水利樞紐工程大壩施工填料分區(qū)的利用與研究

嵩縣水利局 鄭 潔 吳曉樂 王青毅

水利樞紐工程大壩施工填料分區(qū)的利用與研究

嵩縣水利局 鄭 潔 吳曉樂 王青毅

在當(dāng)?shù)厝〉猛亮?、石料或土石混合料等天然就地材料，通過填筑或碾壓等方法堆筑成的擋水建筑物，被稱為土石壩。土石壩是一種最古老但應(yīng)用最為廣泛的壩型，在河湖岸邊居住的古代人類筑堤擋水或修池蓄水，有利于避免洪水禍患，也避免了干旱地區(qū)的農(nóng)作物枯死，這種由土石構(gòu)筑而成的壩，稱為壩工的始祖。在我國，建造土石壩具有悠久的歷史，并且建造技術(shù)已趨于成熟，如今筑造土石壩的關(guān)鍵因素主要體現(xiàn)在填料的分區(qū)上。因此，在筑造工程中如何根據(jù)實際條件來充分利用區(qū)域內(nèi)的開挖材料、減少不必要的料場設(shè)置，對于縮短工程工期、節(jié)省成本以及更好地促進(jìn)土石壩的發(fā)展，具有重要的意義。

一、土石壩的優(yōu)勢及其施工填料分區(qū)現(xiàn)狀

1. 土石壩的優(yōu)勢。相對于其他壩型，土石壩具有如下優(yōu)勢：一是筑壩材料能就地取材，主要使用土料、砂、砂礫、石渣和石料等筑壩，節(jié)省水泥、鋼材和木材等材料，對于資源相對缺乏的國家或地區(qū)來說，十分有利。二是筑造施工簡單。土石壩填筑只需要采材、運輸、碾壓三道工序，而混凝土施工則有十多道工序，且需嚴(yán)格控制溫度，施工相對來說較為復(fù)雜。三是相對于混凝土壩，對壩基要求較低。不管是承載力還是抗剪強度，土石壩對壩基的要求都比較低，有些甚至直接建在沙礫層上，而混凝土壩則難以執(zhí)行。四是施工工期短。近年來大型土方機械陸續(xù)研發(fā)生產(chǎn)，使大壩施工逐漸大規(guī)?；?、機械化，施工速度加快、工期縮短、抗震性能好。通過室內(nèi)模型試驗及各種壩型遭受地震的實踐表明，相對于其他壩型，土石壩的抗震性能較高。

2. 大壩施工填料分區(qū)現(xiàn)狀。隨著新型機械的出現(xiàn)以及施工方法的研發(fā)，壩工程的分區(qū)利用經(jīng)驗日益豐富。土石壩建設(shè)時，更能充分利用料場周邊材料就地填料。特別是在土石壩工程中要求最為嚴(yán)格的壩殼料，現(xiàn)在也多元化發(fā)展。不過，由于土石料的性質(zhì)復(fù)雜，目前對土石壩設(shè)計施工參數(shù)的認(rèn)識還不夠深入，對土石壩的設(shè)計還處于半理論半實踐的階段。因此，水利樞紐工程大壩施工填料分區(qū)的利用，還有待深入研究。

二、大壩施工填料分區(qū)的利用

1. 料場規(guī)劃合理性。壩體分區(qū)填筑施工調(diào)配系統(tǒng)十分復(fù)雜，與土石方的調(diào)配過程密切相關(guān)的有施工的總體布置、施工進(jìn)度計劃和料場的規(guī)劃等內(nèi)容。在土石壩施工中，壩體被分為石渣區(qū)、防滲土區(qū)、風(fēng)化料區(qū)、下游排水棱體、上昂式排水體以及水平排水道等區(qū)域。按照性質(zhì)和功能的不同，填筑料可分為主堆石料、塊石護(hù)坡、次堆石料、過渡料、墊層料、黏土鋪蓋、保護(hù)石渣等。不同的填筑分區(qū)的料源地分布在不同的采料場。因此，在各個施工階段填筑料需通過不同的道路系統(tǒng)，從料場運往填筑點。

2. 填料分區(qū)合理性。填料的利用除了使用料場料源外，還應(yīng)該使用水利工程中產(chǎn)生的開挖料。在綜合采用不同種類填料時，如何滿足壩體分區(qū)的合理性十分重要，既要使不同特性的填料得以充分利用，又要保證填料符合捧水、防滲等設(shè)計要求。同時，還需確保不同特性的填料能同時上壩。因此，如何規(guī)劃料場，在土石壩的施工中成為極其關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)：料場的選址和布置直接影響土石壩的質(zhì)量和投資；充足的填筑料源，能夠保證土壩工程的順利施工。并且，還要對填筑料場進(jìn)行優(yōu)化。這樣，才能保證工程達(dá)到高速、優(yōu)質(zhì)、安全、低耗的目標(biāo)。

三、影響填料分區(qū)施工的因素

1. 施工工藝。施工工藝是選取具有代表性的土料進(jìn)行碾壓試驗，由此確定施工參數(shù)。經(jīng)過碾壓試驗確定的施工參數(shù)，能夠用于質(zhì)量控制。在碾壓試驗中，需要選取具有代表性的土樣進(jìn)行測試，防止出現(xiàn)不同土地其土性不同等問題，從而確定合適的碾壓使用機具、遍數(shù)以及松鋪厚度等相關(guān)施工參數(shù)。

2. 施工條件。為了保證施工質(zhì)量，常通過調(diào)整施工方法、設(shè)計方案及施工順序等措施，使用經(jīng)濟(jì)與技術(shù)上均可行的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，爭取以最低的成本獲取最大的收益。

四、大壩填筑施工的質(zhì)量控制

1. 料場的質(zhì)量控制。雖然土料來自不同料場，但是都要進(jìn)行土樣收集及性能測試，并將測試結(jié)果與設(shè)計土場勘探的資料進(jìn)行比較和詳細(xì)分析，以達(dá)到對料場復(fù)勘的目的，從而獲取可開采的土料范圍以及開采數(shù)量，更好地掌握料場內(nèi)土層的分布特點、土層厚度及土層性能等詳細(xì)資料。另外，還要對復(fù)勘和試驗所獲得數(shù)據(jù)建立檔案。從復(fù)勘和試驗中獲得的各料場、區(qū)域和土層層面料源的最佳含水量、最大干密度、滲透系數(shù)等指標(biāo)及其質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)等數(shù)據(jù)，是現(xiàn)場取樣檢測的重要依據(jù)。

2. 填筑分區(qū)的規(guī)劃。由于料場各分區(qū)填料的風(fēng)化程度不同，使得土性變得極為復(fù)雜，土性又會影響填料的壓實性。將不同料場、不同土性的填料劃分在不同的填筑分區(qū)內(nèi)，要保證同層填筑土料的料源統(tǒng)一、土性相同，避免混填土性差異較大的土料，有利于現(xiàn)場的質(zhì)量檢測和控制。同時，還需嚴(yán)格控制填料的來源，確保填料的防滲性。

3. 明確填筑施工的重點。質(zhì)量控制的重點是填料碾壓次數(shù)、鋪攤層厚、接縫處理、岸坡處理等施工參數(shù)及工序。所以，施工時應(yīng)做到提前、超前處理以及過程控制，并使現(xiàn)場施工人員充分了解并掌握這些施工技術(shù)要求及控制標(biāo)準(zhǔn)，是十分重要和必要的。

4. 合理安排，統(tǒng)一組織施工設(shè)備。在安排施工設(shè)備時，盡量將同一功率的設(shè)備安排在同一填筑單元內(nèi) , 使每個填筑區(qū)形成統(tǒng)一的流水作業(yè)，即填筑土料→攤鋪碾壓→取樣檢測。如若出現(xiàn)設(shè)備緊缺等情況，要以小功率的設(shè)備作為控制標(biāo)準(zhǔn)，保持生產(chǎn)均衡。

5. 施工質(zhì)量的監(jiān)測。安全監(jiān)測是評價工程是否安全的主要手段。要嚴(yán)格執(zhí)行控制監(jiān)測體系，對防滲土填料的填筑、碾壓、鋪攤、灑水、拋毛、接縫處理等工序的施工質(zhì)量進(jìn)行檢查。施工期內(nèi)的安全監(jiān)測工作可以通過對填筑質(zhì)量進(jìn)行評估以及對沉降量、壓縮率等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析等手段，來檢驗、監(jiān)測填筑的質(zhì)量。

五、結(jié)論

綜上，在水利樞紐工程的建設(shè)過程中，填料的分區(qū)問題直接關(guān)系到整個工程的進(jìn)度和質(zhì)量，已經(jīng)成為整個工程施工中最為重要的環(huán)節(jié)。因此，填料的分區(qū)問題在整個工程的設(shè)計規(guī)劃中的位置相當(dāng)重要，日益受到廣泛的關(guān)注。為了進(jìn)一步提高工程質(zhì)量、縮短工期、節(jié)省成本，還需要更多的技術(shù)及研究人員對此作更深入的研究。