經驗談土石壩施工技術

【摘要】隨著社會的快速發展和科學技術的進步，土石壩施工技術被廣泛的運用到水利工程建設中。文章主要是根據筆者個人工作實踐來對土石壩施工技術作出論述，可供同行借鑒參考。

【關鍵詞】土石壩；土料；壓實；施工

土石壩的施工涉及到水利工程的多個方面的質量及效益，關系著現代水利工程的應用發展建設，應不斷引進、借鑒國外先進的施工技術，加強自身的研究和創新，努力提高水利工程土石壩施工技術，促進水利工程土石壩的建設發展。

1.料場規劃

（1）土石壩施工中，料場的合理規劃和使用，是土石壩施工中的關鍵技術之一，它不僅關系到壩體的施工質量、工期和工程造價，甚至還會影響到周圍的農林業生產。施工前，應配合施工組織設計，對各類料場作進一步的勘探和總體規劃、分期開采計劃。使各種壩料有計劃、有次序地開采出來，以滿足壩體施工的要求。

（2）選用料場材料的物理力學性質，應滿足壩體設計施工質量要求，勘探可供開采量應不少于設計需要量的2倍。在儲量集中主要料區，布置大型開采設備，避免經常性的轉移；保留一定的備用料場（為主要料場總儲量的20%～30%）和近料場，作為壩體合垅以及搶筑攔洪工程用。

（3）在料場的使用時間及程序上，應考慮施工期河水位的變化及施工導流使上游水位抬高的影響。供料規劃上要近料、上游易淹料先用；遠料，下游不淹料后用。含水量高料場夏季用；含水量低料場雨季用。施工強度高時利用近料，強度低時利用遠料，平衡運輸強度，避免窩工。

2.土石料

土石壩石料從料場的開挖、運輸，到壩面的平料和壓實等土石壩施工的各項工序的進行應嚴格運用相互配套的的工程機械來完成。在大、中型水利工程土石壩的施工建設過程中，尤其是在高土石壩的施工過程中，運用現代化的水利工程土石壩施工技術和先進的機械化水平，加快水利工程土石壩的建設速度，實現現代化綜合高技術、高水平機械施工，保證水利工程土石壩施工質量。

2.1立面開挖

運距<10km，正向鏟一般都采用立面開挖，汽車運輸道路可布置成循環路，裝料時停在挖掘機一側的同一平面上，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間，正向鏟采用60°～90°的轉角側向卸料，回轉角度小，生產率高，能充分發揮正向鏟與汽車的效率。

2.2膠帶機運輸

膠帶機的爬坡能力大，架設簡易，運輸費用較低，比自卸汽車可降低運輸費用1/3～1/2，運輸能力也較高，膠帶機合理運距<10km，膠帶機可直接從料場運輸上壩；也可與自卸汽車配合，作長距離運輸，在壩前經漏斗由汽車轉運上壩；與有軌機車配合，用膠帶機轉運上壩做短距離運輸。

2.3斗輪式挖掘機開挖

當填筑方量大，上壩強度高的土石壩，料場儲量大而集中，可采用斗輪式挖掘機開挖，它的生產率高，具有連續挖掘、裝載的特點，斗輪式挖掘將料轉入移動式膠帶機，其后接長距離的固定式膠帶機至壩面或壩面附近經自卸汽車運至填筑面。這種布置方案，可使挖、裝、運連續進行，簡化了施工工藝，提高了機械化水平和生產率。

2.4機械設備容量

分期施工的土石壩，應根據壩體分期施工的填筑強度和開挖強度來確定相應的機械設備容量，可按下式計算：

qd=K×K1×Vd/T×N （1）

式中：qd為壩體分期填筑強度，m3/h；Vd為壩體分期填筑方量，m3；K為施工不均勻系數，可取1.2～1.3；K1為考慮沉降，削坡、損失等影響系數，可取1.15～1.2；T為分期時段的有效工作日數，d；按分期時段的總日數，扣除節假日、降雨及氣溫影響可能的停工日數，即為有效工作日數；N為每日的工作小時數，以20 h計。

壩體分期施工的開挖強度qc計算公式為：

式中：K2為開挖及運輸中的損失系數，可取1.05～1.10；rd為土料的設計干表觀密度，t/m3；rn為土料的天然干表觀密度，t/m3。

滿足上壩填筑強度要求的挖掘機數量Nc的計算公式為：

式中：Pc為一臺挖掘機的生產率，m3/h。滿足上壩填筑強度要求的汽車總數量Na的計算公式為：

式中：Pa為輛汽車的生產率，m3/h。配合1臺挖掘機所需的汽車數量n，其總的生產率應略大于1臺挖掘機的生產率，因此應滿足nPa>Pc。

為了充分發揮自卸汽車的運輸效能，應根據挖掘機械的斗容選擇具有適當斗容量（或載重量）的汽車。挖掘機裝滿一車斗數的合理范圍應為3～5斗，通常要求裝滿一車時間不超過3.5～4min，卸車是不超過2min。

3.土料壓實

土石料的壓實，是土石壩施工質量的關鍵。維持土石壩自身穩定的土料內部主力（黏結力和摩擦力）、土料的防滲性能等，都是隨土料密實度的增加而提高。例如，干密度為1.4t/m3的砂壤土，壓實后若提高到1.7t/m3，其抗壓強度可提高4倍，滲透系數將降低至1/2000。由于土料壓實結果，可使壩坡加陡，加快施工進度，降低工程投資。

3.1土料壓實特性

土料壓實特性，與土料自身的性質，顆粒組成情況、級配特點、含水量大小以及壓實功能等有關。

一般黏性土的黏結力較大，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，所以很難達到固結壓實。而非黏性土料則相反，它的黏結力小，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，能很快達到壓實。所以黏性土的壓實干密度低于非黏性土的壓實干密度。顆粒不均勻的砂礫料，比顆粒均勻的細砂可能達到的干密度要大一些。

壓實功能大小，也影響著土料干密度的大小，擊實次數增加，干密度也隨之增大而最優含水量則隨之減小。說明同一種土料的最優含水量和最大干密度并不是一個恒定值，而是隨壓實功能的不同而異。一般說來，增加壓實功能可增加干密度，這種特性，對于含水量較低（小于最優含水量）的土料比對于含水量較高（大于最優含水量）的土料更為顯著。

3.2壓實機械

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，而且使側向上部土料也受到擠壓，從而達到均勻的壓實效果。羊腳碾僅適用于壓實黏性土料和黏土，不適合壓非黏性土。羊腳碾的獨特優點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合質量。此外，羊腳碾還能起到混合土料的作用，可以使土料級配和含水量比較均勻。羊腳頂端接觸應力的過大或過小，都會降低碾壓效果。

3.2.2氣胎碾

氣胎碾適用于壓實黏土料，也適合于壓實非黏性土料，如黏性土、黏土、砂質土和沙礫料等，都可以獲得較好的壓實效果。氣胎碾的充氣輪胎，在壓實過程中具有一定的彈性，可以和壓實的土料同時發生變形，輪胎與土料的接觸應力，主要取決于輪胎的充氣壓力，與輪胎的荷載大小無關。

3.2.3振動碾

振動碾是一種以碾重靜壓和振動力共同作用的壓實機械，較之沒有振動的壓實機械，土中應力可提高4～5倍，因而它能有效地壓實堆石體、砂礫料和礫質土；也可用與壓實黏性土和黏土。

3.2.4重錘夯實機械

夯板使用于壓實沙礫料、礫質土和黏性土，也可用于壓實黏土。

4.結束語

在土石壩的施工過程中，應按現代技術精心設計、嚴格施工的土石壩，詳細參照有關規章規定的具體內容，采用科學合理的施工方法與技術，使土石壩施工更加的安全高效、可靠持久。隨著大型高效機械化設備的采用，施工成本的降低，壩體防滲材料和結構的優化改進，土石壩的發展將會得到更新、更好的發展機遇和空間。

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