浅析土石坝施工技术

彭啸宇

（黑龙江省绥化市北林区河道管理处，黑龙江 绥化 152000）

所谓土石坝泛指由土料、石料或混合料,经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝。以土和砂砾为主充当坝体材料的水坝称为土坝、以石渣、卵石、爆破石料为主要材料的水坝,称堆石坝，若两类当地材料均占相当比例时,称土石混合坝。与其他水坝相比土石坝施工具有就地取材、机构简单、对坝基地质条件要求不高、便于施工、节约三材等优点。随着大型高效机具的采用,坝体防渗结构和材料的改进,施工人数的大量减少,施工工期的进一步缩短以及施工费用的显著降低等，为土石坝的发展开辟了广阔前景。土石坝被广泛的应用到国内外的水坝建设中，中低坝与兴建的高土石坝都越来越多的运用土石坝施工工艺。自上世纪70代开始，世界各国兴建的土石坝无论数量上还是高度上,都超过了混凝土坝；特别是近20年来,混凝土面板堆石坝的经济性和快速施工,已成为坝工建设中具有很强竞争力的一种新坝型，更是使土石坝施工工艺更具竞争性。

1 土石坝的分类

根据施工方法的不同，土石坝可分为：充填式土石坝、碾压式土石坝、定向爆破堆石坝和水中填土坝等，其中以碾压式土石坝被广泛采用。

按照土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类,碾压式土石坝可分为以下几种主要类型:均质坝、土质心墙坝、土质斜墙坝、多种土质坝、人工材料心墙坝、人工材料面板坝。

根据土石坝坝高的不同，土石坝可分为:低坝、中坝和高坝。低坝高度小于30m，中坝高度在30-70m之间，高坝高度大于70m。

2 土石坝的优点和缺点

2.1 土石坝的优点

土石坝施工过程中就地取材,以土石为主要原材料，充分节省了钢材﹑水泥﹑木材等建筑材料的使用,进而减少了施工过程中的远途运输费用。结构简单,便于维修、加高和扩建。坝身是土石散粒体结构,有较强的适应变形的性能,对地基的要求低。施工技术简单,工序少,便于组合机械快速施工，施工周期短。

2.2 土石坝的缺点

坝顶不具有溢洪功能,一般要另设溢洪道 (洞)；在施工导流方面不如砼坝或浆砌石方便；粘性土料的填筑受气候影响较大；沉陷和不均匀沉陷大。

3 土石坝施工工艺技术

3.1 料场布置

在土石坝施工过程中料场的规划与使用对坝体的施工质量、工期和工程投资,工程的生态环境和国民经济其他部门都会产生重要的影响，所以必须科学合理的规划料场布置，施工的前期准备工作，应从空间、时间、质与量等方面进行全面规划。

所谓料场的空间规划,是指对料场的位置与高程进行恰当的选择、合理布置。时间规划是指，料场布置要充分的考虑到施工强度与坝体填筑部位的变化情况。质与量的规划,是指料场的选址要对地质成因、产状、埋深、储量以及各种物理力学指标具有全面的把握。料场的布置要充分的满足料场总储量满足坝体总方量的要求，和施工各个阶段最大上坝强度的要求。料尽其用,充分利用永久和临时建筑物基础开挖碴料。

3.2 土石料加工

第一，土料加工。清除表层及不合格料后的上山料场的土料均可上坝填筑,但由于粘土颗粒小,比表面积大,亲水性强,水对土料工程性能影响大,填筑压实有最佳状态的最优含水率问题,鉴于有此特点,要求对土料的含水率进行控制,必要时按规范进行水份调节处理,保证在填筑压实时含水率在最优含水率±2%左右为合格料。调整土料含水量有两种方法：一是将自然蒸发、烘烤、掺料、翻晒等方法运用到挖装运卸中，来降低土料含水量。二是通过在料场加水,料堆加水,在开挖、装料、运输过程中加水的方法来提高土料含水量。一般在超径石含量不多的砾质土中，常用装耙的堆土机先在料场中初步清除，然后在坝体填筑面上进行填筑平整时再作进一步清除；当超径石的含量较多时,可用料斗加设蓖条筛(格筛)或其他简单筛分装置加以筛除,还可采用从高坡下料,造成粗细分离的方法清除粗粒径。粗粒径较大的过渡料宜直接采用控制爆破技术开采,对于较细的、质量要求高的反滤料,垫层料则可用破碎、筛分、掺和工艺加工。

第二，砂砾石料和堆石料开采。砂砾石料开采因开采位置的不同分为陆上开采和水下开采两种方法。块石料开采:结合建筑物开挖或由石料场开采，开采的布置要形成多工作面流水作业方式。开采方法一般采用深孔梯段爆破,特定目的使用洞室爆破。超径处理:超径块石料的处理方法主要有浅孔爆破法和机械破碎法两种。

第三，土石料开挖运输。运用相互配套的的工程机械完成了从料场的开挖、运输,到坝面的平料和压实等土石坝施工的各项工序。这种一站式的施工工艺流程被称之为综合机械化施工。在大中型土石坝,尤其在高土石坝中,实现综合机械化施工，对提高施工技术和机械化水平,加快上石坝工程建设速度,具有十分重要的意义。土石坝施工中开挖运输方案主要有以下几种:

①正向铲开挖,自卸汽车运输上坝。②正向铲开挖、胶带机运输。③斗轮式挖掘机开挖,胶带机运输,转自卸汽车上坝。④采砂船开挖,有轨机车运输,转胶带机上坝。在多种坝料开挖运输方案的选择上要充分结合工程施工的具体条件,使机械利用率充分发挥，减少坝料的转运次数，各种坝料铺筑方法及设备应尽量一致,减少辅助设施，充分利用地形条件,统筹规划和布置。

3.3 填筑施工

第一，土石坝坝面作业施工程序包括铺料、摊铺、洒水、压实、质检等工作。坝面作业具有工作面狭窄,工种多,工序多,机械设备多的特点,所以阻碍施工时需有妥善的制定施工组织规划。土石坝的坝面作业一般采用流水线施工方式，这样可以有效避免因坝面作业特点对坝面施工中的干扰,保障施工进度。流水作业施工组织应先按施工工序数目对坝面分段,然后组织相应专业施工队依次进入各工段施工。

第二，施工中一般采用平起填筑施工,平起施工具有减少了接缝、接坡、削坡等工序,保证了填筑质量的优势。平起施工尽可能大的堆石填筑面,便于开展大机械化的施工。与此同时它还有利于继续填筑时布置进入防渗料区的施工道路，运输反滤料及过渡料的大型自卸汽车不横穿防渗料区；有利于减小料界偏差和相邻料平起填筑时的跨缝碾压和均衡坝体的施工强度的作用，在防渗土料与反滤过渡料的填筑关系上,有先土后砂及先砂后土两种作法,为加快施工进度及控制边界,一般均采用先砂后土施工。

第三，对土石坝进行分层强夯填筑,应将每层土石填筑厚度控制在10m-20m之间；采用大能量的夯击动力预压，提高土石料的密度,消除土石料的变形；分层铺筑分层夯实,在夯击后的土石层中填筑新的土石层,再进行新的夯击，直至达到坝体需要的高度。控制每层土石填筑厚度与采用夯击动力的能量,使坝体密度、坝料的强度和模量显著提高,施工工程量和工程造价大大降低,使土石料的密度达到最大,填筑完成后坝体的沉降明显减少。

4 结语

土石坝施工技术被广泛的运用到水利工程建设中，在土石坝的施工过程中，应认真参照有关执行规程规章的的具体内容,采用科学合理的施工方法与技术,在满足使用要求的同时,尽量做到节约材料、降低造价。

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