王 元 印

(中國水利水電第五工程局有限公司 海外事業(yè)部，四川 成都 610066)

1 工程概述

蘇丹上阿特巴拉水利樞紐項(xiàng)目由魯米拉和博達(dá)納兩座大壩及其附屬工程組成，其中博達(dá)納大壩主要由左右岸土堤、左岸土石壩、河床心墻壩及溢洪道組成，樞紐總長(zhǎng)6 615 m。主要工程量包括土石方填筑681萬m3，其中粘土料349萬m3,占整個(gè)土石方填筑量的51.3%，因此，粘土心墻料的制備能力將直接影響到整個(gè)土石壩的填筑施工進(jìn)度。

該工程采用的是目前廣泛運(yùn)用的薄層鋪筑并分層壓實(shí)的碾壓式土石壩。由于防滲土料含水量的高低成為大壩能否快速填筑施工的關(guān)鍵，因此，完善而慎重地進(jìn)行土料特性和生產(chǎn)制備分析就顯得尤為重要，以確保工程填筑施工進(jìn)度不受粘土料生產(chǎn)制備的影響。

2 土料特性

2.1 BU3-QF土料場(chǎng)土料分層及各層料物特性

第一層為高液限、高塑性粘土層，遇水體積會(huì)膨脹，主要為棉土，層厚1～1.8 m(從地表計(jì)算為0～1.8 m段位置) ，呈淺黑色。

第二層為低液限、低塑性土層，主要為砂質(zhì)粉土，層厚1.62～3.5 m(從地表計(jì)算為1.8～4.5 m段位置)，呈淡黃色，較松散干燥。

第三層為高液限、高塑性土層，主要為粉質(zhì)粘土，層厚6.3～7.7 m(從地表計(jì)算為4.5～10.6 m段位置)，呈亮褐色，局部層段含有少量的礫石和鈣質(zhì)結(jié)核，細(xì)粒含量較高。

2.2 技術(shù)規(guī)范要求

第一層棉土與第二層砂質(zhì)粉土的顆粒級(jí)配曲線基本能滿足技術(shù)規(guī)范要求；第三層粉質(zhì)粘土的顆粒級(jí)配曲線整體上細(xì)料含量較高，超出技術(shù)規(guī)范要求，現(xiàn)場(chǎng)通過立面混合開采來滿足級(jí)配要求。

第一層棉土的液限和塑性指數(shù)符合技術(shù)規(guī)范要求；第二層砂質(zhì)粉土與第三層粉質(zhì)粘土的液限和塑性指數(shù)均超出技術(shù)規(guī)范要求；但整個(gè)土料場(chǎng)其液限和塑性指數(shù)均值完全滿足技術(shù)規(guī)范要求?，F(xiàn)場(chǎng)通過立面混合開采能滿足技術(shù)規(guī)范中液限和塑性指數(shù)要求。

根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求，只有第一層棉土滿足技術(shù)規(guī)范要求，第二層砂質(zhì)粉土與第三層粉質(zhì)粘土不能單獨(dú)開采使用，必須通過對(duì)料物進(jìn)行摻配才能滿足技術(shù)規(guī)范要求。

2.3 料場(chǎng)儲(chǔ)量與填筑量對(duì)比

BU3-QF土料場(chǎng)位于距離壩址約1 km的SETIT河右岸上游，距河岸約1.5～2.2 km。地形平坦，原始地面高程為520～522 m，最大高差2 m,根據(jù)野外踏勘作業(yè)，結(jié)合業(yè)主移交的范圍，初步估算該土料場(chǎng)可開采范圍約為107萬m2，土料儲(chǔ)量1 091萬m3，儲(chǔ)量豐富，根據(jù)工程量清單得知粘土料填筑總量為349萬m3，結(jié)合前期圍堰施工經(jīng)驗(yàn)，開采系數(shù)按1.38考慮，共需開采482.31萬m3，開采深度約為4.5 m左右。單層料物儲(chǔ)量不能滿足填筑需求，只有通過多層土料立體混合開采，料物性能和儲(chǔ)量才能滿足要求。

3 理論摻配方案(“干拌法”)

對(duì)土料特性進(jìn)行分析可知，可通過對(duì)各層土料進(jìn)行摻配來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)符合技術(shù)規(guī)范要求的目的。

主要措施是將料場(chǎng)第一層棉土料與第二層砂質(zhì)粉土料摻配，第二層砂質(zhì)粉土與第三層粉質(zhì)粘土摻配，通過前期摻配試驗(yàn)，摻配比例按0.4∶0.6和0.5∶0.5兩種進(jìn)行，即能實(shí)現(xiàn)摻拌料滿足技術(shù)規(guī)范要求。

注：①在第二步驟開挖摻配工序中，需使用反鏟對(duì)各分塊開挖區(qū)域按已確定的開采深度進(jìn)行料物摻配； ②第四步驟筑畦灌水深度約為40 cm，灌水20～30 d(由灌水試驗(yàn)確定)；③第五步驟含水率檢測(cè)中，混合后的土料含水率大于最優(yōu)含水率(擊實(shí)試驗(yàn)確定)3%左右即可；④第六步驟立面混合開采方式每次反鏟開采立面厚度為30～40 cm。

4 “干拌法”存在的問題

在對(duì)BU3-QF土料場(chǎng)已完成的35塊(100 m×100 m)區(qū)域粘土料制備和開采的觀察和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：為保證上壩粘土料完全符合技術(shù)規(guī)范要求，在土料制備前期需投入反鏟將不同土料層的土料進(jìn)行翻拌摻配均勻，兩臺(tái)反鏟的月翻拌摻配能力為3塊，約13.5萬m3，已完成135萬m3。

反鏟翻拌摻配過程中并不能將各層土料完全翻拌摻配均勻，土料存在結(jié)塊現(xiàn)象，在灌水過程中無法保證水的滲透率一致，灌水區(qū)域排水后發(fā)現(xiàn)局部含水量過高或偏低，在開采時(shí)無法正常完全開采利用，出現(xiàn)了料物浪費(fèi)的情況。

使用該方法制備粘土料導(dǎo)致生產(chǎn)周期加長(zhǎng)，設(shè)備利用率低，生產(chǎn)制備能力無法完全保證施工高峰期粘土料上壩填筑需求，在施工總進(jìn)度滯后和成本高投入、低產(chǎn)出的情況下，必須尋求一種縮短粘土料生產(chǎn)制備周期、降低生產(chǎn)成本、加快生產(chǎn)進(jìn)度、以確保施工總進(jìn)度的生產(chǎn)方式。

5 土料摻拌的優(yōu)化(“濕拌法”)

為了提高粘土心墻料的制備和開采效率，確保其不影響大壩填筑施工進(jìn)度，提高設(shè)備利用率，縮短粘土料生產(chǎn)制備周期，確保有足夠的高塑限、高液限土料供應(yīng)河床大壩段防滲墻以下墊層和巖石基礎(chǔ)表面以上1.5 m的填筑，確保有足夠的低塑限、低液限土料供應(yīng)壩頂1.5 m范圍內(nèi)的填筑。

針對(duì)“干拌法”粘土心墻料生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，重新對(duì)BU3-QF土料場(chǎng)各料層土料的特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)雨季過后BU3-QF土料場(chǎng)第一層0.3～1.8 m的棉土平均天然含水率(30.7%)接近最優(yōu)含水率WO=27.3%，液塑限滿足技術(shù)要求，細(xì)粒含量稍多，可直接用于壩體填筑；第二層1.8～4.5 m的砂質(zhì)粉土和第三層的粉質(zhì)粘土天然含水率均值為13.4%，低于最優(yōu)含水率WO=24.1%，需灌水進(jìn)行調(diào)節(jié)。

根據(jù)BU3-QF土料場(chǎng)各料層的特性分析并結(jié)合前期勘探結(jié)果可知，料場(chǎng)具備分層灌水、分層開采條件，特對(duì)土料摻拌進(jìn)行了優(yōu)化，簡(jiǎn)稱“濕拌法”，采用了以下幾個(gè)步驟：

(1)覆蓋層清除后灌水調(diào)節(jié)第一層棉土。當(dāng)含水率大于最優(yōu)含水率3%左右時(shí)，開采表層0～1.5 m的棉土料，直接上壩填筑。

(2)進(jìn)行1.5～4.5 m第二層砂質(zhì)粉土和第三層粉質(zhì)粘土的灌水以調(diào)節(jié)含水率、立面混合開采(開采深度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)滲水試驗(yàn)確定)。

通過對(duì)BU3-QF土料場(chǎng)的粘土心墻料制備和開采方式“干拌法”(先翻拌摻配，后灌水)及“濕拌法”(先灌水，后翻拌摻配)進(jìn)行對(duì)比可知：

(1)“濕拌法”比“干拌法”減少了一道反鏟翻拌摻配和推土機(jī)料物平整工序，其中兩臺(tái)反鏟(Volvo EC460LC液壓反鏟，斗容2.1 m3)的月翻拌摻配量為3塊區(qū)域(100 m×100 m)，約13.5萬m3；除去已完成的區(qū)域(10塊135萬m3)，直接減少后期反鏟翻拌摻配量約347萬m3；

(2)“濕拌法”料物利用率高。由于其水分依靠土壤本身孔隙均勻下滲，沒有出現(xiàn)灌水結(jié)束后土料含水不均勻的情況，開采時(shí)可以全部開采使用；

(3)采用“濕拌法”進(jìn)行粘土心墻料的生產(chǎn)制備，縮短了粘土料的生產(chǎn)制備周期，提高了BU3-QF土料場(chǎng)的生產(chǎn)能力，將原月產(chǎn)量13.5萬m3提升至現(xiàn)在的50萬m3，保證了壩體填筑的料物供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了月平均填筑量從以前的5.6萬m3提升至現(xiàn)在的27.1萬m3，高峰期月填筑量達(dá)到55萬m3。

6 結(jié) 語

在對(duì)兩種方法進(jìn)行對(duì)比、分析以及生產(chǎn)性試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，“濕拌法”在設(shè)備投入、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)制備能力、料物利用等方面都優(yōu)于“干拌法”，通過“濕拌法”生產(chǎn)制備粘土心墻料，既節(jié)約了成本，又提高了效率，還縮短了工期。在蘇丹上阿特巴拉水利樞紐博達(dá)納大壩工程中，目前采用“濕拌法”進(jìn)行粘土心墻料的生產(chǎn)制備。