淺析土石壩施工技術(shù)

彭嘯宇

（黑龍江省綏化市北林區(qū)河道管理處，黑龍江 綏化 152000）

所謂土石壩泛指由土料、石料或混合料,經(jīng)過拋填、輾壓等方法堆筑成的擋水壩。以土和砂礫為主充當(dāng)壩體材料的水壩稱為土壩、以石渣、卵石、爆破石料為主要材料的水壩,稱堆石壩，若兩類當(dāng)?shù)夭牧暇枷喈?dāng)比例時,稱土石混合壩。與其他水壩相比土石壩施工具有就地取材、機(jī)構(gòu)簡單、對壩基地質(zhì)條件要求不高、便于施工、節(jié)約三材等優(yōu)點。隨著大型高效機(jī)具的采用,壩體防滲結(jié)構(gòu)和材料的改進(jìn),施工人數(shù)的大量減少,施工工期的進(jìn)一步縮短以及施工費(fèi)用的顯著降低等，為土石壩的發(fā)展開辟了廣闊前景。土石壩被廣泛的應(yīng)用到國內(nèi)外的水壩建設(shè)中，中低壩與興建的高土石壩都越來越多的運(yùn)用土石壩施工工藝。自上世紀(jì)70代開始，世界各國興建的土石壩無論數(shù)量上還是高度上,都超過了混凝土壩；特別是近20年來,混凝土面板堆石壩的經(jīng)濟(jì)性和快速施工,已成為壩工建設(shè)中具有很強(qiáng)競爭力的一種新壩型，更是使土石壩施工工藝更具競爭性。

1 土石壩的分類

根據(jù)施工方法的不同，土石壩可分為：充填式土石壩、碾壓式土石壩、定向爆破堆石壩和水中填土壩等，其中以碾壓式土石壩被廣泛采用。

按照土料在壩身內(nèi)的配置和防滲體所用的材料種類,碾壓式土石壩可分為以下幾種主要類型:均質(zhì)壩、土質(zhì)心墻壩、土質(zhì)斜墻壩、多種土質(zhì)壩、人工材料心墻壩、人工材料面板壩。

根據(jù)土石壩壩高的不同，土石壩可分為:低壩、中壩和高壩。低壩高度小于30m，中壩高度在30-70m之間，高壩高度大于70m。

2 土石壩的優(yōu)點和缺點

2.1 土石壩的優(yōu)點

土石壩施工過程中就地取材,以土石為主要原材料，充分節(jié)省了鋼材﹑水泥﹑木材等建筑材料的使用,進(jìn)而減少了施工過程中的遠(yuǎn)途運(yùn)輸費(fèi)用。結(jié)構(gòu)簡單,便于維修、加高和擴(kuò)建。壩身是土石散粒體結(jié)構(gòu),有較強(qiáng)的適應(yīng)變形的性能,對地基的要求低。施工技術(shù)簡單,工序少,便于組合機(jī)械快速施工，施工周期短。

2.2 土石壩的缺點

壩頂不具有溢洪功能,一般要另設(shè)溢洪道 (洞)；在施工導(dǎo)流方面不如砼壩或漿砌石方便；粘性土料的填筑受氣候影響較大；沉陷和不均勻沉陷大。

3 土石壩施工工藝技術(shù)

3.1 料場布置

在土石壩施工過程中料場的規(guī)劃與使用對壩體的施工質(zhì)量、工期和工程投資,工程的生態(tài)環(huán)境和國民經(jīng)濟(jì)其他部門都會產(chǎn)生重要的影響，所以必須科學(xué)合理的規(guī)劃料場布置，施工的前期準(zhǔn)備工作，應(yīng)從空間、時間、質(zhì)與量等方面進(jìn)行全面規(guī)劃。

所謂料場的空間規(guī)劃,是指對料場的位置與高程進(jìn)行恰當(dāng)?shù)倪x擇、合理布置。時間規(guī)劃是指，料場布置要充分的考慮到施工強(qiáng)度與壩體填筑部位的變化情況。質(zhì)與量的規(guī)劃,是指料場的選址要對地質(zhì)成因、產(chǎn)狀、埋深、儲量以及各種物理力學(xué)指標(biāo)具有全面的把握。料場的布置要充分的滿足料場總儲量滿足壩體總方量的要求，和施工各個階段最大上壩強(qiáng)度的要求。料盡其用,充分利用永久和臨時建筑物基礎(chǔ)開挖碴料。

3.2 土石料加工

第一，土料加工。清除表層及不合格料后的上山料場的土料均可上壩填筑,但由于粘土顆粒小,比表面積大,親水性強(qiáng),水對土料工程性能影響大,填筑壓實有最佳狀態(tài)的最優(yōu)含水率問題,鑒于有此特點,要求對土料的含水率進(jìn)行控制,必要時按規(guī)范進(jìn)行水份調(diào)節(jié)處理,保證在填筑壓實時含水率在最優(yōu)含水率±2%左右為合格料。調(diào)整土料含水量有兩種方法：一是將自然蒸發(fā)、烘烤、摻料、翻曬等方法運(yùn)用到挖裝運(yùn)卸中，來降低土料含水量。二是通過在料場加水,料堆加水,在開挖、裝料、運(yùn)輸過程中加水的方法來提高土料含水量。一般在超徑石含量不多的礫質(zhì)土中，常用裝耙的堆土機(jī)先在料場中初步清除，然后在壩體填筑面上進(jìn)行填筑平整時再作進(jìn)一步清除；當(dāng)超徑石的含量較多時,可用料斗加設(shè)蓖條篩(格篩)或其他簡單篩分裝置加以篩除,還可采用從高坡下料,造成粗細(xì)分離的方法清除粗粒徑。粗粒徑較大的過渡料宜直接采用控制爆破技術(shù)開采,對于較細(xì)的、質(zhì)量要求高的反濾料,墊層料則可用破碎、篩分、摻和工藝加工。

第二，砂礫石料和堆石料開采。砂礫石料開采因開采位置的不同分為陸上開采和水下開采兩種方法。塊石料開采:結(jié)合建筑物開挖或由石料場開采，開采的布置要形成多工作面流水作業(yè)方式。開采方法一般采用深孔梯段爆破,特定目的使用洞室爆破。超徑處理:超徑塊石料的處理方法主要有淺孔爆破法和機(jī)械破碎法兩種。

第三，土石料開挖運(yùn)輸。運(yùn)用相互配套的的工程機(jī)械完成了從料場的開挖、運(yùn)輸,到壩面的平料和壓實等土石壩施工的各項工序。這種一站式的施工工藝流程被稱之為綜合機(jī)械化施工。在大中型土石壩,尤其在高土石壩中,實現(xiàn)綜合機(jī)械化施工，對提高施工技術(shù)和機(jī)械化水平,加快上石壩工程建設(shè)速度,具有十分重要的意義。土石壩施工中開挖運(yùn)輸方案主要有以下幾種:

①正向鏟開挖,自卸汽車運(yùn)輸上壩。②正向鏟開挖、膠帶機(jī)運(yùn)輸。③斗輪式挖掘機(jī)開挖,膠帶機(jī)運(yùn)輸,轉(zhuǎn)自卸汽車上壩。④采砂船開挖,有軌機(jī)車運(yùn)輸,轉(zhuǎn)膠帶機(jī)上壩。在多種壩料開挖運(yùn)輸方案的選擇上要充分結(jié)合工程施工的具體條件,使機(jī)械利用率充分發(fā)揮，減少壩料的轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，各種壩料鋪筑方法及設(shè)備應(yīng)盡量一致,減少輔助設(shè)施，充分利用地形條件,統(tǒng)籌規(guī)劃和布置。

3.3 填筑施工

第一，土石壩壩面作業(yè)施工程序包括鋪料、攤鋪、灑水、壓實、質(zhì)檢等工作。壩面作業(yè)具有工作面狹窄,工種多,工序多,機(jī)械設(shè)備多的特點,所以阻礙施工時需有妥善的制定施工組織規(guī)劃。土石壩的壩面作業(yè)一般采用流水線施工方式，這樣可以有效避免因壩面作業(yè)特點對壩面施工中的干擾,保障施工進(jìn)度。流水作業(yè)施工組織應(yīng)先按施工工序數(shù)目對壩面分段,然后組織相應(yīng)專業(yè)施工隊依次進(jìn)入各工段施工。

第二，施工中一般采用平起填筑施工,平起施工具有減少了接縫、接坡、削坡等工序,保證了填筑質(zhì)量的優(yōu)勢。平起施工盡可能大的堆石填筑面,便于開展大機(jī)械化的施工。與此同時它還有利于繼續(xù)填筑時布置進(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的跨縫碾壓和均衡壩體的施工強(qiáng)度的作用，在防滲土料與反濾過渡料的填筑關(guān)系上,有先土后砂及先砂后土兩種作法,為加快施工進(jìn)度及控制邊界,一般均采用先砂后土施工。

第三，對土石壩進(jìn)行分層強(qiáng)夯填筑,應(yīng)將每層土石填筑厚度控制在10m-20m之間；采用大能量的夯擊動力預(yù)壓，提高土石料的密度,消除土石料的變形；分層鋪筑分層夯實,在夯擊后的土石層中填筑新的土石層,再進(jìn)行新的夯擊，直至達(dá)到壩體需要的高度?？刂泼繉油潦钪穸扰c采用夯擊動力的能量,使壩體密度、壩料的強(qiáng)度和模量顯著提高,施工工程量和工程造價大大降低,使土石料的密度達(dá)到最大,填筑完成后壩體的沉降明顯減少。

4 結(jié)語

土石壩施工技術(shù)被廣泛的運(yùn)用到水利工程建設(shè)中，在土石壩的施工過程中，應(yīng)認(rèn)真參照有關(guān)執(zhí)行規(guī)程規(guī)章的的具體內(nèi)容,采用科學(xué)合理的施工方法與技術(shù),在滿足使用要求的同時,盡量做到節(jié)約材料、降低造價。

[1]應(yīng)忠卿,吳連生.SJ4-500型深攪鉆機(jī)的技術(shù)性能、施工工藝及生產(chǎn)試驗情況簡介[J].地質(zhì)裝備,2001,(03).

[2]張正祿.工程的變形分析與預(yù)報方法研究進(jìn)展[J].測繪信息與工程,2002,(05).