探析水利施工中土石坝施工技术的运用

刘 利

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410000）

在水利工程建设中，土石坝凭借其就地取材、结构简单、适应变形、对地基没有太高要求和技术简单等优势得到广泛应用。为保证土石坝质量，需根据工程实际情况，结合以往工程经验，制定合理可行的施工技术。

1 水利工程土石坝施工主要内容

按施工方法，可将土石坝分成以下几种类型：碾压式土石坝、水中填土土石坝、水力冲填土石坝、定向爆破修筑土石坝，目前碾压式土石坝比较普遍，它的施工主要包括以下四项内容：其一，准备工作，如现场的四通一平，建设临时用房和排水清基；其二，基本作业，即对土石料进行开采、装车、运输、卸车和坝面作业；其三，辅助作业，如对施工场地进行清理，在料堆上清除粒径不满足要求的石块及杂物，为坝面施作临时或永久排水，在层间进行刨毛等；最后为附加作业，如对坝坡进修整，可采取铺设草皮或砌筑护面砖方式[1]。

2 土石坝坝料开采

2.1 土料开采

对于土石坝的土料，目前主要有两种开采方式，即平面与立面开采，这两种开采方式的对比如表1所示。

表1 土石坝土料平面与立面开采方式对比

2.2 砂砾料开采

对于土石坝的砂砾料，目前也常用两种开采方式，即水上与水下开采，这两种开采方式的对比如表2所示。

表2 土石坝砂砾料水上与水下开采方式对比

2.3 石料开采

在土石坝中使用的石料，开采方式以微差爆破为主[2]。

3 土石坝坝面作业

土石坝的坝面作业分成以下几个步骤：土石料铺料、土石料整平与洒水、土石料碾压和质量检查。为防止不同工序间产生相互干扰，建议按照流水作业方式进行施工组织。

3.1 土石料铺料及整平

（1）土石料铺料按照与坝轴线相平行的方向进行，由自卸汽车进入到防渗体中采取进入占法倒退的方式铺料。（2）严格按照设计要求的厚度进行铺料与整平是达到理想压实效果重要前提。（3）考虑到黏性土料实际含水量相对较低，故需要在料场中进行加水；而对于非黏性涂料，应避免在运输过程中水分大量散失，运输到坝面后适量加水。对于砂砾料与石料，均在压实之前适量加水，以保证压实质量[3]。（4）采用光面压实机具进行碾压的土层，需要做好刨毛处理，确保层间良好结合，刨毛的深度一般按3～5 cm严格控制。

3.2 碾压

完成土石料的铺料及整平后，立即开始碾压，常用碾压方法有进退错距与圈转套压，分别如图1（a）、1（b）所示。

图1 土石坝碾压方式

其中，对于进退错距碾压，其主要优势在于操作便利，能实现分段流水作业且碾压质量易于保证，先在碾压带两侧进行往复碾压，然后开始错距碾压。碾压时，错距的宽度采用以下公式计算：

式中：b——错距宽度（m）；B——碾滚净宽（m）；n——设计确定的碾压遍数。

而圈转套压需要有足够的工作面，在多个碾滚相组合的情况下较为适用，它的优点在于具有很高作业效率，然而，交接部位容易重压与超压，施工中需要予以严格控制。

3.3 接头处理

（1）对坝体进行填筑时，在层间的接头处要有足够错开，另外分段条带需要和坝轴线保持平行，在分段间不能有太大高差。当设置接坡时，坡度应控制在1：3以内。（2）在坝体填筑过程中，大多采取土、砂平起法，或先土后砂、或先砂后土。（3）针对坝体和其他建筑物之间的连接，如刺墙与涵管，在与结构物相距较近的部位无法使用大型设备进行碾压施工时，由人工使用小型机具将其夯实。此外，碾压中必须注意两侧填料应保持均衡，否则会产生侧压，对结构物的安全造成不利影响[4]。

3.4 干容量测试

干容量测试是检查确认土石方填筑质量的有效方法，在实际的干容重测试过程中，应注意下列几个要点：在铺好并碾压完每一层土石料以后，需对其进行干容重测试，确认干容重是否满足设计要求，只有达到要求以后才能对上层实施铺料。干容重的测试方法为环刀法，对于水库工程，环刀的内径应达到100 mm以上，而对于堤防工程，其环刀的内径应达到70 mm以上，这是保证测试顺利完成，并得到准确结果的关键，必须引起测试人员的重视。每一层土石料的实际取样数量按100～150 m3/个控制，在较为狭长的堤防工程中，应按照20～30 m的间距进行取样，取样点的分布应尽可能均匀，且取样的数量不能少于3个，而对于取样位置，以每层下部1/3厚度处为宜。经取样测试发现不合格时，应对该部位进行二次碾压，或采取其他措施进行局部处理，直到复测结果合格，方可开始下一道工序的施工。

3.5 雨季填筑注意事项

在雨季填筑施工中，应充分注意下列要点：心墙和斜墙土石方填筑表面宜向上游的方向小幅倾斜，对于均质坝，则可在中间凸起的基础上，两端向上游和下游分别小幅倾斜，以此为雨水的排汇创造良好条件。施工时应加强雨前预报，在降雨前利用汽车对压实层上的松土进行碾压，同时注意使填筑表面保持平整，避免产生积水。切实加强坝面防护，在降雨和雨后都不允许踩踏坝面，也不允许车辆通行，只有在经过一段时间的晾晒后，才可以复工。在较为狭窄的场面，可通过塑料布的覆盖来防雨。降雨前，需将大型机械设备移动到填筑面以外。加强坡面保护，避免坡面受到雨水的冲刷而失稳滑动。

3.6 冬季填筑施工注意事项

在冬季气温较低的情况下进行填筑施工时，应充分注意下列要点：在气温相对较低的情况下进行施工时，需在使用正温土料的基础上，尽可能加快每个环节的施工。对土料进行碾压时，气温应达到-1 ℃以上。如果当日的最低气温低于-10 ℃，或当日的最低气温低于0 ℃，但风速超过10 m/s，则不允许进行施工。在气温相对较低的情况下进行施工时，黏性土实际含水量不能超过其极限值的90%，而砂砾料的实际含水量应控制在4%以内。冬季填筑施工中，应尽可能减小铺土厚度，也可提高压实功，改用重型机械设备进行碾压。施工开始前，对填筑表面的积水和冰雪进行清理，避免在填土料中混入冰雪。对所有防渗体都进行有效保温处理，避免完成压实的土层因低温冻结。

4 土石坝施工质量控制

4.1 料场

（1）取料时经常性检查土料实际情况，包括粒径、含水量及杂质的含量，尤其是含水量，必须准确检测与严格控制，在现场用手捏，若能成团，且搓可成块，则可初步断定其含水量符合要求。（2）如果土料实际含水量过高，首先要对料场排水条件进行改善，并采取必要防水和防雨措施，然后要对这部分土料实施翻晒，以降低其含水量。当上述方法难以奏效时，可借助机械设备将土料烘干。（3）如果土料实际含水量较低，当为黏性土料时，可直接在料场进行加水，而为非黏性土料时，为防止在运输途中散失水分，可将其运输到坝面后进行喷洒加水。（4）对于石料也应做到经常性的检查，以确定石料形状、大小、性质和风化程度等，若经检查发现无法满足要求，则应立即处理。

4.2 坝面

（1）坝面施工中，需要做好铺料厚度、土石料大小及含水量和碾压后土石料干密度等重要参数的检测。含水量可借助专门的测定仪进行测定；干密度，黏性土与砂料采用环刀取样后进行测定。反滤料、砂质土及砂砾料均采用灌砂法来测定。对于堆石，因其空隙相对较大，所以应采取灌水法来测定。另外，对于砂砾料，如果由于细料较少导致架空，则也可采用灌水法来准确测定[5]。（2）施工特征处及防渗体内，均应确定全用断面，在5～10 m坝高处，随机选取具有代表性的试样30个以上在室内开展性能试验，将试验的结果作为对工程设计与施工进行核对的重要依据。

5 结语

综上所述，土石坝作为目前水利工程常用坝体形式，其施工主要包含准备工作、坝料开采、运输、铺料和碾压几个环节，每个环节都要根据工程实际情况，严格按照设计与规范的要求进行，以此保证土石坝施工质量。