热带季风气候地区长土坝施工技术研究

周炼钢 支黎明

中国葛洲坝集团第一工程有限公司，湖北宜昌， 443002

摘要：热带季风性气候地区旱雨季分明，雨季雨水量充足，土料含水率较高；旱季阳光强、温度高，土料表层水分散失严重，土料含水率不满足上坝土料的要求。通过开展热带季风气候地区长土坝施工技术研究，并将研究成果应用于工程实践，实现了热带季风气候地区长土坝高效施工，保证了施工质量。

关键词：热带季风气候；长土坝；填筑施工

1.工程概况

柬埔寨桑河二级水电站主要为柬埔寨国家电网提供电源。桑河二级水电站装机容量400MW，枢纽主要有左右岸均质土坝、河床泄洪坝段、混凝土挡水坝段、河床式厂房、侧墙式接头等建筑物组成，坝顶全长6539.8m，其中混凝土坝段长464.0m（不含侧墙），为亚洲第一长土坝。

2.研究应用背景

2.1热带季风性气候地区填坝土料旱雨季分明，雨季雨水量较大，而旱季阳光强、温度高，旱季的土料表层水分散失严重，土料含水率不满足上坝土料的要求，由于雨季雨水量大，现有的土料开挖作业只能在旱季进行，在旱季进行开挖作业前，需要人工对开挖区域进行补水，以保证开挖的土料满足上坝要求，导致了整个施工作业过程进度慢，耗费时间长，用水量非常大，施工成本高。

2.2在热带旱季土料含水率低、层间结合差，现有的土方填筑施工方法难以达到施工质量的要求。中国专利文献CN 105002810A记载的一种智能碾压机器人，可对碾压过程进行在线监测和智能反馈控制，提高施工效率和工程建设精细化管理。但是该方案的计算模型较为复杂，不利于应用。尤其是采用的传感器均价格较高，使用成本限制了应用领域。

3.施工工艺流程及操作要点

3.1 防渗土料填筑施工工艺流程

基础面清理→基础面验收→填筑单元测量划线分仓→层高、边线标记→进料、卸料→平料、层厚控制→振动凸块碾碾压→碾压质量检查取样→单元验收→进入下一单元填筑施工循环。

3.2 操作要点

3.2.1防渗土料开采与加工

（1）开采顺序

充分考虑坝址地区雨旱季节更替特点，雨季来临前在地势较高的料场周边开挖土料，雨季过后可形成较大储水池，按以下施工程序进行施工：测量放样→截、排水沟施工→交通主干道修建→临时施工道路修建、覆盖层剥离→土料开采→运输上坝。

（2）开采施工方法

土料有用层厚一般为2～3m，采用立采方式开采。采用2.5m³反铲开挖，20t自卸汽车运输。

5.2.2防渗土料填筑

（1）测量放样

基础面或填筑面经监理工程师验收合格后，在铺料前，由测量人员放样防渗土料及其相邻料区的分界线，并洒白灰做出明显标志。

（2）铺料与平料

①防渗土料基础面和与岸坡混凝土接触表面铺料填筑前，由人工在其表面上涂刷一层5mm厚浓粘土浆，做到随填随刷，防止泥浆干硬，以利坝体与基础之间的粘合。

②防渗土料与坝基结合部位铺土前，先将坝基洒水压实，然后按照设计要求回填一层均质土料。铺土层厚适当减薄，并将土料含水率调至施工含水率上限。

③土料填筑沿坝轴线方向进行，由自卸汽车将开采的土料直接运输到填筑区，采用进占法卸料。平料采用推土机进行，并由平地机辅助进行平整和控制铺填土层厚度。土层松铺厚度为35cm，碾压8遍。为确保上、下游边坡面压实质量、填筑时每层外侧适当超宽填筑。

④铺料过程中，岸坡与混凝土表面接触部位，局部施工机械无法铺料平料的由人工铺助。

⑤淋过雨的表层土料须晾晒至可碾的含水量范围，刨毛表面或局部清除，经验收合格后铺筑上层新土，如土层因含水量大或超碾原因造成“弹簧土”与剪切破坏时，铺新土前清除。

⑥在填筑层压实检验合格后，对填筑面进料运输线路上散落的松土、杂物以及车辆行驶、人工践踏形成的干硬光面，在铺土前予以清除，并洒水湿润。

⑦坝坡土料填筑在水平方向应比实际设计线超填80～100cm，以保证进行坡面修整后坡面的密实度。

⑧分区分段填筑的接缝坡度不得陡于1：3，并在先填筑层的接缝坡面上适当留出一定厚度的保护层。随着区段结合部位填筑上升，逐层将保护层清除至合格层。

⑨不连续施工时，停工后开工，即使已经验收合格的填筑层仍需重新碾压，层间结合面洒水湿润，方可进行下层填筑。

（3）碾压

①碾压机械：18t凸块碾，混凝土周边0.5m-1.0m采用装载机碾压或手扶式振动碾。

②行走方向：与坝轴线平行，岸坡部位平行岸坡方向碾压。

③行走速度：≤3km/h。

④碾压遍数：8遍。

⑤碾压方法：18t凸块碾碾压采用进退错距法碾压，错距不大于25cm。避免漏压、欠压，碾压时凸块碾碾压至岸坡较近处，以装载机碾压形成光面，局部碾压不到的部位采用手扶式振动碾碾压。

⑥碾压监控：GPS实时监控系统和人工测量同时控制、指导碾压施工过程。

（4）取样检测

施工过程中的检测内容包括压实度、干密度、含水率、颗粒分析、塑性指数与渗透系数。要求压实度应不小于98%；压实干密度平均不小于1.69g/cm³ 均质土）～1.77g/cm³，均质土渗透系数≤0.00001cm/s，全强风化料渗透系数不小于≤0.0001cm/s。

（5）含水率控制

当上坝土料的含水率大于施工控制含水率上限的1%以内时，碾压前用在填筑面进行翻松晾晒；上坝土料的含水率低于施工控制含水率下限的1%～2%左右时，采用洒水车进行洒水调整，局部狭小部位由人工辅助洒水。坝面加水后的土料使其均匀。在干燥和气温较高的天气，对铺填后的土层采用人工喷雾加水养护。

（6）层面搭接处理

①同种料搭接：交界面，相邻两段交界处交界坡面不陡于1∶3，分段碾压时，相邻两段交接带碾迹应彼此搭接，垂直碾压方向搭接带宽度应不小于0.3m～0.5m；顺碾压方向搭接带宽度应为1m～1.5m。

②与岸坡搭接：在靠近岸坡处，为确保填筑质量，先用推土机沿上下游方向对岸坡带推一层，再用洒水车进行洒水，再对此处进行铺料填筑。

（7）不合格料处理

雨后表层土料须晾晒至合格含水量，坝面出现的少量污染物清除干净，并刨毛后，再铺筑上层新土；若填土层已造成弹簧土或剪切破坏时，清除置换。置换时须完全清除弹簧土等不合格的填筑层。不合格土料采用装载机挖装，自卸运输至弃渣场。

5.2.3雨天施工措施

（1）防渗土料雨天停止施工。

在坝体填筑作业面上，降雨前，采用光面振动碾碾压2遍使防渗土填筑层表面封闭，必要时采取覆盖防雨布等其它保护措施，避免雨水损坏填筑面。

（2）降雨时及雨后，已碾压面上禁止车辆通行。

（3）雨晴后坝面含水量较高时，须清理积水。填筑前，先晾晒或挖出表层土，待含水率达到要求后，再刨毛，铺设新土。刨毛采用推土机履带压痕形成，光滑面采用推土机刀片刮除。

（4）在雨季停止填筑前，及时压实作业面表层的松土，作业面可做成向上游微倾状，坡度为2%～3％，以利排泄雨水。

4.主要研究内容及技术创新

4.1研发了一种用于热带季风性气候地区的填坝土料含水率控制方法。在旱季进行高地势处土料开采施工，同时在高地势处挖设蓄水池，利用蓄水池在雨季进行蓄水，并通过蓄水池中的雨水向低地势处形成渗透水流，实现低地势处的土料补水，解决旱季时土料含水率过低导致的不能满足上坝要求的技术难题。

4.2 研发了土坝土料全断面碾压施工装置及方法。通过采用带有凸块的振动碾，结合振动平碾、羊足碾的压实机理，在压实土料过程中，借助碾重与振动的作用，梯形凸块插入土体时，使土受到挤压和揉搓的联合作用，并不断翻松表层土体，使土体内气泡、水泡受到破坏，进一步增加土体的压实度，梯形的结构确保压实土层上部有合适厚度的被翻松的表层土，可保证土料良好的层间结合，省去了刨毛工艺，使用振动凸块碾进行全断面碾压施工可提升碾压施工质量。

5.研究成果应用效果

本技术成功应用于桑河二级水电站左岸土坝工程和右岸土坝工程，有效解决了热带地区超长土坝填筑施工的技术难题，工程从初次蓄水至今，左右岸土坝全线未发现明显渗漏点。柬埔寨是一个极度匮乏电力的国家，电力短缺严重制约了该国的工业发展进程，作为“一带一路”和柬埔寨能源建设的重点项目、中柬能源合作的典范，使用超长土坝高效施工技术保质保量按期完成施工节点任务，尽快让电站投产发电，其产能将占柬全国总装机容量五分之一以上，对于改善库区生态环境、加快柬埔寨经济发展、提高清洁能源使用率和改善民生具有重大意义

参考文献

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