探析水利施工中土石壩施工技術(shù)的運(yùn)用

劉 利

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

在水利工程建設(shè)中，土石壩憑借其就地取材、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)變形、對(duì)地基沒(méi)有太高要求和技術(shù)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)得到廣泛應(yīng)用。為保證土石壩質(zhì)量，需根據(jù)工程實(shí)際情況，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，制定合理可行的施工技術(shù)。

1 水利工程土石壩施工主要內(nèi)容

按施工方法，可將土石壩分成以下幾種類(lèi)型：碾壓式土石壩、水中填土土石壩、水力沖填土石壩、定向爆破修筑土石壩，目前碾壓式土石壩比較普遍，它的施工主要包括以下四項(xiàng)內(nèi)容：其一，準(zhǔn)備工作，如現(xiàn)場(chǎng)的四通一平，建設(shè)臨時(shí)用房和排水清基；其二，基本作業(yè)，即對(duì)土石料進(jìn)行開(kāi)采、裝車(chē)、運(yùn)輸、卸車(chē)和壩面作業(yè)；其三，輔助作業(yè)，如對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行清理，在料堆上清除粒徑不滿足要求的石塊及雜物，為壩面施作臨時(shí)或永久排水，在層間進(jìn)行刨毛等；最后為附加作業(yè)，如對(duì)壩坡進(jìn)修整，可采取鋪設(shè)草皮或砌筑護(hù)面磚方式[1]。

2 土石壩壩料開(kāi)采

2.1 土料開(kāi)采

對(duì)于土石壩的土料，目前主要有兩種開(kāi)采方式，即平面與立面開(kāi)采，這兩種開(kāi)采方式的對(duì)比如表1所示。

表1 土石壩土料平面與立面開(kāi)采方式對(duì)比

2.2 砂礫料開(kāi)采

對(duì)于土石壩的砂礫料，目前也常用兩種開(kāi)采方式，即水上與水下開(kāi)采，這兩種開(kāi)采方式的對(duì)比如表2所示。

表2 土石壩砂礫料水上與水下開(kāi)采方式對(duì)比

2.3 石料開(kāi)采

在土石壩中使用的石料，開(kāi)采方式以微差爆破為主[2]。

3 土石壩壩面作業(yè)

土石壩的壩面作業(yè)分成以下幾個(gè)步驟：土石料鋪料、土石料整平與灑水、土石料碾壓和質(zhì)量檢查。為防止不同工序間產(chǎn)生相互干擾，建議按照流水作業(yè)方式進(jìn)行施工組織。

3.1 土石料鋪料及整平

（1）土石料鋪料按照與壩軸線相平行的方向進(jìn)行，由自卸汽車(chē)進(jìn)入到防滲體中采取進(jìn)入占法倒退的方式鋪料。（2）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的厚度進(jìn)行鋪料與整平是達(dá)到理想壓實(shí)效果重要前提。（3）考慮到黏性土料實(shí)際含水量相對(duì)較低，故需要在料場(chǎng)中進(jìn)行加水；而對(duì)于非黏性涂料，應(yīng)避免在運(yùn)輸過(guò)程中水分大量散失，運(yùn)輸?shù)綁蚊婧筮m量加水。對(duì)于砂礫料與石料，均在壓實(shí)之前適量加水，以保證壓實(shí)質(zhì)量[3]。（4）采用光面壓實(shí)機(jī)具進(jìn)行碾壓的土層，需要做好刨毛處理，確保層間良好結(jié)合，刨毛的深度一般按3～5 cm嚴(yán)格控制。

3.2 碾壓

完成土石料的鋪料及整平后，立即開(kāi)始碾壓，常用碾壓方法有進(jìn)退錯(cuò)距與圈轉(zhuǎn)套壓，分別如圖1（a）、1（b）所示。

圖1 土石壩碾壓方式

其中，對(duì)于進(jìn)退錯(cuò)距碾壓，其主要優(yōu)勢(shì)在于操作便利，能實(shí)現(xiàn)分段流水作業(yè)且碾壓質(zhì)量易于保證，先在碾壓帶兩側(cè)進(jìn)行往復(fù)碾壓，然后開(kāi)始錯(cuò)距碾壓。碾壓時(shí)，錯(cuò)距的寬度采用以下公式計(jì)算：

式中：b——錯(cuò)距寬度（m）；B——碾滾凈寬（m）；n——設(shè)計(jì)確定的碾壓遍數(shù)。

而圈轉(zhuǎn)套壓需要有足夠的工作面，在多個(gè)碾滾相組合的情況下較為適用，它的優(yōu)點(diǎn)在于具有很高作業(yè)效率，然而，交接部位容易重壓與超壓，施工中需要予以嚴(yán)格控制。

3.3 接頭處理

（1）對(duì)壩體進(jìn)行填筑時(shí)，在層間的接頭處要有足夠錯(cuò)開(kāi)，另外分段條帶需要和壩軸線保持平行，在分段間不能有太大高差。當(dāng)設(shè)置接坡時(shí)，坡度應(yīng)控制在1：3以內(nèi)。（2）在壩體填筑過(guò)程中，大多采取土、砂平起法，或先土后砂、或先砂后土。（3）針對(duì)壩體和其他建筑物之間的連接，如刺墻與涵管，在與結(jié)構(gòu)物相距較近的部位無(wú)法使用大型設(shè)備進(jìn)行碾壓施工時(shí)，由人工使用小型機(jī)具將其夯實(shí)。此外，碾壓中必須注意兩側(cè)填料應(yīng)保持均衡，否則會(huì)產(chǎn)生側(cè)壓，對(duì)結(jié)構(gòu)物的安全造成不利影響[4]。

3.4 干容量測(cè)試

干容量測(cè)試是檢查確認(rèn)土石方填筑質(zhì)量的有效方法，在實(shí)際的干容重測(cè)試過(guò)程中，應(yīng)注意下列幾個(gè)要點(diǎn)：在鋪好并碾壓完每一層土石料以后，需對(duì)其進(jìn)行干容重測(cè)試，確認(rèn)干容重是否滿足設(shè)計(jì)要求，只有達(dá)到要求以后才能對(duì)上層實(shí)施鋪料。干容重的測(cè)試方法為環(huán)刀法，對(duì)于水庫(kù)工程，環(huán)刀的內(nèi)徑應(yīng)達(dá)到100 mm以上，而對(duì)于堤防工程，其環(huán)刀的內(nèi)徑應(yīng)達(dá)到70 mm以上，這是保證測(cè)試順利完成，并得到準(zhǔn)確結(jié)果的關(guān)鍵，必須引起測(cè)試人員的重視。每一層土石料的實(shí)際取樣數(shù)量按100～150 m3/個(gè)控制，在較為狹長(zhǎng)的堤防工程中，應(yīng)按照20～30 m的間距進(jìn)行取樣，取樣點(diǎn)的分布應(yīng)盡可能均勻，且取樣的數(shù)量不能少于3個(gè)，而對(duì)于取樣位置，以每層下部1/3厚度處為宜。經(jīng)取樣測(cè)試發(fā)現(xiàn)不合格時(shí)，應(yīng)對(duì)該部位進(jìn)行二次碾壓，或采取其他措施進(jìn)行局部處理，直到復(fù)測(cè)結(jié)果合格，方可開(kāi)始下一道工序的施工。

3.5 雨季填筑注意事項(xiàng)

在雨季填筑施工中，應(yīng)充分注意下列要點(diǎn)：心墻和斜墻土石方填筑表面宜向上游的方向小幅傾斜，對(duì)于均質(zhì)壩，則可在中間凸起的基礎(chǔ)上，兩端向上游和下游分別小幅傾斜，以此為雨水的排匯創(chuàng)造良好條件。施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)雨前預(yù)報(bào)，在降雨前利用汽車(chē)對(duì)壓實(shí)層上的松土進(jìn)行碾壓，同時(shí)注意使填筑表面保持平整，避免產(chǎn)生積水。切實(shí)加強(qiáng)壩面防護(hù)，在降雨和雨后都不允許踩踏壩面，也不允許車(chē)輛通行，只有在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的晾曬后，才可以復(fù)工。在較為狹窄的場(chǎng)面，可通過(guò)塑料布的覆蓋來(lái)防雨。降雨前，需將大型機(jī)械設(shè)備移動(dòng)到填筑面以外。加強(qiáng)坡面保護(hù)，避免坡面受到雨水的沖刷而失穩(wěn)滑動(dòng)。

3.6 冬季填筑施工注意事項(xiàng)

在冬季氣溫較低的情況下進(jìn)行填筑施工時(shí)，應(yīng)充分注意下列要點(diǎn)：在氣溫相對(duì)較低的情況下進(jìn)行施工時(shí)，需在使用正溫土料的基礎(chǔ)上，盡可能加快每個(gè)環(huán)節(jié)的施工。對(duì)土料進(jìn)行碾壓時(shí)，氣溫應(yīng)達(dá)到-1 ℃以上。如果當(dāng)日的最低氣溫低于-10 ℃，或當(dāng)日的最低氣溫低于0 ℃，但風(fēng)速超過(guò)10 m/s，則不允許進(jìn)行施工。在氣溫相對(duì)較低的情況下進(jìn)行施工時(shí)，黏性土實(shí)際含水量不能超過(guò)其極限值的90%，而砂礫料的實(shí)際含水量應(yīng)控制在4%以內(nèi)。冬季填筑施工中，應(yīng)盡可能減小鋪土厚度，也可提高壓實(shí)功，改用重型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行碾壓。施工開(kāi)始前，對(duì)填筑表面的積水和冰雪進(jìn)行清理，避免在填土料中混入冰雪。對(duì)所有防滲體都進(jìn)行有效保溫處理，避免完成壓實(shí)的土層因低溫凍結(jié)。

4 土石壩施工質(zhì)量控制

4.1 料場(chǎng)

（1）取料時(shí)經(jīng)常性檢查土料實(shí)際情況，包括粒徑、含水量及雜質(zhì)的含量，尤其是含水量，必須準(zhǔn)確檢測(cè)與嚴(yán)格控制，在現(xiàn)場(chǎng)用手捏，若能成團(tuán)，且搓可成塊，則可初步斷定其含水量符合要求。（2）如果土料實(shí)際含水量過(guò)高，首先要對(duì)料場(chǎng)排水條件進(jìn)行改善，并采取必要防水和防雨措施，然后要對(duì)這部分土料實(shí)施翻曬，以降低其含水量。當(dāng)上述方法難以奏效時(shí)，可借助機(jī)械設(shè)備將土料烘干。（3）如果土料實(shí)際含水量較低，當(dāng)為黏性土料時(shí)，可直接在料場(chǎng)進(jìn)行加水，而為非黏性土料時(shí)，為防止在運(yùn)輸途中散失水分，可將其運(yùn)輸?shù)綁蚊婧筮M(jìn)行噴灑加水。（4）對(duì)于石料也應(yīng)做到經(jīng)常性的檢查，以確定石料形狀、大小、性質(zhì)和風(fēng)化程度等，若經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)無(wú)法滿足要求，則應(yīng)立即處理。

4.2 壩面

（1）壩面施工中，需要做好鋪料厚度、土石料大小及含水量和碾壓后土石料干密度等重要參數(shù)的檢測(cè)。含水量可借助專(zhuān)門(mén)的測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定；干密度，黏性土與砂料采用環(huán)刀取樣后進(jìn)行測(cè)定。反濾料、砂質(zhì)土及砂礫料均采用灌砂法來(lái)測(cè)定。對(duì)于堆石，因其空隙相對(duì)較大，所以應(yīng)采取灌水法來(lái)測(cè)定。另外，對(duì)于砂礫料，如果由于細(xì)料較少導(dǎo)致架空，則也可采用灌水法來(lái)準(zhǔn)確測(cè)定[5]。（2）施工特征處及防滲體內(nèi)，均應(yīng)確定全用斷面，在5～10 m壩高處，隨機(jī)選取具有代表性的試樣30個(gè)以上在室內(nèi)開(kāi)展性能試驗(yàn)，將試驗(yàn)的結(jié)果作為對(duì)工程設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行核對(duì)的重要依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，土石壩作為目前水利工程常用壩體形式，其施工主要包含準(zhǔn)備工作、壩料開(kāi)采、運(yùn)輸、鋪料和碾壓幾個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都要根據(jù)工程實(shí)際情況，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)與規(guī)范的要求進(jìn)行，以此保證土石壩施工質(zhì)量。