韩亚伟
中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州450001
摘要:新疆维吾尔自治区喀什（伽师）一市四县城乡饮水安全工程主体沉沙调节池工程是利用当地天然砂砾料填筑而成的一座四面围水、注入式水库。文中主要介绍碾压砂砾石坝填筑的施工基本原理，施工工艺和施工中存在的问题及对策。
关键词:碾压砂砾石坝填筑；进占法；新疆
1.前言
碾压砂砾石坝主体是用天然砂砾料石料填筑，配以防渗体建成的坝。这种坝的优点是可以充分利用当地天然材料，能适应不同的地址条件，施工方法比较简单，抗震性能好。
我公司承建的新疆维吾尔自治区喀什（伽师）一市四县城乡饮水安全工程主体沉沙调节池是一个四面围水、就地取材填筑而成的一座注入式水库工程。水库设计库容809万m3，坝线全长3.78km，设计坝顶高程1493.8m，最大坝高15.2m，坝顶宽6m，上游坝坡为1：2.5，下游坝坡为1：2。
本工程坝体填筑料全部采用水库内库盘满足设计要求的天然砂砾料，开挖后直接进行坝体填筑，运输距离短，施工速度快，取得了较好的经济效益和社会效益。现在总结本工程施工经验的基础上形成此工法。
2.工法特点
2.1该工法的施工工艺比较简单，操作方便，采用配套的机械化施工，工程进度快，效率高，有利于环境保护。
2.2施工后沉降量小、均匀、工程质量有保证。
2.3能够满足设计及施工规范要求，坝体料源较广。
3.适用范围
适用于天然砂砾资源丰富修建碾压砂砾石坝工程的施工。也可供其它土石坝工程施工参考。
4.工艺原理
充分利用当地天然材料，将库区建设范围内的原始地貌、材料储备进行统筹规划，在满足设计对坝体填筑材料与施工规范要求质量的前提下，采用机械化联合配套作业的原则，合理布置工作面，规划运输道路；施工中抓好挖、装、运、卸、摊、碾六个环节的配合，分区开挖、分层填筑、分段整平，提高工作效率，保证施工顺利进行。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
坝体填筑施工工艺流程：施工准备（技术准备、原材料检测、碾压实验、道路修筑、水电及其它准备）→测量放线→坝基清基→基础碾压→检测→坝体（分层）填筑→洒水→碾压→检测→下一循环。
5.2操作要点
5.2.1施工准备
（1）技术准备：根据设计图纸，结合现场踏勘测量，编制施工组织设计，分析关键工序，确定阶段工作重点，并进行施工技术交底。利用断面法计算坝体填筑工程量，绘制施工平面图。
（2）坝体填筑生产性试验：编制填筑料碾压试验大纲，包括碾压试验的场地、材料、碾压设备、时间、试验内容及提交的试验成果内容。用填筑坝体的砂砾料，进行开采、混合、装料、运输、卸料、摊铺、和碾压试验及与实际施工条件相仿的各项现场生产性试验，根据试验成果确定填筑施工参数，其包括有铺料方式、铺料厚度、碾压机械的类型及重量、碾压遍数、填筑含水率、压实料的干密度、渗透系数、压缩系数等试验。如发现疏松土层、结合不良或发生剪切破坏等情况，应分析原因，提出改善措施。
试验成果整理，主要内容有：砂砾料的天然级配、密度、最大、最小干密度、含水率；砂砾料击实试验，确定坝体碾压有关技术指标，坝体基础及库盘清基后进行碾压的压实密度不小于天然密度的1.05倍；坝体碾压相对密度≥0.8，坝后3.0m固脚区碾压相对密度≥0.75。
（3）施工分区分段：为满足施工进度需要，坝体填筑按照分区分段施工。由于库盘和坝体面积较大，坝体长度3.78km；将库盘分区开挖；大坝分区分段填筑，形成多个工作面同时进行施工。且分为东西南北四面坝，根据地形条件和坝体布置，按坝线长度分为3个施工区，计划3个施工区同时进行施工。填筑施工不考虑分期，安排一次性填筑至设计高程，之后再进行上下游护坡高程施工。
（4）施工道路：初期坝所在地已有简易道路可进入施工现场。场内交通道路根据工程分布情况布置，沿坝线外侧修筑一条环形临时施工道路，道路标准为6m宽的砂砾石路面。上坝道路分内侧和外侧道路，内侧上坝临时路主要结合填坝分段分区布置，库盘开挖料直接上坝，外侧上坝路主要结合拌合站位置和混凝土较多的部位布置，原则上尽量缩短运距，提高施工效率。
（5）施工用水、电：在拌和站处，设一座500t施工用水蓄水池，采用10T水车拉运。施工过程中电能消耗不大，局部使用采用柴油发电机组。主要为夯机、土工布缝纫机等小型机械设备和夜间施工照明，需架设临时用电线路。
（6）弃料场；弃料场设置于坝后，施工中直接堆存。
5.2.2坝体清基
（1）利用全站仪根据设计图纸和现场加密控制导线点做认真细致的复测。测得坝体清基前的地形，为后续计算清基工程量做好数据收集工作，确定坝基轮廓线（清基轮廓线为坝体轮廓线外扩5m）、坡脚线、坝体坡顶线等的具体位置，在坝基轮廓线以外布设控制桩。
（2）在坝基清基前，应根据原有水系开挖排水沟，形成临时排水。清基前对所有的探坑、探槽进行回填压实，压实指标满足设计要求。
（3）清基时采用推土机垂直坝轴线向下游方向横向集料。集料采用装载机或反铲装自卸汽车运往砂石料加工厂。
（4）清基完成后进行洒水、碾压、检测相对密度，，合格后转入下道工序施工。
5.2.3坝体填筑
坝体填筑必须在坝基隐蔽工程验收合格，并经监理工程师批准后，方可填筑。坝面施工要统一管理，合理安排，分段流水作业，使填筑面层次分明，作业面平整、均衡上升。主要施工步骤是：
（1）实验段施工：在施工现场选取一段区域进行现场实验，采用机械化联合作业的方式，由挖掘机装料、自卸汽车运料、装载机配合推土机摊铺、震动式压路机碾压的方式进行填筑施工。检验压实实验的各种参数以确定各种施工技术参数。经现场灌水法检测，砂砾石的摊铺厚度宜控制在68cm以下、碾压次数为先静碾压2遍、震动碾压6遍，坝体基础及库盘清基后进行碾压的压实密度不小于天然密度的1.05倍；坝体碾压相对密度≥0.8，坝后3.0m固脚区碾压相对密度≥0.75。各种施工参数确定后，不得随意更改压实机具的类型、规格，分层铺筑厚度不得超过规定值。
（2）填筑料开挖：在规划好的库盘开挖区域进行开挖并将开挖料运输到规定的施工区域。
（3）填筑料摊铺：自卸汽车通过上坝施工道路运输填筑砂砾石料。上坝料采用进占法卸料，即自卸汽车在已平好的松土层上行驶、卸料，用推土机向前进占平料，避免自卸汽车在已碾压合格的层面行走。各分层均沿坝体横断面方向两段往中部推进，以利于运输过程中形成回路，提高工作效率。采取分段填筑时，各层接缝出应形成斜坡形，重叠碾压0.5～1.0m。卸料严格按照试验段所确定的卸料距离卸料，填料卸成鱼鳞状并及时利用推土机、装载机推平后稳压一遍，以满足试验段所确定的松铺厚度。摊铺时防止大块料和小块料相对集中，必要时增加反铲挖掘机配合摊铺，确保粗细分布均匀，无明显颗粒料分离现象，若有大空隙以人工用细料填实。采用测量仪器或钢尺及时检查铺层厚度，发现超厚部位立即进行处理。铺料时，上下游边坡各超填30cm左右，每层摊铺均需要布设灰线。
（4）碾压：碾压采用进退错距法压实，沿平行坝轴线方向行进。碾压前需洒水保证其表面湿润，洒水应均匀适量，避免泡软填料或者出现离析现象。碾压时要严格控制压实遍数，开始采用慢速不开启震动，随着砂砾石的逐步压实，速度逐步提高并开启震动，行走速度控制为1.5～2Km/h，最高速度不得大于30m/min，严禁震动碾及其他施工机械在已完成的或正在碾压的施工平面上急刹车。
两相邻施工段碾压痕迹搭接不小于0.5m，垂直碾压痕迹方向搭接宽度不小于1.5m，应防止漏碾、欠碾和过碾。上下层接缝应错开不小于1.5m。压实回填的施工缝各层应错开搭接，在施工缝的搭接处，适当增加碾压遍数。在施工中随时校验平整度、厚度，使其符合要求，不符合要求之处，应随时纠正。
接缝处理：坝体横向接缝之结合坡度不应陡于1:3；坝体接缝坡面可使用推土机自上而下削坡，适当留有保护层，可采用挖掘机修整台阶式接缝，清理一层，填筑一层。
构筑物周边填筑：构筑物周边1.5m范围内，施工质量要求高，施工中选用细颗粒砂砾料，人工运输，手持式打夯机压实，铺料厚度15～20cm，并适量洒水；构筑物两侧对称填筑、压实。
5.2.4碾压检测
按照规划的施工单元，每单元不少于10个点进行干容重检测，检测采用灌水法进行试验。每10万m3应做一次颗粒分析试验。每完成一个单元层并经碾压后进行现场试验并对平整度进行测量，各项指标满足规定要求后进行下一场的填筑碾压施工。
6.材料及机具
6.1主要材料
坝体组成所需材料为现场天然砂砾料。
6.2主要工具设备
施工主要设备有：挖掘机，推土机，自卸汽车，振动碾，装载机，洒水车，油罐车等。
6.3主要试验检测设备
施工主要试验检测设备仪器有：GPS1套，水准仪，室内试验设备1套，室外试验设备5套。
7.质量控制
7.1严格按照《碾压式土石坝施工技术规程》DL/5129—2016等相关标准要求施工。
7.2建立质量保证体系，加强质量意识教育，提高全体施工人员质量管理的理念，做到人人重视质量，个人把好质量关。
7.3落实“三检制”，健全各工序自检、互检、交接检工作，做到在自检合格后，再递交上一级质检单位验收的质量管理制度。
7.4开挖、清基施工质量控制
（1）开挖前对开挖的原地形测量剖面进行复核检查。
（2）土方开挖过程中，定期测量校正开挖平面的尺寸和标高，检查开挖边坡的坡度和平整度。
（3）对主体工程开挖基础面检查清理，按施工图纸要求检查基础开挖平面尺寸、标高和场地平整度，取样检测基础土的物理力学性质指标。
7.5坝体砂砾石填筑施工质量控制措施
（1）砂砾石填筑的质量控制目标是填筑体的密实度，各种技术参数在填筑施工中要严格控制。
（2）砂砾石料级配控制，应在填筑施工中应加强砂砾石料颗粒级配的检测，为了准确控制砂砾石料质量，在开挖面和坝面同时检测。
（3）严格控制虚铺厚度和超宽，每层上料之前应测定堤轴线，以轴线测定虚铺宽度并以白灰定线，虚铺厚度用水准仪测定，沿填筑边线两侧堤轴线方向每20m设控制点，控制点可用木桩控制。
（4）控制好碾压遍数和行车速度，每层砂料的碾压遍数必须按试验参数进行，不得减少或遗漏，行车速度必须严格控制在30m/min以内，否则密实度达不到设计要求。
8.安全措施
建立项目安全保证体系，设专职安全员，进行经常性安全教育，加强安全意识，严守操作规程，进行班前安全交底。
8.1交通安全
（1）遵守安全管理规定，进入施工现场的施工用的车辆必须办理通行证，做到一车一证，并要随车携带，以便检查。手续不全、车况不好的车辆不得进入。
（2）施工现场内的各种车辆行驶速度不准超过规定限速，并按规定线路行驰。
（3）车辆遇未加保护措施的电缆﹑电线﹑各类气体管道(软管)等易损坏物品不准轧过，必须采取有效措施后方可通过。
8.2夜间工作管理措施
（1）任何夜间工作必须报项目部施工经理批准，作业单位负责人应确认有关安全措施已落实。
（2）保证夜间施工时有充足的照明。现场照明禁止使用移动式碘钨灯具。
8.3恶劣天气管理措施
（1）建立健全抢险救灾组织机构和抢险救灾队伍，储备抢险救灾物资和配备救生设施，合理存放，便于取用。
（2）施工现场库房、机具棚、堆放场要有排水设施，沟渠畅通，做到雨停水散。
（3）合理安排施工，及时做好道路硬化，确保雨季场内道路畅通。
9.环保措施
9.1、建立环境保护自我保证体系
项目部成立项目经理领导，施工员、安全员参加的环境自我保证体系。
9.2、防止大气、水污染措施
（1）施工现场道路平面布置，随时洒水，减少道路灰尘。
（2）工作面垃圾清理采用容器吊运，严禁凌空抛散造成拂尘，施工垃圾随时清洁，清运时，适量洒水以减少拂尘。
10.效益分析
10.1可以充分利用当地天然材料，能适应不同的地质条件，可大大降低施工成本。
10.2合理规划开挖、运输、碾压各施工工作面，设备调度安排得当，不会造成窝工浪费，工作率高。
10.3施工过程中及时控制坝体填筑料级配，保证压实质量，不造成盲目施工和人、材、机具的浪费现象。
10.4坝体填筑作业工期比原计划工期有显著提前。
10.5采用该施工工法，具有显著的社会、经济效益和广泛的推广应用价值。
11.应用实例
2016年，在新疆维吾尔自治区一项目为抗旱应急水源工程。水库沿左岸山体布置，以不挖山体为原则，四面围坝形成长方形状库区。大坝正常蓄水位2461.50m，总库容102万m3，相应灌溉调节库容92万m3，坝长1777m，最大坝高20m，坝体及库盘均采用复合土工膜进行防渗。坝体砂砾料填筑66万m3。
2017年，在新疆维吾尔自治区一项目工程主体为沉沙调节池是一个四面围水、就地取材填筑成的一座注入式水库工程。水库大坝设计库容809万m3，坝线全长3.78km，设计坝顶高程1493.8m，最大坝高15.2m，坝体及库盘均采用复合土工膜进行防渗，筑坝材料采用天然砂砾石料，坝体砂砾料填筑126万m3。
通过该工法的应用，在这两个项目实现了高效、安全、环保、可靠的质量和工期目标，坝体未发现不良沉陷得到了业主和监理的好评。