經(jīng)驗(yàn)談土石壩施工技術(shù)

【摘要】隨著社會(huì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，土石壩施工技術(shù)被廣泛的運(yùn)用到水利工程建設(shè)中。文章主要是根據(jù)筆者個(gè)人工作實(shí)踐來對(duì)土石壩施工技術(shù)作出論述，可供同行借鑒參考。

【關(guān)鍵詞】土石壩；土料；壓實(shí)；施工

土石壩的施工涉及到水利工程的多個(gè)方面的質(zhì)量及效益，關(guān)系著現(xiàn)代水利工程的應(yīng)用發(fā)展建設(shè)，應(yīng)不斷引進(jìn)、借鑒國(guó)外先進(jìn)的施工技術(shù)，加強(qiáng)自身的研究和創(chuàng)新，努力提高水利工程土石壩施工技術(shù)，促進(jìn)水利工程土石壩的建設(shè)發(fā)展。

1.料場(chǎng)規(guī)劃

（1）土石壩施工中，料場(chǎng)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(jià)，甚至還會(huì)影響到周圍的農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)。施工前，應(yīng)配合施工組織設(shè)計(jì)，對(duì)各類料場(chǎng)作進(jìn)一步的勘探和總體規(guī)劃、分期開采計(jì)劃。使各種壩料有計(jì)劃、有次序地開采出來，以滿足壩體施工的要求。

（2）選用料場(chǎng)材料的物理力學(xué)性質(zhì)，應(yīng)滿足壩體設(shè)計(jì)施工質(zhì)量要求，勘探可供開采量應(yīng)不少于設(shè)計(jì)需要量的2倍。在儲(chǔ)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(chǎng)（為主要料場(chǎng)總儲(chǔ)量的20%～30%）和近料場(chǎng)，作為壩體合垅以及搶筑攔洪工程用。

（3）在料場(chǎng)的使用時(shí)間及程序上，應(yīng)考慮施工期河水位的變化及施工導(dǎo)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(yuǎn)料，下游不淹料后用。含水量高料場(chǎng)夏季用；含水量低料場(chǎng)雨季用。施工強(qiáng)度高時(shí)利用近料，強(qiáng)度低時(shí)利用遠(yuǎn)料，平衡運(yùn)輸強(qiáng)度，避免窩工。

2.土石料

土石壩石料從料場(chǎng)的開挖、運(yùn)輸，到壩面的平料和壓實(shí)等土石壩施工的各項(xiàng)工序的進(jìn)行應(yīng)嚴(yán)格運(yùn)用相互配套的的工程機(jī)械來完成。在大、中型水利工程土石壩的施工建設(shè)過程中，尤其是在高土石壩的施工過程中，運(yùn)用現(xiàn)代化的水利工程土石壩施工技術(shù)和先進(jìn)的機(jī)械化水平，加快水利工程土石壩的建設(shè)速度，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化綜合高技術(shù)、高水平機(jī)械施工，保證水利工程土石壩施工質(zhì)量。

2.1立面開挖

運(yùn)距<10km，正向鏟一般都采用立面開挖，汽車運(yùn)輸?shù)缆房刹贾贸裳h(huán)路，裝料時(shí)停在挖掘機(jī)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(shí)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膠帶機(jī)運(yùn)輸

膠帶機(jī)的爬坡能力大，架設(shè)簡(jiǎn)易，運(yùn)輸費(fèi)用較低，比自卸汽車可降低運(yùn)輸費(fèi)用1/3～1/2，運(yùn)輸能力也較高，膠帶機(jī)合理運(yùn)距<10km，膠帶機(jī)可直接從料場(chǎng)運(yùn)輸上壩；也可與自卸汽車配合，作長(zhǎng)距離運(yùn)輸，在壩前經(jīng)漏斗由汽車轉(zhuǎn)運(yùn)上壩；與有軌機(jī)車配合，用膠帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)上壩做短距離運(yùn)輸。

2.3斗輪式挖掘機(jī)開挖

當(dāng)填筑方量大，上壩強(qiáng)度高的土石壩，料場(chǎng)儲(chǔ)量大而集中，可采用斗輪式挖掘機(jī)開挖，它的生產(chǎn)率高，具有連續(xù)挖掘、裝載的特點(diǎn)，斗輪式挖掘?qū)⒘限D(zhuǎn)入移動(dòng)式膠帶機(jī)，其后接長(zhǎng)距離的固定式膠帶機(jī)至壩面或壩面附近經(jīng)自卸汽車運(yùn)至填筑面。這種布置方案，可使挖、裝、運(yùn)連續(xù)進(jìn)行，簡(jiǎn)化了施工工藝，提高了機(jī)械化水平和生產(chǎn)率。

2.4機(jī)械設(shè)備容量

分期施工的土石壩，應(yīng)根據(jù)壩體分期施工的填筑強(qiáng)度和開挖強(qiáng)度來確定相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備容量，可按下式計(jì)算：

qd=K×K1×Vd/T×N （1）

式中：qd為壩體分期填筑強(qiáng)度，m3/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(shí)段的有效工作日數(shù)，d；按分期時(shí)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(shí)數(shù)，以20 h計(jì)。

壩體分期施工的開挖強(qiáng)度qc計(jì)算公式為：

式中：K2為開挖及運(yùn)輸中的損失系數(shù)，可取1.05～1.10；rd為土料的設(shè)計(jì)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(qiáng)度要求的挖掘機(jī)數(shù)量Nc的計(jì)算公式為：

式中：Pc為一臺(tái)挖掘機(jī)的生產(chǎn)率，m3/h。滿足上壩填筑強(qiáng)度要求的汽車總數(shù)量Na的計(jì)算公式為：

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

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

3.土料壓實(shí)

土石料的壓實(shí)，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(shí)度的增加而提高。例如，干密度為1.4t/m3的砂壤土，壓實(shí)后若提高到1.7t/m3，其抗壓強(qiáng)度可提高4倍，滲透系數(shù)將降低至1/2000。由于土料壓實(shí)結(jié)果，可使壩坡加陡，加快施工進(jìn)度，降低工程投資。

3.1土料壓實(shí)特性

土料壓實(shí)特性，與土料自身的性質(zhì)，顆粒組成情況、級(jí)配特點(diǎn)、含水量大小以及壓實(shí)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(dá)到固結(jié)壓實(shí)。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(dá)到壓實(shí)。所以黏性土的壓實(shí)干密度低于非黏性土的壓實(shí)干密度。顆粒不均勻的砂礫料，比顆粒均勻的細(xì)砂可能達(dá)到的干密度要大一些。

壓實(shí)功能大小，也影響著土料干密度的大小，擊實(shí)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(gè)恒定值，而是隨壓實(shí)功能的不同而異。一般說來，增加壓實(shí)功能可增加干密度，這種特性，對(duì)于含水量較低（小于最優(yōu)含水量）的土料比對(duì)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(shí)機(jī)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(shí)，而且使側(cè)向上部土料也受到擠壓，從而達(dá)到均勻的壓實(shí)效果。羊腳碾僅適用于壓實(shí)黏性土料和黏土，不適合壓非黏性土。羊腳碾的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)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(jí)配和含水量比較均勻。羊腳頂端接觸應(yīng)力的過大或過小，都會(huì)降低碾壓效果。

3.2.2氣胎碾

氣胎碾適用于壓實(shí)黏土料，也適合于壓實(shí)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(shí)效果。氣胎碾的充氣輪胎，在壓實(shí)過程中具有一定的彈性，可以和壓實(shí)的土料同時(shí)發(fā)生變形，輪胎與土料的接觸應(yīng)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(dòng)碾

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

3.2.4重錘夯實(shí)機(jī)械

夯板使用于壓實(shí)沙礫料、礫質(zhì)土和黏性土，也可用于壓實(shí)黏土。

4.結(jié)束語(yǔ)

在土石壩的施工過程中，應(yīng)按現(xiàn)代技術(shù)精心設(shè)計(jì)、嚴(yán)格施工的土石壩，詳細(xì)參照有關(guān)規(guī)章規(guī)定的具體內(nèi)容，采用科學(xué)合理的施工方法與技術(shù)，使土石壩施工更加的安全高效、可靠持久。隨著大型高效機(jī)械化設(shè)備的采用，施工成本的降低，壩體防滲材料和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)，土石壩的發(fā)展將會(huì)得到更新、更好的發(fā)展機(jī)遇和空間。

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