水利工程中土石坝施工初探

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水利工程中土石坝施工初探

杨忠书（贵州省贵阳市息烽县鹿窝乡水利站，贵州息烽 551104）

2009-9-11

摘要：土石坝施工可就地取材，需要水泥、木材、钢材较少，对地基要求较低，施工技术简单，应用及其广泛。文章主要介绍了两种土石坝施工方式碾压式土坝施工和面板堆石坝施工。按现代技术精心设计、严格施工的土石坝，安全可靠，而且寿命长久，土石坝运行费用低廉，通常只有护坡需要维修。

关键词：水利工程；土石坝；碾压式；面板堆石坝

中图分类号：TV543　　　　　　文献标识码：A　　　　　　文章编号：1009-2374（2009）18-0152-02

　　土石坝在坝工建设中有着悠久的历史，随着社会的发展和科学技术的进步，土石坝以全新的观念和技术跃居坝工建设的榜首。本世纪初，土石坝的设计、施工和建设均落后于混凝土坝，但60年代以来，其建设数量、坝高都大大超过混凝土坝。当代土石坝的主要坝型有土心墙坝、混凝土面板堆石坝、沥青混凝土堆石坝、土工膜防渗土石坝和定向爆破堆石坝等。土石坝和堆石坝原来就没有明显的界限，尤其是近代用薄层碾压堆石取代古典的厚层抛填堆石以来，堆石坝的设计和施工技术与土坝已无太大差别，故可统称为土石坝。

　　一、碾压式土坝施工

　　碾压式土坝施工包括准备作业（如平整场地、修筑道路、架设水电线路、修建临时用房、清基、排水等）和基本作业（如土料的挖、装、运、卸、铺、压等）。

　　（一）料场的规划与使用

　　做好料场的时间规划及空间规划，即做到：“高料场高用”、“近料场先用”、“远料场后用”、“高含水量料场旱季使用，低含水量料场雨季使用”。

　　（二）坝体填筑与压实

　　1．清基与坝基处理。清基就是把坝基范围内的所有草皮、树木、坟墓、乱石、淤泥、有机质含量大于2%的表土，自然密度小于1.48kg/cm3的细沙和极细沙清除掉。暗坡与塑性心墙、斜墙或均值坝体连接部位，均应清除至不透水层，在截水槽施工中，必须随同挖深布置相应的排水系统。在浇筑混凝土截水墙及回填截水槽之前，需要进行岩面清理，将碎石、石渣或已松动的石块清除干净，再用水冲洗。

　　2．坝面铺土压实。塑性心墙坝或斜墙坝的施工，如何保证土料与反滤料平起，是一个十分重要的问题。我国最早采用的是销坡法，及先填土料，然后销坡，再填筑反滤料。在实践中又创造了土料与反滤料平起施工法。根据土料与反滤料填筑先后顺序的不同，又分为先土后砂（指反滤料）法和先砂后土法。先土后砂法事先填压三层土料，再铺一层反滤料与土料整平，然后对反滤料和土砂边沿部分进行压实。先砂后土法事先在反滤料的控制边线内，用反滤料堆筑一小堤。为了便于土料收坡，保证反滤料的宽度，每填一层土料，随即用反滤料补齐土料收坡留下的三角体，并进行人工捣实。土料的压实是坝面施工中的最重要的工作之一，其压实参数一般通过现场试验确定，碾压方向必须与坝轴线平行，相邻两次碾压必须有一定的重压压宽。对于汽车上坝或压实机具压实后的土料表面形成的光面，必须刨毛处理，以保证层间结合良好。

　　3．质量控制和检查。（1）料场的质量控制和检查。对土料场应经常检查所取土料的土质情况、土块大小、土料含水量和砂石料的颗粒级配等是否符合上坝要求。（2）坝面质量控制和检查。在坝面作用中，应对铺土厚度、土块大小、含水量大小、压实后干容重分别进行检查，并提出质量控制措施。其中以含水量和干容重的检查最为重要。

　　二、面板堆石坝施工

　　面板堆石坝是一种近期发展起来的新坝型。它具有工期短，投资省，施工简便，运行安全等突出的优点；也是一种工程量最小，投资最省的当地材料坝。

　　（一）堆石材料质量要求和坝体材料分区

　　面板堆石坝上游面有薄层面板，面板可以是刚性钢筋混凝土的，也可以是柔性沥青混凝土的。坝身主要是堆石结构。良好的堆石材料，尽量减少堆石体变形，为面板正常工作创造条件，是坝体安全运行的基础。

　　1．堆石材料的质量要求。（1）为保证堆石体的坚固、稳定，主要部位石料的抗压强度不应低于7800×104Pa时，只能布置在坝体的次要部位。（2）石料硬度不应低于莫氏硬度表面中的第三级，其韧性不应低于2kg.m/cm2。（3）石料的天然密度不低于2.2t/m3，石料的密度越大，堆石体的稳定性越好。（4）石料应具有抗风化能力，其软化系数水上不低于0.8，水下不应低于0.85。（5）堆石体碾压后应有较大的密实度和内摩擦角，且具有一定渗透能力。

堆石体的边坡取决于填筑石料的特性与荷载大小，对于优质石料，坝坡一般在1∶1.3左右。

　　2．面板堆石坝的坝体分区。坝体部位不同，受力状况不同，对填筑料的要求也不同，所以应对坝体进行分区。（1）垫层区。垫层区的主要作用在于为面板提供平整、密实的基础，将面板承受的水压力均匀传递给主推实体。（2）过渡区。过渡区位于垫层区和主堆区之间，其主要作用是保护垫层区在高水头作用下不产生破坏。（3）主堆石区。主堆石区是坝体维持稳定的主体，其实质的好坏、密度、沉降量大小，直接影响面板的安危。（4）下游堆石区。该区起保护主堆石体及下游边坡稳定作用。

　　（二）堆石坝填筑工艺、压实参数和质量控制

堆石坝填筑施工设备、工艺和压实参数的确定，就其主要方面和常规土石坝非黏性料施工没有本质区别，这里仅就与质量控制关系密切的问题解释如下：

　　1．填筑工艺问题。堆石体填筑可采用自卸汽车后退法或进占法卸料，推土机摊平。后退法的优点是汽车可在压平的坝面上行驶，减轻轮胎磨损；缺点是推土机摊平工作量大，且影响施工进度。进占法卸料，虽料物稍有分离，但对坝体质量无明显影响，并且显著减轻了推土机的摊平工作量，使堆石填筑速度加快。

垫层料的摊铺多用后退法，以减轻料物的分离。当压实厚度大时，可采用混合法卸料，即先用后退法卸料呈分散堆状，再用进占法卸料铺平，以减轻料物的分离。

垫层料粒径较粗，又处于倾斜部位，通常采用斜坡振动碾压实。压实过程中有时表层石块有失稳现象。为改善碾压质量，采用了斜坡碾压与砂浆固坡相结合的施工方法。

斜坡碾压与水泥砂浆固坡的优点是施工工艺和施工机械设备简单，既解决斜坡碾压中垫层表层块石震动失稳下滚，又在垫层上游面形成一坚固稳定的表面，可满足临时挡水防渗要求。碾压砂浆在垫层表面形成坚固的“结石层”，具有较小而均匀的压缩性和吸水性，对克服面板混凝土的塑性收缩和裂缝发生有积极作用。这样方法使固坡速度大为加快，对防洪度汛、争取工期效果明显。

2．堆石体的压实参数和质量控制。堆石体的压实参数。堆石体最大粒径一般为600～700mm，用振动碾压实，压实层厚为60～100mm，少数也有达到130～160mm者。压实遍数一般为4～6遍，个别达8遍。压实干密度平均值yd为2.18g/cm3。垫层料的最大粒径为150～300cm，用振动碾压实，层厚24～45cm，碾压遍数通常为4遍，个别6～8遍。压实干密度平均值yd为2.19g/cm3。堆石坝壳最大粒径1000～1500mm，压实层厚一般为100cm左右，最大达200cm,压实遍数2～4遍，有些坝采用6～8遍。压实干密度平均值yd为2.09g/cm3。总的看来，压实干密度以垫层料及内部堆石较大，坝壳堆石次之，三者的yd大部分2.10～2.30g/cm3范围内。

　　和土石坝一样，面板堆石坝堆石体的压实参数、碾重、铺层厚和碾压遍数仍应通过碾压实验确定，其取值大小和设计压实干密度、石质、填料形状、尺寸和级配等因素有关，应在不同料场实验，以优化参数作为质控的依据。

　　堆石体施工质量控制。通常堆石压实的质量指标，用压实密换算的孔隙率n来表示，现场堆石密度的检测主要采取试坑法。为提高检验质量，应注意如下事项：第一，取样深度应等于填筑层厚度；第二，试坑应呈圆柱形；第三，坑壁若有大的凹隐和空隙，应用黏土砂浆堵塞，以消除因塑料薄膜而使密实度加大的误差；第四，试坑直径与材料的最大粒径比应符合有关实验规程的规定。

　　三、结语

　　按现代技术精心设计、严格施工的土石坝，安全可靠，而且寿命长久，土石坝运行费用低廉，通常只有护坡需要维修。在同等的条件下，土石坝的坝体方量虽比混凝土重力坝大6倍，但其单价仅为混凝土坝的1/15～1/20，土石坝工程的综合性指标比混凝土重力坝优越。

　　作者简介：杨忠书（1971－），男，贵州息烽人，贵州省贵阳市息烽县鹿窝乡水利站助理工程师，研究方向：水利。

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