土石壩施工工藝控制要點

郭建梅

(黑龍江農(nóng)墾勘測設(shè)計研究院，哈爾濱150090)

土石壩包括各種碾壓式土壩、堆石壩和土石混合壩。土石壩具有就地取材，對壩基地質(zhì)條件要求不高，結(jié)構(gòu)簡單節(jié)約三材和易于施工等優(yōu)點。隨著大型高效機具的采用，壩體防滲結(jié)構(gòu)和材料的改進，施工人數(shù)的大量減少，施工工期的進一步縮短以及施工費用的顯著降低等，為土石壩廣泛應用奠定了良好基礎(chǔ)，而合理控制每個施工環(huán)節(jié)尤為重要。

1 料場規(guī)劃

土石壩施工中，料場的合理規(guī)劃和使用，是土石壩施工中的關(guān)鍵技術(shù)之一，它不僅關(guān)系到壩體的施工質(zhì)量、工期和工程造價，甚至還會影響到周圍的農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)。

施工前，應配合施工組織設(shè)計，對各類料場作進一步的勘探和總體規(guī)劃、分期開采計劃。使各種壩料有計劃、有次序地開采出來，以滿足壩體施工的要求。

選用料場材料的物理力學性質(zhì)，應滿足壩體設(shè)計施工質(zhì)量要求，勘探可供開采量應不少于設(shè)計需要量的2倍。在儲量集中主要料區(qū)，布置大型開采設(shè)備，避免經(jīng)常性的轉(zhuǎn)移;保留一定的備用料場(為主要料場總儲量的20%～30%)和近料場，作為壩體合垅以及搶筑攔洪工程用。

在料場的使用時間及程序上，應考慮施工期河水位的變化及施工導流使上游水位抬高的影響。供料規(guī)劃上要近料、上游易淹料先用;遠料，下游不淹料后用。含水量高料場夏季用;含水量低料場雨季用。施工強度高時利用近料，強度低時利用遠料，平衡運輸強度，避免窩工。

2 土石料開挖運輸

土石壩施工中，從料場的開挖、運輸，到壩面的平料和壓實等各項工序，都可由互相配套的工程機械來完成，構(gòu)成“一條龍”式的施工工藝流程，即綜合機械化施工。

2.1 正向鏟開挖，自卸汽車運輸上壩

運距<10 km，正向鏟一般都采用立面開挖，汽車運輸?shù)缆房刹贾贸裳h(huán)路，裝料時停在挖掘機一側(cè)的同一平面上，既汽車魚貫式地裝料與行駛。這種布置形式，可避免或減少汽車的倒車時間，正向鏟采用60°～90°的轉(zhuǎn)角側(cè)向卸料，回轉(zhuǎn)角度小，生產(chǎn)率高，能充分發(fā)揮正向鏟與汽車的效率。

2.2 正向鏟開挖、膠帶機運輸

膠帶機的爬坡能力大，架設(shè)簡易，運輸費用較低，比自卸汽車可降低運輸費用1/3～1/2，運輸能力也較高，膠帶機合理運距<10 km，膠帶機可直接從料場運輸上壩;也可與自卸汽車配合，作長距離運輸，在壩前經(jīng)漏斗由汽車轉(zhuǎn)運上壩;與有軌機車配合，用膠帶機轉(zhuǎn)運上壩做短距離運輸。

2.3 斗輪式挖掘機開挖，膠帶機運輸，轉(zhuǎn)自卸汽車上壩

當填筑方量大，上壩強度高的土石壩，料場儲量大而集中，可采用斗輪式挖掘機開挖，它的生產(chǎn)率高，具有連續(xù)挖掘、裝載的特點，斗輪式挖掘?qū)⒘限D(zhuǎn)入移動式膠帶機，其后接長距離的固定式膠帶機至壩面或壩面附近經(jīng)自卸汽車運至填筑面。這種布置方案，可使挖、裝、運連續(xù)進行，簡化了施工工藝，提高了機械化水平和生產(chǎn)率。

2.4 開挖運輸機械設(shè)備容量確定

分期施工的土石壩，應根據(jù)壩體分期施工的填筑強度和開挖強度來確定相應的機械設(shè)備容量，可按下式計算:

式中:qd為壩體分期填筑強度，m/h;Vd為壩體分期填筑方量，m3;K為施工不均勻系數(shù)，可取1.2～1.3;K1為考慮沉降，削坡、損失等影響系數(shù)，可取1.15～1.2;T為分期時段的有效工作日數(shù)，d;按分期時段的總?cè)諗?shù)，扣除節(jié)假日、降雨及氣溫影響可能的停工日數(shù)，即為有效工作日數(shù);N為每日的工作小時數(shù)，以20 h計。

壩體分期施工的開挖強度qc計算公式為:

式中:K2為開挖及運輸中的損失系數(shù)，可取1.05～1.10;rd為土料的設(shè)計干表觀密度，t/m3;rn為土料的天然干表觀密度，t/m3。

滿足上壩填筑強度要求的挖掘機數(shù)量Nc的計算公式為:

式中:Pc為一臺挖掘機的生產(chǎn)率，m3/h。

滿足上壩填筑強度要求的汽車總數(shù)量Na的計算公式為:

式中:Pa為輛汽車的生產(chǎn)率，m3/h。配合1臺挖掘機所需的汽車數(shù)量n，其總的生產(chǎn)率應略大于1臺挖掘機的生產(chǎn)率，因此應滿足nPa>Pc。

為了充分發(fā)揮自卸汽車的運輸效能，應根據(jù)挖掘機械的斗容選擇具有適當斗容量(或載重量)的汽車。挖掘機裝滿一車斗數(shù)的合理范圍應為3～5斗，通常要求裝滿一車時間不超過3.5～4 min，卸車是不超過2 min。

3 土料壓實

土石料的壓實，是土石壩施工質(zhì)量的關(guān)鍵。維持土石壩自身穩(wěn)定的土料內(nèi)部主力(黏結(jié)力和摩擦力)、土料的防滲性能等，都是隨土料密實度的增加而提高。例如，干密度為1.4 t/m3的砂壤土，壓實后若提高到1.7 t/m3，其抗壓強度可提高4倍，滲透系數(shù)將降低至1/2 000。由于土料壓實結(jié)果，可使壩坡加陡，加快施工進度，降低工程投資。

3.1 土料壓實特性

土料壓實特性，與土料自身的性質(zhì)，顆粒組成情況、級配特點、含水量大小以及壓實功能等有關(guān)。

一般黏性土的黏結(jié)力較大，摩擦力較小，具有較大的壓縮性，但由于它的透水性小，排水困難，壓縮過程慢，所以很難達到固結(jié)壓實。而非黏性土料則相反，它的黏結(jié)力小，摩擦力大，具有較小的壓縮性，但由于它的透水性大，排水容易，壓縮過程快，能很快達到壓實。所以黏性土的壓實干密度低于非黏性土的壓實干密度。顆粒不均勻的砂礫料，比顆粒均勻的細砂可能達到的干密度要大一些。

壓實功能大小，也影響著土料干密度的大小，擊實次數(shù)增加，干密度也隨之增大而最優(yōu)含水量則隨之減小。說明同一種土料的最優(yōu)含水量和最大干密度并不是一個恒定值，而是隨壓實功能的不同而異。一般說來，增加壓實功能可增加干密度，這種特性，對于含水量較低(小于最優(yōu)含水量)的土料比對于含水量較高(大于最優(yōu)含水量)的土料更為顯著。

3.2 壓實機械

3.2.1 羊腳碾

羊腳碾的羊腳插入土中，不僅使羊腳底部的土料受到壓實，而且使側(cè)向上部土料也受到擠壓，從而達到均勻的壓實效果。羊腳碾僅適用于壓實黏性土料和黏土，不適合壓非黏性土。羊腳碾的獨特優(yōu)點是能夠翻松表面土層，可省去刨毛工序，保證了上下土層的結(jié)合質(zhì)量。此外，羊腳碾還能起到混合土料的作用，可以使土料級配和含水量比較均勻。羊腳頂端接觸應力的過大或過小，都會降低碾壓效果。

3.2.2 氣胎碾

氣胎碾適用于壓實黏土料，也適合于壓實非黏性土料，如黏性土、黏土、砂質(zhì)土和沙礫料等，都可以獲得較好的壓實效果。氣胎碾的充氣輪胎，在壓實過程中具有一定的彈性，可以和壓實的土料同時發(fā)生變形，輪胎與土料的接觸應力，主要取決于輪胎的充氣壓力，與輪胎的荷載大小無關(guān)。

3.2.3 振動碾

振動碾是一種以碾重靜壓和振動力共同作用的壓實機械，較之沒有振動的壓實機械，土中應力可提高4～5倍，因而它能有效地壓實堆石體、砂礫料和礫質(zhì)土;也可用與壓實黏性土和黏土。

3.2.4 夯實機械(重錘)

夯板使用于壓實沙礫料、礫質(zhì)土和黏性土，也可用于壓實黏土。

[1]馬立俊，王寶民.堆石壩質(zhì)量控制點剖析[J].黑龍江水利科技，2005，33(5):36.

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