水利工程中土石坝施工要点的探讨

 摘要：土石坝是我国较早和较普遍采用的一种坝型,为解决我国的“洪涝灾害、干旱缺水”等水问题,发展国民经济、保障人民生活发挥了重要作用。土石坝具有就地取材，对坝基地质条件要求不高，结构简单节约三材和易于施工等优点。随着大型高效施工机械的采用，坝体防渗结构和材料的改进，使施工人数的大量减少，施工工期的进一步缩短以及施工费用的显著降低等，为土石坝的发展开辟了广阔前景。如今，国内外不仅中低坝广泛采用土石坝，而且兴建的高土石坝也越来越多。 

　　关键词：水利；土石坝；施工 　 

　　中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号 

　　一、料场规划 

　　土石坝施工中，料场的合理规划和使用，是土石坝施工中的关键技术之一，它不仅关系到坝体的施工质量、工期和工程造价，甚至还会影响到周围的农林业生产。 

　　施工前，应配合施工组织设计，对各类料场作进一步的勘探和总体规划、分期开采计划。使各种坝料有计划、有次序地开采出来，以满足坝体施工的要求。 

　　选用料场材料的物理力学性质，应满足坝体设计施工质量要求，勘探中的可供开采量不少于设计需要量的2倍。在储量集中繁荣主要料区，布置大型开采设备，避免经常性的转移；保留一定的备用料场(为主要料场总储量的20%～30% )和近料场，作为坝体合龙以及抢筑拦洪高程用。在料场的使用时间及程序上，应考虑施工期河水位的变化及施工导流使上游水位抬高的影响。供料规划上要近料、上游易淹料先用；远料，下游不淹料后用。含水量高料场夏季用；含水量低料场雨季用。施工强度高时利用近料，强度低时利用远料，平衡运输强度，避免窝工。对料场高程与相应的填筑部位，应选择恰当，布置合理，有利于重车下坡。作到就近取料，低料低用，高料高用；避免上下游料过坝的交叉运输，减少干扰。 

　　充分合理地利用开挖弃渣料，对降低工程造价和保证施工质量具有重要的意义。作到弃渣无隐患，不影响环保。在料场规划中应考虑到挖、填各种坝料的综合平衡，作好土石方的调度规划，合理用料。料场的覆盖剥离层薄，有效料层厚，便于开采，获得率高。减少料物堆存、倒运，作好料场的防洪、排水、防止料物污染和分离。不占或少占农业耕地，作到占地还地、占田还田。 

　　总之，在料场的规划和开采，考虑的因素很多而且又很灵活。对拟定的规划、供料方案，在施工中不合适的即使进行调整，以取得最佳的技术经济效果。 

　　二、土石料开挖运输 

　　土石坝施工中，从料场的开挖、运输，到坝面的平料和压实等各项工序，都可由互相配套的工程机械来完成，构成“一条龙”式的施工工艺流程，即综合机械化施工。在大中型土石坝，尤其在高土石坝中，实现综合机械化施工，对提高施工技术水平，加快土石坝工程建设速度，具有十分重要的意义。 

　　(一)开挖运输方案 

　　坝料的开挖与运输，是保证上坝强度的重要环节之一。开挖运输方案，主要具坝体结构布置特点：坝料性质、填筑强度、料场特性、运距远近、可供选择的机械型号等多种因素，综合分析比较确定。土石坝施工中开挖运输方案主要有以下几种。 

　　1．正向铲开挖，自卸汽车运输上坝 

　　正向铲开挖、装载、自卸汽车运输直接上坝，通常运距小于10km。 

　　2．正向铲开挖、胶带机运输 

　　国内外很多水利水电工程施工中，广泛采用了胶带机运输土、砂石料。如：国内的大伙房、岳城、石头河等土石坝施工，胶带机成为主要的运输工具。 

　　3．斗轮式挖掘机开挖、胶带机运输、转自卸汽车上坝。 

　　4．采砂船开挖、有轨机车运输、转胶带机(或自卸汽车)上坝。 

　　(二)开挖运输机械设备容量确定分期施工的土石坝 

　　应根据坝体分期施工的填筑强度和开挖强度来确定相应的机械设备容量，为了充分发挥自卸汽车的运输效能，应根据挖掘机械的斗容选择具有适当斗容量(或载重量)的汽车。挖掘机装满一车斗数的合理范围应为3～5斗，通常要求装满一车时间不超过3．5~4min，卸车时不超过2min。 

　　(三)土料压实 

　　1．土料压实特性 

　　土料压实特性，与土料自身的性质，颗粒组成情况、级配特点、含水量大小以及压实功能等有关。 

　　2．土石料的压实标准 

　　土料压实得越好，物理力学性能指标就越高，坝体填筑质量就越有保证。但土料过分的压实，不仅提高了压实费用，而且会产生剪力破坏，反而达不到应有的技术经济效果。可见对坝料的压实应有一定的标准，由于坝料性质不同，因而压实的标准也各异。 

　　3、石渣及堆石体(坝壳料) 

　　石渣或堆石体作为坝壳材料，可用空隙率作为压实指标。根据国内外的工程实践经验，碾压式堆石体空隙率应小于30％ ，控制空隙率在适当范围内，有利于防止过大的沉陷和湿陷裂缝。一般规定其压实空隙率为22%～28% 左右(压实平均干表观密度为2．04～2．24t／m3)以及相应的碾压参数。 

　　(四)压实机械及压实参变数 

　　压实机械对工程进度，工程质量和造价有很大的影响。压实机械的选择原则：应根据筑坝材料的性质、原状土的结构状态、填筑方法、施工强度及作业面积的大小等，选择性能能达到设计施工质量标准的碾压设备类型。如按不同材料分别配置不同的压实机械，就会出现机械闲置的情况。所以确定机械种类和台数时，还应从填筑整体出发，考虑互相配合使用的可能。 

　　(五)坝体填筑 

　　土石坝的坝基开挖、基础处理及隐蔽工程等验收合格后，就可以全面展开坝体填筑。坝体填筑包括基本作业(卸料、平料、压实及质检)和辅助作业(洒水、刨毛)清理坝面和接触缝处理)。 

　　坝面流水作业分为： 

　　1．坝面流水作业：土石坝填筑必须严密组织，保证各工序的衔接，通常采用分段流水作业。 

　　2．组织流水作业原则 

　　1)流水作业方向和工作段大小的划分，要与相应高程的坝面面积相适应，并满足施工机械正常作业要求。宽度应大于碾压机械能错车与压实的最小宽度，或卸料汽车最小转弯半径的2倍，一般为10～20m；长度主要考虑碾压机械的作业要求，一般为40～100m。其布置形式(A．垂直坝轴线流水；B．平行坝轴线流水；C．交叉流水)。 

　　2)坝体填筑工序，按基本作业内容进行划分(辅助作业可穿插进行，不过多占用基本作业时间)，其数目与填筑面积大小、铺料方式、施工强度和季节等有关。一般多划分为铺料和压实2个工序；也有划分为铺料、压实、质检3个工序或铺料、平料、压实、质检4个工序。为保证各工序能同时施工，坝面划分的工作段数目至少应等于相应的工序数目；在坝面较大或强度较低的情况下，工作段数可大于工序数。 

　　3)完成填筑土料的作业时间，应控制在一个班以内，最多不超过一个半班，冬夏季施工为防止热量和水分散失，应尽量缩短作业循环时间。 

　　4)应将反滤料和防渗料的施工紧密配合，统一安排。 

　　3．拟定流水作业程序 

　　1)拟定工序数目n． 

　　2)拟定流水作业单位时间t 

　　3)计算工作段面积w 

　　4)计算工作段数目m 

　　若m　　三、卸料及平料 

　　(一)自卸汽车卸料 

　　1．土料，即汽车卸料方向向前进展，一边卸料，推土机也随即平料，交替作业，汽车在刚平好的松土上行驶，重车行驶坝面路线应尽量不重复。 

　　2．砂砾料，一般粒径较小，推土机很容易在料堆上平土，因此，可采用常规的后退法卸料，即汽车卸料方向后退扩展。 

　　3．堆石料，可采用进占法卸料，推土机随即平料，这样大粒径块石易推至铺料前沿的下部，细部粒料填人堆石体上部的空隙，使表面平整，便于车辆通行。 

　　(二)胶带机上坝布置及卸料 

　　1．上坝布置：上坝胶带机应根据地形、坝长、施工场地具体条件、运输强度以及施工分期等因素进行布置。布置方式主要有：岸坡式布置；坝坡式布置。 

　　2．胶带机坝面卸料：与铺土厚度或压实工具有关，可适用于粘性土、砂砾料、砂质土。 

　　四、碾压方法 

　　根据工程实践经验，碾压机械行驶速度大小，对坝料(如粘性土)压实效果有一定的影响，各种碾压机械的行驶速度，一般应通过试验确定。自行式碾压机械的行驶速度以1～2档为宜。羊脚碾、气胎碾可采用进退错距法或转圈套压法两种。 

　　五、结合部位施工 

　　土石坝施工中，坝体的防渗土料不可避免地与地基、岸坡、周围其他建筑的边界相结合；由于施工导流、施工方法、分期分段分层填筑等的要求，还必须设置纵横向的接坡、接缝。所以这些结合部位，都是影响坝体整体性和质量的关键部位，也是施工中的薄弱环节，处理工序复杂，施工技术要求高，且多系手工操作，质量不易控制。接坡、接缝过多，还会影响到坝体填筑速度，特别是影响机械化施工。对结合部位的施工，必须采取可靠的技术措施，加强质量控制和管理，确保坝体的填筑质量满足设计要求。结合方式有：坝基结合面；与岸坡及砼建筑物结合；坝体纵横向接坡及接缝。 

　　六、反滤层施工 

　　反滤层的填筑方法，大体可分为削坡体、档板法及土、砂松坡接触平起法三类。土、砂松坡接触平起法能适应机械化施工，填筑强度高，可做到防渗体、反滤料与坝壳料平起填筑，均衡施工，被广泛采用。根据防渗体土料和反滤层填筑的次序，搭接形式的不同，可分为先土后砂法和先砂后土法。 

　　无论是先砂后土法或先土后砂法，土砂之间必然出现犬牙交错的现象。反滤料的设计厚度，不应将犬牙厚度计算在内，不允许过多削弱防渗体的有效断面，反滤料一般不应伸人心墙内。犬牙大小由各种材料的休止角所决定，且犬牙交错带不得大于其每层铺土厚度的1．5～2倍。 

　　综上所述，这些运用在实际过程中的工程施工方法已经广为各工程实例中得以采用，特别是对于土石坝施工过程中的工程实践的方法更为大家所观注，其施工的各环节还有待认真的分析及技术的科学研究，进一步加以完善和改进，从而才能让土石坝的施工方法切实地运用到高效的工程实际中，并得以广泛应用。