浅谈土石坝施工

浅谈土石坝施工

路胜俊

四川二滩国际工程咨询有限责任公司四川成都610072

摘要：主要对土石坝施工流程、施工方法作简介以及施工实施过程中应如何确保工程质量。

关键词：土石坝，施工方法，施工流程，工程质量

引言

土石坝是目前世界坝工建设工程中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。与其他坝型相比较，无论从经济方面还是从施工方面，土石坝具有绝对的优势，据不完全统计世界土石坝占大坝总数的82.9%，而在中国土石坝数量占到大坝总数的93%。

土石坝包括各种碾压式土坝、堆石坝和土石混合坝。土石坝具有就地取材，对坝基地质条件要求不高，结构简单和易于施工，同时在施工中充分利用各种开挖料，包括当地土料、石料或混合料，土石坝的施工即是将这些材料经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝，故土石坝又称作当地材料坝，对于坝体材料以土和砂砾为主时，称土坝；以石渣、卵石、爆破石料为主时，称堆石坝；当两类当地材料均占相当比例时，称土石混合坝。随着大型高效机具的采用，坝体防渗结构和材料的改进，施工人数的大量减少，施工工期的进一步缩短以及施工费用的显著降低等，为土石坝的发展开辟了广阔前景。当今国内外不仅中低坝广泛采用土石坝，而且兴建的高土石坝也也来也多。砼面板堆石坝的性和快速施工，已成为坝工建设中具有很强竞争力的一种新坝性，更是使土石坝“锦上添花”。

1.工程概况

江西洪屏抽水蓄能电站位于江西省靖安县境内，下库坝址距县城约40km，为周调节抽水蓄能电站。电站装机容量为1200MW（4×300MW），安装四台单机容量为300MW的混流可逆式水泵水轮发动机组。本工程属大（1）型一等工程，主要永久性建筑物按1级建筑物设计，次要永久性建筑物按3级建筑物设计。枢纽主要包括上水库、输水系统、地下厂房系统、地面开关站及下水库等工程项目。

2.施工总进度的编制依据和原则

根据本合同工程的施工特点，结合我公司在以往类似工程中的施工经验，按照“确保工期，保证安全、统筹兼顾、整体最优”的原则，进行本合同工程施工总进度计划的编制。

2.1确保工期

严格按照招标文件规定的主要工程施工程序及合同控制工期要求，做好施工总体规划，科学合理地安排施工程序及施工进度，确保节点工期及合同总工期按期或提前完成；遇不可预见因素时，及时采取措施，优化施工方案。

2.2实现快速施工

根据地下洞室群密集布局、纵横交错的特点，在充分利用招标文件提供的施工通道的基础上，合理增设部分施工支洞，将整个地下洞群系统大致分为厂房系统、尾水系统、主变系统及开关站系统四个子系统，在各子系统内形成多工作面作业的条件及尽可能好的作业环境，在确保成洞稳定及相邻建筑物安全的前提下，按照“平面多工序，立体多层次”的施工总体布局，组织四大系统的开挖、支护、混凝土浇筑、压力钢管及金结安装、灌浆等施工项目的平行交叉作业。充分发挥我公司地下工程的施工技术和设备优势，组织成配套的、大型机械化的施工作业，提高施工生产效率，加快工程施工进度，以实现地下洞室群的快速施工。

2.3保证关键线路

根据合同规定各阶段的交面顺序及交面工期要求，以确保尾水系统充水试验的时间为目标，紧紧围绕本合同工程的关键线路组织施工，在确保关键项目施工进度的同时，统筹兼顾好其它项目的施工进度，使本工程整体协调推进。

2.4地下水处理

按照“创造有利施工条件”的原则，对整个洞群系统的施工进行总体规划，对各子系统进行细化研究，坚持“厂房外部环境提早治理，防渗排水系统的防渗帷幕及排水廊道、排水孔等领先洞室开挖形成”的原则；分梯次展开厂外排水帷幕、排水系统排水施工，降低围岩外水压力，增强围岩稳定，为洞室稳定开挖创造条件，并针对洞室地质条件按“特殊与一般”相结合的原则，围绕地下水出露部位针对性地展开帷幕及排水孔施工。

加强洞内的排水，采用防、堵、疏、排的措施，以保证洞内的施工环境。

2.5洞室群通风

提前安排对通风有利的洞室施工，形成自然循环通风条件，改善施工环境；在关键部位加强通风措施，以保证洞内作业人员的安全，从而保证施工进度的实现。

2.6合理分层、分序

严格按照招标文件对地下洞室开挖程序的要求，合理进行洞室群开挖分序，并严格按照本标与其它标段之间的交面节点严格控制相关施工工序，确保本标对其它标段交面节点的正点或提前到达。

3.土料压实的特性与标准

3.1土料压实特性

土料压实特性，与土料自身的性质，颗粒组成情况、级配特点、含水量大小以及压实功能等有关。

对于粘性土和非粘性土的压实有显著的差别。一般粘性土的粘结力较大，摩擦力较小，具有较大的压缩性，但由于它的透水性小，排水困难，压缩过程慢，所以很难达到固结压实。而非粘性土料则相反，它的粘结力小，摩擦力大，具有较小的压缩性，但由于它的透水性大，排水容易，压缩过程快，能很快达到压实。

土料颗粒粗细作成也影响压实效果，颗粒愈细，空隙比就愈大，所以含矿物分散度愈大，就愈不容易压实。所以粘性土的压实干表观密度低于非粘性土的压实干表观密度，颗粒不均匀的砂砾料，比颗粒均匀的细砂可能达到的干表观密度要大一些。土料的含水量是影响压实效果的重要因素之一。

非粘性土料的透水性大，排水容易，压实过程快，能够很快达到压实，不存在最优含水量，含水量不做专门控制。这是非粘性土料与粘性土料压实特性的根本区别。压实功能大小，也影响着土料干表观密度的大小，击实次数增加，干表观密度也随之增大而最优含水量则随之减小。说明同一种土料的最优含水量和最大干表观密度并不是一个恒定值，而是随压实功能的不同而异。

一般说来，增加压实功能可增加干表观密度，这种特性，对于含水量较低（小于最优含水量）的土料比对于含水量较高（大于最优含水量）的土料更为显著。

3.2土石料的压实标准

土料压实得越好，物理力学性能指标就越高，坝体填筑质量就越有保证。但土料的过分压实，不仅提高了压实费用，而且会产生剪力破坏，反而达不到应有的技术效果。可见对坝料的压实应有一定的标准，由于坝料性质不同，因而压实的标准也各异。

3.3压实机械及压实参变数

压实机械对工程进度，工程质量和造价有很大的影响。压实机械的选择原则：应根据筑坝材料的性质、原状土的结构状态、填筑、施工强度及作业面积的大小等，选择性能能达到设计施工质量标准的碾压设备类型。如按不同材料分别配置不同的压实机械，就会出现机械闲置的情况。所以确定机械种类和台数时，还应从填筑整体出发，考虑互相配合使用的可能。

3.3.1羊脚碾

羊脚碾的羊脚插入土中，不仅使羊脚底部的土料受到压实，而且使侧向上午土料也受到挤压，从而达到均匀的压实效果。羊脚碾仅适用于压实粘性土料和粘土，不适合压非粘性土。土料压实层在一定深度的范围内，可以获得较高的压实干表观密度，但土体的干表观密度沿深度方向的分布不均匀。羊脚碾的独特优点是能够翻松表面土层，可省去刨毛工序，保证了上下土层的结合质量。

3.3.2气胎碾

气胎碾适用于压实粘土料，也适合于压实非粘性土料，如粘性土、粘土、砂质土和沙砾料等，都可以获得较好的压实效果。气胎碾的充气轮胎，在压实过程中具有一定的弹性，可以和压实的土料同时发生变形，轮胎与土料的接触应力，主要取决于轮胎的充气压力，与轮胎的荷载大小无关。

3.3.3振动碾

振动碾是一种以碾重静压和振动力共同作用的压实机械，较之没有振动的压实机械，土中应力可提高4～5倍，因而它能有效地压实堆石体、砂砾料和砾质土；也可用与压实粘性土和粘土。

3.3.4夯实机械（重锤）

夯板使用于压实沙砾料、砾质土和粘性土，也可用于压实粘土。

4.坝体的施工

4.1坝体填筑

土石坝的坝基开挖、基础处理及隐蔽工程等验收合格后，就可以全面展开坝体填筑。坝体填筑包括基本作业（卸料、平料、压实及质检）和辅助作业（洒水、刨毛]清理坝面和接触缝处理）。

土石坝填筑必须严密组织，保证各工序的衔接，通常采用分段流水作业。分段流水作业，是根据施工工序数目，将坝面分段，组织各工种的专业队伍，依次进入各工段施工。对同一工段来讲，各专业队按工序依次连续施工；对各专业队来讲，依次连续地在各工段完成固定的专业工作。进行流水作业，有利于施工队伍技术水平的提高，保证施工过程中人、地和机具的充分利用，避免施工干扰，有利于坝面连续有序的施工。

4.2卸料及平料

通常采用自卸汽车、胶带机直接进入坝面卸料，由推土机平铺成要求的厚度。自卸汽车倒土的间距应使后面的平料工作减少，而且便于铺成要求的厚度。在坝面各料区的边界处，铺料会有出入，通常规定其它材料不准进入防渗区边界线的内侧，边界外侧铺土距边界线的距离不能超过5cm。

为配合碾压施工，防渗体土料铺筑应平行于坝轴线方向进行。

4.3碾压

坝面的填筑压实，应按一定的次序进行，避免发生漏压与超压。防渗体土料的碾压方向，应平行坝轴线方向进行，不得垂直于坝轴线方向碾压，避免局部漏压形成横穿坝体的集中渗流带。碾压机械行驶的行与行之间必须重叠20～30cm左右，以免产生漏压。此外，坝料分区之间的边界也容易成为漏压的薄弱带，必须特别注意要互相重叠碾压。

根据工程实践经验，碾压机械行驶速度大小，对坝料（如粘性土）压实效果有一定的，各种碾压机械的行驶速度，一般应通过试验确定。自行式碾压机械的行驶速度以1～2档为宜。羊脚碾、气胎碾可采用进退错距法或转圈套压法两种。

4.4结合部位施工

土石坝施工中，坝体的防渗土料不可避免地与地基、岸坡、周围其他建筑的边界相结合；由于施工导流、施工方法、分期分段分层填筑等的要求，还必须设置纵横向的接坡、接缝。所以这些结合部位，都是影响坝体整体性和质量的关键部位，也是施工中的薄弱环节，处理工序复杂，施工技术要求高，且多系手工操作，质量不易控制。接坡、接缝过多，还会影响到坝体填筑速度，特别是影响机械化施工。对结合部位的施工，必须采取可靠的技术措施，加强质量控制和管理，确保坝体的填筑质量满足设计要求。

4.5反滤层施工

反滤层的填筑方法，大体可分为削坡体、档板法及土、砂松坡接触平起法三类。土、砂松坡接触平起法能适应机械化施工，填筑强度高，可做到防渗体、反滤料与坝壳料平起填筑，均衡施工，被广泛采用。根据防渗体土料和反滤层填筑的次序，搭接形式的不同，可分为先土后砂法和先砂后土法。

5.质量检查控制及事故处理

5.1质量检查控制及事故处理

土石坝施工的整个过程中，加强施工质量的检查与控制，是保证施工质量的重要措施；同时，对施工中出现的质量事故，必须及时地认真处理，确保坝体的安全运用。

土石坝施工中，质量检查控制的项目较多，从坝基的开挖及处理、直到坝体的填筑，都应按国家颁发的有关标准、工程的设计和施工图、技术要求以及工地制定的施工规定进行。

5.2事故处理

最常见的事故是土石坝的防渗土体发生裂缝、滑坡、坝体及坝基漏水等。

(1)干缩、冻融裂缝

干缩裂缝多发生在施工期上下游坝坡或坝顶的填筑面上，其特征是性差，呈龟裂状。如不及时处理，将加速水力劈裂或不均匀沉陷裂缝的产生和，造成严重的危害。其防止方法是及时做好护坡和保护层。对已出现的裂缝，可视深浅的不同，采用开挖回填或将裂缝全部铲除重新回填处理。

(2)沉陷裂缝

由于岸坡过陡或坡率变差大，地基不均匀沉降，黄土湿陷变形，坝体施工期填筑高度过大及坝体压实不够等原因而产生沉陷裂缝。这种裂缝有横向和纵向两种，而以横向裂缝危害更大。对横向裂缝，不论其大小，都应进行严格的处理，防止贯穿坝体漏水失事。如裂缝深度在1.5m以内，可沿缝开挖成梯形断面，应挖至裂缝尖灭后再加深0.2～0.5m。以防止遗漏“多”字形成或“纺锤形”裂缝的存在；在裂缝水平方向的开挖宽度，应延伸裂缝尖灭后再加长1～2m。裂缝开挖后应避免日晒雨淋，防止雨水渗入缝内，回填时要注意新老土料的结合。

(3)滑坡裂缝

土坝的滑坡多出现在均质土坝的施工期或初期运行中，据裂缝的不同特点，可分成滑弧形式和塑流滑动两大类。

6.雨季和冬季施工安排

受外界气象环境的影响，尤其是对防渗土料影响更大。雨季会给土料增大含水量；而冬季土料又会冻结成块，都会影响压实效果和施工质量。此外，为了保证坝体的施工速度，降低工程造价，也需要解决好雨季和冬季中的施工措施问题。

6.1.1雨季施工

土石坝防渗体土料，在雨季施工总的原则是“避开、适应和保护”。一般情况下应尽量避免在雨季进行土料施工；选择对含水量不敏感的非粘性土料适应雨季施工，争取小雨日施工，以增加施工天数；在雨日不太多，降低强度大，花费不大的情况下，采取一般性的防护措施也常能奏效。

运输道路也是雨季施工的关键之一。一般的泥结碎石路面，当遇雨水侵泡时，路面容易破坏，即使天晴坝面可复工，但因道路影响了运输而不能即时复工，不少工程有过此教训。所以应加强雨季路面维护和排水措施，在多雨地区的主要运输道路，可考虑采用砼路面。

6.1.2冬季施工

寒冷地区，当日平均气温低于0°C时，粘性土料按低温季节施工。日平均气温低于-10°C时，一般不宜填筑土料，否则应进行技术论证。冬季施工的主要问题在于；土的冻结使土体强度增高，不易压实；而冻土的融化却使土体的强度和土坡的强度和土坡的稳定性降低；处理不好，将使土体产生渗漏或塑流滑动。外界气温降低时，土料中水份开始结冰的温度低于0°C，即所谓过冷现象。1.负温下的土料填筑；2.负温下的沙砾料填筑；3.架设暖棚。

参考文献

1.武汉水利电力大学杨康宁主编.水利水电工程施工技术第二版.北京：水利水电出版社，1997.6

2.成都水力发电学校廖德全主编.水利工程施工第三版.北京：中国水利水电出版社，1996.5

3.天津大学祁庆和主编.水工建筑物第三版.北京：中国水利水电出版社，1997.5

4.徐招才刘申合边编.水电站第一版.北京：中国水利水电出版社，1994.10