人工土石壩的分類及用途綜述

李家明，周佳興

(攀枝花學(xué)院，四川攀枝花617000)

人工土石壩是擋水壩的一種，通過(guò)多種方法堆筑而成，通常采用的方法有碾壓、拋填等，所采用的原料則以石料、土料或者混合料為主而根據(jù)所選用的原材料，可以將人工土石壩分為三種類型，即堆石壩、土壩和混合壩。人工土石壩對(duì)于壩基的地質(zhì)條件要求較低，取材方便、價(jià)格低廉，而且壩的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，所以施工較為方便。隨著大型高效施工設(shè)備的使用以及施工人數(shù)的減少、新材料的選用、防滲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使施工所需費(fèi)用大幅度降低，施工工期逐漸縮短。當(dāng)前世界各國(guó)興建的人工土石壩，其高度和數(shù)量都有著其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)尤其是近年來(lái)興起的混凝土面板堆石壩，其競(jìng)爭(zhēng)力很強(qiáng)，施工周期短、經(jīng)濟(jì)性更高，所采用的石壩施工工藝也受到了業(yè)內(nèi)人士的普遍關(guān)注。

1 人工土石壩的分類

人工土石壩主要是由土料、石料或混合料經(jīng)過(guò)拋填、輾壓等施工方式堆筑而成的壩型，建筑材料中的絕大部分材料，避免了運(yùn)輸過(guò)程，既節(jié)省了時(shí)間，又節(jié)約了成本，具有其他類型壩所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。材料的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，地基的要求不高，能很好地適應(yīng)地形，在施工中，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)機(jī)械的要求也不是很高。但人工土壩也存在缺陷，即壩體不能溢出，施工導(dǎo)流不如混凝土壩方便，而粘性土材料的填充受氣候條件的影響較大。

人工壩根據(jù)不同材料的比例，可分為土石壩和砂礫石壩，主要是碎石、石方爆破，而兩種材料在土石壩中占有相當(dāng)大的比例。施工方法不同，有碾壓式、填筑式、充水土壩和爆破堆石壩。人工土石壩根據(jù)壩高度來(lái)區(qū)分，則有低壩、中壩和高壩三種。

2 人工土石壩滲流產(chǎn)生的原因

2.1 滲流分析

人工土石壩由于其構(gòu)成材料主要是土料或石料，這兩種材料的顆粒物質(zhì)之間有一定間隙，當(dāng)水庫(kù)裝滿了水，由于水壓力的作用，水通過(guò)土石顆粒間隙滲透到下游的壩體和壩基的基礎(chǔ)，產(chǎn)生一定的滲漏。壩體、壩基和大壩周圍可能發(fā)生滲漏，如果流量小，水不含土壤顆粒，清澈透明，一般不會(huì)造成對(duì)大壩的滲流和滲流破壞；但如果流量大，夾帶有土石顆粒，水渾濁，不透明，這是異常滲水，將造成壩或壩基破壞。

2.2 滲流產(chǎn)生的原因分析

(1)反濾層設(shè)計(jì)原因：在大壩填筑和排水體之間應(yīng)設(shè)置反濾層，如果反濾層之間的層間系數(shù)過(guò)大發(fā)生故障或混合層土壤不密實(shí)，一旦滲漏，會(huì)帶走土壤疏松的物質(zhì)粒子，從而破壞過(guò)濾層，增大影響大壩安全的滲流。

(2)防滲體施工不到位：在人工土石壩防滲結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程中，施工是非常重要的，但有時(shí)施工未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，不在一個(gè)連續(xù)的和可靠的底部達(dá)到或不透水黏土層基巖，切槽開挖達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，由于施工不到位給人工大壩安全留下隱患。

(3)岸坡處理不到位：若是人工大壩溢洪道已定，必須使岸坡坡度相對(duì)平穩(wěn)，變坡應(yīng)確保邊坡角之間的誤差小于15°，加工平臺(tái)，填充高度達(dá)標(biāo)夯實(shí)，防止突變的沉降，降低裂紋的發(fā)生，進(jìn)而規(guī)避滲透破壞。

3 土石壩在施工中的應(yīng)用

3.1 料場(chǎng)布置

壩體的施工質(zhì)量、所需的投資和工期，同料場(chǎng)的規(guī)劃及使用有著密切的聯(lián)系，因此，在人工土石壩施工過(guò)程中，應(yīng)合理地規(guī)劃和使用料場(chǎng)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。在施工前做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，進(jìn)行全方位的設(shè)計(jì)和規(guī)劃。

在對(duì)料場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)，應(yīng)根據(jù)壩體總方量來(lái)進(jìn)行布置，使料場(chǎng)的布置能夠滿足需要，并且必須滿足最大土壩強(qiáng)度，合理利用建筑物基礎(chǔ)開挖渣料，降低資源消耗。

3.2 土石料加工

3.2.1 土料加工

土料的工程性能，受到很多因素的影響，而水的因素則起到很大的作用。尤其是對(duì)于黏土顆粒來(lái)說(shuō)，其表面積大，顆粒小，具有很強(qiáng)的親水性在填筑壓實(shí)階段，存在最優(yōu)含水率的問(wèn)題。對(duì)于清除不合格料和表層后的土料，應(yīng)嚴(yán)格控制其含水率，根據(jù)相關(guān)的規(guī)范，進(jìn)行含水率調(diào)節(jié)處理，從而使含水率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。通常可以采用兩種方法來(lái)對(duì)土料含水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，一種是在挖裝運(yùn)卸的過(guò)程中，充分運(yùn)用烘烤、翻曬、自然蒸發(fā)以及摻料的方式，使土料含水量降低；另外一種是開挖裝料以及運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，在料場(chǎng)和料堆加水。

3.2.2 砂礫石料和堆石料開采

根據(jù)開采位置來(lái)劃分，可以將砂礫石料開采分為水下和陸上開采兩種方式。對(duì)于塊石料的開采，開采方法通常選為深孔梯度爆破，并且作業(yè)方式應(yīng)為流水作業(yè)，多工作面，而機(jī)械破碎法和淺孔破碎法則是處理超徑塊石料的主要方法。

3.2.3 土石料開挖運(yùn)輸

隨著科技的進(jìn)步，料場(chǎng)開挖、運(yùn)輸?shù)热斯ね潦瘔问┕さ墓ば?，都可以通過(guò)現(xiàn)代化的工程機(jī)械來(lái)完成，極大提高生產(chǎn)的效率。即所謂的綜合機(jī)械化施工在規(guī)模較大的人工土石壩施工中，如高人工土石壩的施工，綜合機(jī)械化施工的應(yīng)用，不僅提高了人工土石壩工程建設(shè)的速度，同時(shí)還在很大程度上提高了機(jī)械化的水平，施工技術(shù)也獲得了改進(jìn)和提高。

在人工土石壩施工中，可以選擇和采用的運(yùn)輸方案有很多種，應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況合理選用，充分發(fā)揮機(jī)械利用率，合理利用地形的有利條件，使壩料的運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)減少、壩料的鋪筑方法和設(shè)備有關(guān)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和布置。

3.3 填筑施工

(1)人工土石壩的壩面作業(yè)需制定合理的施工組織規(guī)劃，因?yàn)閴蚊孀鳂I(yè)所采用的機(jī)械設(shè)備較多，涉及很多工種，工作面相對(duì)狹窄、工序多。流水線作業(yè)是人工土石壩壩面作業(yè)的主要方式，采用這種方式能夠有效保障施工的進(jìn)度，減少壩面施工中的干擾因素。具體施工時(shí)，應(yīng)對(duì)壩面進(jìn)行分段，所采用的依據(jù)是施工工序的數(shù)目，并組織專業(yè)的施工人員開展施工。

(2)平起填筑施工在人工土石壩施工中獲得了廣泛的應(yīng)用，不僅能夠提高填筑的質(zhì)量，還減少了對(duì)施工質(zhì)量造成不良影響的一些工序，適用于大機(jī)械化的施工。這種方法有助于繼續(xù)填充，不透水面積道路填料，可使施工力量均衡。越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于砂濾和過(guò)渡料防滲土料填筑的施工，這是因?yàn)檫@個(gè)方法有利于沙土邊界控制，也可以使施工加快發(fā)展。

(3)控制好每層土石填筑的厚度，一般在10～20 m之間。對(duì)人工土石壩進(jìn)行分層強(qiáng)夯為了避免土石料發(fā)生變形，使土石料密度增加，應(yīng)采用大能量的夯擊動(dòng)力預(yù)壓鋪筑和夯實(shí)都應(yīng)分層進(jìn)行，填筑新的土石層后重新進(jìn)行夯擊，最終使壩體的高度滿足設(shè)計(jì)和使用需求對(duì)于夯擊動(dòng)力能量和土石的填筑厚度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，降低工程造價(jià)，減少施工所需的工程量，盡可能地增加土石料的密度，從而使壩體的沉降減少。

4 總 結(jié)

土石壩是最普遍采用的一種壩型，其具有就地取材、節(jié)省建筑材料及減少建壩過(guò)程遠(yuǎn)途運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。土石壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于維修和加高、擴(kuò)建，且由于土石壩的壩身是土石散粒體結(jié)構(gòu)，有適應(yīng)變形的良好性能。在水利工程人工筑壩，特別是小型水利工程施工現(xiàn)場(chǎng)的廣泛應(yīng)用，人工大壩施工應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，施工技術(shù)方案科學(xué)合理，確保大壩人工可以滿足使用要求，并盡量節(jié)約工程成本這樣的人工壩，可以起到較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。