土石坝填筑施工技术在小型水库施工中的应用

◎王梦竹 永州经济技术开发区水利局

土石坝是指大坝填筑就近选择土石料，经由开挖、填筑、碾压等方法，堆筑成的具有挡水功能的堤坝。如果坝体材料以土和砂砾为主，则被称为土坝；如果以石渣、卵石、爆破石料作为主料，则被称之为堆石坝。坝体材料中，上述两种材料的比例基本一致时，便被称之为土石混合坝。总体而言，土石坝填筑施工技术在不同规模的水利水电工程中均有较为广泛的应用。

1.土石坝填筑施工技术的特点

土石坝填筑施工技术的主要特点集中在以下几个方面：其一，用于筑坝的土石材料可以就地取材，多种开挖料经过相对简单的处理后便可使用[1]。由于土石坝填筑材料很少使用钢材、水泥、木材，故相较于其他水利工程，土石坝能够大幅度减轻对外交通运输的工作量。其二，土石坝工程量较大且施工强度较高，但以当前的机械化施工水平足以如期完工。问题在于，必须做好土石坝施工机械设备的配置、确保设备运输线路条件充足等工作。因此，在一些小规模、地处偏远地区的水利工程中，土石坝填筑施工技术的应用难度可能会提升。其三，土石坝填筑施工技术与自然条件之间的关系极其密切。比如施工地区的水文条件、地质情况、气象变化均在不同程度上具有不确定性，加之不同地区的筑坝材料本身存在很大的差异。受这些因素的影响，土石坝施工前后的导流标准、拦洪度汛方式、有效工作时间等均应得到充分、细致、整体性的研究。比如在确定筑坝材料之前，技术人员应充分收集施工地区具有代表性的土料，之后应做好室内、室外性能检测工作。在此基础上，完善施工设计方案。在实际施工期间，技术工程师、监理人员、施工单位应动态关注施工地区的各项条件变化情况，进而对施工参数及时调整，对施工方案进行必要修正。其四重点处理好防渗心墙。

2.土石坝填筑施工技术在小型水库施工中的应用流程

2.1 施工阶段划分与施工进度安排

2.1.1 施工程序

土石坝填筑施工技术应用于小型水库施工时，在施工程序设置方面应该遵循的原则如下：其一，应充分考虑施工导流设计，确保水库堤坝的安全度汛、下游供水、水库初期蓄水要求等全部得到满足[2]。其二，堤坝控制变形要求、季节性施工要求均应得到满足。其三，如果小型水库施工现场的自然条件较为恶劣或复杂，必须经过多期施工才能逐渐达成施工目标时，施工分期计划应符合坝体填筑结构、堤坝整体稳定性、施工工艺方面的要求。其四，坝体填筑强度的均衡性必须达标且应满足地基处理要求。

某水库工程的土石坝施工技术应用流程如下：其一，上游施工。基础开挖→砂层高喷施工→基础验收合格后进行上游堆石先期填筑。其二，心墙基础施工。心墙基础开挖→基础处理→混凝土浇筑→廊道浇筑及刺墙浇筑、特定高度盖板混凝土以下浇筑施工及该高度以下固结灌浆施工→土工膜与特种沥青防渗膜施工→心墙特定高度内的土料填筑施工。其三，下游施工。下游基础开挖→下游堆石先期填筑。上述施工全部完成后，水库堤坝的全断面会达到一定高度，之后按照预定计划，进一步分段增高水库堤坝断面。

2.1.2 施工阶段与分期

小型水库工程中应用土石坝填筑施工技术时，施工阶段与分期计划如表1所示。

表1 土石坝填筑施工技术应用于小型水库工程的施工阶段与分期一览表

2.1.3 施工度汛

土石坝填筑施工技术应用于小型水库工程时，施工度汛的方式及适用的条件如下：其一，堤坝全断面拦洪。适用于截流后，在一个枯水期内的坝体可以达到拦洪高程。其二，度汛临时断面拦洪。适用于截流后，当一个枯水期内坝体的全断面必定无法达到拦洪高程的情况。其三，临时断面拦洪与临时泄水建筑物泄洪结合。适用于如下情况：当采用临时断面无法达到拦洪高程时，可在一定程度上降低溢洪道底高程或是设置临时泄洪道，从而达到降低拦洪高程的目的。其四，围堰拦洪。适用于地基处理复杂程度较大，河道洪水量相对较小，围堰工程量相对较小的情况。此时坝体或临时断面同样不可能在一个枯水期内便达到拦洪高程，故应采用围堰拦洪的度汛方式[3]。

2.1.4 施工注意事项

土石坝填筑施工技术应用于小型水库工程时，施工注意事项如下：①应满足总工期、所有高峰期的工程形象要求，所有强度均应保持均衡性，科学利用临时断面调节坝体填筑强度。②填筑强度应与施工现场土料开采能力、运输能力相互协调。特别是填筑堤坝的材料运输线的标准设置与填筑强度之间的关系必须得到重点处理。③土石坝的上升速度主要受塑性心墙（即斜墙）上升速度的影响。此外，土料性能、有效工作日、工作面条件、运输及碾压设备的性能、所选用的具体施工工艺等同样会造成一定的影响。④堤坝填筑强度必须经过多次综合分析、反复验证后方可确定。比如施工现场的开挖量、运输强度等数据进行复核，之后结合总工期、堤坝填筑作业的施工分期、施工场地的具体布置等，完成统筹协调后方可确定。

2.2 筑坝材料的选择

小型水库的土石坝填筑用料包括黏性土、砾质土、软岩、封料、砂砾料、石料、天然反滤料、建筑物开挖料等。不同类型的填筑用料需采用不同的方法对不同的性能进行检测，达标后方可使用。具体的检测方法和检测内容如下：

其一，针对黏性土及砾质土，可使用坑井探、洛阳铲、手摇钻等工具，在土层每间隔50～100m便提取一部分土样，开挖深度达到1m。主要检测内容包括天然含水率、土壤颗粒组成（如果是砾质土，则应检测粒径超过5mm的粗粒含量及其性质）、土层分布情况、开挖地的储量（用以判断该地区是否可用作填料土源）、覆盖层厚度、可开采土层厚度、最大干密度、最优含水率、破碎率等。

其二，针对软岩、风化料，可采用钻探法或坑槽深度法，完成分层取样以及混合取样后，对岩层的变化情况、料场范围、可利用的风化层的厚度、储量、标准击实功能下的级配、小于5mm的粒径含量、渗透系数、最大干密度等等进行检测。

其三，针对砂砾料，可采用坑探法，首先对取料地区完成方格网布点设置（取样坑距同样设置为50～100m），从不同坑点分别提取一定量的土样。重点检测的内容与黏性土、砾质土、软岩等基本一致，区别之处在于，还应额外检测抗剪强度、抗渗比降、与河水位变化的关系。

其四，针对石料，可采用钻孔法、探洞法、探槽法，完成代表性试样的选取后，开展物理力学性能测试，对岩性、断层、节理、层理、强风化层厚度等进行检测。

2.3 坝基处理施工

完成填料性能检测及取料、运输工作之后，可进行坝基处理施工。

其一，主要施工内容包括：①对地表杂物及其他影响填筑施工的物体、软弱覆盖层进行全面清理。②做好坝基坡段岩石及砂砾石坝基的修整作业。③针对坝基防渗体部位、岸坡岩石面等做好封闭、顺坡处理作业。④采用明挖方式开挖截水槽。⑤做好基层排水及堤坝渗水处理工作。

其二，坝基处理施工期间的注意事项：①处理河床之前应首先设置围堰。②防渗体部位的坝基以及岸坡处理的技术要求较高，需严格控制施工质量。③小型水库工程土石坝施工现场的宽度一般较小且工程量集中、工序多。因此，多交叉施工不可避免，不同施工程序之间相互干扰的可能性较大。此外，施工过程容易受渗水、地表水的影响。综合考虑上述多项因素后，应提前建设施工道路及排水系统。④在工期安排、施工机械设备数量设置等方面应预留充足的期限及备用设备，以应对气候、地质情况突然变化导致的工程量增加情况。

其三，坝基处理施工程序。①在开挖时，应该遵循“自上而下、先岸坡后河床”的施工顺序。如果在河床开阔程度较大、能够有效避免上下施工干扰的区域，可同时开展河床台地与岸坡开挖作业。②坝基处理施工程序应与导流方式相互协调。比如一次断流法的施工时间应与导流洞施工时间大致相同。不仅如此，常水位以上的两岸坝肩处理、截流后处理水位以下两岸及河床基础的作业同样需要同时开展。如果采用分期导流法施工时，河床截流前首先应该完成一期基坑及两岸地基处理作业，在截流后完成二期基坑地基处理作业。③坝基固结灌浆、帷幕灌浆施工的相关安排如下：首先，针对堤坝下未设置灌浆廊道的工程河床段，相关施工应在坝体填筑前完成。其次，在现场条件允许的情况下，还可以在心墙填筑作业达到一定高程时开展河床段灌浆施工。最后，岸坡灌浆作业还可与下部填筑同时进行，但必须防止影响防渗体填筑作业。④坝壳区基础面的施工处理注意要素如下：首先，针对非岩石基面进行处理时，小型水库周围河床的覆盖层应该按照要求开挖至合适基础后，进行挖坑取样等试验。之后根据规范要求，使用振动碾等设备进行压实作业，最终形成的便是坝基基础。完成表面清理工作后，可根据设计要求，决定是否开展压实作业。其次，岩基面处理。在清除植被及表面松散浮渣之后，可进行基础填筑作业。若在施工现场发现体积较大的凹坑、软坎、陡坡时，应按照设计要求进行混凝土或浆砌石的补填及消除作业。填筑堆石时，不同体积的堆石应该均匀分布各处，不得出现大块料集中的情况。⑤坝体填筑施工期间的铺料方法如下：主要分为卸料和平料共两道工序。具体选择铺料方法时，应对坝面是否平整、铺料层的均匀度进行充分考虑，不得出现某区域厚度过高的情况。此外，针对已经压实的合格土料，在无特殊要求的情况下应保持现状，不宜“过压”，防止造成剪力破坏现象[4]。

3.结语

综上所述，在小型水库工程中应用土石坝填筑施工技术时，首先应该对施工现场的各项条件进行精细化勘测、评估。在此基础上，围绕施工现场附近的不同类型土料的特点进行检测。有关施工程序、施工度汛、施工阶段与分期等事项做好安排。总体而言，在小型水库工程中严格执行一系列流程，可确保土石坝填筑施工技术得到有效应用，最终确保施工质量。