浅谈土石坝在水利工程中的应用

□朱磊峰 □李丹萍（永城市水利局）

0 引言

自20世纪70年代初以来，国内国外对土石坝进行了大规模的利用。20世纪末、21世纪初，随着建筑材料的革新和混凝土工艺的提升，土石坝建筑进入了一个全新的阶段。而水利工程是社会发展与生产力发展的重要推动力量，建设优质的水利工程更能为人们安全稳定地进行生产和生活提供保障。其中防水、蓄水是其中不可缺少的重要组成部分，在水利工程的建设中，利用钢铁和混凝土材料建设挡水坝，需要非常大的资金投入。然而土石坝拥有适应基础变形能力强、对基础的要求低、施工方便、成本低等特点，因此在水利工程不断得到应用。随着土石坝技术的不断完善，在水利工程建设应用中发挥越来越好的效果。

1 水利工程中土石坝及施工技术概述

土石坝泛指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝。土石坝按照不同的分类标准可分为不同的类别，如：根据施工方式可分为：水力冲填坝、抛填式堆石坝、碾压式土石坝、定向爆破堆石坝、砌石坝，碾压式土石坝是目前应用较为广泛的，按照高度标准可以分为高坝、中坝和低坝。

水利工程土石坝施工技术的定义，指的是在用施工现场泥土与石料等水利工程施工原材料的基础上，通过抛填与碾压等多种方式筑成挡水坝，继而提高水利工程防渗结构的一项技术。在土石坝施工过程当中，施工单位需要分清楚土石坝的种类、优势以及缺陷，才能够在规划布置料场的基础上，进行土石加工与填筑施工工作；才能从整体上提高水利工程土石坝施工技术水平。

2 土石坝的优点及缺点

2.1 土石坝的优点

土石坝之所以得到广泛应用：首先，大型的钢筋混凝土坝体相比，土石坝施工材料来源较为简单，一般都是就地取材，对材料的要求相对不高，作为土石坝的主要材料，土石发挥着一定作用。在坝形修筑时，就近取材或者就地取材，大大节省了钢材、水泥和木材等建筑材料，减少了运输成本和修坝费用。其次，土石坝施工工序简单，技术容易，若机械参与到施工中，则会大大缩短施工周期。最后，土石坝修建相对简便，建成以后维修和扩建也比较简单，只需在原有的坝建基础上进行加高和扩建。

2.2 土石坝的缺点

但是土石坝也有着一定的缺点，第一，由于土石是构成坝体的主要材料，所以土石坝存在较差的坚固性；而且粘性土料的填筑受外界温度、水分等气候影响较大，在温度和水分的影响下，粘性土料的粘性失去，通过长期的雨水冲击，坝体上的土石会逐渐向坝中流入，从而产生淤泥，对清理造成难度。第二，土石坝的坝顶不具有溢洪功能，一般情况下要另外设溢洪道。第三，施工导流方面不如混凝土坝或浆砌石方便，土石坝施工建设中最大的危害则是渗流问题，影响着土石坝预防洪涝灾害的发生。

3 土石坝在水利工程中应用及施工要点

在土石坝施工中，不仅减少劳动力的投入，还减少了工程建设中的投资；施工技术简单，经济效益明显提高。因此在很多水利工程中得到应用，其具体的施工技术如以下所述。

3.1 料场规划

土石坝施工中，关键技术是料场的合理规划和使用，因为它不仅关系到土石坝的建造工期和质量，而且对周围的农林产业都可能造成影响，因为这样，所以施工单位在坝体规划时要认真分析、仔细勘察。总体规划仔细研究之后，做出开采计划，料场的规划需考虑时间规划、空间规划和质量规划3 方面内容。一是时间规划：是要考虑施工强度和坝体填筑部位的变化；二是空间规划：要是做对料场位置、高程进行恰当选择，合理布置；三是质量规划：是指对地质成因、产状、埋深、储量以及各种物理力学指标进行全面勘探和试验。所选用料的质量必须要满足坝体的使用要求，尽可能选择储量集中且丰富的、距离施工地点近的地方进行开采，降低建筑运输的成本。另外，还应该考虑环保的因素，渣料应该尽量做到无污染，物尽其用，充分利用永久和临时建筑物基础开挖碴料。

3.2 土石料的加工与运输

土石料的加工主要包括控制含水量、清除表层和控制超石径。

土石料的运输，是保证土石坝强度的重要组成部分。为提高施工技术水平，确保工期顺利进行，要综合考虑坝体结构、坝体强度要求、土石料的性质、运输距离、已有的机械种类等因素，最后确定相关因素包括挖掘、运输和上坝方式等。

3.3 土料的压实

要确保土石坝施工质量，就要注重土料的压实。土石坝的压实要掌握一定的技巧，不能压实过度；因为土石坝压实的程度越大，就会导致密度越大，防渗透性和放冲击性就会越强；但是，土石料的过分压实就会使压实费用提高，会由于剪切应力的作用发生开裂，在经济和安全上都打不到应有的效果。

土石料的压实特性与土料自身的性质有很大的关系，在土料的压实过程要对各种因素进行综合考虑，适时、适量的对土料进行压实。

3.4 填筑施工

在填筑施工作业前，必须进行严密的组织和规划，做好各种工种及不同工序之间的组织工作，保证各个工序的合理衔接。

在土石坝施工中，填筑分为铺料、摊铺、洒水、压实、质检等，填筑施工主要采用平起填筑。这种方法的好处是：第一，可以有效地减少接缝、削坡等工序，提高了工程进度；第二，保证了有尽可能大的碓石填筑面，便于使用大型机械设备；第三，可在继续填筑的同时，修建到防渗区域的道路。有利于减少料届的偏差以及相邻料平起填筑时候的跨缝碾压等。

在进行土石坝填筑的过程中，对于每层土石填筑的厚度要进行控制，控制的厚度控制在10～20m 之间；使用较大能量的夯机动力预压，可以控制好每层土石填筑厚度，同时消除土石料的变形，使土石料的密度达到最大，填筑完成后减少坝体的沉降。

3.5 质量控制和检查

质量的控制和检查分为两部分，分别为料场的质量控制和检查。首先对土料场应经常检查，检查的部分包括所取土料的土质一般情况、土料的日常含水量、土块的大小和砂石料的颗粒级配等，通过这检查，首先看看这些土料是否符合上坝要求。其次，对坝面的质量控制还要进行进一步的检查。对含水量的大小、铺土的厚度、、土块的大小、压实后的干容重分别进行检查，在检查的同时提出质量控制措施，提出改进意见、其中要着重检查含水量和干容重。

4 结语

综上所述，在水利工程建设施工中，土石坝工程技术的应用促进了工程建设的顺利完成，其在施工方面及经济方面的独特优势，在水利工程中受到越来越多的重视。在水利工程的建设中，应充分考虑到土石坝的优点和缺点，结合水利工程建设的要求，不断加强对施工技术的研究，确保施工的安全和土石坝的质量安全，科学施工，保证水利建设的实用性、科学性、合理性。

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