土石坝快速施工及技术探析

     摘要：土石坝是目前世界坝工建设工程中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。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。本文在确保填筑施工质量及安全运行的前提下探讨一下土石坝的快速施工是很有必要 

　　关键词：土石坝；快速施工 

　　1.快速施工的主要方法 

　　在充分完成各项准备工作，具备填筑条件后，对施工单位而言，按计划进行坝体填筑，加强各工序的衔接、减少中间环节，是快速施工的重中之重。 

　　1.1合理的坝面分区流水作业 

　　1.1.1由于土石坝体型较大，为坝面分区流水作业提供了必要的场面，一般将填筑工序分为铺料、摊铺、洒水、压实、质检等工作，如防渗土料还需进行表面刨毛处理。在填筑前由于施工情况并不很明朗，一般采用先按现有设备进行理论计算后，按流水作业的要求和注意事项初步拟出工序数目、工作段面积及工段数目，再根据前期填筑对设备及运行时间的统计，进一步进行修正，确保施工有序进行。 

　　1.1.2在坝面分区流水作业中，特别强调是防渗土料的施工，受多方面的影响，防渗土料直接制约大坝整体的上升，在防渗土料填筑流水作业中，根据填筑的需要，应根据实际情况合理划分填筑区域和进行流水作业分析，并根据机械设备及填筑情况及时进行调整，在穿越心墙上，也是需注意的要点，根据工程这实践，采用在防渗土料上铺填石碴及土工布的施工方法，较采用铺设钢架、垫枋木具有施工简便的特点，在快速施工中处理道路中显得极为有效。 

　　1.2平起填筑与临时断面填筑 

　　1.2.1为加快施工进度，一般采用平起填筑施工，平起施工有几个优点：减少了接缝、接坡、削坡等工序，保证了填筑质量；保证有尽可能大的堆石填筑面，利于大机械化的施工；有利于在以后继续填筑时布置进入防渗料区的施工道路；运输反滤料及过渡料的大型自卸汽车不横穿防渗料区；有利于减小料界偏差和相邻料平起填筑时的跨缝碾压；均衡坝体的施工强度，在防渗土料与反滤过渡料的填筑关系上，有先土后砂及先砂后土两种作法，为加快施工进度及控制边界，一般均采用先砂后土施工工艺。 

　　1.2.2虽然平起填筑施工有上述优点，但是，在越来越多的工程实践中，为满足渡汛的要求、分期蓄水提前发挥效益的要求，均要求施工单位在短时间内大坝上升到某一高程，而受多方面的制约，全断面填筑不具备可能性，一般均采用临时挡水断面填筑施工方法，在冬雨季，心墙部位不能进行填筑的情况下只得进行堆石料填筑时，也只能进行临时断面的填筑。临时断面的设计应综合多方面的因素的考虑并通过稳定性复核，在临时断面填筑至设计高度后，再进行尾部坝料填筑，为加快施工进度，在临时断面填筑中，应正确分析临时断面尺寸与坝体填筑的需要，不可为一味减少临时断面填筑量而影响大型机械的正常施工，反而达不到经济、快速的目的，在后期的填筑中，接缝、接坡、削坡工作将增加很多工程量，为保证施工质量，这也是必须要确保施工到位的项目，同时也是填筑临时断面必须多付出的代价。 

　　1.3大型设备的投入 

　　1.3.1在坝体填筑量一定的情况下，要缩短填筑时间，必然要增大填筑强度，而填筑强度的能否达到预期目的，设备的投入是极为重要的方面，虽然目前新型设1000备、大型设备不断投入到工程中，但在目前水利建设整体属于恶性竞争、低价中标的大环境下，要在一个工程中投入大量新型设备、大型设备进行高强度的施工也比较困难，因此，我们可以看到，在许多工程，均拿着施工中小型工程的设备去完成大型工程的修建，实践证明，这种小马拉大车的情况并不能保证大坝快速、正常的施工。 

　　1.3.2在这种情况下，要充分发挥社会资源，组织社会上的设备进场，实践证明，这是解决施工单位自身设备不足的良好办法，通过社会引进的设备，设备新、数量多，可挑选的余地大，能够最大限度满足施工需要，同时利用当地设备，可以减少很多不必要的麻烦和协调工作。在这当中施工单位应吸取经验教训，逐步完善管理机制，才能达到快速施工、经济节约的目的。 

　　1.4加强冬季施工研究和组织 

　　1.4.1由于受冬季的影响，大坝填筑往往在该阶段不能填筑或填筑强度极低，致使坝体填筑受到影响。如何在冬季保持正常施工，是加快坝体填筑的一个方向性问题，如该问题得到突破性进展，将对土石坝快速填筑带来质的飞跃。 

　　1.4.2对土石坝，在冬季施工原则上要求进行保温，说到保温，一般均指搭设暖棚进行施工，实践证明，搭设暖棚准备期长、投入大、效率低，不在万不得已的情况下施工单位是一般不进行搭设暖棚进行冬季施工。 

　　1.4.3根据目前的技术发展，逐渐进行探索不采用搭设费用昂贵的暖棚，而采取简单易行的施工措施，利用土壤自身保温性能，进行冬季施工，一般均需进行冬季施工试验，如绘制当地气候条件进行土壤冻结深度与气温的关系曲线，快速施工、薄层碾压后进行保温再次能够填筑等相关关系等。据资料小浪底工程，冬季施工采取的措施主要为：（1）在料场应优先在向阳、背风处取土。开采前应清除表面的冻土，保证装料时的土料为正温。（2）含水量应符合规定要求，上坝土料含水量在规范允许范围内，并且不大于塑限含水量的90%。（3）对表面风干冻土必须进行剔除处理。含水量合适无风干的轻微冻土，迅速翻耙、整平，并用凸块碾击碎后，快速铺料，在任何情况下不允许含有冰雪。（4）施工温度应符合规定.碾压前的松土温度不得低于-1°C。（5）搞好流水作业，做到快铺、快压、快检。（6）做好雪后复工，复工前须将坝面积雪、不合格土层清理干净，检查合格后方可复工。 

　　1.4.4实践证明，虽然冬季施工投入的费用较大，但工期要求极为严格、冬季必须进行施工的情况下，只要进行必要的研究，采取可靠的措施，充分利用当地的气候条件，完成有可能进行冬季防渗土料施工，而在总体经济上也有可能有优势。小浪底工程防渗土料填筑经历5个冬季，而现场质量检测结果表明，每一层土料的压实度及含水量均满足规范要求，层间结合良好，没有发现干、松土层现象。 

　　1.5成立强有力的协调机构 

　　归根到底，能不能保证快速施工，主要还是取决于人的能动性和创造力，由于土石坝施工协调范围广、事情繁琐，成立强有力的协调机构，能够根据坝体填筑的需要从整体上把握全局，合理进行设备调配和场面调配，快速填筑并困难。 

　　2.速快施工需认真对待的几个问题 

　　2.1坝体沉降量显著增大 

　　根据最近的土石坝施工实践已经反映出，认为堆石施工碾压完成变形基本完成的观点是有一定偏差，由于施工速度过快，大坝投入运行后，堆石坝沉降变形过大，以致形成病害隐患的实例已不鲜见。 

　　2.2心墙部位易形成拱效应 

　　由于快速施工及投入运行，造成本应在施工期完成的沉降而留在了运行期来完成，大坝蓄水后增加的附加沉降量及附加水平位移量亦较大，由于防渗土料与堆石料在沉降速率与时间方面均不同步， 同时空隙水压力消散较慢，在防渗土料易形成低应力区， 可能形成拱效率，可能造成心墙开裂等潜在的安全隐患。 

　　2.3不利于均衡施工，对施工单位存在着巨大的压力。由于短时间内追求过高的施工强度，一味将填筑量和大坝上升速度指标作为施工单位考核目标，给施工带来了巨大的压力和不便，特别是在为度汛及分期蓄水填筑上表现的更为明显. 

　　3.结语 

　　快速施工，应是业主及施工单位正确看待的问题。各方均应从科学的角度，全面、正确的分析合理工期，以实现资源利用最大化的目标，而不是简单的求高、求快、求效益，方能达到快速施工、业主及施工单位“双赢”的目标。