人工土石坝的分类及用途综述

李家明，周佳兴

(攀枝花学院，四川攀枝花617000)

人工土石坝是挡水坝的一种，通过多种方法堆筑而成，通常采用的方法有碾压、抛填等，所采用的原料则以石料、土料或者混合料为主而根据所选用的原材料，可以将人工土石坝分为三种类型，即堆石坝、土坝和混合坝。人工土石坝对于坝基的地质条件要求较低，取材方便、价格低廉，而且坝的结构并不复杂，所以施工较为方便。随着大型高效施工设备的使用以及施工人数的减少、新材料的选用、防渗结构的优化，使施工所需费用大幅度降低，施工工期逐渐缩短。当前世界各国兴建的人工土石坝，其高度和数量都有着其独特的优点和优势尤其是近年来兴起的混凝土面板堆石坝，其竞争力很强，施工周期短、经济性更高，所采用的石坝施工工艺也受到了业内人士的普遍关注。

1 人工土石坝的分类

人工土石坝主要是由土料、石料或混合料经过抛填、辗压等施工方式堆筑而成的坝型，建筑材料中的绝大部分材料，避免了运输过程，既节省了时间，又节约了成本，具有其他类型坝所无法比拟的优点。材料的特点，结构比较简单，地基的要求不高，能很好地适应地形，在施工中，工艺简单，对机械的要求也不是很高。但人工土坝也存在缺陷，即坝体不能溢出，施工导流不如混凝土坝方便，而粘性土材料的填充受气候条件的影响较大。

人工坝根据不同材料的比例，可分为土石坝和砂砾石坝，主要是碎石、石方爆破，而两种材料在土石坝中占有相当大的比例。施工方法不同，有碾压式、填筑式、充水土坝和爆破堆石坝。人工土石坝根据坝高度来区分，则有低坝、中坝和高坝三种。

2 人工土石坝渗流产生的原因

2.1 渗流分析

人工土石坝由于其构成材料主要是土料或石料，这两种材料的颗粒物质之间有一定间隙，当水库装满了水，由于水压力的作用，水通过土石颗粒间隙渗透到下游的坝体和坝基的基础，产生一定的渗漏。坝体、坝基和大坝周围可能发生渗漏，如果流量小，水不含土壤颗粒，清澈透明，一般不会造成对大坝的渗流和渗流破坏；但如果流量大，夹带有土石颗粒，水浑浊，不透明，这是异常渗水，将造成坝或坝基破坏。

2.2 渗流产生的原因分析

(1)反滤层设计原因：在大坝填筑和排水体之间应设置反滤层，如果反滤层之间的层间系数过大发生故障或混合层土壤不密实，一旦渗漏，会带走土壤疏松的物质粒子，从而破坏过滤层，增大影响大坝安全的渗流。

(2)防渗体施工不到位：在人工土石坝防渗结构的施工过程中，施工是非常重要的，但有时施工未达到设计要求，不在一个连续的和可靠的底部达到或不透水黏土层基岩，切槽开挖达不到设计标准，由于施工不到位给人工大坝安全留下隐患。

(3)岸坡处理不到位：若是人工大坝溢洪道已定，必须使岸坡坡度相对平稳，变坡应确保边坡角之间的误差小于15°，加工平台，填充高度达标夯实，防止突变的沉降，降低裂纹的发生，进而规避渗透破坏。

3 土石坝在施工中的应用

3.1 料场布置

坝体的施工质量、所需的投资和工期，同料场的规划及使用有着密切的联系，因此，在人工土石坝施工过程中，应合理地规划和使用料场，保护生态环境。在施工前做好相应的准备工作，进行全方位的设计和规划。

在对料场进行设计和规划时，应根据坝体总方量来进行布置，使料场的布置能够满足需要，并且必须满足最大土坝强度，合理利用建筑物基础开挖渣料，降低资源消耗。

3.2 土石料加工

3.2.1 土料加工

土料的工程性能，受到很多因素的影响，而水的因素则起到很大的作用。尤其是对于黏土颗粒来说，其表面积大，颗粒小，具有很强的亲水性在填筑压实阶段，存在最优含水率的问题。对于清除不合格料和表层后的土料，应严格控制其含水率，根据相关的规范，进行含水率调节处理，从而使含水率达到标准。通常可以采用两种方法来对土料含水量进行调节，一种是在挖装运卸的过程中，充分运用烘烤、翻晒、自然蒸发以及掺料的方式，使土料含水量降低；另外一种是开挖装料以及运输的过程中，在料场和料堆加水。

3.2.2 砂砾石料和堆石料开采

根据开采位置来划分，可以将砂砾石料开采分为水下和陆上开采两种方式。对于块石料的开采，开采方法通常选为深孔梯度爆破，并且作业方式应为流水作业，多工作面，而机械破碎法和浅孔破碎法则是处理超径块石料的主要方法。

3.2.3 土石料开挖运输

随着科技的进步，料场开挖、运输等人工土石坝施工的工序，都可以通过现代化的工程机械来完成，极大提高生产的效率。即所谓的综合机械化施工在规模较大的人工土石坝施工中，如高人工土石坝的施工，综合机械化施工的应用，不仅提高了人工土石坝工程建设的速度，同时还在很大程度上提高了机械化的水平，施工技术也获得了改进和提高。

在人工土石坝施工中，可以选择和采用的运输方案有很多种，应根据工程的实际情况合理选用，充分发挥机械利用率，合理利用地形的有利条件，使坝料的运转次数减少、坝料的铺筑方法和设备有关，在此基础上进行统筹规划和布置。

3.3 填筑施工

(1)人工土石坝的坝面作业需制定合理的施工组织规划，因为坝面作业所采用的机械设备较多，涉及很多工种，工作面相对狭窄、工序多。流水线作业是人工土石坝坝面作业的主要方式，采用这种方式能够有效保障施工的进度，减少坝面施工中的干扰因素。具体施工时，应对坝面进行分段，所采用的依据是施工工序的数目，并组织专业的施工人员开展施工。

(2)平起填筑施工在人工土石坝施工中获得了广泛的应用，不仅能够提高填筑的质量，还减少了对施工质量造成不良影响的一些工序，适用于大机械化的施工。这种方法有助于继续填充，不透水面积道路填料，可使施工力量均衡。越来越广泛地应用于砂滤和过渡料防渗土料填筑的施工，这是因为这个方法有利于沙土边界控制，也可以使施工加快发展。

(3)控制好每层土石填筑的厚度，一般在10～20 m之间。对人工土石坝进行分层强夯为了避免土石料发生变形，使土石料密度增加，应采用大能量的夯击动力预压铺筑和夯实都应分层进行，填筑新的土石层后重新进行夯击，最终使坝体的高度满足设计和使用需求对于夯击动力能量和土石的填筑厚度进行严格的控制，降低工程造价，减少施工所需的工程量，尽可能地增加土石料的密度，从而使坝体的沉降减少。

4 总 结

土石坝是最普遍采用的一种坝型，其具有就地取材、节省建筑材料及减少建坝过程远途运输等优点。土石坝的结构设计简单，便于维修和加高、扩建，且由于土石坝的坝身是土石散粒体结构，有适应变形的良好性能。在水利工程人工筑坝，特别是小型水利工程施工现场的广泛应用，人工大坝施工应严格遵守相关法规和技术标准，施工技术方案科学合理，确保大坝人工可以满足使用要求，并尽量节约工程成本这样的人工坝，可以起到较好的社会效益和经济效益。