土石坝的先砂后土与先土后砂填筑法浅析

土石坝的先砂后土与先土后砂填筑法浅析摘要:本文通过在尼尔基右副坝施工中对“先砂后土”与“先土后砂”两种施工方法的实际应用和比较分析,进一步阐述了“先砂后土”填筑法对施工更为有利这一观点。关键词:土坝粘土心墙填筑方法1引言土石坝施工中,对于心墙与相邻反滤料及坝壳料的填筑有“先砂后土”与“先土后砂”两种施工方法。“先砂后土”法即在土石坝施工中先填筑粘土心墙两侧的反滤料及坝壳料(填筑层数通常为一层),填筑后在心墙部位围成砂槽,然后向砂槽内分层填筑粘土(通常填筑层数为两层),如此循环进行。“先土后砂”法则是在施工中先填筑心墙粘土(填筑层数通常为两层),然后在粘土心墙两侧填筑反滤料及坝壳料。尽管在DL/T5129-2001《碾压式土石坝施工规范》10.2.7中提出粘土心墙坝填筑时宜采用“先砂后土”的方法,但这并不能说“先土后砂”的施工方法禁止采用。事实上,两种施工方法都是可行的,在施工中选择哪种方法,要根据工程的实际情况和施工方自身的条件加以确定。2土石坝粘土心墙结合部处理方法结合工程实际情况,我们在尼尔基右副坝施工中先后采用了“先砂后土”和“先土后砂”两种施工方法进行土石坝填筑。为确保工程质量,在填筑前我们对两种施工方法进行了认真的分析研究,并将心墙与相邻反滤料及坝壳料的结合部处理作为工程质量控制的关键点。通过坝体填筑前碾压试验确定的施工参数:粘土的虚铺厚度是30cm,反滤料与砂砾料的虚铺厚度是50cm。在结合部的处理上两种方法有一个共同点,即两层粘土(第一层碾压,第二层虚铺,两层厚度约55cm左右)与一层反滤料或砂砾料(厚度为50cm)填筑完后的高度大致相同,填筑后基本形成平面,振动碾在接缝处的平面上进行骑缝碾压比较便于操作。下面就以两层粘土与一层砂砾料或反滤料为例来对两种施工方法的结合部处理效果作一下比较。采用“先土后砂”法施工时存在的主要问题就是在对第一层粘土进行碾压时,心墙两侧边线约有20～30cm左右的宽度碾压不到位。主要原因有以下两种情况:一是通常我们采用的CA25凸块振动碾碾压作业时的允许倾斜角度为15°,如填筑完一层粘土后,沿轴线方向对该部位进行斜坡碾压,其倾斜角度经计算为16.31°(见碾压示意图),大于振动碾允许的安全作业倾斜角度,因而振动碾不能进行正常作业,而需与心墙边线保持一定的碾压距离。二是在两层粘土和相邻砂砾料及反滤料填完后,第一层粘土又由于上面有反滤料或砂砾料的覆盖,在骑缝碾压时因铺料过厚而不易压实。为确保粘土心墙边线部位的压实质量,我们在实际施工中采取了以下两种处理措施:第一种处理措施是对凸块振动碾不到的边线部位,采用小型夯机夯实与人工夯实相结合的处理方法,但此种方法费时费力,影响施工进度;第二种处理措施是在两层粘土填完后,且两侧的砂砾料或反滤料未填筑前,先用推土机推除第一层粘土心墙两侧未碾压实的虚土,并将其均匀地摊铺在心墙外侧,然后对摊铺的虚土部位进行碾压。这种处理措施虽然保证了第一层心墙边线部位的压实,并提高了工作效率,但却不能使第一层心墙与相邻砂砾料或反滤料的接缝以斜坡的形式相衔接,减少了心墙与相邻坝体材料的接触面积,且推土机在进行推除心墙边线虚土作业时,如控制不当,将有可能造成心墙断面缩窄。相比之下,“先砂后土”的施工方法就不存在第一层粘土边线部位碾压不实的问题。因为先填砂砾料或反滤料后,可以在未填粘土前的心墙部位形成一个上宽下窄的砂槽,在填完第一层粘土后,即可用CA25凸块振动碾紧贴砂槽内壁对粘土的边线部位进行骑缝碾压。这样不但可以保证第一层粘土心墙边线部位的压实质量,而且粘土与相邻反滤料及砂砾料的接缝是以斜坡形式相衔接,从而增大了不同筑坝材料的接触面积,确保了结合部的结合质量。3缝面暴露时间采用“先土后砂”法还存在一个问题:粘土心墙的结构断面较窄、相应工程量较小,可以在较短的时间填筑碾压完成,相对于坝体其它填筑材料施工用时最短。当一层粘土心墙(以100m为一个填筑单元)填筑完成后,即开始进行砂砾料或反滤料等坝体材料的填筑,因其工程量较粘土心墙大很多,故填筑一层(以100m为一个填筑单元)的时间历时较长(约1～2天),此时已填筑完的心墙墙体表面暴露在大气中,很容易因大风或强日晒而造成风干龟裂或成硬化结块。后续作业再进行上层心墙填筑时,即使对心墙表面采取洒水处理措施,也不能确保已风干的土体全部润湿,从而影响了心墙上下层的结合。若在施工时遭遇较大强度降雨,导致心墙侧面土体被雨水淋湿,因土体含水量大还需进行翻晒处理,将会增大施工难度,并对施工进度造成影响。而采用“先砂后土”法就就能有效解决这一问题。与粘土相比,诸如风吹、日晒、雨淋等气候条件对砂砾料的影响不大。按照施工程序,填筑完砂砾料后进行粘土填筑,之前已经提到因心墙填筑历时相对较短,可以实现快速填筑,减少受天气影响施工质量的机率,并有利于确保填筑质量和提高施工效率。4“先砂后土”填筑法的注意事项采用“先砂后土”填筑方法,在两侧反滤料及坝壳料填筑完后而心墙未填筑前会形成“砂槽”,如遇大风天气或行人、机械在作业面上往返走动或作业等原因影响,易将砂砾携带到“砂槽”内的粘土面上,从而对粘土面造成污染,施工时应注意及时清除。另外,在雨季进行土石坝填筑时,心墙两侧反滤料及坝壳料填筑完后,也应快速填筑“砂槽”内的心墙,以防止雨水积存在“砂槽”中,不利于雨后心墙填筑的及时复工。5结语基于以上“先砂后土”与“先土后砂”法在尼尔基水利枢纽右副坝施工中的实际应用和比较分析,不难看出规范上提倡的“宜先砂后土”是有道理的。只要条件允许即应当采用“先砂后土”的填筑方法进行施工。但是,在某些特殊的情况下,如砂砾料供应中断或供应不及时,为避免工程停工,也可以在短时期内采用“先土后砂”的填筑方法,但需特别注意结合面的处理以保证压实质量。