土石壩填筑施工技術(shù)在小型水庫施工中的應(yīng)用

◎王夢(mèng)竹 永州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)水利局

土石壩是指大壩填筑就近選擇土石料，經(jīng)由開挖、填筑、碾壓等方法，堆筑成的具有擋水功能的堤壩。如果壩體材料以土和砂礫為主，則被稱為土壩；如果以石渣、卵石、爆破石料作為主料，則被稱之為堆石壩。壩體材料中，上述兩種材料的比例基本一致時(shí)，便被稱之為土石混合壩?？傮w而言，土石壩填筑施工技術(shù)在不同規(guī)模的水利水電工程中均有較為廣泛的應(yīng)用。

1.土石壩填筑施工技術(shù)的特點(diǎn)

土石壩填筑施工技術(shù)的主要特點(diǎn)集中在以下幾個(gè)方面：其一，用于筑壩的土石材料可以就地取材，多種開挖料經(jīng)過相對(duì)簡(jiǎn)單的處理后便可使用[1]。由于土石壩填筑材料很少使用鋼材、水泥、木材，故相較于其他水利工程，土石壩能夠大幅度減輕對(duì)外交通運(yùn)輸?shù)墓ぷ髁?。其二，土石壩工程量較大且施工強(qiáng)度較高，但以當(dāng)前的機(jī)械化施工水平足以如期完工。問題在于，必須做好土石壩施工機(jī)械設(shè)備的配置、確保設(shè)備運(yùn)輸線路條件充足等工作。因此，在一些小規(guī)模、地處偏遠(yuǎn)地區(qū)的水利工程中，土石壩填筑施工技術(shù)的應(yīng)用難度可能會(huì)提升。其三，土石壩填筑施工技術(shù)與自然條件之間的關(guān)系極其密切。比如施工地區(qū)的水文條件、地質(zhì)情況、氣象變化均在不同程度上具有不確定性，加之不同地區(qū)的筑壩材料本身存在很大的差異。受這些因素的影響，土石壩施工前后的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)、攔洪度汛方式、有效工作時(shí)間等均應(yīng)得到充分、細(xì)致、整體性的研究。比如在確定筑壩材料之前，技術(shù)人員應(yīng)充分收集施工地區(qū)具有代表性的土料，之后應(yīng)做好室內(nèi)、室外性能檢測(cè)工作。在此基礎(chǔ)上，完善施工設(shè)計(jì)方案。在實(shí)際施工期間，技術(shù)工程師、監(jiān)理人員、施工單位應(yīng)動(dòng)態(tài)關(guān)注施工地區(qū)的各項(xiàng)條件變化情況，進(jìn)而對(duì)施工參數(shù)及時(shí)調(diào)整，對(duì)施工方案進(jìn)行必要修正。其四重點(diǎn)處理好防滲心墻。

2.土石壩填筑施工技術(shù)在小型水庫施工中的應(yīng)用流程

2.1 施工階段劃分與施工進(jìn)度安排

2.1.1 施工程序

土石壩填筑施工技術(shù)應(yīng)用于小型水庫施工時(shí)，在施工程序設(shè)置方面應(yīng)該遵循的原則如下：其一，應(yīng)充分考慮施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)，確保水庫堤壩的安全度汛、下游供水、水庫初期蓄水要求等全部得到滿足[2]。其二，堤壩控制變形要求、季節(jié)性施工要求均應(yīng)得到滿足。其三，如果小型水庫施工現(xiàn)場(chǎng)的自然條件較為惡劣或復(fù)雜，必須經(jīng)過多期施工才能逐漸達(dá)成施工目標(biāo)時(shí)，施工分期計(jì)劃應(yīng)符合壩體填筑結(jié)構(gòu)、堤壩整體穩(wěn)定性、施工工藝方面的要求。其四，壩體填筑強(qiáng)度的均衡性必須達(dá)標(biāo)且應(yīng)滿足地基處理要求。

某水庫工程的土石壩施工技術(shù)應(yīng)用流程如下：其一，上游施工。基礎(chǔ)開挖→砂層高噴施工→基礎(chǔ)驗(yàn)收合格后進(jìn)行上游堆石先期填筑。其二，心墻基礎(chǔ)施工。心墻基礎(chǔ)開挖→基礎(chǔ)處理→混凝土澆筑→廊道澆筑及刺墻澆筑、特定高度蓋板混凝土以下澆筑施工及該高度以下固結(jié)灌漿施工→土工膜與特種瀝青防滲膜施工→心墻特定高度內(nèi)的土料填筑施工。其三，下游施工。下游基礎(chǔ)開挖→下游堆石先期填筑。上述施工全部完成后，水庫堤壩的全斷面會(huì)達(dá)到一定高度，之后按照預(yù)定計(jì)劃，進(jìn)一步分段增高水庫堤壩斷面。

2.1.2 施工階段與分期

小型水庫工程中應(yīng)用土石壩填筑施工技術(shù)時(shí)，施工階段與分期計(jì)劃如表1所示。

表1 土石壩填筑施工技術(shù)應(yīng)用于小型水庫工程的施工階段與分期一覽表

2.1.3 施工度汛

土石壩填筑施工技術(shù)應(yīng)用于小型水庫工程時(shí)，施工度汛的方式及適用的條件如下：其一，堤壩全斷面攔洪。適用于截流后，在一個(gè)枯水期內(nèi)的壩體可以達(dá)到攔洪高程。其二，度汛臨時(shí)斷面攔洪。適用于截流后，當(dāng)一個(gè)枯水期內(nèi)壩體的全斷面必定無法達(dá)到攔洪高程的情況。其三，臨時(shí)斷面攔洪與臨時(shí)泄水建筑物泄洪結(jié)合。適用于如下情況：當(dāng)采用臨時(shí)斷面無法達(dá)到攔洪高程時(shí)，可在一定程度上降低溢洪道底高程或是設(shè)置臨時(shí)泄洪道，從而達(dá)到降低攔洪高程的目的。其四，圍堰攔洪。適用于地基處理復(fù)雜程度較大，河道洪水量相對(duì)較小，圍堰工程量相對(duì)較小的情況。此時(shí)壩體或臨時(shí)斷面同樣不可能在一個(gè)枯水期內(nèi)便達(dá)到攔洪高程，故應(yīng)采用圍堰攔洪的度汛方式[3]。

2.1.4 施工注意事項(xiàng)

土石壩填筑施工技術(shù)應(yīng)用于小型水庫工程時(shí)，施工注意事項(xiàng)如下：①應(yīng)滿足總工期、所有高峰期的工程形象要求，所有強(qiáng)度均應(yīng)保持均衡性，科學(xué)利用臨時(shí)斷面調(diào)節(jié)壩體填筑強(qiáng)度。②填筑強(qiáng)度應(yīng)與施工現(xiàn)場(chǎng)土料開采能力、運(yùn)輸能力相互協(xié)調(diào)。特別是填筑堤壩的材料運(yùn)輸線的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置與填筑強(qiáng)度之間的關(guān)系必須得到重點(diǎn)處理。③土石壩的上升速度主要受塑性心墻（即斜墻）上升速度的影響。此外，土料性能、有效工作日、工作面條件、運(yùn)輸及碾壓設(shè)備的性能、所選用的具體施工工藝等同樣會(huì)造成一定的影響。④堤壩填筑強(qiáng)度必須經(jīng)過多次綜合分析、反復(fù)驗(yàn)證后方可確定。比如施工現(xiàn)場(chǎng)的開挖量、運(yùn)輸強(qiáng)度等數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核，之后結(jié)合總工期、堤壩填筑作業(yè)的施工分期、施工場(chǎng)地的具體布置等，完成統(tǒng)籌協(xié)調(diào)后方可確定。

2.2 筑壩材料的選擇

小型水庫的土石壩填筑用料包括黏性土、礫質(zhì)土、軟巖、封料、砂礫料、石料、天然反濾料、建筑物開挖料等。不同類型的填筑用料需采用不同的方法對(duì)不同的性能進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)標(biāo)后方可使用。具體的檢測(cè)方法和檢測(cè)內(nèi)容如下：

其一，針對(duì)黏性土及礫質(zhì)土，可使用坑井探、洛陽鏟、手搖鉆等工具，在土層每間隔50～100m便提取一部分土樣，開挖深度達(dá)到1m。主要檢測(cè)內(nèi)容包括天然含水率、土壤顆粒組成（如果是礫質(zhì)土，則應(yīng)檢測(cè)粒徑超過5mm的粗粒含量及其性質(zhì)）、土層分布情況、開挖地的儲(chǔ)量（用以判斷該地區(qū)是否可用作填料土源）、覆蓋層厚度、可開采土層厚度、最大干密度、最優(yōu)含水率、破碎率等。

其二，針對(duì)軟巖、風(fēng)化料，可采用鉆探法或坑槽深度法，完成分層取樣以及混合取樣后，對(duì)巖層的變化情況、料場(chǎng)范圍、可利用的風(fēng)化層的厚度、儲(chǔ)量、標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功能下的級(jí)配、小于5mm的粒徑含量、滲透系數(shù)、最大干密度等等進(jìn)行檢測(cè)。

其三，針對(duì)砂礫料，可采用坑探法，首先對(duì)取料地區(qū)完成方格網(wǎng)布點(diǎn)設(shè)置（取樣坑距同樣設(shè)置為50～100m），從不同坑點(diǎn)分別提取一定量的土樣。重點(diǎn)檢測(cè)的內(nèi)容與黏性土、礫質(zhì)土、軟巖等基本一致，區(qū)別之處在于，還應(yīng)額外檢測(cè)抗剪強(qiáng)度、抗?jié)B比降、與河水位變化的關(guān)系。

其四，針對(duì)石料，可采用鉆孔法、探洞法、探槽法，完成代表性試樣的選取后，開展物理力學(xué)性能測(cè)試，對(duì)巖性、斷層、節(jié)理、層理、強(qiáng)風(fēng)化層厚度等進(jìn)行檢測(cè)。

2.3 壩基處理施工

完成填料性能檢測(cè)及取料、運(yùn)輸工作之后，可進(jìn)行壩基處理施工。

其一，主要施工內(nèi)容包括：①對(duì)地表雜物及其他影響填筑施工的物體、軟弱覆蓋層進(jìn)行全面清理。②做好壩基坡段巖石及砂礫石壩基的修整作業(yè)。③針對(duì)壩基防滲體部位、岸坡巖石面等做好封閉、順坡處理作業(yè)。④采用明挖方式開挖截水槽。⑤做好基層排水及堤壩滲水處理工作。

其二，壩基處理施工期間的注意事項(xiàng)：①處理河床之前應(yīng)首先設(shè)置圍堰。②防滲體部位的壩基以及岸坡處理的技術(shù)要求較高，需嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。③小型水庫工程土石壩施工現(xiàn)場(chǎng)的寬度一般較小且工程量集中、工序多。因此，多交叉施工不可避免，不同施工程序之間相互干擾的可能性較大。此外，施工過程容易受滲水、地表水的影響。綜合考慮上述多項(xiàng)因素后，應(yīng)提前建設(shè)施工道路及排水系統(tǒng)。④在工期安排、施工機(jī)械設(shè)備數(shù)量設(shè)置等方面應(yīng)預(yù)留充足的期限及備用設(shè)備，以應(yīng)對(duì)氣候、地質(zhì)情況突然變化導(dǎo)致的工程量增加情況。

其三，壩基處理施工程序。①在開挖時(shí)，應(yīng)該遵循“自上而下、先岸坡后河床”的施工順序。如果在河床開闊程度較大、能夠有效避免上下施工干擾的區(qū)域，可同時(shí)開展河床臺(tái)地與岸坡開挖作業(yè)。②壩基處理施工程序應(yīng)與導(dǎo)流方式相互協(xié)調(diào)。比如一次斷流法的施工時(shí)間應(yīng)與導(dǎo)流洞施工時(shí)間大致相同。不僅如此，常水位以上的兩岸壩肩處理、截流后處理水位以下兩岸及河床基礎(chǔ)的作業(yè)同樣需要同時(shí)開展。如果采用分期導(dǎo)流法施工時(shí)，河床截流前首先應(yīng)該完成一期基坑及兩岸地基處理作業(yè)，在截流后完成二期基坑地基處理作業(yè)。③壩基固結(jié)灌漿、帷幕灌漿施工的相關(guān)安排如下：首先，針對(duì)堤壩下未設(shè)置灌漿廊道的工程河床段，相關(guān)施工應(yīng)在壩體填筑前完成。其次，在現(xiàn)場(chǎng)條件允許的情況下，還可以在心墻填筑作業(yè)達(dá)到一定高程時(shí)開展河床段灌漿施工。最后，岸坡灌漿作業(yè)還可與下部填筑同時(shí)進(jìn)行，但必須防止影響防滲體填筑作業(yè)。④壩殼區(qū)基礎(chǔ)面的施工處理注意要素如下：首先，針對(duì)非巖石基面進(jìn)行處理時(shí)，小型水庫周圍河床的覆蓋層應(yīng)該按照要求開挖至合適基礎(chǔ)后，進(jìn)行挖坑取樣等試驗(yàn)。之后根據(jù)規(guī)范要求，使用振動(dòng)碾等設(shè)備進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)，最終形成的便是壩基基礎(chǔ)。完成表面清理工作后，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求，決定是否開展壓實(shí)作業(yè)。其次，巖基面處理。在清除植被及表面松散浮渣之后，可進(jìn)行基礎(chǔ)填筑作業(yè)。若在施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)體積較大的凹坑、軟坎、陡坡時(shí)，應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行混凝土或漿砌石的補(bǔ)填及消除作業(yè)。填筑堆石時(shí)，不同體積的堆石應(yīng)該均勻分布各處，不得出現(xiàn)大塊料集中的情況。⑤壩體填筑施工期間的鋪料方法如下：主要分為卸料和平料共兩道工序。具體選擇鋪料方法時(shí)，應(yīng)對(duì)壩面是否平整、鋪料層的均勻度進(jìn)行充分考慮，不得出現(xiàn)某區(qū)域厚度過高的情況。此外，針對(duì)已經(jīng)壓實(shí)的合格土料，在無特殊要求的情況下應(yīng)保持現(xiàn)狀，不宜“過壓”，防止造成剪力破壞現(xiàn)象[4]。

3.結(jié)語

綜上所述，在小型水庫工程中應(yīng)用土石壩填筑施工技術(shù)時(shí)，首先應(yīng)該對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)條件進(jìn)行精細(xì)化勘測(cè)、評(píng)估。在此基礎(chǔ)上，圍繞施工現(xiàn)場(chǎng)附近的不同類型土料的特點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。有關(guān)施工程序、施工度汛、施工階段與分期等事項(xiàng)做好安排?？傮w而言，在小型水庫工程中嚴(yán)格執(zhí)行一系列流程，可確保土石壩填筑施工技術(shù)得到有效應(yīng)用，最終確保施工質(zhì)量。