測工序時間控制在1 h之內，從而縮短了土方填筑的循環(huán)作業(yè)時間，實現填筑快速施工。

7 結語

通過采取基坑開挖、基礎處理、雨季快速填筑施工、壓實質量快速檢測等一系列的綜合施工技術措施，珠海竹銀水庫在12個月內完成了760萬m3的壩體填筑施工，工程于2011年4月全部完工并提前參與了珠海供水系統(tǒng)的調咸蓄淡任務，結束了珠澳兩地冬季咸潮期喝咸水的歷史，對保障澳門、珠海供水安全等發(fā)揮了重要作用。

工程運行1a多時間以來，從目前掌握的觀測數據看，壩體仍處于沉降發(fā)展過程中;水庫的滲漏水量及沉降值均遠小于設計及規(guī)范要求，工程質量良好。

［1］曾凡杜.壩面帷幕灌漿技術在竹銀水庫主壩壩基處理中的應用［J］.水利水電科技進展，2011，31(6):55-58.(ZENG Fandu.Application of dam surface curtain grouting technology in foundation treatment in main dam of Zhuyin Reservoir［J］.Advances in Science and Technology of Water Resources，2011，31(6):55-58.(in Chinese))

［2］黃獻新.灘坑水電站面板堆石壩筑壩新工藝［M］//土石壩技術2007年論文集.北京:中國電力出版社，2007:148-155.

［3］SL62—1994 水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范［S］.

［4］DL/T5148—2001 水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范［S］.

［5］DL/T5129—2001 碾壓式土石壩施工規(guī)范［S］.

［6］郭慶國，蔡長治.土石壩建設實用技術研究及應用［M］.鄭州:黃河水利出版社，2004.

Application of comprehensive technology of rapid construction of earth-rockfill dams in Zhuyin Reservoir

ZENG Fandu(Sinohydro Bureau8Co.，Ltd，Changsha410007，China)

The Zhuyin Reservoir is located in the Pearl River Delta.With regard to the technical difficulties in excavation and support of the foundation pit with deep and thick mud，anti-seepage treatment of a deep foundation pit，construction long rainy season，adjustment of water content of dam materials，as well as quality testing and control during its construction，some countermeasures such as excavation by replacing the thin unqualified layer with backfilling materials，stabilization of the slope by squeezing silt with riprap，foundation treatment at the dam site，rapid filling of an earth dam over the long rainy season，and quick quality tests have been adopted.The project achieves continuous and quick construction，and the filling work for the dam was completed within 12 months.The construction quality is satisfactory.

earth-rockfill dam;curtain grouting;silt excavation;foundation treatment;rapid construction;Zhuyin Reservoir

TV52

B

1006-7647(2013)02-0068-05

10.3880/j.issn.1006-7647.2013.02.015

曾凡杜(1980—)，男，廣西昭平人，高級工程師，主要從事工程管理及水工結構設計工作。E-mail:20321955@qq.com

2012-05-18 編輯:熊水斌)