博茨瓦纳迪克戈洪大坝填筑施工与质量控制

来源：职称驿站所属分类：水力论文发布时间：2012-08-11 09:09:10浏览：次

　　[摘要]本文简要介绍了博茨瓦纳迪克戈洪大坝坝体填筑料的主要施工、检测手段和质量控制，为保证大坝的施工质量所采取的一些主要的施工技术。
　　[关键词]土石坝，填筑，施工，核子密度湿度仪，检测，质量控制
　　1 工程概况
　　迪克戈洪大坝位于博茨瓦纳国东北部，该国和津巴布韦的界河Shashe河与Ramokgwebana河交汇处上游３公里处，距首都哈博罗内450公里，第二大城市弗朗西斯敦65公里。矿业重镇皮奎位于本项目进场道路起点西南约20Km。
　　迪克戈洪大坝项目是博茨瓦纳国家北水南调供水工程中的水源项目，也是该国目前最大的水利工程项目，设计库容约4亿立方米，工程投资约2亿美元。工程建成后，可以满足该国日益增长的采矿业和生活用水需求，将给该国首都和其他主要城市和矿区供水。
　　工程所在区属热带草原气候，干旱少雨，年均降雨量为460.9毫米。冬季温暖，夏季燥热。一年分旱、雨两季，11月至次年3月为雨季，4月至10月为旱季。日平均气温13.5℃～28.6℃,极端最低气温－6.5℃，极端最高气温40.6℃。
　　工程施工范围包括：
　　A、1座40米高、长4.6公里的粘土心墙堆石坝；
　　B、1条200米宽的开敞式混凝土衬砌溢洪道；
　　C、1条1000米宽的非常溢洪道；
　　D、1座近50m高的筒形钢筋混凝土进水塔；
　　E、泄水钢管及其出口水流控制建筑物；
　　2坝体的主要组成和技术要求
　　1A为粘土心墙防渗体，填筑料为粘土，填筑设计标准为：1A的压实度控制为不小于98%，因料场的土料为不均匀土料，相应干密度随土料的变化而变化，在1820~1954kg/m3，含水量为11%~19%±2%，设计的渗透系数不得大于每秒5×10-8米，有机质的含量不得大于2%，碾压后需进行取样试验。
　　1A区域的回填材料和接点材料应由选择的不透水的土壤混合料组成。除非另有规定，尺寸大于120毫米的岩石或粘土块不得使用，应将其移除或在料场破碎。
　　所有用于1A区域的回填和接点材料应来自于图纸指定的或经允许的料场。
　　对1A区域进行压实时，回填应具备以下特性：
　　至少85%的回填料尺寸小于4.75毫米；尺寸小于4.75毫米的材料中要25%的材料尺寸小于0.075毫米。塑性指数不小于7，不大于50，液限不小于25，不大于70，
　　1A区域每层的回填料应具备一定的含水量，在压实期间或压实之后，含水量在最佳湿度与最佳温度加2个百分点之间。层面的各个部分含水量应均匀。工程师可以要求有不同的含水量，但总体上，含水量允许的改变范围为2个百分点，
　　“过滤”指的是2A，2B，2D和2E区域的材料。“垫层”指的是2C区域的材料。“边坡保护”材料指的是3B中的材料。
　　所有2A区域的过滤材料应来自于加工过的河砂，这些河砂应从要求的大坝地基开挖中的材料和大坝上游的材料，
　　2B,2C,2D和3B过滤，垫层和边坡保护的材料应从采石场破碎和加工后的料源获得，采石场的位置按图纸所示或其它批准的料源。
　　2E区域所有的过滤材料应来自于选择的河砂，这些河砂应从要求的大坝地基开挖中的材料和大坝上游的材料，按图纸要求所示或其它批准的料源。
　　2A和2B区域中滤管部分的每个层面，以及2C和2D区域应由光滑滚筒振动压路机压实一遍，
　　3A区域中的抛石特性应包括密度，可靠性，坚硬度，耐磨度，良好的级配，等尺寸，新岩石碎屑的角和轻微风化岩石。
　　抛石应被运输到3A区域最终铺设的地点，堆放和级别分配应按此方式，大一点的抛石均匀分配，小碎块填充大抛石之间的空隙，以便形成一个要求厚度的紧密均匀的压实层。堆放应按大约水平列，平行于坝轴，铺设的列数之间按上坡方向。如果必要，承包商应对抛石人工再加工，以确保层面上抛石之间的互锁安置，以及确保抛石层里没有大的空隙。不要求进行压实。
　　4A和4B区域坝肩填充料
　　4A区域选择的坝肩填充料应由良好级配的颗粒混合物，由高度到适当风化或轻微风化的岩石，包括浅色矿物质或角闪片麻岩，除非其它批准的材料。4B区域坝肩填充料应由良好级配的颗粒混合物，高度风化的岩石，包括浅色矿物质或角闪片麻岩，除非其它批准的材料。压实4A和4B区域内的每层直到场内干密度超过改正后最大干密度的95%。
　　3粘土心墙防渗体施工
　　与基础面接触60cm厚填筑接触料，最优含水率在于1A料3～5点，使用ZL50装载机平整，15t自卸汽车运输上坝，进占法卸料。两层接触料使用装载机轮胎碾压6~8遍，层间洒水湿润，直接下一层高塑性1A，1A料使用SD22推土机平整，HAMM3158型18t液压自行式凸轮碾碾压12~16遍（每受力一次为一遍）。
　　本工程受地势及开挖基础面的影响，平层填筑受限，采用顺地形斜坡填筑，最大高差在2~6m间，分段分区进行填筑，每段每一层为一独立作业单元，工序划分为装料、运输、铺料、碾压、检测。
　　因料场黏土为不均匀土料，含水率范围变化较大，最优含水率在11~19%间，土场调节的含水率大于最优含水率2~5个点。在填筑前经不同铺土厚度及不同碾压遍数的碾压试验比较，选择铺土厚度为35cm，碾压遍数为12~16遍压实度为98%~100%，与设计标准一致。土料上坝前定期抽查料源含水率变化情况，对不符合上坝的料源进行补水和翻晒处理，以满足上坝要求。
　　42A、2B料施工
　　下游排水垫施工
　　大坝基础面使用推土机平整后，平碾压实4遍，经工程师验收后，进行排水垫填筑施工，排水垫结构是两层2A夹一层2B料，上部填筑4B料，2A填筑厚度除基坑内变化外，两岸均无变化，2B料随高程变化而变化（EL848以下100cm，EL848~EL854厚度为80cm，EL854~EL862厚度为60cm，EL862~EL867厚度为40cm，EL867以上厚度为30cm）。填筑前由测量人员放出填筑边线，填筑厚度变化桩号，现场插桩控制高程。
　　2A料为经过筛分加工检测合格的河沙，从筛沙场装车15T自卸车运输上坝，后退法施工，填筑前事先计算好每车的摊铺面积，按照计算的工程量卸车，考虑到基础及平整时高差，影响到实际的工程量，按照最大量进行填筑，推土机平整。
　　2B为砂石场破碎加工后的检测合格的石料，因河沙层面上不便于行车，采用15T或28T自卸车运输上坝，采用进占法卸料，推土机平整，按照设计厚度一次性填筑到位（厚度大于100cm的分两层填筑施工）。2A、2B料两层一起碾压，碾压前要充分洒水湿润，CA702型28T平碾碾压6~8遍。
　　第二层2A料填筑和第一层2A料相同，在2A摊铺完成后，由测量收方后，2A上部覆盖一层4B料，4B采用进占法进行施工，层厚控制在400cm以内，便于2A料的压实，采用28T平碾压实6~8遍。
　　两侧反滤料施工
　　两侧的滤料宽度有限，2A料上、下游分别为1.5m、2.5m，2B仅下游侧1.5m宽，自卸车不能直接卸料，为达到要求，采用自卸汽车备料到坝面适当的位置，装载机上料的方法，上游侧两斗卸三段（一段为一装载机斗宽），下游侧每斗上一段，根据填筑的长度，计算出需要的工程量，用多少备多少，不要多备料，放置在坝面的多余料，影响到4A、4B填筑时，还要倒运，造成设备的浪费。
　　在2A、2B料上料前，由测量放出1A和2A的边线，打上控制桩，按照45cm填筑高程挂上边线，由专人指挥装载机卸料。两端边坡2A、2B结合部位，先用反铲清除污染的部位料，经工程师验收后再进行填筑。
　　2A、2B料平整，根据现场上面的情况，急于进行下一循环的工作面，可采用反铲按照挂线高程进行平整，宽度在平整时控制，可节约平整时间。不急于进行下一循环的工作面，可以利用富余的劳务进行平整。在一般情况下，先平整好2A后，再填筑2B，这样可便于控制2A的宽度，2B料也不浪费，从2A边线外放1.5m即为2B的宽度，方便施工。
　　2A、2B碾压可以与1A、4B一同碾压，规范规定2A、2B每层用碾子压实一遍（滚子通过其表面转换到地面的静态质量不小于10T，或滚子每米的宽度为5T，本工程采用18T凸轮碾或28T平碾碾压一遍。
　　5.4A、4B料施工
　　根据合同条款规定，大坝填筑的4A、4B料来源于溢洪道的开挖石渣，4A区域坝肩填筑料应由良好的级配的颗粒混合物，由高度到适当风化或轻微风化的岩石，包括浅色矿物质或角闪片麻岩。4B区域坝肩填筑料应由良好的级配的颗粒混合物，高度风化的岩石，包括浅色矿物质或角闪片麻岩。可以理解为，4A料可以代替4B料使用，而4B料不能代替4A料使用。
　　所有待填筑坝肩基础面，先清除地基表面疏松、破碎和其它不合适材料，应移除基础上树根、草皮、软弱夹层等不合适材料。表面采用推土机平整后，洒水碾压4遍，经工程师验收批准后方可进行填筑施工。
　　填筑料在上坝前，先在料源区域进行含水率调整，采用ø75软管浇水，（软管方便移）。采用CAT330D型反铲立面开挖，在开挖过程中要拌和，使含水率和颗粒混合均匀，应尽可能避免干料和粗颗粒集中现象，如果超径石集中，在料源进行处理，在装车时可挑拣出大部分放置一边，运输到弃料场堆集，坝面上出现的超径石可以采用反铲挑拣并运出现场。15T和28T自卸汽车运输上坝，设专人指挥，后退法卸料施工，小松D155AX平整，推平地防止颗料分离和大的空腔形成。CA702型28T平碾碾压，先静压一遍，强振6~8遍，再静压一遍收面。
　　5.1施工质量控制
　　在每层填筑前，由测量放出坝体的标准边线，打桩外放100cm控制超填筑边线，边坡处超填一定的宽度，是确保边坡坡脚处压实，削坡后坡脚处的边坡是压实的，没有松散现象。桩上用彩带标示出铺填高度，利于平整时控制平整厚度。
　　在坝料上坝前要先对填筑进行洒水湿润，再进行上坝填筑施工，推土机平整完成后，用水车再洒水补水，然后进行碾压，具体洒水量通过试验确定，如检测含水率低于最优含水率4个点，要再进行补水补压，进行复测，检测含水率接近最优含水率为止。
　　4A、4B料碾压机械行驶方向平行于坝轴线，进退法错距碾压，错距宽度30cm。分区碾压顺坝轴线方向搭接长度控制在2~3m。靠近挡墙等建筑周边，采用1.2T双钢轮小型碾薄层碾压，同时增加碾压遍数，达到设计的碾压指标。
　　现场含水率按下列公式调整，
　　
　　winsitu是现场含水量
　　F是由小数表示的细粒料比例的重量。
　　wopt是去除了“大尺寸”料后，按1990年英国标准1377第4部分（2.5千克捣锤方法）对样品测定的最佳含水量。
　　C是由小数表示的粗粒料比例的重量。
　　woversize是“大尺寸”料的含水量。
　　
　　4A和4B每层压实后干密度应达到最大干密度的95%，最大干密度应符合1990年英国标准1377第4部分（2.5千克捣锤方法）为大尺寸材料按时测定的最大干密度，如下：
　　
　　其中：
　　CMDD是为大尺寸材料改正过的最大干密度，用于与最大场干密度的直接比较；
　　MDD是按1990年英国标准1377第4部分（2.5千克捣锤方法）测定的最大干密度；
　　Gt是大尺寸材料的比例
　　w是水的密度
　　F是以小数表示的细粒料部分的重量。
　　6、护坡料施工
　　大坝填筑6~8层，上升高度约3~4m，斜坡长度约8.1~10.8m，进行一次削坡施工，首先由测量人员放出开口边线和下开口边线，仅指第一次削坡时，第二次以后接第一次削坡时边坡向上削坡施工。
　　反铲按照从下向上削坡顺序，沿下开口线开始施工，先削除大量的超填料，并预留一定的保护厚度，一般预留30~50cm为宜，防止一次性削超，边桩保留，有损坏的边桩让测量恢复。削坡料放置在检测合格的坝面上，并且表面洒水湿润，用于下一层坝面填筑施工。
　　第二遍削坡采用的反铲是在斗牙上焊接16mm厚的钢板，与斗子等宽，反铲斗牙与钢板外边平齐，削除预留的部分及松散的坡料，测量及时对边坡进行检测，间隔15~20m削一标准坡面，削除两标准面间连接即可达到设计边坡。成型边坡经测量工程师检测合格后进行护坡料的施工。
　　护坡料来源于北采石厂，2D、2C是经过砂石厂破碎加工的成品料，3A、3B料是爆破后经挑拣的块石，料径符合图纸要求。2D、2C料采用装载机装车，15T或28T自卸汽车运输上坝，从坝面处直接卸到边坡处，采用反铲从上向下推料摊铺。3A、3B料采用反铲装车，28T汽车运输上坝，直接卸到边坡处，CAT330D型反铲摆放，反铲从下向上摆放，利用斗背拍平顺，小块石填充抛石之间的空隙，挤密实，采用边桩挂线控制料厚度及边坡的坡比。
　　7结论
　　本工程采用了核子密度湿度仪检测，检测快捷，效率高，缩短了检测时间，人为误差小。核子密度湿度仪检测坝壳料受料源颗粒大小影响较大，探头接近大块石，检测的干密度大，而含水率偏低，而细颗粒集中部位下好相反，干密度偏小，含水率偏大，要求检测人员要根据现场的实际情况适当的调整检测点，避免离差偏大现象发生。
　　自开始填筑施工以来，按照合同要求精心组织施工，严格控制现场施工质量，从施工方法、质量检测手段入手，严格管理，并与工程师的密切配合，大坝基坑段填筑能够迅速施工，施工质量满足规范要求，月填筑强度达到27.5万方的最高纪录，取得了良好的效果。