水利施工中的土石壩施工技術(shù)

李 濤

（青州市水利建筑總公司，山東 青州 262500）

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，使水利工程發(fā)揮出的作用愈加明顯，其不僅能夠促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，還在抗洪、水利發(fā)電等方面發(fā)揮重要作用。水利工程對(duì)穩(wěn)定社會(huì)發(fā)展具有重要價(jià)值[1]。因此，水利工程的建設(shè)工作對(duì)施工提出了更高的要求，選擇和應(yīng)用先進(jìn)的施工技術(shù)尤為重要，水利工程施工中采用頻率最高的技術(shù)就是土石壩技術(shù)，該文從技術(shù)的角度分析對(duì)提升水利工程施工的質(zhì)量具有參考的價(jià)值和意義。

1 土石壩壩料的開采

土石壩主要是指石料或者混合料、土料等經(jīng)過(guò)碾壓和拋填等堆砌而成的擋水壩。因此，壩料的開采占據(jù)主要的位置。

1.1 土料的開采

土石壩的土料開采主要采用2種開采方式，以下對(duì)這2種開采的方式進(jìn)行了對(duì)比分析，其詳細(xì)的情況如表1所示。

表1 土石壩土料2種開采方式比較

1.2 砂礫料開采

砂礫料的開采也主要包括2種方式，即采用平面開采和立面開采的方式。通過(guò)對(duì)比這2種開采的方式得出以下結(jié)論。

1.3 石料的開采

石料開采主要以微差爆破為主或者擠壓爆破方法。在開采時(shí)主要采用自上而下和分層臺(tái)階開采的方式。根據(jù)鉆孔設(shè)備的性能，在試驗(yàn)后明確梯段的高度，即在7m～5m進(jìn)行選定。

2 土石壩壩面作業(yè)的施工

土石壩壩面作業(yè)須經(jīng)歷以下幾個(gè)步驟：土石料鋪料—土石料灑水和整平—土石料碾壓—土石料質(zhì)量檢查。這些工序之間為了能夠不會(huì)產(chǎn)生較大的干擾，須按照流水作業(yè)方式；按照一定的施工組織形式開展作業(yè)。

2.1 土石料鋪料和土石料的整平

土石料在鋪料時(shí)需要按照與壩軸線相平行的方向，運(yùn)用自卸汽車進(jìn)入防滲體中，采用進(jìn)占法倒退鋪土的方式進(jìn)行鋪料；鋪料的厚度需要按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，現(xiàn)場(chǎng)組織碾壓試驗(yàn)，確定鋪料厚度，以達(dá)到理想壓實(shí)效果為前提。壩體壓實(shí)主要采用實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控的方式，對(duì)黏性土、堆石料或者反濾料進(jìn)行檢查，其次數(shù)為1次，即（500m3～1000m3），每層保障一次；黏性涂料實(shí)際含水量在較低的情況時(shí)，需要及時(shí)在料場(chǎng)中加入適量的水或堆土牛注水法增加含水率。針對(duì)非黏性涂料，需要避免在運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生大量的水分流失，在將其運(yùn)輸?shù)綁蚊嬷髧姙⑦m量的水[2]。針對(duì)砂礫料和石料，需要在壓實(shí)之前添加適量的水，這樣才能提升壓實(shí)的質(zhì)量；采用光面壓實(shí)機(jī)對(duì)土層進(jìn)行碾壓，并做好刨毛處理，這樣做的目的就是能夠保證層間的有效結(jié)合，其刨毛的深度應(yīng)該控制在3cm～5cm。

2.2 碾壓處理

土石料在整平和鋪料完成之后，可以進(jìn)行碾壓，碾壓的方法有進(jìn)退錯(cuò)距碾壓的方式和圈轉(zhuǎn)套壓的方式，如公式（1）所示。

表2 土石壩土料2種開采方式比較

式中：b主要代表錯(cuò)距寬度（m）；B代表碾滾凈寬（m）；n主要代表設(shè)計(jì)確定的碾壓遍數(shù)。

圈轉(zhuǎn)套壓時(shí)需要保證有足夠的工作面，能夠同時(shí)用在多個(gè)碾滾相組合中。其優(yōu)點(diǎn)是能夠提升作業(yè)效率；交接部位也容易發(fā)生超壓或者重壓的方式，這時(shí)在施工中需要采用有效的控制措施。防滲體在進(jìn)行分段碾壓時(shí)，對(duì)相鄰的交接帶碾跡需要保證彼此之間相互搭接，其中搭接的寬度和厚度保持在0.3m～0.5m，其中平行的碾壓方向，其搭接帶寬度應(yīng)該保持在1m～5m。

2.3 開展接頭的處理工作

壩體在進(jìn)行填筑時(shí)，須保證層間的接頭處錯(cuò)開，分段條帶保持與壩軸線的平行，避免分段間處有較大高差。橫向結(jié)合部位主要采用臺(tái)階收坡的方法，每層的臺(tái)階寬度不得小于1m。在設(shè)置接坡時(shí)其坡度應(yīng)該控制在1∶3；壩體的填筑的工序?yàn)椴扇⊥痢捌狡鸱ā韧梁笊啊壬昂笸?；壩體與其他建筑物之間的連接，如涵管和刺墻在連接時(shí)，對(duì)一些離建筑物較近的部位無(wú)法使用設(shè)備進(jìn)行碾壓，須選擇較小的機(jī)具進(jìn)行碾壓和夯實(shí)[3]。振動(dòng)碾工作重量為18t～32t，行使的速度≤4km/h。另外，碾壓過(guò)程中還需要保證兩側(cè)填料的均衡性，在與土料的接觸的部位須涂刷泥漿，以避免給結(jié)構(gòu)物的施工帶來(lái)不良的影響。

2.4 干容量測(cè)試

干容量測(cè)試能夠?qū)ν潦教钪馁|(zhì)量進(jìn)行有效檢測(cè)。因此，干容量測(cè)試過(guò)程中需要根據(jù)實(shí)際的情況，對(duì)以下幾個(gè)方面予以注意。

鋪好并碾壓完每層的土石料之后，需要對(duì)干容量進(jìn)行測(cè)試，以在測(cè)試后確認(rèn)干容量是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求和標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣才能進(jìn)行下一步工序，實(shí)施鋪料，堆石料干密度平均值不得小于設(shè)計(jì)值，且標(biāo)準(zhǔn)差不得大于0.10t/m3。干容量的測(cè)試方法中主要采用環(huán)刀方法，其環(huán)刀的內(nèi)徑需要保證在100mm以上，這種方法適用于水庫(kù)工程的施工；而對(duì)提防工程，環(huán)刀的內(nèi)徑需要達(dá)到70mm以上，這也是提升結(jié)果準(zhǔn)確率和保障測(cè)試順利完成的關(guān)鍵，需要引起相關(guān)人員的高度重視。每層土石料在取樣時(shí)需要按照100m3～150m3進(jìn)行控制，針對(duì)狹長(zhǎng)的提防工程，需要按照20m～30m的間距開展取樣，其取樣點(diǎn)保證分布的均勻，并且取樣的數(shù)量也不能少于3個(gè)，取樣位置應(yīng)該在每層下部1/3的厚度處，在取樣測(cè)試后如果發(fā)現(xiàn)有不合格的情況后，需要在這個(gè)部位中開展二次碾壓，或者用其他方式進(jìn)行碾壓，通過(guò)局部處理直到測(cè)試結(jié)果合格為止，這樣才能進(jìn)行下一步施工[4]。

3 水利工程中土石壩施工技術(shù)的應(yīng)用

3.1 土石壩施工中料場(chǎng)物料

土石壩施工過(guò)程中，在選擇料場(chǎng)時(shí)需要進(jìn)行全方位考量，料場(chǎng)在設(shè)置時(shí)應(yīng)該挨著作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)或者在現(xiàn)場(chǎng)的附近，物料位置需要按照一定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，開展綜合性分析。料場(chǎng)在選擇時(shí)需要按照土石壩施工的具體過(guò)程，再準(zhǔn)備多個(gè)輔料場(chǎng)，以達(dá)到資源合理應(yīng)用的目的，施工的效率和施工的進(jìn)度等也得到了有效保障。

第一，料場(chǎng)不應(yīng)該選擇即將要淹沒(méi)的地區(qū)，這樣做的目的就是能夠防止料場(chǎng)在使用時(shí)出現(xiàn)被淹沒(méi)的情況，進(jìn)而造成材料出現(xiàn)供應(yīng)不足的情況。同時(shí)對(duì)土工合成材料主要采用搭接方法拼接，搭接的寬度不小于300mm。第二，料場(chǎng)規(guī)劃需要做好排水和防洪的工作。第三，選擇距離較遠(yuǎn)的料場(chǎng)，以保證材料供應(yīng)充足。土石壩施工過(guò)程中，面臨著施工困難的問(wèn)題，保證充足的供料和儲(chǔ)量物料的目的。尤其是在大壩合攏的階段，需要保證材料的供應(yīng)充足。第四，根據(jù)季節(jié)對(duì)其進(jìn)行合理配置。施工之前，需要保證充足的材料，優(yōu)先對(duì)含水量較高的物料場(chǎng)所進(jìn)行選擇，這樣才能保證土石壩施工的質(zhì)量，進(jìn)而為工程施工奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。壩料進(jìn)行時(shí)做好鑒別控制工作，即壩殼砂礫土，其小于5mm含量[5]。

3.2 土石壩施工中壩基處理

土石壩施工過(guò)程中，其壩基處理較為簡(jiǎn)單，在表層的土壤挖掘的階段，由于水利工程中壩基主要是在河岸地域，這一地域有石料、水井和雜草等，其表面的土壤中還有很多的有機(jī)質(zhì)，地下土壤也都是排水通道作用，如果沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行深度的挖掘，土石壩在修建過(guò)程中沒(méi)有辦法確保土石壩的防水性和穩(wěn)定性，其質(zhì)量也無(wú)法得到有效保障。在做好防滲部位的壩基巖邊坡時(shí)，其標(biāo)高允許偏差為-100mm～+300mm，運(yùn)用水準(zhǔn)儀進(jìn)行檢查；坡面局部允許偏差-200mm～+300mm；長(zhǎng)寬邊線范圍在0mm～+500mm，岸坡部位的間距10m以下。

3.2.1 壩基挖掘施工

需要按照一定的順序進(jìn)行挖掘，并按照自上到下的順序進(jìn)行開挖。這種方式的合理利用主要是因?yàn)槭┕ぶ欣眠@種方式不僅可防止發(fā)生土壤的坍塌情況；有利于保障施工人員的安全；如果采用自下而上的方式進(jìn)行挖掘，其就會(huì)對(duì)施工內(nèi)部造成干擾，上部土壤會(huì)對(duì)下部已經(jīng)挖掘的區(qū)域進(jìn)行掩蓋，缺乏對(duì)下部的挖掘。土壤下部會(huì)產(chǎn)生自行下落的情況，進(jìn)而給岸坡的處理工作帶來(lái)較大的難度。

3.2.2 岸坡處理的工作

首先，岸坡在處理時(shí)需要保證深度符合相應(yīng)的規(guī)范，即挖掘過(guò)程中避免壩體的深度過(guò)淺，看到不透水層；預(yù)留出滲水的通道。其次，加大對(duì)岸坡的坡度控制和處理。岸坡坡度的控制能夠達(dá)到防滲的效果和提升施工的質(zhì)量，這也是土石壩施工技術(shù)中最為重要的環(huán)節(jié)。坡度在選擇時(shí)需要與土壤保持較大的聯(lián)系，再根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行有效的處理。岸坡采用的主要材料為巖石材料，其坡度不能超過(guò)1∶0.75，并且在施工時(shí)不能結(jié)合使用巖石技術(shù)和防滲技術(shù)，并在連接的位置加入漿液后，使土石壩的質(zhì)量得到有效保障。另外，岸坡上如果是黏土，其坡度需要控制在1∶0.5～1∶0.75，并根據(jù)相應(yīng)的規(guī)定對(duì)岸坡進(jìn)行有效調(diào)整，使表面更加平整、有序；如果岸坡不是黏土壤，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臉?biāo)準(zhǔn)進(jìn)行明確，高度也不能超過(guò)最大的坡度[6]。

3.2.3 壩基的處理技術(shù)

面對(duì)覆蓋層較淺的情況，在開挖時(shí)需要將其挖成截水槽，回填和壩體的防滲體需要使用同一種的涂料；面對(duì)覆蓋層較淺的情況，需要使用的方法為灌漿法，當(dāng)出現(xiàn)斷層或者破碎帶、節(jié)理裂痕時(shí)，需要利用有效的修復(fù)方式進(jìn)行修復(fù)，這樣才能提升壩基的安全性和穩(wěn)定性，進(jìn)而使工程質(zhì)量得到有效保障。

3.3 土石壩的填筑和壓實(shí)

土料的鋪筑環(huán)節(jié)中，選擇平鋪的方式，即主要利用壩體水平軸線的平鋪方式，鋪設(shè)時(shí)需要向四周平推。核心主要為壩體中心水平線。在施工過(guò)程中土料的中體積如果相對(duì)較大，土質(zhì)結(jié)構(gòu)需要采用人工粉碎的方式，這一方式主要是將固化石塊進(jìn)行剔除，這樣做的目的就是能夠保證壩體的施工質(zhì)量；自卸車在鋪土施工時(shí)，需要按照道行車的鋪土作業(yè)方式，通過(guò)均勻鋪土，以防止出現(xiàn)車輛由于土料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定造成一定的損傷，進(jìn)而使壩體工程質(zhì)量得到明顯提升。

壓實(shí)環(huán)節(jié)：鋪土施工中和平土施工中，需要進(jìn)行基礎(chǔ)面的壓實(shí)的作業(yè)。在壓實(shí)過(guò)程中需要保證碾壓機(jī)械的壩體水平軸保持均勻，在對(duì)壓實(shí)力度進(jìn)行嚴(yán)格控制后，滿足施工要求和標(biāo)準(zhǔn)，避免產(chǎn)生過(guò)壓或者漏壓嚴(yán)重的問(wèn)題。心墻反濾料施工技術(shù)：心墻反濾料施工過(guò)程中需要采用混凝土施工技術(shù)和土砂平起法施工，心墻反濾料需要保證心墻與砂殼的同步性，這樣做的目的就是不會(huì)出現(xiàn)較大的差異性，使心墻質(zhì)量得到有效保障。壩殼料需要采用進(jìn)占法卸料，鋪料的厚度誤差不應(yīng)該超過(guò)碾壓試驗(yàn)所確定厚度的10%，回填1.50m～2.50m寬過(guò)渡料。針對(duì)壩殼料的填筑，采用振動(dòng)平碾壓實(shí)的方法，如圖所示：保證與岸坡結(jié)合處2.00 m寬，采用垂直壩軸線方向進(jìn)行碾壓，如圖1所示。

圖1 平碾壓實(shí)

這一階段的工序和使用設(shè)備相對(duì)較多，操作面較小，施工的難度也相對(duì)較大，主要采用流水作業(yè)的方式開展施工。其中，平起填筑方式。這一方式能夠使填筑質(zhì)量得到有效保障，還能對(duì)施工工序進(jìn)行簡(jiǎn)化，例如無(wú)接縫或者削坡等工作，能夠?qū)Χ咽钪拿娣e進(jìn)行擴(kuò)展，進(jìn)而方便大型機(jī)械開展操作，這種方式有助于簡(jiǎn)化防滲材料區(qū)域的施工工序；例如在開展無(wú)接縫的工作和削坡的工作時(shí)，通過(guò)開拓堆石填筑的面積，方便大型機(jī)械的操作，并且，這種方式有助于對(duì)防滲材料區(qū)域的道路進(jìn)行設(shè)計(jì)，提升整個(gè)工程的安全性和穩(wěn)定性。

填筑施工中所使用的設(shè)備較多，并且工序也較多，施工難度也較大，其主要采用流水作業(yè)的方式開展施工，其需要注意：1）臨鋪填土料之前，需要及時(shí)進(jìn)行清理，土石壩接觸的巖石表面，需要涂刷一層厚度不小于5mm的濃黏土漿，采用隨填隨刷的方式以保證其滋潤(rùn)性，借助土石壩體與剛性結(jié)構(gòu)的相互結(jié)合。2）土石壩部位的土料在填筑之前，需要鋪設(shè)接觸黏土帶，填筑時(shí)需要保證黏土料控制在略高于最優(yōu)含水率（2%～4%）[7]。3）土料的鋪筑主要采用進(jìn)占法卸料，采用定點(diǎn)測(cè)量的方式，對(duì)鋪土厚度進(jìn)行嚴(yán)格控制，這樣才能使壩體邊坡碾壓質(zhì)量得到有效保障。4）每填土層按規(guī)定參數(shù)施工完成后，需要在下層土表面采用刨毛處理的方式，必要時(shí)可以對(duì)表土層進(jìn)行含水率調(diào)整的處理，以避免形成土層間結(jié)合不良的現(xiàn)象。5）在接合的坡面上，配合填筑的上升速度，能夠?qū)⒈砻嫠赏羚P除，坡面須刨毛處理，并使用含水率控制在范圍內(nèi)，這樣才能繼續(xù)填新土進(jìn)行壓實(shí)。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)水利工程建設(shè)中，土石壩技術(shù)作為一項(xiàng)重要的技術(shù)，我國(guó)壩體90%以上都應(yīng)該采用這種施工技術(shù)，應(yīng)用這種土石壩技術(shù)不僅能夠保證我國(guó)水利工程的質(zhì)量，施工中還需要根據(jù)其設(shè)計(jì)或者施工人員按照實(shí)際的需求制定出完善的施工方案，這樣才能確保土石壩施工中能夠達(dá)到防洪和防滲的效果，使我國(guó)水利建設(shè)得到穩(wěn)定發(fā)展。