东南亚某水电站高含水量土料的开采规划及实施分析

东南亚某水电站高含水量土料的开采规划及实施分析

杨松

中国电建集团浙江华东建设工程有限公司浙江杭州310014

摘要：东南亚某水电站粉质粘土料和风化土料的含水量偏高，超出了规范对填土料的要求；结合工程自身特点，通过建立料场交错式排水系统、料场近似等面积分区及轮换间歇式开采等规划，既有效降低了土料的含水率，又达到了土料直接上坝的条件，同时大幅降低了工程投资、缩短了施工工期。

关键词：工程地质；水电站；土料；含水率；开采规划

1引言

东南亚某水电站左岸导流明渠进口上游分布粉质粘土料和风化土料，地下水埋藏浅，含水率检测为18.2~23%，最优含水量为15.8%[1]，土坝填筑土料总量为388.6万m³，若直接开采运至左岸土坝碾压，存在粉质粘土料及风化土料的含水率偏高的问题，按照要求上坝的土料施工填筑含水率应控制在最优含水率的-2%~+3%偏差范围以内[2]，现场很难直接满足这一要求。

土料开采规划是土坝碾压填筑中亟待解决的难题之一，是对施工质量要求控制的关键，这将直接关系到土料开采及填筑的效率、节约工程投资、施工工期，同时还要注重现场技术的可操作性。

2工程地质概况

东南亚某水电站土料场区位于左岸导流明渠进口上游0.5~1.5km，地面高程54~60m，场地内地形地貌完整，地形起伏小，属微丘地貌，南侧发育1条小冲沟，自SE向NW流入河流。

土料场表层为冲积层（Qal）粉质粘土，冲积层，红褐色、褐色及淡黄色等杂色，饱和~潮湿，可塑状，厚度1.00~3.00m，上部土层含部分植物根系，分布于近河岸边及冲沟下游附近，靠近河岸边厚度较大。

下伏为侏罗系上统至白垩系（J3~K）全风化基岩[3]，淡黄色、灰色及灰白色等杂色，饱和~潮湿，可见原岩结构，基本破碎且已风化成土状，成为含砾（砂）粘土，随着深度增加，强风化碎块石的含量增加，岩质软弱，其内残留岩块用手轻微用力易掰断且碎，其断面常见黑色铁锰质富集，厚度为0.5~3.0m，场区内广泛分布，冲沟底部较薄。

全风化基岩下部的侏罗系上统至白垩系（J3~K）强风化基岩的岩块大部变色，仅局部或断口中心保留原岩颜色和光泽，多呈黄灰色，饱和~潮湿，强风化层厚度一般＞3.0m；原岩结构大部分已破坏，岩体结构[4][5]明显松弛，风化裂隙发育，呈网状多张开并普遍充填砂质、岩屑及次生泥质等，锤击哑声，易碎。场区分布广泛。

土料场地下水为第四系松散堆积物内孔隙性潜水，接受大气降水和地表径流补给，然后地下水由岸坡向河边运移，地下水补给河水，地下水埋深较浅，探坑揭露一般为1~2m。

3土料开采规划

本次土料开采所采用规划分述如下：

（1）料场排水系统建立：排水系统是确保降雨等补给水能够从土料场顺利排出，避免水体的集中下渗造成土料含水率的进一步升高。排水系统主要由排水沟组成，排水沟沿土料场发育的沟槽布置，一般情况下排水沟采取挖槽形成，排水沟尺寸根据汇雨量的大小及排泄能力来计算确定。

（2）料场分区：料场分区的主要目的是为开采提供明确的施工部位，从而避免造成施工取料的混乱。一般情况下，料场分区根据沟槽的发育情况来确定；此外，所分的各区面积应大致相当，从而保证各区可取土料方量大致相当。计料场分区个数为N。

（3）表层腐殖土等剥离：根据设计要求对料场表层腐殖土等进行剥离，一般情况下剥离深度d1以植物根系生长发育情况来控制，以清除植物根系为控制原则，同时，为确保机械的施工，清除厚度d1应尽量不小于0.5m。

（4）首轮开采区域选择：首轮开采区域将直接影响上坝土料的质量，因此，首轮开采区域的合理选择对有效控制上坝土料的含水率显得尤为重要。在上述料场各分区内，分别选取一块区域，计其面积为S，其大小由下述确定的d2，作为该分区内首轮开采的区域，选取原则为地形地势凸起区域并远离沟槽发育地带。进行该分区内含水率的系统检测，得到该分区内一定埋深土料含水率的分布图，从而选取含水率在最优含水率-2%~+3%偏差范围以内或与之接近的区域作为首轮开采区。

（5）开采深度选择：开采深度d2应根据两方面因素确定，一方面为土体含水率，通常情况下土料含水率随深度而变大，所以每次开采深度d2不易过深；另一方面开采深度d2根据上述S的面积综合确定，一般情况下，各开采区域应确保10~15天的上坝填筑方量V，由此当下一个区域开采时，可确保上一个开采区有N×（10~15）天的晾晒时间，其中N为料场分区个数。一般情况下，综合上述两种因素，d2的取值在1~3m之间。当d2确定后，可计算得到开采区域面积S=V/d2。

（6）轮换开采：在料场各分区内确定了首次开采区域后，依次进行开采取料，取料的深度为上述确定的d2；在开采过程中，为确保施工安全，需注意开挖形成边坡坡比1：m，其中m值需根据土料的工程力学性质确定，一般情况下m值不小于2。

4土料开采实施分析

东南亚某水电站土石坝填筑中高含水率土料的开采具体实施分析为：

（1）建立料场排水系统：排水系统主要由排水沟1组成，排水沟1沿土料场发育的沟槽布置，从而形成纵横交错的排水系统；一般情况下排水沟1采取挖槽形成，不进行底部和侧壁的防护。

（2）料场分区2：料场分区2根据沟槽的发育情况来划分，项目共划分形成2a、2b、2c三个区，即N=3；此外，料场的各区2a、2b、2c面积应大致相当，从而保证各区可取土料方量V大致相当。

（3）表层腐殖土3等剥离：如图所示，料场表层腐殖土3等的剥离深度d1以植物根系生长发育情况来控制，以清除植物根系为控制原则，同时，为确保机械的施工，剥离厚度d1应尽量不小于0.5m。

（4）首轮开采区域4选择：在上述料场各分区2a、2b、2c内，按照下述原则，分别选取一块区域，计其面积为S，作为该分区内首轮开采的区域4a、4b、4c，选取原则为：远离沟槽发育地带；地形地势凸起区域；进行该分区内含水率的系统检测，得到该分区内一定埋深土料含水率的分布图，从而选取含水率在最优含水率-2%~+3%偏差范围以内或与之接近的区域作为首轮开采区。

（5）开采深度选择：如图所示，开采深度d2应根据两方面综合确定，一方面为土体含水率，另一方面为开采区域4a、4b、4c的取料方量与面积比值确定。一般情况下，综合上述两种因素，d2的取值在1~3m之间。

（6）轮换开采：在上述内容的基础上，如图所示，首轮开采的次序为4a、4b、4c；在首轮开采完成后，4a开采区有N×（10~15）天的晾晒时间，4b有（N-1）×（10~15）天的晾晒时间；完成首轮开采后，按照上述步骤，进行下一轮4a、4b、4c的开采；在开采过程中，为确保施工安全，开挖形成边坡坡比为1：m，其中m值为2。

图1示意图

5小结

（1）高效性：通过料场的分区、轮换开采等手段，使得土料的揭露面有充分的晾晒时间，大大减少了施工环节，施工效率得到了极大地提高。

（2）实用性：操作简单，施工便利，不需要特殊的工程设备，具有较强的实用性。

（3）经济性：仅采用常规的设备和简易的轮换开采方式，无需进行翻晒、掺砾等特殊处理工艺，减少了施工环节，降低了工程投资，具有良好的经济性。

（4）推广性：均质土坝、土质防渗体分区坝等类似工程均可采用该技术规划。

参考文献：

[1].桑河二级水电站导流明渠及左右岸土坝施工项目部.桑河二级水电站导游明渠及左岸土坝全强风化混合料碾压试验成果报告[R].武汉：葛洲坝集团第一工程有限公司.2014.

[2].DL/T5395-2007碾压式土石坝设计规范[S].

[3]桑河二级水电站设计部.柬埔寨王国桑河二级水电站招标设计阶段工程地质勘察报告[R].杭州：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，2014.

[4].袁宝远，杨志法，肖树芳，岩体结构要素分形几何研究，工程地质学报，1998，12，355-360.

[5].魏云杰，许模，陶连金，等.某水电站坝区峨眉山玄武岩岩体风化特征[J].2009，35（1）：53-57.