探析水利施工中土石壩施工技術的運用

劉 利

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410000）

在水利工程建設中，土石壩憑借其就地取材、結構簡單、適應變形、對地基沒有太高要求和技術簡單等優勢得到廣泛應用。為保證土石壩質量，需根據工程實際情況，結合以往工程經驗，制定合理可行的施工技術。

1 水利工程土石壩施工主要內容

按施工方法，可將土石壩分成以下幾種類型：碾壓式土石壩、水中填土土石壩、水力沖填土石壩、定向爆破修筑土石壩，目前碾壓式土石壩比較普遍，它的施工主要包括以下四項內容：其一，準備工作，如現場的四通一平，建設臨時用房和排水清基；其二，基本作業，即對土石料進行開采、裝車、運輸、卸車和壩面作業；其三，輔助作業，如對施工場地進行清理，在料堆上清除粒徑不滿足要求的石塊及雜物，為壩面施作臨時或永久排水，在層間進行刨毛等；最后為附加作業，如對壩坡進修整，可采取鋪設草皮或砌筑護面磚方式[1]。

2 土石壩壩料開采

2.1 土料開采

對于土石壩的土料，目前主要有兩種開采方式，即平面與立面開采，這兩種開采方式的對比如表1所示。

表1 土石壩土料平面與立面開采方式對比

2.2 砂礫料開采

對于土石壩的砂礫料，目前也常用兩種開采方式，即水上與水下開采，這兩種開采方式的對比如表2所示。

表2 土石壩砂礫料水上與水下開采方式對比

2.3 石料開采

在土石壩中使用的石料，開采方式以微差爆破為主[2]。

3 土石壩壩面作業

土石壩的壩面作業分成以下幾個步驟：土石料鋪料、土石料整平與灑水、土石料碾壓和質量檢查。為防止不同工序間產生相互干擾，建議按照流水作業方式進行施工組織。

3.1 土石料鋪料及整平

（1）土石料鋪料按照與壩軸線相平行的方向進行，由自卸汽車進入到防滲體中采取進入占法倒退的方式鋪料。（2）嚴格按照設計要求的厚度進行鋪料與整平是達到理想壓實效果重要前提。（3）考慮到黏性土料實際含水量相對較低，故需要在料場中進行加水；而對于非黏性涂料，應避免在運輸過程中水分大量散失，運輸到壩面后適量加水。對于砂礫料與石料，均在壓實之前適量加水，以保證壓實質量[3]。（4）采用光面壓實機具進行碾壓的土層，需要做好刨毛處理，確保層間良好結合，刨毛的深度一般按3～5 cm嚴格控制。

3.2 碾壓

完成土石料的鋪料及整平后，立即開始碾壓，常用碾壓方法有進退錯距與圈轉套壓，分別如圖1（a）、1（b）所示。

圖1 土石壩碾壓方式

其中，對于進退錯距碾壓，其主要優勢在于操作便利，能實現分段流水作業且碾壓質量易于保證，先在碾壓帶兩側進行往復碾壓，然后開始錯距碾壓。碾壓時，錯距的寬度采用以下公式計算：

式中：b——錯距寬度（m）；B——碾滾凈寬（m）；n——設計確定的碾壓遍數。

而圈轉套壓需要有足夠的工作面，在多個碾滾相組合的情況下較為適用，它的優點在于具有很高作業效率，然而，交接部位容易重壓與超壓，施工中需要予以嚴格控制。

3.3 接頭處理

（1）對壩體進行填筑時，在層間的接頭處要有足夠錯開，另外分段條帶需要和壩軸線保持平行，在分段間不能有太大高差。當設置接坡時，坡度應控制在1：3以內。（2）在壩體填筑過程中，大多采取土、砂平起法，或先土后砂、或先砂后土。（3）針對壩體和其他建筑物之間的連接，如刺墻與涵管，在與結構物相距較近的部位無法使用大型設備進行碾壓施工時，由人工使用小型機具將其夯實。此外，碾壓中必須注意兩側填料應保持均衡，否則會產生側壓，對結構物的安全造成不利影響[4]。

3.4 干容量測試

干容量測試是檢查確認土石方填筑質量的有效方法，在實際的干容重測試過程中，應注意下列幾個要點：在鋪好并碾壓完每一層土石料以后，需對其進行干容重測試，確認干容重是否滿足設計要求，只有達到要求以后才能對上層實施鋪料。干容重的測試方法為環刀法，對于水庫工程，環刀的內徑應達到100 mm以上，而對于堤防工程，其環刀的內徑應達到70 mm以上，這是保證測試順利完成，并得到準確結果的關鍵，必須引起測試人員的重視。每一層土石料的實際取樣數量按100～150 m3/個控制，在較為狹長的堤防工程中，應按照20～30 m的間距進行取樣，取樣點的分布應盡可能均勻，且取樣的數量不能少于3個，而對于取樣位置，以每層下部1/3厚度處為宜。經取樣測試發現不合格時，應對該部位進行二次碾壓，或采取其他措施進行局部處理，直到復測結果合格，方可開始下一道工序的施工。

3.5 雨季填筑注意事項

在雨季填筑施工中，應充分注意下列要點：心墻和斜墻土石方填筑表面宜向上游的方向小幅傾斜，對于均質壩，則可在中間凸起的基礎上，兩端向上游和下游分別小幅傾斜，以此為雨水的排匯創造良好條件。施工時應加強雨前預報，在降雨前利用汽車對壓實層上的松土進行碾壓，同時注意使填筑表面保持平整，避免產生積水。切實加強壩面防護，在降雨和雨后都不允許踩踏壩面，也不允許車輛通行，只有在經過一段時間的晾曬后，才可以復工。在較為狹窄的場面，可通過塑料布的覆蓋來防雨。降雨前，需將大型機械設備移動到填筑面以外。加強坡面保護，避免坡面受到雨水的沖刷而失穩滑動。

3.6 冬季填筑施工注意事項

在冬季氣溫較低的情況下進行填筑施工時，應充分注意下列要點：在氣溫相對較低的情況下進行施工時，需在使用正溫土料的基礎上，盡可能加快每個環節的施工。對土料進行碾壓時，氣溫應達到-1 ℃以上。如果當日的最低氣溫低于-10 ℃，或當日的最低氣溫低于0 ℃，但風速超過10 m/s，則不允許進行施工。在氣溫相對較低的情況下進行施工時，黏性土實際含水量不能超過其極限值的90%，而砂礫料的實際含水量應控制在4%以內。冬季填筑施工中，應盡可能減小鋪土厚度，也可提高壓實功，改用重型機械設備進行碾壓。施工開始前，對填筑表面的積水和冰雪進行清理，避免在填土料中混入冰雪。對所有防滲體都進行有效保溫處理，避免完成壓實的土層因低溫凍結。

4 土石壩施工質量控制

4.1 料場

（1）取料時經常性檢查土料實際情況，包括粒徑、含水量及雜質的含量，尤其是含水量，必須準確檢測與嚴格控制，在現場用手捏，若能成團，且搓可成塊，則可初步斷定其含水量符合要求。（2）如果土料實際含水量過高，首先要對料場排水條件進行改善，并采取必要防水和防雨措施，然后要對這部分土料實施翻曬，以降低其含水量。當上述方法難以奏效時，可借助機械設備將土料烘干。（3）如果土料實際含水量較低，當為黏性土料時，可直接在料場進行加水，而為非黏性土料時，為防止在運輸途中散失水分，可將其運輸到壩面后進行噴灑加水。（4）對于石料也應做到經常性的檢查，以確定石料形狀、大小、性質和風化程度等，若經檢查發現無法滿足要求，則應立即處理。

4.2 壩面

（1）壩面施工中，需要做好鋪料厚度、土石料大小及含水量和碾壓后土石料干密度等重要參數的檢測。含水量可借助專門的測定儀進行測定；干密度，黏性土與砂料采用環刀取樣后進行測定。反濾料、砂質土及砂礫料均采用灌砂法來測定。對于堆石，因其空隙相對較大，所以應采取灌水法來測定。另外，對于砂礫料，如果由于細料較少導致架空，則也可采用灌水法來準確測定[5]。（2）施工特征處及防滲體內，均應確定全用斷面，在5～10 m壩高處，隨機選取具有代表性的試樣30個以上在室內開展性能試驗，將試驗的結果作為對工程設計與施工進行核對的重要依據。

5 結語

綜上所述，土石壩作為目前水利工程常用壩體形式，其施工主要包含準備工作、壩料開采、運輸、鋪料和碾壓幾個環節，每個環節都要根據工程實際情況，嚴格按照設計與規范的要求進行，以此保證土石壩施工質量。