朱春榮，李玉軍，李選，陳 茜

（1.葫蘆島市水土保持辦公室，遼寧 葫蘆島 125000；2.葫蘆島市水利學(xué)會，遼寧 葫蘆島 125000；3.遼寧省水文水資源勘測局遼陽分局，遼寧 遼陽 111000）

山皮土筑壩新技術(shù)的研究與應(yīng)用

朱春榮1，李玉軍2，李選3，陳 茜3

（1.葫蘆島市水土保持辦公室，遼寧 葫蘆島 125000；2.葫蘆島市水利學(xué)會，遼寧 葫蘆島 125000；3.遼寧省水文水資源勘測局遼陽分局，遼寧 遼陽 111000）

山皮土筑壩以突破傳統(tǒng)的砂土及砂礫石筑壩、筑堤技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，采用室內(nèi)試驗(yàn)研究和現(xiàn)場原型試驗(yàn)相結(jié)合的方式，從山皮土材料的室內(nèi)試驗(yàn)入手，通過系統(tǒng)試驗(yàn)、研究和觀測分析，掌握山皮土滿足設(shè)計(jì)要求的各種技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，對應(yīng)的研究用山皮土作為筑壩、筑堤填筑材料的施工工藝。

筑壩技術(shù)；研究；應(yīng)用

1 筑壩研究的目的

土石壩建設(shè)的發(fā)展離不開筑壩材料的研究與開發(fā)，山皮土筑壩是土石壩筑壩、筑堤技術(shù)的一種填筑材料與施工工藝的創(chuàng)新，通過系統(tǒng)試驗(yàn)、研究和觀測分析，研究掌握山皮土滿足設(shè)計(jì)要求的各種技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，對應(yīng)的研制用山皮土作為填筑材料對水庫大壩進(jìn)行加高、培厚的施工工藝。山皮土筑壩技術(shù)是以突破歷史悠久、應(yīng)用很廣泛、傳統(tǒng)的砂土及砂礫石筑壩、筑堤技術(shù)為突破口，研究采用山皮土新型筑壩材料與施工工藝技術(shù)為研究目的。

2 筑壩材料分析

2.1 山皮土材料

1）山皮土作為筑壩材料的技術(shù)要求。掌握滿足設(shè)計(jì)要求的各種技術(shù)參數(shù)，包括山皮土材料的級配、擊實(shí)、密度、施工最佳含水量、松鋪系數(shù)等。

2）山皮土筑壩的施工工藝要求。掌握滿足施工要求的機(jī)械參數(shù)、組合情況，碾壓滲透及現(xiàn)場碾壓特性如山皮土壓實(shí)厚度、碾壓遍數(shù)、碾壓速度等。

3）施工質(zhì)量控制要點(diǎn)及檢測要求。根據(jù)具體現(xiàn)場原型試驗(yàn)，總結(jié)施工技術(shù)參數(shù)、驗(yàn)證施工工藝的正確性、以及施工機(jī)械的性能等，由此來指導(dǎo)以后的筑壩施工。

2.2 山皮土筑壩材料確定試驗(yàn)分析

1）山皮土材料的室內(nèi)試驗(yàn)研究。山皮土是由風(fēng)化破碎巖石、砂粒以及少量風(fēng)化殘積土組成的混合體。通過室內(nèi)試驗(yàn)加強(qiáng)研究，對初選周圍4種大壩填筑材料進(jìn)行了物理、力學(xué)、水力學(xué)特性試驗(yàn)，通過室內(nèi)外試驗(yàn)為山皮土筑壩新技術(shù)提供可靠的依據(jù)和質(zhì)量控制要點(diǎn)。通過系統(tǒng)觀測和分析，驗(yàn)證山皮土筑壩新技術(shù)的合理性，進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)原理及方法，提高堤壩安全可靠度。

2）試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的確定。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和研究成果，針對水庫大壩加高培厚的重要性和實(shí)際特點(diǎn)，2008年7—9月，完成了《山皮土筑壩新技術(shù)的研究和試驗(yàn)計(jì)劃》、《山皮土筑壩現(xiàn)場試驗(yàn)設(shè)計(jì)》、《山皮土筑壩技術(shù)方案初步設(shè)計(jì)報(bào)告》等。并組織專家進(jìn)行了論證和修改，確定了設(shè)計(jì)方案。

3）現(xiàn)場原型試驗(yàn)。依據(jù)《龍屯水庫除險加固工程初步設(shè)報(bào)告》，為進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、明確施工工藝、質(zhì)量控制目標(biāo)和要點(diǎn)，2008年10月10日—11月15日，在龍屯水庫左壩端樁號0+000—0+100段，進(jìn)行了山皮土筑壩的現(xiàn)場原型試驗(yàn)。山皮土筑壩的現(xiàn)場原型試驗(yàn)共埋設(shè)2個觀測斷面，進(jìn)行施工期和初期運(yùn)行期的觀測和分析。

3 山皮土筑壩綜合性分析

3.1 用前試驗(yàn)分析

在設(shè)計(jì)階段及筑壩前，對尚未有筑壩經(jīng)驗(yàn)或不常用于筑壩的土料，進(jìn)行深入的綜合試驗(yàn)研究是十分必要的。土料填筑的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)以相對密度控制，施工前通過試驗(yàn)確定填筑料的最大和最小干密度。確定山皮土料的最大干密度還沒有一個完整、成熟的確定方法。SL237—1999《土工試驗(yàn)規(guī)程》中,規(guī)定了粒徑小于60 mm粗粒土的相對密度試驗(yàn)方法。對大于60 mm粒徑的山皮土試驗(yàn)采用剔除法、等量代替法、相似級配法、混合法等方法，現(xiàn)場試驗(yàn)根據(jù)土料性質(zhì)和試驗(yàn)項(xiàng)目來決定。鑒于室內(nèi)土工試驗(yàn)的局限性，碾壓試驗(yàn)是優(yōu)化設(shè)計(jì)、合理編制施工組織設(shè)計(jì)是十分重要的一環(huán)，結(jié)合施工生產(chǎn)初期完成，從而達(dá)到工程安全、控制工程質(zhì)量和投資的目的。

3.2 數(shù)據(jù)處理分析

數(shù)理統(tǒng)計(jì)線性回歸法和最小二乘法以及EXCEL圖表處理，運(yùn)用于試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析科學(xué)、合理，不但能夠減小工作量，而且還能夠提高工作效率，在判斷數(shù)據(jù)的合理性上也起到事半功倍的效果。

3.3 山皮土筑壩施工參數(shù)分析

通過各種試驗(yàn)方法測定與現(xiàn)場實(shí)際比較，這次研究核實(shí)了山皮土作為筑壩新材料的施工參數(shù)，并針對不合理的施工參數(shù)提出建議值，具體如下：采用13 t自行式振動碾，遍數(shù)選定為6遍，山皮土鋪料厚度為40 cm，含水量控制在最優(yōu)含水量±3%范圍內(nèi),干密度控制建議為1.78～1.81 g/cm3。

4 筑壩創(chuàng)新應(yīng)用

山皮土筑壩新技術(shù)于2008年7月，結(jié)合葫蘆島市龍屯水庫除險加固工程建設(shè)，選取大壩加高、培厚加固工程作為研究應(yīng)用的載體，通過系統(tǒng)試驗(yàn)、研究和觀測分析，研究掌握山皮土滿足設(shè)計(jì)要求的各種技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，對應(yīng)的研制用山皮土作為填筑材料對水庫大壩進(jìn)行加高、培厚的施工工藝，達(dá)到了消除水庫大壩安全隱患，提高水庫大壩的安全性能與防洪能力，使工程投資最小、質(zhì)量優(yōu)良、受益時間最長、效益最大的目的。經(jīng)過2年的試驗(yàn)研究，可以分析得出如下技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用。

1）施工工藝創(chuàng)新應(yīng)用。通過室內(nèi)外試驗(yàn)、理論分析和工程實(shí)踐，總結(jié)提供了一整套山皮土新型筑壩、筑堤技術(shù)的設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量監(jiān)測完整的寶貴資料，為有關(guān)科研及設(shè)計(jì)單位今后在類似工程建設(shè)，提供了重要的參考依據(jù)。

2）效果突出。大中型水利工程開挖棄料、山丘區(qū)山皮土儲量極為豐富。山皮土筑壩新技術(shù)通過本工程的實(shí)際應(yīng)用，認(rèn)識到其結(jié)構(gòu)相對簡單，技術(shù)容易掌握，根據(jù)工程特點(diǎn)，進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，加以有效利用，具有就地取材、保護(hù)耕地、縮短工期、節(jié)省工程投資和節(jié)能環(huán)保等多重效果。

2）滿足《規(guī)范》要求。采用山皮土筑壩新技術(shù)加固修筑的龍屯水庫大壩加高、培厚工程，通過一年的運(yùn)行，大壩穩(wěn)定性良好，滿足LS274—2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為山皮土筑壩提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

4）效益顯著。采用山皮土筑壩新技術(shù)較采用傳統(tǒng)砂礫料筑壩方法節(jié)省工程費(fèi)69%，節(jié)省直接投資276.7萬元。項(xiàng)目區(qū)的防洪效益巨大，防洪保護(hù)人口19.6萬人，保護(hù)受益土地耕地1萬hm2，工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)124.94億元。同時，生態(tài)環(huán)境效益十分顯著。

5）工程質(zhì)量優(yōu)良。采用山皮土筑壩新技術(shù)建設(shè)完成的葫蘆島市龍屯水庫除險加固工程，大壩施工標(biāo)段于2010年9月完工，并通過單位工程驗(yàn)收。綜合評價結(jié)論為：“大壩單位工程中的12個分部工程質(zhì)量全部合格，其中9個優(yōu)良，優(yōu)良率75%。主要分部工程質(zhì)量全部優(yōu)良，施工過程中未發(fā)生質(zhì)量事故，該單位工程外觀質(zhì)量得分率為89.6%，達(dá)到優(yōu)良質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，工程施工期及試運(yùn)行期，觀測資料分析結(jié)果均符合國家和行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及合同約定的標(biāo)準(zhǔn)要求，單位工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)與評定資料齊全。根據(jù)水利部SL176—2007《水利水電工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)與評定規(guī)程》之規(guī)定，工程項(xiàng)目施工質(zhì)量評定等級為優(yōu)良”。

5 結(jié)論

山皮土筑壩技術(shù)在葫蘆島市龍屯水庫除險加固工程應(yīng)用中表現(xiàn)出壩體穩(wěn)定性好、就地取材、保護(hù)耕地、縮短工期、節(jié)省工程投資和節(jié)能環(huán)保等多重效果，在施工工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)研究方面取得了重大突破。

TV641.2

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2012-05-16