土石坝施工工艺控制要点

郭建梅

(黑龙江农垦勘测设计研究院，哈尔滨150090)

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，结构简单节约三材和易于施工等优点。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，为土石坝广泛应用奠定了良好基础，而合理控制每个施工环节尤为重要。

1 料场规划

土石坝施工中，料场的合理规划和使用，是土石坝施工中的关键技术之一，它不仅关系到坝体的施工质量、工期和工程造价，甚至还会影响到周围的农林业生产。

施工前，应配合施工组织设计，对各类料场作进一步的勘探和总体规划、分期开采计划。使各种坝料有计划、有次序地开采出来，以满足坝体施工的要求。

选用料场材料的物理力学性质，应满足坝体设计施工质量要求，勘探可供开采量应不少于设计需要量的2倍。在储量集中主要料区，布置大型开采设备，避免经常性的转移;保留一定的备用料场(为主要料场总储量的20%～30%)和近料场，作为坝体合垅以及抢筑拦洪工程用。

在料场的使用时间及程序上，应考虑施工期河水位的变化及施工导流使上游水位抬高的影响。供料规划上要近料、上游易淹料先用;远料，下游不淹料后用。含水量高料场夏季用;含水量低料场雨季用。施工强度高时利用近料，强度低时利用远料，平衡运输强度，避免窝工。

2 土石料开挖运输

土石坝施工中，从料场的开挖、运输，到坝面的平料和压实等各项工序，都可由互相配套的工程机械来完成，构成“一条龙”式的施工工艺流程，即综合机械化施工。

2.1 正向铲开挖，自卸汽车运输上坝

运距<10 km，正向铲一般都采用立面开挖，汽车运输道路可布置成循环路，装料时停在挖掘机一侧的同一平面上，既汽车鱼贯式地装料与行驶。这种布置形式，可避免或减少汽车的倒车时间，正向铲采用60°～90°的转角侧向卸料，回转角度小，生产率高，能充分发挥正向铲与汽车的效率。

2.2 正向铲开挖、胶带机运输

胶带机的爬坡能力大，架设简易，运输费用较低，比自卸汽车可降低运输费用1/3～1/2，运输能力也较高，胶带机合理运距<10 km，胶带机可直接从料场运输上坝;也可与自卸汽车配合，作长距离运输，在坝前经漏斗由汽车转运上坝;与有轨机车配合，用胶带机转运上坝做短距离运输。

2.3 斗轮式挖掘机开挖，胶带机运输，转自卸汽车上坝

当填筑方量大，上坝强度高的土石坝，料场储量大而集中，可采用斗轮式挖掘机开挖，它的生产率高，具有连续挖掘、装载的特点，斗轮式挖掘将料转入移动式胶带机，其后接长距离的固定式胶带机至坝面或坝面附近经自卸汽车运至填筑面。这种布置方案，可使挖、装、运连续进行，简化了施工工艺，提高了机械化水平和生产率。

2.4 开挖运输机械设备容量确定

分期施工的土石坝，应根据坝体分期施工的填筑强度和开挖强度来确定相应的机械设备容量，可按下式计算:

式中:qd为坝体分期填筑强度，m/h;Vd为坝体分期填筑方量，m3;K为施工不均匀系数，可取1.2～1.3;K1为考虑沉降，削坡、损失等影响系数，可取1.15～1.2;T为分期时段的有效工作日数，d;按分期时段的总日数，扣除节假日、降雨及气温影响可能的停工日数，即为有效工作日数;N为每日的工作小时数，以20 h计。

坝体分期施工的开挖强度qc计算公式为:

式中:K2为开挖及运输中的损失系数，可取1.05～1.10;rd为土料的设计干表观密度，t/m3;rn为土料的天然干表观密度，t/m3。

满足上坝填筑强度要求的挖掘机数量Nc的计算公式为:

式中:Pc为一台挖掘机的生产率，m3/h。

满足上坝填筑强度要求的汽车总数量Na的计算公式为:

式中:Pa为辆汽车的生产率，m3/h。配合1台挖掘机所需的汽车数量n，其总的生产率应略大于1台挖掘机的生产率，因此应满足nPa>Pc。

为了充分发挥自卸汽车的运输效能，应根据挖掘机械的斗容选择具有适当斗容量(或载重量)的汽车。挖掘机装满一车斗数的合理范围应为3～5斗，通常要求装满一车时间不超过3.5～4 min，卸车是不超过2 min。

3 土料压实

土石料的压实，是土石坝施工质量的关键。维持土石坝自身稳定的土料内部主力(黏结力和摩擦力)、土料的防渗性能等，都是随土料密实度的增加而提高。例如，干密度为1.4 t/m3的砂壤土，压实后若提高到1.7 t/m3，其抗压强度可提高4倍，渗透系数将降低至1/2 000。由于土料压实结果，可使坝坡加陡，加快施工进度，降低工程投资。

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。

一般黏性土的黏结力较大，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。而非黏性土料则相反，它的黏结力小，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。所以黏性土的压实干密度低于非黏性土的压实干密度。颗粒不均匀的砂砾料，比颗粒均匀的细砂可能达到的干密度要大一些。

压实功能大小，也影响着土料干密度的大小，击实次数增加，干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 压实机械

3.2.1 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，而且使侧向上部土料也受到挤压，从而达到均匀的压实效果。羊脚碾仅适用于压实黏性土料和黏土，不适合压非黏性土。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。此外，羊脚碾还能起到混合土料的作用，可以使土料级配和含水量比较均匀。羊脚顶端接触应力的过大或过小，都会降低碾压效果。

3.2.2 气胎碾

气胎碾适用于压实黏土料，也适合于压实非黏性土料，如黏性土、黏土、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。

3.2.3 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;也可用与压实黏性土和黏土。

3.2.4 夯实机械(重锤)

夯板使用于压实沙砾料、砾质土和黏性土，也可用于压实黏土。

[1]马立俊，王宝民.堆石坝质量控制点剖析[J].黑龙江水利科技，2005，33(5):36.

[2]魏金有，潘持俊，蔡东.刍议土石方填筑工程施工[J].黑龙江水利科技，2008，36(4):69.