水利工程土坝设计及施工技术分析

庄鹏

【摘要】由于土坝对各种地形的适应度较强，在水利工程中的应用也十分广泛，土坝的历史较为悠久，人们在施工和设计中也累计了丰富的经验。特别是在气候恶劣、工程地质条件复杂和高烈度地震的地区，经处理后均可筑坝。

【关键词】水利工程；土坝设计；施工技术

1、土坝施工技术

1.1坝基处理

土坝坝基施工时应彻底地清理坝基部的腐殖土、弹簧土以及树根等杂物，以免坝体出现渗漏的情况。总而严之，在土坝施工前应对坝基进行有效的技术处置。

1.2土坝黏土料的选用与维护

在雨季到来前，应做好料场排水设施以免雨水或地下水影响土坝用料的物理性能提高土料的含水率，影响土坝总体质量和使用性能。在土坝用料的选择方面，应预留一部分备用料，贮量应集中并且要选择质地均匀的黏土料，保证土料贮量充足。同时还应研究和分析黏土料的物理特性。尽可能不使用耕地用土，同时也应考虑涂料运输以及开采的问题。在气候严寒地区施工时可以直接利用干枯的树枝或积雪等将土料覆盖，确保土料来年施工的正常使用。

1.3坝体施工技术

坝体施工时应选择无雨和少雨季节，如果降水过多致使土壤含量过大将严重影响和破坏土料的抗碱强度，使土壤层间出现光滑土层造成滑坡。并且如果土料含水率过大将无法碾压，所以在坝体施工时应严格控制土料含水率，防治土料含水率超标。应严格依据相关标准进行土坝施工设计，如施工现场存在弹簧土，则应彻底清除并采样试验。在筑坝施工时，应严格控制填土层的厚度。最后，应时刻关注天气情况，采取有效的防雨措施，避免在作业面上存有积水。

2、水利工程土坝施工实例分析

2.1工程实例

某水库为大（Ⅱ）型水库，该水库的坝顶高程达503m，最大坝高28m，正常水位是500m，水面面积为24km2，坝轴线长度达17.676km，其中西坝、中坝、南坝、东坝的长度分别为3.27km、8.264km、3.104km、3.038km。该水库的坝体段涉及下游排水沟和均质土坝，其中坝体上游坡比为1：3，下游设置有马道，而且下游的坝体是以马道为界，坡比按照自上而下的方式分别是1：2.5、1：2.25、1：2.75；均质土坝属于2级建筑物，坝体的高程为490m，顶宽度和位置宽度分别是8m和1.5m。通常该水库的坝体分区含有反滤料、土料、排水体、垫层，本文主要是对其土料施工技术与要点进行研究和分析。

2.2土料施工技術

2.2.1土料场的规划选择

由于坝体的长度为17.676km，坝体最大高度为28m，坝顶达81.5m，因此在实施施工中需要较多的土料。该项目在坝体土料施工中，土料场选择的是与土坝的距离约为200m、运输距离合理且经济、土料力学性质指标与设计要求相符的土料场。

2.2.2坝体碾压参数试验

该项目在坝体轴线范围内选择代表性强的坝体进行碾压试验时，主要是以中坝为试验段进行作业。在坝坡碾压试验中，选用吨位不同的振动凸块碾与振动平碾，采用厚度分别为35cm、30cm、25cm的分层铺土进行碾压，碾压次数与规定要求的密实度相符方可停止，对应的碾压次数分别是9次、8次、7次。通过试验对比可以发现：该项目中选用16吨的振动凸块碾和振动平碾，同时加配一台洒水车及刨毛机，要想达到预期的施工进度和经济效益，适宜采用的碾压次数为8次，分层厚度为30cm。

2.2.3坝体施工

从中坝试验段的试验结果可知，坝体土料施工中宜选用分层施工的方法，每层的分层厚度保持在30cm的范围内，正负误差低于1%；碾压时选择16吨的振动凸块碾与振动平碾，碾压次数达到8次；同时以空气水分和天气情况等特点为基础，适当调整土料含水率及振幅等。在施工之前，严格按照设计图纸实施测量放样等工作，对每次的铺设厚度与填筑范围进行标示，其中填筑范围应适当预留50cm左右的宽度，有效保证填筑区域的压实质量；每层铺筑时可以选用进占法进行施工。严格按照试验段进行碾压次数和铺设厚度，每层的平整度应与设计要求相符。

在施工过程中，每个工作台班在施工前应该认真清理好填筑面，做到随平随卸，以免因土料堆积过多而出现超厚的情况。平整时应该对填筑厚度进行经常性测量，当铺筑达到一定的长度后方可实施碾压施工；碾压中选用振动碾压，按照平行坝轴线来回运动，根据试验达到8次碾压即可。要想避免漏压，每一道的搭接长度应该与设计要求相符，做到压实一道再换一道；碾压式振动碾压时，其行驶方向应该与坝轴的方向处于平行状态，靠近岸边的位置可顺岸行使，而振动碾压无法达到的部位，则可选用小型的机具进行压实。另外，每碾压一层土料，应该向建立验收方报送取样试验检测，然后实施下一层的碾压施工；已经碾压完的一层则应做好相应地保护措施，如雨天防水、夏季晴天防晒、冬天防雪和防冻等。

2.3要点分析

该项目中的施工技术要点为碾压，如果坝体施工中没有以碾压施工技术为依据进行施工，则水库坝体易出现“夹心面包”或虚土等问题，因此需要严格控制土料含水量、分层厚度、碾压次数等。如果在实际施工过程中，压实度与设计要求不相符，则需要及时清除换填或重新碾压。同时加强对已完成部分的保护，如新疆冬季较为寒冷，冰冻阶段不宜施工土坝，秋季较凉阶段需做好防冻处理工作，尤其是已完成的工作面，如铺设麻袋和土工布编织布等。在夏季施工环节，应该尽可能避免雨水进入或太阳暴晒，这是因为雨水进入后会使土料含水量超出设计要求的含水量，对施工质量造成严重影响，而太阳暴晒则会使土料含水率低于设计要求的含水率，致使土料过于干燥。当然夏季施工时还要做好土坝工作面和土料场的保护工作，如雨季时选用挖排水沟和覆盖挡水等排水措施，太阳暴晒时进行适量洒水等，只有选择与项目特点相符的施工技术，才能确保坝体施工的顺利实施。

3、结语

土石坝施工可节省大量水泥、木材和钢材，放宽了对筑坝材料的要求，减少工地的外线运输量。再加上最近几十年来新的筑坝理论和施工技术的高速发展，土石坝已经成为世界坝工建设中应用最广泛、发展最快的一种坝型。

参考文献：

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[2]傅文忠.浅议水利工程土坝设计[J].中国高新技术企业，2010，（15）：87-88.

[3]周耀刚.浅议水利工程土坝设计及工作特点[J].科技创新与应用，2013，（12）：142.