山皮土筑坝新技术的研究与应用

2012-03-30朱春荣李玉军李选

东北水利水电 2012年8期

关键词：葫芦岛市大坝施工工艺

朱春荣，李玉军，李选，陈茜

（1.葫芦岛市水土保持办公室，辽宁葫芦岛 125000；2.葫芦岛市水利学会，辽宁葫芦岛 125000；3.辽宁省水文水资源勘测局辽阳分局，辽宁辽阳 111000）

山皮土筑坝新技术的研究与应用

朱春荣1，李玉军2，李选3，陈茜3

（1.葫芦岛市水土保持办公室，辽宁葫芦岛 125000；2.葫芦岛市水利学会，辽宁葫芦岛 125000；3.辽宁省水文水资源勘测局辽阳分局，辽宁辽阳 111000）

山皮土筑坝以突破传统的砂土及砂砾石筑坝、筑堤技术为出发点，采用室内试验研究和现场原型试验相结合的方式，从山皮土材料的室内试验入手，通过系统试验、研究和观测分析，掌握山皮土满足设计要求的各种技术参数指标，对应的研究用山皮土作为筑坝、筑堤填筑材料的施工工艺。

筑坝技术；研究；应用

1 筑坝研究的目的

土石坝建设的发展离不开筑坝材料的研究与开发，山皮土筑坝是土石坝筑坝、筑堤技术的一种填筑材料与施工工艺的创新，通过系统试验、研究和观测分析，研究掌握山皮土满足设计要求的各种技术参数指标，对应的研制用山皮土作为填筑材料对水库大坝进行加高、培厚的施工工艺。山皮土筑坝技术是以突破历史悠久、应用很广泛、传统的砂土及砂砾石筑坝、筑堤技术为突破口，研究采用山皮土新型筑坝材料与施工工艺技术为研究目的。

2 筑坝材料分析

2.1 山皮土材料

1）山皮土作为筑坝材料的技术要求。掌握满足设计要求的各种技术参数，包括山皮土材料的级配、击实、密度、施工最佳含水量、松铺系数等。

2）山皮土筑坝的施工工艺要求。掌握满足施工要求的机械参数、组合情况，碾压渗透及现场碾压特性如山皮土压实厚度、碾压遍数、碾压速度等。

3）施工质量控制要点及检测要求。根据具体现场原型试验，总结施工技术参数、验证施工工艺的正确性、以及施工机械的性能等，由此来指导以后的筑坝施工。

2.2 山皮土筑坝材料确定试验分析

1）山皮土材料的室内试验研究。山皮土是由风化破碎岩石、砂粒以及少量风化残积土组成的混合体。通过室内试验加强研究，对初选周围4种大坝填筑材料进行了物理、力学、水力学特性试验，通过室内外试验为山皮土筑坝新技术提供可靠的依据和质量控制要点。通过系统观测和分析，验证山皮土筑坝新技术的合理性，进一步完善设计原理及方法，提高堤坝安全可靠度。

2）试验设计方案的确定。根据室内试验和研究成果，针对水库大坝加高培厚的重要性和实际特点，2008年7—9月，完成了《山皮土筑坝新技术的研究和试验计划》、《山皮土筑坝现场试验设计》、《山皮土筑坝技术方案初步设计报告》等。并组织专家进行了论证和修改，确定了设计方案。

3）现场原型试验。依据《龙屯水库除险加固工程初步设报告》，为进一步验证设计方案的可靠性、经济性、明确施工工艺、质量控制目标和要点，2008年10月10日—11月15日，在龙屯水库左坝端桩号0+000—0+100段，进行了山皮土筑坝的现场原型试验。山皮土筑坝的现场原型试验共埋设2个观测断面，进行施工期和初期运行期的观测和分析。

3 山皮土筑坝综合性分析

3.1 用前试验分析

在设计阶段及筑坝前，对尚未有筑坝经验或不常用于筑坝的土料，进行深入的综合试验研究是十分必要的。土料填筑的压实标准以相对密度控制，施工前通过试验确定填筑料的最大和最小干密度。确定山皮土料的最大干密度还没有一个完整、成熟的确定方法。SL237—1999《土工试验规程》中,规定了粒径小于60 mm粗粒土的相对密度试验方法。对大于60 mm粒径的山皮土试验采用剔除法、等量代替法、相似级配法、混合法等方法，现场试验根据土料性质和试验项目来决定。鉴于室内土工试验的局限性，碾压试验是优化设计、合理编制施工组织设计是十分重要的一环，结合施工生产初期完成，从而达到工程安全、控制工程质量和投资的目的。

3.2 数据处理分析

数理统计线性回归法和最小二乘法以及EXCEL图表处理，运用于试验的数据处理和数据分析科学、合理，不但能够减小工作量，而且还能够提高工作效率，在判断数据的合理性上也起到事半功倍的效果。

3.3 山皮土筑坝施工参数分析

通过各种试验方法测定与现场实际比较，这次研究核实了山皮土作为筑坝新材料的施工参数，并针对不合理的施工参数提出建议值，具体如下：采用13 t自行式振动碾，遍数选定为6遍，山皮土铺料厚度为40 cm，含水量控制在最优含水量±3%范围内,干密度控制建议为1.78～1.81 g/cm3。

4 筑坝创新应用

山皮土筑坝新技术于2008年7月，结合葫芦岛市龙屯水库除险加固工程建设，选取大坝加高、培厚加固工程作为研究应用的载体，通过系统试验、研究和观测分析，研究掌握山皮土满足设计要求的各种技术参数指标，对应的研制用山皮土作为填筑材料对水库大坝进行加高、培厚的施工工艺，达到了消除水库大坝安全隐患，提高水库大坝的安全性能与防洪能力，使工程投资最小、质量优良、受益时间最长、效益最大的目的。经过2年的试验研究，可以分析得出如下技术创新应用。

1）施工工艺创新应用。通过室内外试验、理论分析和工程实践，总结提供了一整套山皮土新型筑坝、筑堤技术的设计、施工、质量监测完整的宝贵资料，为有关科研及设计单位今后在类似工程建设，提供了重要的参考依据。

2）效果突出。大中型水利工程开挖弃料、山丘区山皮土储量极为丰富。山皮土筑坝新技术通过本工程的实际应用，认识到其结构相对简单，技术容易掌握，根据工程特点，进行科学的设计，加以有效利用，具有就地取材、保护耕地、缩短工期、节省工程投资和节能环保等多重效果。

2）满足《规范》要求。采用山皮土筑坝新技术加固修筑的龙屯水库大坝加高、培厚工程，通过一年的运行，大坝稳定性良好，满足LS274—2001《碾压式土石坝设计规范》要求，达到设计标准，为山皮土筑坝提供了宝贵经验。

4）效益显著。采用山皮土筑坝新技术较采用传统砂砾料筑坝方法节省工程费69%，节省直接投资276.7万元。项目区的防洪效益巨大，防洪保护人口19.6万人，保护受益土地耕地1万hm2，工农业总产值达124.94亿元。同时，生态环境效益十分显著。

5）工程质量优良。采用山皮土筑坝新技术建设完成的葫芦岛市龙屯水库除险加固工程，大坝施工标段于2010年9月完工，并通过单位工程验收。综合评价结论为：“大坝单位工程中的12个分部工程质量全部合格，其中9个优良，优良率75%。主要分部工程质量全部优良，施工过程中未发生质量事故，该单位工程外观质量得分率为89.6%，达到优良质量标准，工程施工期及试运行期，观测资料分析结果均符合国家和行业技术标准以及合同约定的标准要求，单位工程施工质量检验与评定资料齐全。根据水利部SL176—2007《水利水电工程施工质量检验与评定规程》之规定，工程项目施工质量评定等级为优良”。