土石坝的快速施工

简介： 近几十来年，土质心墙堆石坝已逐渐成为世界上高坝建设的主流坝型之一，随着新型土石方机械的大量投入及填筑施工工艺水平不断提高，同时筑坝材料试验研究的深入，极大地拓宽了土石坝的用料范围和用料模式，为土石坝更广泛地应用提供了有利条件，改变了土石坝长期存在着建设工期长、填筑强度低的不足，进一步加快了施工进度，在确保填筑施工质量及安全运行的前提下探讨土石坝的快速施工很有必要的事情。
关键字：土石坝 快速 施工

1、概述

　　土石坝又称当地材料坝，所需土石料一般就地开采，同时还可充分利用各种开挖料，且具有对基础要求低、适应基础变形强的特点，根据填筑施工方法，一般可分为碾压式土石坝、抛填式堆石坝、定向爆破堆石坝、水力冲填坝、水中填土坝及砌石坝几种，其中抛填式堆石坝目前基本不用，定向爆破堆石坝存在着后期沉降大、不能在坝内埋设原型观测设备等不足，目前也用的很少，水力冲填坝、水中填土主要用在特殊地区的坝高较低的中小型工程，砌石坝严格说应属于圬工坝类，目前广泛运用的是薄层铺筑并分层压实的碾压式土石坝。

根据资料统计，近几十来年，土质心墙堆石坝已逐渐成为世界上高坝建设的主流坝型之一，随着新型土石方机械的大量投入及填筑施工工艺水平不断提高，同时筑坝材料试验研究的深入，极大地拓宽了土石坝的用料范围和用料模式，为土石坝更广泛地应用提供了有利条件，改变了土石坝长期存在着建设工期长、填筑强度低的不足，笔者就参加了不少土石坝的填筑的经验与体会，浅析在确保填筑施工质量及安全运行的前提下探讨土石坝的快速施工。

2、快速施工的必要性

    随着坝工技术的发展，砼重力坝、拱坝的技术不断提高，同时橡胶坝等新型坝型不断的运用，传统土石坝存在着填筑量大带来的建设时间长的缺点显得极为突出，如何在充分发挥土石坝本身的技术要求低、对坝基适应性强、当地材料使用充分的传统优势下加快施工进度，成为坝型选择的重要方面，在确保填筑施工质量及安全运行的前提下快速施工是各方均关心的问题。

2.1快速施工，可以使大坝提前发挥经济效益，对建设单位来说至关重要

    随着水利工程投资多元化的发展，水利建设的投资逐渐以企业为主，无需置疑，从企业追求利润最大化及提高内部收益率的考虑，大坝加快施工进度，缩短建设周期，提前发挥效益，是每个业主考虑的重点，如像小浪底这样的大坝，坝体总填筑量约5185万m3，如不采取有效加快填筑施工措施，维持在每月20～30万m3的水平，那建设周期则长达172～260个月，那是任何业主都无法承受的，而实际上，小浪底大坝实际平均填筑强度约150万m3/月，最高强度达到200万m3/月以上，有效的减少了建设周期，确保了施工的顺利进行。

    因此，在招标标文件中，均可以看见对工期的要求极为严格，并要求在加快施工进度方面提出严密而详细的措施，而在工程开工后，业主对施工单位在工期上提出了更高的要求，作为施工单位，从满足业主的需要角度出发，往往承诺比招投标文件更短的工期，因此，在工程报道中经常出现“三年工期、两年完成”、“根据工程需要，业主要求提前工期××月，施工单位采取特殊措施”等字眼，如何提高施工强度、快速施工成了施工单位为赢得市场从而生存的法宝。

   2.2、基础处理的不确定性，也需要采用加快施工进度等措施

    随着水电开发的进展，在基础不良的地方也开始修建大型土石坝，而为了满足坝基承载力及基础防渗的需要，往往在完成基础处理后方可进行填筑施工，然而，地基情况较为复杂，特别是在深覆盖层上修建工程，基础处理工程量大、不可预见因素多，经常需要防渗墙、振冲、帷幕灌浆、固结灌浆等对地基进行综合处理，处理难度大、检查复杂，根据对多个工程的资料分析，基础处理完工及交面时间往往较开工时所制定计划时间滞后，造成填筑开工时间拖延，而下闸蓄水或竣工期往往却不予以调整，造成有效填筑时间缩短，施工单位也不得不采用快速施工措施，才能按合同按期（甚至提前）完成工程。

2.3、水文气象的影响，对填筑强度提出新的标准

　　土石坝对水文气象的因素极为敏感，在雨季，土料的含水量影响极大，直接制约着大坝填筑，施工强度将受到影响；冬季，土料上冻，如不采取积极措施，也无法进行填筑，且冬雨季填筑施工，存在着高投入、低产出的窘境，往往是施工单位不愿意承担的，因此，充分利用填筑的“黄金季节”，尽量避免冬雨季施工（或减少冬雨季填筑量），是施工单位首选的，相对应，在“黄金季节”填筑的工程量也往往极为可观，能否快速施工成为避免冬雨季大方量填筑的首要问题。

2.4、度汛的施工特点，也需要施工单位采用快速施工等措施

由于土石坝的特点，一般不允许漫顶过流（随着技术的发展，虽然可以采取在坝顶及下游侧进行必要防护后也可实现漫顶过流甚至度汛，但防护投入费用高，且也需要施工时间，在度汛后又需拆除时间），故土石坝工程“施工高峰期”一般发生在工程实施截流后第一个汛前达到拦洪度汛断面挡水这一阶段，截流后均需加快施工进度，以期在汛前将坝体全断面或度汛小断面填筑至拦洪度汛高程，然而，修建土石坝一般位于山区，而山区的洪水具有来水大、时间短、突涨突落的特点，为确保工程安全，需在汛期来临前将围堰或坝体的一部分填筑至拦水高程，根据我国的水文情况，北方乃至南方大部分地区，河水呈季节性变化，一般在6月份进入汛期，南方一些地区受梅雨季节影响，会更早（4月中下旬或5月初）地进入汛期；9月份以后，河水流量逐渐变小，河道截流一般选在汛期末枯水期初，具体时间多在10或11月份，北方地区根据流量大小有些也可提前至9月份，所以拦洪度汛期总的施工工期很短，北方地区一般为6～8个月，南方地区一般为5～7个月。在除去基坑排水、坝基开挖和处理的时间外，而给坝体填筑的施工时间就非常有限，在冬季施工，月平均气温在0℃以下，有些地区河流结冰、土层冻结，对开挖工程、混凝土工程、灌浆工程以及填筑工程均有不利的影响，施工条件恶劣，加上基础处理等项目的施工干扰，有效填筑时间不足，需提高月填筑强度方能按安全渡汛的要求按期达到拦河高程。

2.5新型施工设备的大量投入和材料适用范围的拓展，是快速施工的基础
    随着机械化程度的提高，大容量的土石方设备运用到施工中，提高了工效，从而为快速施工打下了必要的物质基础，填筑材料适用范围的拓展，原来不适合作坝料的材料也可作为填筑料，这也为土石坝快速填筑提供了新的支撑点。

3、快速施工的主要方法简介

根据笔者参建土石坝工程的体会，土石坝如需快速施工，固然一方面重视设备及人力源的投入，但是，在正式填筑前的准备工作情况及坝面填筑控制方面，也是必然要高度引起重视，才能达到快速施工的目的，否则，容易造成欲速则不达的不良后果。

3.1快速施工需作的准备工作

3.1.1计划的编制

虽然计划编制是每个施工单位都需进行的一项日常工作，但对于土石高坝，存在着一系列相互干扰、相互影响的工作，如只凭经验或简单的分析，往往无法有效的把握施工中出现的新情况、新干扰，计划完成评价、关键线路的确定及对工期的影响因模糊而无法进行科学的判断和分析，而计算机的运用，极大的提高了计划编制水平和计划的智能性，能够自动进行工期分析、关键线路的分析，在发生干扰事件后，也能迅速进行调整和辅助决策，避免手足无措及盲目施工的现象。

平心而论，像二滩大坝、三峡工程、水口水电站等这样的大型工程采用计算机仿真技术，基于可视化技术及计算机图形、图像技术、多媒体技术等，对工程进行动态实时控制、三维动态显示等，在现阶段，对大多数工程而言，存在着技术难度大、投入资源多的困难，并不是每个施工单位（甚至业主）能承担的，但是，利用工程进度控制软件进行施工进度控制和自动分析，利用线性代数方法进行料场及开挖最优平衡等，却是容易实现的，实际效果也能满足施工需要，进度控制及分析软件较多，如微软的project、P3进度控制软件、梦龙网络管理系统等，在调度及平衡上，如西北角法、鸟瞰法等线性分析等方法，均可胜任上述任务，均能够对计划进行适时调整和分析，避免人为主观上的局限。应该说，在快速施工中，计算机辅助技术及统计分析用的越深入，对工程的整体把握上就会做的越好，越能在错综复杂的情况下抓住主线，从而有的放矢，为工程顺利施工及改进提供针对性的决策。

3.1.2料场的开采

料场对土石坝的重要性不言而喻，却也是最容易影响大坝顺利填筑的软肋，根据工程实践，一般而言，料场的地质勘探工作深度远不如坝址，特别是填筑量最大的堆石料，往往仅靠几个探洞或地形勘查进行地质描述，进场后，与招标文件发生变化的可能性很大，要么地质条件发生重大变化，招标文件中有用料变成无用料，要么就是开采面积变小，无法形成大规模开采（或台阶开采）条件，不利于大规模机械开采，直接制约大坝能