水利工程土石壩施工技術(shù)要點(diǎn)及質(zhì)量控制措施

高云

（保定市王快水庫事務(wù)中心，河北 保定 073100）

1 工程概況

某水庫設(shè)計(jì)總庫容為190.2 萬m3，其中興利庫容125.1 萬m3，調(diào)洪庫容41.6 萬m3，死庫容23.6 萬m3。工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模小（1）型，按30a 一遇洪水（P=3.3%）設(shè)計(jì)，300a 一遇洪水（P=0.33%）設(shè)計(jì)校核；下游消能防沖建筑物按20a 一遇洪水（P=5%）設(shè)計(jì)。工程主要建筑物由壤土心墻砂卵礫石壩、引水放空建筑物、溢洪道、供水建筑物等組成。壩頂高程2851.50m，校核洪水位2848.89m，設(shè)計(jì)洪水位2847.94m，正常蓄水位2846.54m，死水位2834.96m。大壩采用壤土心墻砂卵礫石壩，壩頂長272.92m，寬度6.0m，最大壩高36.26m。

2 土石壩施工技術(shù)特點(diǎn)

土石壩以砂、石渣、卵石、爆破石料為壩體主要原料，以黏性土為防滲體主要材料。土石壩高度在30m 以下為低壩、30～70m 為中壩、超過70m 時(shí)為高壩。土石壩按施工方式可劃分為碾壓式、充填式、定向爆破。由于土石壩是將級配良好的粗集料按一定順序進(jìn)行回填、碾壓形成穩(wěn)固的受力結(jié)構(gòu)，并配以黏土防滲體布置，所以適用地形條件廣泛、壩體防滲性能良好，可有效的保障工程建設(shè)質(zhì)量，由于建設(shè)材料多為就地取材，能較大程度節(jié)約建設(shè)成本，因此在國內(nèi)被普遍應(yīng)用。修建土石壩時(shí)，施工單位把控的關(guān)鍵技術(shù)如下：針對不同土石料類型，從壓實(shí)機(jī)械、壓實(shí)參數(shù)、填筑標(biāo)準(zhǔn)、施工流程及碾壓次數(shù)等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)高效施工。因此，施工單位在遵循土石材料就近選取的原則下，應(yīng)對材料的類型、主要特征進(jìn)行細(xì)致分析，尤其是原材料來源為天然物料，物理性質(zhì)、水分含量難以控制時(shí)，應(yīng)輔以試驗(yàn)驗(yàn)證，從而選定最恰當(dāng)?shù)氖┕すに嘯1]。

3 水利工程建設(shè)中土石壩施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

土石壩是一種常見的水利工程，其建造需要高質(zhì)量施工，才能確保其安全性和持久性。施工質(zhì)量控制是土石壩工程中不可或缺的一環(huán)，其要點(diǎn)包括施工管理、夯實(shí)質(zhì)量控制和分區(qū)調(diào)配。首先，施工管理是土石壩工程中最基本的質(zhì)量控制要點(diǎn)。施工管理要有科學(xué)規(guī)范的施工方案，優(yōu)化工序，控制質(zhì)量、安全、成本和進(jìn)度，及時(shí)上報(bào)和處理違規(guī)情況。只有這樣，才能確保土石壩工程的施工質(zhì)量和進(jìn)度。其次，夯實(shí)質(zhì)量控制是土石壩工程中最關(guān)鍵的質(zhì)量控制要點(diǎn)。夯實(shí)質(zhì)量控制要嚴(yán)格，保證地基與土石壩壩體體量建設(shè)目標(biāo)相適應(yīng)，防滲能力達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，可采用帷幕灌漿、固結(jié)灌漿等方式提升承載能力。只有這樣，才能確保土石壩壩體的夯實(shí)質(zhì)量和抗?jié)B能力。最后，分區(qū)調(diào)配是土石壩工程中最細(xì)致的質(zhì)量控制要點(diǎn)。分區(qū)調(diào)配要合理，根據(jù)土石壩壩體結(jié)構(gòu)施工工序進(jìn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化，確保整個(gè)土石壩壩體工程的建造質(zhì)量。只有這樣，才能確保土石壩工程的整體質(zhì)量和穩(wěn)定性[2]。

4 土石壩施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 從空間角度規(guī)劃原料場的存放布置

原料場的規(guī)劃，空間上應(yīng)考充分考慮原料場材料存放布置及選址。該工程施工時(shí)結(jié)合壤土填筑量共選定2 個(gè)土料場，其中1#土料場位于下河?xùn)|村下雨嶺溝溝口左岸山包，距工程區(qū)平均運(yùn)距6km；2#土料場位于上河?xùn)|村楊樹溝溝口左岸山包，距工程區(qū)平均運(yùn)距7km。1#料場長度約100m，寬約80m，料層為沖洪積粉質(zhì)壤土，結(jié)構(gòu)稍密，天然密度均值1.42g/cm3，干密度均值1.32g/cm3，天然含水率均值7.6%，塑性指數(shù)均值12.13，黏粒含量均值22.43%。擊實(shí)后最大干密度均值1.74g/cm3，最優(yōu)含水率均值16.37%，擊實(shí)后滲透系數(shù)6.3×10-7～5.0×10-6cm/s，飽和抗剪強(qiáng)度均值為C=35.1kPa，φ=22.9°，易溶鹽含量0.56～0.7g/kg。該料場最大開采厚度約12m，有用儲量約8.97 萬m3。2# 料場長度約160m，寬約120m，料層為沖洪積粉質(zhì)壤土，天然密度均值1.45g/cm3，干密度均值1.32g/cm3，天然含水率均值10.2%，塑性指數(shù)均值11.97，黏粒含量均值24.0%。擊實(shí)后最大干密度均值1.75g/cm3，最優(yōu)含水率均值16.37%，擊實(shí)后滲透系數(shù)為3.4×10-7～5.0×10-6cm/s，飽和抗剪強(qiáng)度均值C=29.3kPa，φ=21.9°，易溶鹽含量0.8～2.8g/kg。該料場平均可開采厚度5m，有用儲量約12.09 萬m3。

4.2 土石料加工技術(shù)

在正式施工之前，采用土、石處理工藝，對所挖掘出的土、石進(jìn)行一系列的處理。

（1）進(jìn)行土、石材料的篩選，將其中的腐殖土、淤泥質(zhì)土等雜物過濾掉，然后將土、石材料通過篩分后再進(jìn)行粗、細(xì)分級，采用環(huán)形振蕩裝置，按工程要求設(shè)置篩網(wǎng)的層數(shù)和孔徑；將土、石塊由頂?shù)降?，通過多層篩，將其分成大小不一的粒度，并除去其中夾有的大塊巖石。圖1 為機(jī)械鋪料。

圖1 機(jī)械鋪料

（2）對土石材料的水分含量進(jìn)行測試，對超量水分含量的土石材料，采用翻曬、干燥和灑水保濕的方法，使其水分含量變化不超過容許值。

（3）從土、石材料的挖掘和處理的觀點(diǎn)出發(fā)，可以采用地面挖掘或者海底挖掘的方法，例如采用洞穴爆炸技術(shù)，將土層中的土石材料挖掘出來，以實(shí)現(xiàn)對土、石材料的挖掘；利用爆炸沖擊波將土石粉碎為合適尺寸的顆粒，從而簡化了對土石材料的破壞篩選過程，并提升了提取處理的效率。心墻土料灑水如圖2 所示。

圖2 心墻土料灑水

4.3 土石料的開挖和運(yùn)輸

在土石壩工程建設(shè)中，土石壩結(jié)構(gòu)和布置方式不盡相同，因此需要進(jìn)行對比分析不同開挖運(yùn)輸方案的優(yōu)缺點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性，以便選擇最佳方案。常見的土石料開挖運(yùn)輸方案有正向鏟開挖后自卸汽車運(yùn)輸、膠帶運(yùn)輸、斗輪式挖掘機(jī)+膠帶機(jī)+自卸汽車運(yùn)輸、采砂船+有軌機(jī)車+膠帶機(jī)運(yùn)輸?shù)?。在方案比選時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際條件，提高機(jī)械使用效率，減少轉(zhuǎn)用次數(shù)，利用地形條件，提升施工效率。通過對案例工程特性的結(jié)合分析，我們選擇了第二種土石料開挖運(yùn)輸方案，取得了顯著的效果。該方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，采用斗輪式挖掘機(jī)和膠帶機(jī)的組合，挖掘效率高，節(jié)省了人力和物力資源。其次，采用自卸汽車運(yùn)輸，運(yùn)輸時(shí)間短，效率高。再次，該方案特別適用于地勢較陡峭的區(qū)域，可以充分利用地形條件，提升施工效率。最后，該方案的總成本相對較低，經(jīng)濟(jì)性較高[3]。

4.4 壩基處理

壩基是保證土石壩體穩(wěn)定的先決條件。土石壩特別是超高土石壩由于其自重較大，極易產(chǎn)生基底不均勻沉降，進(jìn)而引發(fā)壩體較大變形，產(chǎn)生裂縫、防滲體系破損、滲漏量較大等問題?，F(xiàn)有監(jiān)測資料表明，高土石壩的壩體變形與設(shè)計(jì)階段的預(yù)測值相比經(jīng)常偏大，且穩(wěn)定時(shí)間偏長，一些高土石壩在經(jīng)過10 年擋水運(yùn)行后，變形量值變化尚未穩(wěn)定，因此嚴(yán)格把控壩基施工工藝、提升基底承載力、保證壩體穩(wěn)定性是土石壩施工的第一要?jiǎng)?wù)。壩基施工可結(jié)合堤岸治理技術(shù)，清除壩基壩腳位置樹根草莖、地表植被、建筑垃圾，水塘、洼地等特殊區(qū)域需采用機(jī)械清掃，壩基填土應(yīng)采用薄層輕碾方法，如壩基為黏性土應(yīng)遵循先調(diào)節(jié)基層含水量至上限范圍→壓實(shí)→刨毛→鋪土→再壓實(shí)的施工順序，如壩基為巖石應(yīng)先整平封閉巖石表面節(jié)理裂隙，適度灑水后方可鋪土壓實(shí)。施工過程中，要對壩基和邊坡結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測，對有滑坡風(fēng)險(xiǎn)的邊坡采取壓重、減載等御險(xiǎn)措施。土石壩填筑中，陡坡面宜分段噴錨護(hù)面，緩坡面宜覆蓋土工織物，結(jié)合“超寬填滿寬壓”施工，以防填壓中由于施工干擾導(dǎo)致邊坡崩塌。隨時(shí)對壩基局部破壞和超挖欠填部分進(jìn)行返工處理，回填宜用低等級的混凝土或石渣作填料，對修復(fù)面進(jìn)行壓實(shí)、平整。嚴(yán)重漏漿段、地下溶洞段宜采用大口徑護(hù)壁管防塌堵漏灌漿新技術(shù)，用鉆機(jī)配合護(hù)筒鉆至漏失地層嚴(yán)密灌漿，有效固結(jié)地基，提升地基承載力。

4.5 填筑施工技術(shù)

該工程大壩主體反濾料填筑工程量為71709m3、壤土心墻填筑工程量為68849m3、高塑性黏土心墻2372m3、壩殼砂礫石夯填工程量為321705m3。大壩土石方填筑施工工藝流程如圖3 所示。

圖3 大壩土石方填筑施工工藝流程

4.6 流水作業(yè)施工

在填筑工程施工時(shí)，需要進(jìn)行鋪料、鋪料、攤鋪、灑水、壓實(shí)以及質(zhì)檢等施工流程，在對土石壩的壩面進(jìn)行施工作業(yè)的過程中，選擇流水作業(yè)的施工方法，壩面填筑流水作業(yè)工序設(shè)置如表1 所示，盡量避免各施工環(huán)節(jié)受到不必要的干擾，影響施工進(jìn)度及施工質(zhì)量。工作面的劃分及流水作業(yè)方向視上壩道路頂點(diǎn)與壩面連接的位置不同應(yīng)有所變化，壩面作業(yè)的施工程序?yàn)樾读?、鋪料、平料、灑水、碾壓、質(zhì)量檢查、清理壩面、接縫處理、壩面混凝土施工、后壩坡預(yù)制框格鋪設(shè)等。為保證上、下層結(jié)合良好，在整個(gè)壩體填筑施工過程中，鋪料前壩面均應(yīng)灑水、刨毛。作業(yè)面之間應(yīng)采用斜坡搭接，接縫處應(yīng)重點(diǎn)碾壓，碾壓是工序中重要的一環(huán)，直接影響填料的干容重，是壩體穩(wěn)定和變形能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵[4]。

表1 壩面填筑流水作業(yè)工序設(shè)置

4.7 土石壩壓實(shí)施工

壓實(shí)特性對于土石壩等工程的施工質(zhì)量和性能具有重要影響。土料的壓實(shí)特性是由其基本特性決定的，包括顆粒分布情況、含水量等。不同種類和結(jié)構(gòu)的土料具有不同的壓實(shí)特性，黏性土料的壓實(shí)效果較差，而非黏性土料則較好。在施工中，過度壓實(shí)會(huì)導(dǎo)致施工費(fèi)用的提高，同時(shí)也會(huì)形成剪力破壞，難以達(dá)到理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。因此，需要根據(jù)土料的特性和實(shí)際需要，選擇適當(dāng)?shù)膲簩?shí)方法和參數(shù)，以達(dá)到最佳的施工效果。土料的壓實(shí)效果越好，土石壩的物理力學(xué)性能指標(biāo)越高，施工質(zhì)量也越好。在施工過程中，需要通過嚴(yán)格的質(zhì)量控制和檢測，確保土石壩的壓實(shí)效果符合設(shè)計(jì)要求，從而保障工程的安全和穩(wěn)定性。土料的壓實(shí)特性對于土石壩等工程的施工質(zhì)量和性能具有重要影響。在施工過程中，需要根據(jù)實(shí)際需要選擇適當(dāng)?shù)膲簩?shí)方法和參數(shù)，并通過嚴(yán)格的質(zhì)量控制和檢測，確保土石壩的壓實(shí)效果符合設(shè)計(jì)要求，從而保障工程的安全和穩(wěn)定性[5]。平碾壓實(shí)如圖4 所示。

圖4 平碾壓實(shí)

5 結(jié)語

綜上，土石壩在水利工程建設(shè)中占有重要地位，傳統(tǒng)土石壩施工技術(shù)雖然較為成熟，但伴隨土石壩建設(shè)規(guī)模的不斷加大，對土石壩施工的安全性、穩(wěn)定性、抵抗變形能力提出新的要求。為了不斷完善發(fā)展土石壩施工技術(shù)，推動(dòng)新時(shí)期水利工程建設(shè)健康快速發(fā)展，應(yīng)突破現(xiàn)有規(guī)范要求，不斷深入研究土石壩施工技術(shù)，逐步摸索出方便可靠的新方法，保障土石壩更有效地發(fā)揮工程效益。