土石壩施工技術(shù)淺議

翟耀武

(武警水電九支隊(duì),成都,610036)

土石壩具有對(duì)基礎(chǔ)要求低、適應(yīng)基礎(chǔ)變形強(qiáng)的特點(diǎn),根據(jù)填筑施工方法,一般可分為碾壓式土石壩、拋填式堆石壩、定向爆破堆石壩、水力沖填壩、水中填土壩及砌石壩幾種,目前廣泛運(yùn)用的是薄層鋪筑并分層壓實(shí)的碾壓式土石壩。土石壩所需土石料一般就地開采,同時(shí)還可充分利用各種開挖料作為填筑料。

隨著壩工技術(shù)的發(fā)展,混凝土重力壩、拱壩的施工技術(shù)不斷提高,同時(shí)橡膠壩等新型壩型也在不斷運(yùn)用。與此相比,傳統(tǒng)土石壩存在著填筑量大所帶來的建設(shè)時(shí)間長的缺點(diǎn)顯得極為突出。如何在充分發(fā)揮土石壩本身的技術(shù)要求低、對(duì)壩基適應(yīng)性強(qiáng)、當(dāng)?shù)夭牧鲜褂贸浞值膫鹘y(tǒng)優(yōu)勢(shì)下加快施工進(jìn)度,成為土石壩壩型選擇的重要方面。本文就土石壩的快速施工問題進(jìn)行探討。

1 快速施工的必要性

1.1 快速施工,可以使大壩提前發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益

隨著水利工程投資的多元化發(fā)展,水利建設(shè)的投資逐漸以企業(yè)為主。從企業(yè)追求利潤最大化及提高內(nèi)部收益率考慮,大壩加快施工進(jìn)度,縮短建設(shè)周期,提前發(fā)揮效益,是每個(gè)業(yè)主考慮的重點(diǎn)。因此在招標(biāo)文件中,可以看見對(duì)工期的要求極為嚴(yán)格,并要求投標(biāo)者在加快施工進(jìn)度方面提出嚴(yán)密而詳細(xì)的措施;在工程開工后,業(yè)主對(duì)施工單位在工期上的要求更高。作為施工單位,從滿足業(yè)主的需要角度出發(fā),往往承諾比招投標(biāo)文件更短的工期。因此,如何提高施工強(qiáng)度、加快施工進(jìn)度,成了施工單位贏得市場(chǎng)從而生存的法寶。

1.2 基礎(chǔ)處理的不確定性,需要采用快速施工措施加快進(jìn)度

隨著水電開發(fā)的進(jìn)展,在基礎(chǔ)不良的地方也開始修建大型土石壩,為了滿足壩基承載力及基礎(chǔ)防滲的需要,往往在完成基礎(chǔ)處理后方可進(jìn)行填筑施工。然而,當(dāng)?shù)鼗闆r較為復(fù)雜,特別是在深覆蓋層上修建工程時(shí),基礎(chǔ)處理工程量大、不可預(yù)見因素多,經(jīng)常需要采用防滲墻、振沖、帷幕灌漿、固結(jié)灌漿等措施對(duì)地基進(jìn)行綜合處理,處理難度大、檢查復(fù)雜,基礎(chǔ)處理完工及交面時(shí)間往往較開工時(shí)所制定計(jì)劃時(shí)間滯后,造成填筑開工時(shí)間拖延,而下閘蓄水期往往卻不予調(diào)整,造成有效填筑時(shí)間縮短,施工單位不得不采用快速施工措施,才能按期完成工程。

1.3 水文氣象的影響,對(duì)填筑強(qiáng)度提出新的標(biāo)準(zhǔn)

土石壩填筑對(duì)水文氣象因素極為敏感。在雨季,土料的含水量較大,下雨后往往要重新翻曬,清除不合格土料。經(jīng)常出現(xiàn)的土石壩越填越低的怪圈,直接制約著大壩填筑,施工強(qiáng)度受到影響。冬季,土料上凍,如不采取積極措施,也無法進(jìn)行填筑,而且冬雨季填筑施工,存在著高投入、低產(chǎn)出的情況,施工單位往往不愿意承擔(dān)。因此,充分利用填筑的“黃金季節(jié)”,盡量避免冬雨季施工,是施工單位的首選。同時(shí),在“黃金季節(jié)”填筑的工程量也極大,能否快速施工,成為避免冬雨季大方量填筑的首要問題。

1.4 度汛的施工特點(diǎn),也需要施工單位采用快速施工等措施

由于土石壩的特點(diǎn),一般不允許漫頂過流(隨著技術(shù)的發(fā)展,土石壩在其壩頂及下游側(cè)進(jìn)行必要防護(hù)后,也可實(shí)現(xiàn)漫頂過流甚至度汛,但防護(hù)投入費(fèi)用高,且也需要施工時(shí)間,在度汛后又需拆除時(shí)間),故土石壩工程“施工高峰期”一般發(fā)生在截流后第一個(gè)汛前達(dá)到攔洪度汛斷面擋水這一階段,截流后均需加快施工進(jìn)度,以期在汛前將壩體全斷面或度汛小斷面填筑至攔洪度汛高程。因此,需提高壩體的月填筑強(qiáng)度,方能按安全渡汛的要求按期達(dá)到攔河高程。

1.5 新型施工設(shè)備的大量投入和材料適用范圍的拓展,是快速施工的基礎(chǔ)

隨著機(jī)械化程度的提高,大容量的土石方設(shè)備運(yùn)用到施工中,提高了工效,從而為快速施工打下了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。填筑材料適用范圍的拓展,原來不適合作壩料的材料也可作為填筑料,從而為快速施工創(chuàng)造了條件。

2 快速施工的主要方法簡(jiǎn)介

首先是計(jì)劃控制。通過計(jì)劃對(duì)關(guān)鍵線路進(jìn)行科學(xué)的判斷和分析,在發(fā)生變化時(shí),也能迅速進(jìn)行調(diào)整和輔助決策,避免手足無措或盲目施工。

其次,打開料場(chǎng)工作面。料場(chǎng)對(duì)土石壩的重要性不言而喻,卻也是最容易影響大壩填筑的因素,因此,需要慎重地進(jìn)行料場(chǎng)復(fù)查及復(fù)勘工作。搞好料場(chǎng)復(fù)查和儲(chǔ)量計(jì)算,做到心中有數(shù),最好在大壩填筑期間儲(chǔ)備部分成品料以減緩高峰強(qiáng)度。

填筑前期還有一個(gè)重要因素,那就是施工道路。目前,為加快施工進(jìn)度,需要大量的機(jī)械設(shè)備和運(yùn)輸車輛,對(duì)道路的要求越來越高。道路條件好,將會(huì)極大地提高運(yùn)輸效率。在道路布置上,應(yīng)盡量根據(jù)實(shí)際情況布置成環(huán)行雙車道,避免車輛的相互干擾,提高單車效率。

為保證現(xiàn)場(chǎng)施工效率,需要提前進(jìn)行碾壓試驗(yàn),確定快速、節(jié)省的碾壓參數(shù),上壩以后根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。快速得出碾壓結(jié)果,將有效提高施工強(qiáng)度。

大壩施工存在著極為復(fù)雜的外部環(huán)境,社會(huì)、治安環(huán)境、移民征地均可制約工程施工,均需提前根據(jù)市場(chǎng)環(huán)境予以評(píng)估,提前化解風(fēng)險(xiǎn),為正常施工創(chuàng)造一個(gè)相對(duì)寬松的作業(yè)環(huán)境。

一個(gè)工程要達(dá)到預(yù)期目標(biāo),需要業(yè)主、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位及施工單位共同努力,如果配合得好、群策群力,工程就能順利施工,遇見困難也能較順利的解決,相反,則可能陷入漫長的解決問題困窘,工程自然是想快也快不起來。

在完成各項(xiàng)準(zhǔn)備,具備填筑條件后,加強(qiáng)各工序的銜接、減少中間環(huán)節(jié),是快速施工的重中之重。由于土石壩體型較大,為壩面分區(qū)流水作業(yè)提供了必要的場(chǎng)面,一般將填筑工序分為鋪料、攤鋪、灑水、壓實(shí)、質(zhì)檢等工作。在壩面分區(qū)流水作業(yè)中,特別是防滲土料的施工,受多方面的影響,防滲土料直接制約大壩整體的上升。在防滲土料填筑流水作業(yè)中,根據(jù)填筑的需要,應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況合理劃分填筑區(qū)域和進(jìn)行流水作業(yè)分析,并根據(jù)機(jī)械設(shè)備及填筑情況及時(shí)調(diào)整。

為加快施工進(jìn)度,一般采用平起填筑施工。平起施工有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):減少了接縫、接坡、削坡等工序,保證了填筑質(zhì)量;保證有盡可能大的堆石填筑面,利于大機(jī)械化施工;有利于在以后繼續(xù)填筑時(shí)布置進(jìn)入防滲料區(qū)的施工道路;運(yùn)輸反濾料及過渡料的大型自卸汽車不橫穿防滲料區(qū);有利于減小料界偏差和相鄰料平起填筑時(shí)的跨縫碾壓。

雖然平起填筑施工有很多優(yōu)點(diǎn),但是,在越來越多的工程實(shí)踐中,為滿足渡汛及分期蓄水提前發(fā)電的要求,施工單位均需要在短時(shí)間內(nèi)將大壩心墻和迎水面上升到某一高程。為此,全斷面填筑一般要采用臨時(shí)擋水?dāng)嗝嫣钪┕し椒āＴ诙昙?心墻部位不能進(jìn)行填筑的情況下,只得進(jìn)行堆石料填筑時(shí)也只能進(jìn)行臨時(shí)斷面的填筑。

在壩體填筑量一定的情況下,要縮短填筑時(shí)間,必然要增大填筑強(qiáng)度,而填筑強(qiáng)度能否達(dá)到預(yù)期目的,設(shè)備的投入是極為重要的方面,應(yīng)通過多個(gè)渠道,包括本單位、協(xié)作隊(duì)伍或通過社會(huì)引進(jìn)設(shè)備。這樣,采用的設(shè)備新、數(shù)量多,可挑選的余地大,能夠最大限度滿足施工需要。同時(shí),利用當(dāng)?shù)卦O(shè)備,還可以減少很多不必要的麻煩和協(xié)調(diào)工作。但也不能將施工寄希望在協(xié)作單位,如協(xié)作單位不能按有關(guān)要求作業(yè),則欲速則不達(dá),反而影響快速施工。

歸根到底,能不能保證快速施工,主要取決于人的能動(dòng)性和創(chuàng)造力。由于土石壩具有填筑壩料多、工序銜接多、機(jī)械設(shè)備投入多等特點(diǎn),壩面(包括料場(chǎng))協(xié)調(diào)范圍廣、事情繁瑣,需要成立強(qiáng)有力的協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu),根據(jù)壩體填筑的需要從整體上把握全局,合理進(jìn)行設(shè)備調(diào)配和場(chǎng)面調(diào)配,可以起到事半功倍、節(jié)約很多時(shí)間的效果。否則的話,場(chǎng)面協(xié)調(diào)不靈,相互干擾影響,快速填筑將會(huì)非常困難。

3 快速施工需認(rèn)真對(duì)待的幾個(gè)問題

雖然土石壩快速施工已成為未來發(fā)展的方向,但從多個(gè)已施工或完建工程的情況看,土石壩的快速施工水平,應(yīng)依據(jù)壩高、填筑工程量、實(shí)際施工工期、平均月升高速度及平均月上壩強(qiáng)度等施工技術(shù)指標(biāo)來綜合分析、評(píng)價(jià),而不是簡(jiǎn)單地一味求快及追求上升速度?？焖偈┕け仨氃诳茖W(xué)論證及安全評(píng)審后方可實(shí)施,否則,將有可能帶來不可預(yù)料的后果。

由于施工速度過快,大壩投入運(yùn)行后,堆石壩沉降變形必然較大,造成本應(yīng)在施工期完成的沉降而留在了運(yùn)行期來完成。大壩蓄水后,增加的附加沉降量及附加水平位移量亦較大,由于防滲土料與堆石料在沉降速率與時(shí)間方面的不同步,同時(shí)空隙水壓力消散較慢,在防滲土料易形成低應(yīng)力區(qū),可能形成拱效率,可能造成心墻開裂等潛在的安全隱患。

由于短時(shí)間內(nèi)追求過高的施工強(qiáng)度,一味將填筑量和大壩上升速度指標(biāo)作為考核目標(biāo),同樣給施工單位帶來巨大的壓力和不便。一方面,前期設(shè)備投入數(shù)量較大,但在施工高峰期一過,造成設(shè)備閑置;另一方面,由于施工高峰期出現(xiàn)在整個(gè)工程施工的前期,施工單位要在很短時(shí)間內(nèi)調(diào)配大量的設(shè)備進(jìn)場(chǎng),無論從人力、物力和財(cái)力上,對(duì)施工單位都造成了巨大的壓力。

因此,快速施工,應(yīng)是業(yè)主及施工單位正確看待的問題,如沉降及拱效應(yīng)問題,可采用有限元分析及埋設(shè)原型觀測(cè)儀器進(jìn)行實(shí)際量測(cè),以監(jiān)控大壩應(yīng)力及變形;做好壩料級(jí)配控制,良好的級(jí)配能夠在施工期盡量沖填密實(shí),降低后期沉降;采用大型、重型的振動(dòng)碾壓機(jī)具,可以提高壓實(shí)度,降低孔隙率等。但要做到均衡施工,就需要各方均應(yīng)從科學(xué)的角度,全面、正確地分析合理工期,以實(shí)現(xiàn)資源利用最大化的目標(biāo);簡(jiǎn)單地求高、求快、求效益,是不能達(dá)到快速施工、業(yè)主及施工單位“雙贏“的目標(biāo)的。