土石壩壩體填筑施工關(guān)鍵技術(shù)探討

張林昌

（云南省玉溪市易門縣水利局，云南玉溪 651100）

0 引言

土石壩可以就地取材，對(duì)壩基地質(zhì)條件要求較低。土石壩構(gòu)成簡(jiǎn)單，對(duì)材料的使用十分節(jié)約，而且施工操作方式比較易于掌握。壩體填筑為土石壩施工過程中的核心內(nèi)容，其施工質(zhì)量決定了壩體的使用年限。盡管土石壩填筑結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但是要想確保填壩效果，讓其正常發(fā)揮應(yīng)有的作用，就必須嚴(yán)格遵照施工流程建設(shè)壩體。

1 研究土石壩壩體填筑施工關(guān)鍵技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義

土石壩是十分簡(jiǎn)單的一種壩體，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性與安全性，得到了廣泛的應(yīng)用，能為周圍區(qū)域的經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供良好基礎(chǔ)。但是，在進(jìn)行施工作業(yè)中，容易受到復(fù)雜地理環(huán)境、填壩材料、作業(yè)面等多項(xiàng)因素的干擾，導(dǎo)致壩體填筑質(zhì)量受到一定影響，進(jìn)而導(dǎo)致壩體施工質(zhì)量無法達(dá)到理想效果。為了避免此種問題，施工人員必須結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，清晰掌握壩體施工關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，制定合理的質(zhì)量控制方法[1]，確保土石壩的施工作業(yè)在確保質(zhì)量與功能的前提下順利完工。因此，建設(shè)單位必須將關(guān)鍵技術(shù)放在重要位置，提升工程施工安全與質(zhì)量水平。

2 土石壩壩體的用料規(guī)劃

2.1 料場(chǎng)的規(guī)劃

首先，需要對(duì)合適的料場(chǎng)位置進(jìn)行勘察或調(diào)查，以確保材料儲(chǔ)量充足。這需要考慮到材料的種類和數(shù)量需求，以及料場(chǎng)的容納能力。同時(shí)，也要注意選擇儲(chǔ)存材料質(zhì)量較好的料場(chǎng)，以確保后續(xù)施工質(zhì)量。此外，料場(chǎng)也必須具備良好的交通條件，方便材料運(yùn)輸。

2.2 料源規(guī)劃

在進(jìn)行料源規(guī)劃時(shí)，主要需要對(duì)料場(chǎng)的位置和高程進(jìn)行布置安排。這一步驟的目的是選擇方便實(shí)行設(shè)備位置的合理安排，以確保施工的順利進(jìn)行?？紤]到材料運(yùn)輸?shù)谋憷院托剩枰x擇靠近施工現(xiàn)場(chǎng)的料場(chǎng)，并確保交通便利和排水暢通。此外，根據(jù)不同原料數(shù)量的多少，還需要靈活調(diào)整使用策略，盡量減少土石料上壩的距離，以減少運(yùn)輸成本，提高工作效率。為了保證施工的順利進(jìn)行，還需保證坡度平緩，以便于運(yùn)輸設(shè)備的安全和材料的穩(wěn)定。

2.3 使用規(guī)劃

在土石壩壩體的用料規(guī)劃中，應(yīng)根據(jù)施工強(qiáng)度和填筑部位情況科學(xué)規(guī)劃料場(chǎng)使用和填料數(shù)量。首先，需要考慮季節(jié)和蓄水變化對(duì)料場(chǎng)工作條件的影響。在雨季時(shí)，需要優(yōu)先使用含水量較低的料場(chǎng)，以減少施工中的困難和成本。而在旱季時(shí)，可以使用含水量較高的料場(chǎng)，以保證施工的順利進(jìn)行。同時(shí)，根據(jù)上壩坡度高低，還需選擇近料場(chǎng)或遠(yuǎn)料場(chǎng)，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸任務(wù)的均衡分配和節(jié)約成本。一般情況下，應(yīng)優(yōu)先使用上游近料場(chǎng)和易淹沒的料場(chǎng)，再使用遠(yuǎn)料場(chǎng)和下游不易淹沒的料場(chǎng)。最后，如果存在壟斷填筑或需要進(jìn)行攔洪度汛預(yù)留的情況，還需要進(jìn)行合理規(guī)劃，適當(dāng)?shù)仡A(yù)留出近料場(chǎng)，以提高工作效率和施工質(zhì)量。

3 土石壩壩體填筑施工關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 測(cè)設(shè)壩體控制線

在進(jìn)行壩體施工前，應(yīng)做好足夠的準(zhǔn)備工作，明確清基開挖線，這是為了讓壩體和巖基更有效地結(jié)合，可先采取圖解法在紙上求解出放樣信息，再按照得到的信息對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)行放樣。先沿著壩軸線測(cè)量出要進(jìn)行清基場(chǎng)地的縱斷面，繪制相應(yīng)的斷面圖，計(jì)算每一里程樁中心的填土高程、橫斷面信息，再按照上述測(cè)量信息繪測(cè)出壩體設(shè)計(jì)斷面。

3.2 清理壩基

在實(shí)行壩體填筑施工前，一定要將壩基清理到位，確保填筑材料可以和壩基充分結(jié)合，避免發(fā)生滲水而對(duì)壩基帶來負(fù)面影響。壩基清理的主要工作內(nèi)容是，將壩基范圍內(nèi)的所有雜物全都清理干凈，如表部腐殖土、草皮、石頭、雜物等會(huì)對(duì)修筑壩體帶來影響的物質(zhì)。清除表部雜物后，還需進(jìn)行深度清理，具體深度一般控制在0.3 ～1.0m。地質(zhì)條件不同，清基要求也會(huì)有所區(qū)別。若是表層土存在較多的混合物或者細(xì)砂石，則要對(duì)其仔細(xì)清理，直至壩基和兩側(cè)山坡結(jié)合位置被清理成不透水層。若是表層土存在巖石，就要對(duì)清基礎(chǔ)坡度實(shí)行合理把控，使之不得超過1:1，而且要將壩體和巖石基礎(chǔ)連接位置上的強(qiáng)風(fēng)化層充分清理干凈[2]。若表層土存在黏性土壤，清除的坡度需要根據(jù)壩體橫向接縫的相關(guān)規(guī)定予以修整。

3.3 壩基開挖

壩基的開挖順序通常是由上到下，先進(jìn)行岸坡的開挖，再進(jìn)行河床的開挖，作業(yè)流程必須和導(dǎo)流方式匹配。壩肩岸坡開挖清理必須在填筑施工前做好，壩基開挖料可回收利用在填筑方面，要確定好填筑位置，盡可能做到同步實(shí)施開挖與填筑作業(yè)。對(duì)壩頭兩側(cè)邊坡的開挖修整，也需要針對(duì)不同位置采取不同的標(biāo)準(zhǔn)：趾板高程下方的岸坡需要按照穩(wěn)定邊坡實(shí)行開挖施工；趾板高程上方的開挖邊坡則要設(shè)置成平緩的形式，使岸坡邊段土層能得到更有效的壓實(shí)。

在進(jìn)行截水槽的挖掘施工時(shí)，因?yàn)槠渖疃缺容^大，地下水會(huì)對(duì)其帶來較大影響，所以應(yīng)當(dāng)合理設(shè)置排水系統(tǒng)，保證提供符合的作業(yè)條件。截水槽的回填需要在地基處理與砼截水墻澆筑結(jié)束且達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后開展。在對(duì)基面上方的第一層土料進(jìn)行鋪填前，需要把黏性土壤壩基表層噴水濕潤(rùn)或者進(jìn)行晾曬處理，使其含水比例處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，進(jìn)行刨毛處理，再進(jìn)行第一層土料的鋪筑。

如果碰到斷層裂隙帶，應(yīng)對(duì)趾板清基區(qū)域內(nèi)的斷層以及破碎帶統(tǒng)一實(shí)行開挖處理，再使用混凝土進(jìn)行置換加固。開挖深度要控制在破碎帶寬度的2 倍左右，長(zhǎng)度則由坡隧道抗?jié)B允許水力梯度與聯(lián)合防滲板的設(shè)置決定。

趾板基建面與下游7m 范圍內(nèi)鋪筑厚度為20cm 的素砼墊層，使趾板建基面得到有效找平。在防滲板的上下側(cè)適當(dāng)加寬填鋪的堤岸層料與過渡料，進(jìn)行反濾層保護(hù)，以免地基受到?jīng)_蝕或是發(fā)生管涌等現(xiàn)象[3]。

3.4 填筑的施工方法

在進(jìn)行土石壩壩體填筑施工時(shí)，需要考慮的要素較多，實(shí)際可采取的填筑方式有3 種，即干填碾壓、水中填土與定向爆破修筑。其中，碾壓式最為常用，可以讓施工流程更加簡(jiǎn)單、便捷，具體操作要點(diǎn)如下。

為了充分滿足壩體填筑施工要求，在應(yīng)用碾壓法進(jìn)行填筑時(shí)，首先，要對(duì)土石壩按照平行壩體軸線的方向進(jìn)行合理劃分，有效避免垂直壩體軸線的交接，讓施工操作的準(zhǔn)確度大幅提高。而且此種劃分方法還可以為機(jī)械設(shè)備的使用創(chuàng)造良好條件，大幅提升施工效率。其次，在壓實(shí)作業(yè)期間，也要控制好壓實(shí)的操作順序，減少漏液與重壓?jiǎn)栴}的出現(xiàn)，并且此種壓實(shí)方式還能更好地保證壩體填筑壓實(shí)質(zhì)量，只有做到壓實(shí)合格，才能充分保證整個(gè)壩體的施工質(zhì)量。

卸料與平料一般使用自卸汽車進(jìn)入壩面卸除材料，再用推土機(jī)平鋪為規(guī)定的厚度。鋪料需要沿著平行壩軸線的方向開展，而且鋪土厚度要足夠均勻，超徑不達(dá)標(biāo)的料塊要進(jìn)行破碎處理，并將雜物充分剔除。對(duì)防滲體進(jìn)行鋪料過程中，最好使用進(jìn)占法倒退鋪筑填料，讓汽車始終在松土上方移動(dòng)，不得在壓實(shí)土層上移動(dòng)，防止發(fā)生超壓?jiǎn)栴}，導(dǎo)致剪力受到破壞。汽車穿過反濾層進(jìn)入防滲體后，極易把反濾料帶進(jìn)防滲體，使得防滲涂料和反濾料混合對(duì)壩體質(zhì)量帶來較大影響[4]。因此，需要在壩面設(shè)置專門的“出口”，用來避免各種土料的相互摻架，還能避免超壓引起的剪切受損。即便“出口”發(fā)生質(zhì)量缺陷，集中處理起來也比較方便，不會(huì)對(duì)壩面的整體施工帶來負(fù)面影響。根據(jù)設(shè)計(jì)厚度鋪筑填料，使之保持平整，是確保壓實(shí)質(zhì)量的重點(diǎn)，通常使用帶式運(yùn)輸機(jī)或者自卸車輛到壩面卸除涂料，再用推土機(jī)將散料推平。填鋪期間不可讓壩面處于凹凸不平的狀態(tài)，防止遇到降雨天氣發(fā)生積水。

3.5 碾壓施工操作

在進(jìn)行壩體填筑環(huán)節(jié)，必須依照施工標(biāo)準(zhǔn)要求實(shí)行壩面的填筑與壓實(shí)處理工作，最大化防止壩面發(fā)生漏壓與超壓的情況，確保壩體填筑作業(yè)具有較強(qiáng)的規(guī)范性，同時(shí)滿足相應(yīng)施工標(biāo)準(zhǔn)。因此，在實(shí)行碾壓期間，必須保證防滲體碾壓方向和壩軸線方向處于平行狀態(tài)，盡量防止發(fā)生部分漏壓的情況和集中滲漏問題，充分保障壩體填筑效果。當(dāng)對(duì)壩料分區(qū)的邊界實(shí)行交叉重疊碾壓處理時(shí)，一定要保證作業(yè)的安全性與規(guī)范性。根據(jù)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，碾壓環(huán)節(jié)主要采用進(jìn)退錯(cuò)距法或者圈轉(zhuǎn)套壓法兩種方法[5]。

（1）指標(biāo)與特征方面存在區(qū)別，在施工作業(yè)時(shí)，所用土料的不同、物理性質(zhì)上存在區(qū)別，都會(huì)使得作用外力產(chǎn)生較大區(qū)別。當(dāng)對(duì)黏性土料實(shí)行碾壓施工時(shí)，要將壓實(shí)作用外力予以確定，從而確保黏結(jié)力符合壩體填筑的具體標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)非黏性土料實(shí)行碾壓時(shí)，需保證壓實(shí)外作用力可以抵消顆粒相互間的內(nèi)摩擦作用力，促使碾壓作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化開展。

（2）設(shè)備型號(hào)的選取主要遵從的原則為，符合施工強(qiáng)度需求，設(shè)備型號(hào)、規(guī)格與工作面規(guī)模、壓實(shí)位置匹配，基于施工團(tuán)隊(duì)已有裝備與施工經(jīng)驗(yàn)可做到對(duì)新購置設(shè)備的正常使用。

3.6 結(jié)合部位施工技術(shù)

壩體結(jié)合位置也就是防滲土料和地基、岸坡和周圍建筑體邊界的交接位置。根據(jù)施工工藝、導(dǎo)流和分期分段填筑等作業(yè)方案，施工人員可設(shè)置布設(shè)橫向接縫和接坡，提升結(jié)合位置的施工效果。在進(jìn)行壩體填筑作業(yè)期間，不同層的分段接頭必須錯(cuò)開適當(dāng)?shù)木嚯x，利用分段條帶和壩軸線平行鋪設(shè)，使每一分段均不會(huì)超過設(shè)計(jì)規(guī)定的高程。當(dāng)對(duì)壩身和砼結(jié)構(gòu)連接位置進(jìn)行施工作業(yè)時(shí)，為了防止對(duì)砼結(jié)構(gòu)物帶來破壞，不可利用大型機(jī)械設(shè)備對(duì)土石方實(shí)行壓實(shí)，必須采取人工方式或者小型機(jī)械實(shí)行夯實(shí)。在填土碾壓環(huán)節(jié)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注碾壓施工對(duì)砼結(jié)構(gòu)體帶來的影響，并做到對(duì)砼結(jié)構(gòu)體兩側(cè)進(jìn)行對(duì)稱下料與壓實(shí)，防止給結(jié)構(gòu)體帶來太大側(cè)部壓力，更好地保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固程度[6]。

3.7 反濾層施工

反濾層的填筑方式主要包括3 種類型：削坡體，擋板法，土、砂松坡接觸平起法。其中，土、砂松坡接觸平起法可以使用機(jī)械化設(shè)備輔助施工，使填筑強(qiáng)度更具保障，能對(duì)防滲體、反濾材料以及壩殼料進(jìn)行平整填筑，保證施工作業(yè)的均衡性，因此受到了廣泛的使用。按照防滲體涂料、反濾層填筑順序，采取搭接方式的差異，又可分成先土后砂與先砂后土兩類。但是，不管采取哪種方式，土砂中間必定會(huì)發(fā)生犬牙交錯(cuò)的情況。在進(jìn)行反濾料厚度的確定時(shí)，要將犬牙厚度排除在外，以免對(duì)防滲體有效斷面帶來削弱作用，反濾料通常不可延伸到心墻，犬牙尺寸根據(jù)各類材料的休止角進(jìn)行確定，并且犬牙交錯(cuò)帶不可超過每層鋪土厚度的2 倍。

3.8 墊層施工

墊層位于堆石體坡面上游區(qū)域，可使用人工碎料或者級(jí)配較佳的沙礫料進(jìn)行填筑。墊層應(yīng)當(dāng)和其他堆石體平起作業(yè)，且必須將墊層坡面處理得足夠平整、緊密，坡面和設(shè)計(jì)坡面線之間的差距最高不可大于3cm，使面板應(yīng)力分布更加均勻。施工步驟：首先，沿著坡面上下無振碾壓多次，期間注意將凸出和凹陷的部位處理平整。其次，使用振動(dòng)碾壓機(jī)器沿著坡面由下往上振動(dòng)碾壓多次，并對(duì)凹陷和凸出位置實(shí)行充分整平。對(duì)坡面涂刷3 次陽離子瀝青乳膠，每進(jìn)行一次涂抹，都要以人工的方式鋪上一些粒徑不超過3mm 的砂石。最后，在坡面從下往上使用振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓。

4 導(dǎo)流工程

4.1 擋水建筑物

根據(jù)水文、地形、地質(zhì)以及水工樞紐設(shè)置情況，施工圍堰主要?jiǎng)澐譃榭菟谂c全年施工圍堰兩大類型，且均為臨時(shí)性建筑體。在對(duì)圍堰進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮其與土石壩體之間的結(jié)合效果。如果無法結(jié)合，就要在壩體外部建設(shè)施工圍堰，劃分出壩體外和壩體內(nèi)建設(shè)兩類。如果是在壩體內(nèi)部建設(shè)的施工圍堰，也就是將壩體和施工圍堰聯(lián)合起來作為壩體構(gòu)成部分[7]。

4.2 泄水建筑物

在進(jìn)行施工導(dǎo)流時(shí)，不管是枯水期還是全年性施工，均必須控制好河道的水流，泄水建筑體包括明渠與隧洞。隧洞主要包括導(dǎo)流隧洞、泄洪洞、沖沙洞與防空洞等，其中導(dǎo)流隧道在導(dǎo)流結(jié)束后就會(huì)棄置。

5 結(jié)語

在土石壩的填筑施工過程中，一定要嚴(yán)格遵守規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，合理確定各項(xiàng)施工參數(shù)，控制好碾壓力度，采取科學(xué)合理的施工方式，對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把控，保障施工效果與效率，為建設(shè)高質(zhì)量土石壩奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)。