水利枢纽工程大坝施工填料分区的利用与研究

嵩县水利局 郑 洁 吴晓乐 王青毅

水利枢纽工程大坝施工填料分区的利用与研究

嵩县水利局 郑 洁 吴晓乐 王青毅

在当地取得土料、石料或土石混合料等天然就地材料，通过填筑或碾压等方法堆筑成的挡水建筑物，被称为土石坝。土石坝是一种最古老但应用最为广泛的坝型，在河湖岸边居住的古代人类筑堤挡水或修池蓄水，有利于避免洪水祸患，也避免了干旱地区的农作物枯死，这种由土石构筑而成的坝，称为坝工的始祖。在我国，建造土石坝具有悠久的历史，并且建造技术已趋于成熟，如今筑造土石坝的关键因素主要体现在填料的分区上。因此，在筑造工程中如何根据实际条件来充分利用区域内的开挖材料、减少不必要的料场设置，对于缩短工程工期、节省成本以及更好地促进土石坝的发展，具有重要的意义。

一、土石坝的优势及其施工填料分区现状

1. 土石坝的优势。相对于其他坝型，土石坝具有如下优势：一是筑坝材料能就地取材，主要使用土料、砂、砂砾、石渣和石料等筑坝，节省水泥、钢材和木材等材料，对于资源相对缺乏的国家或地区来说，十分有利。二是筑造施工简单。土石坝填筑只需要采材、运输、碾压三道工序，而混凝土施工则有十多道工序，且需严格控制温度，施工相对来说较为复杂。三是相对于混凝土坝，对坝基要求较低。不管是承载力还是抗剪强度，土石坝对坝基的要求都比较低，有些甚至直接建在沙砾层上，而混凝土坝则难以执行。四是施工工期短。近年来大型土方机械陆续研发生产，使大坝施工逐渐大规模化、机械化，施工速度加快、工期缩短、抗震性能好。通过室内模型试验及各种坝型遭受地震的实践表明，相对于其他坝型，土石坝的抗震性能较高。

2. 大坝施工填料分区现状。随着新型机械的出现以及施工方法的研发，坝工程的分区利用经验日益丰富。土石坝建设时，更能充分利用料场周边材料就地填料。特别是在土石坝工程中要求最为严格的坝壳料，现在也多元化发展。不过，由于土石料的性质复杂，目前对土石坝设计施工参数的认识还不够深入，对土石坝的设计还处于半理论半实践的阶段。因此，水利枢纽工程大坝施工填料分区的利用，还有待深入研究。

二、大坝施工填料分区的利用

1. 料场规划合理性。坝体分区填筑施工调配系统十分复杂，与土石方的调配过程密切相关的有施工的总体布置、施工进度计划和料场的规划等内容。在土石坝施工中，坝体被分为石渣区、防渗土区、风化料区、下游排水棱体、上昂式排水体以及水平排水道等区域。按照性质和功能的不同，填筑料可分为主堆石料、块石护坡、次堆石料、过渡料、垫层料、黏土铺盖、保护石渣等。不同的填筑分区的料源地分布在不同的采料场。因此，在各个施工阶段填筑料需通过不同的道路系统，从料场运往填筑点。

2. 填料分区合理性。填料的利用除了使用料场料源外，还应该使用水利工程中产生的开挖料。在综合采用不同种类填料时，如何满足坝体分区的合理性十分重要，既要使不同特性的填料得以充分利用，又要保证填料符合捧水、防渗等设计要求。同时，还需确保不同特性的填料能同时上坝。因此，如何规划料场，在土石坝的施工中成为极其关键的一个环节：料场的选址和布置直接影响土石坝的质量和投资；充足的填筑料源，能够保证土坝工程的顺利施工。并且，还要对填筑料场进行优化。这样，才能保证工程达到高速、优质、安全、低耗的目标。

三、影响填料分区施工的因素

1. 施工工艺。施工工艺是选取具有代表性的土料进行碾压试验，由此确定施工参数。经过碾压试验确定的施工参数，能够用于质量控制。在碾压试验中，需要选取具有代表性的土样进行测试，防止出现不同土地其土性不同等问题，从而确定合适的碾压使用机具、遍数以及松铺厚度等相关施工参数。

2. 施工条件。为了保证施工质量，常通过调整施工方法、设计方案及施工顺序等措施，使用经济与技术上均可行的优质产品，争取以最低的成本获取最大的收益。

四、大坝填筑施工的质量控制

1. 料场的质量控制。虽然土料来自不同料场，但是都要进行土样收集及性能测试，并将测试结果与设计土场勘探的资料进行比较和详细分析，以达到对料场复勘的目的，从而获取可开采的土料范围以及开采数量，更好地掌握料场内土层的分布特点、土层厚度及土层性能等详细资料。另外，还要对复勘和试验所获得数据建立档案。从复勘和试验中获得的各料场、区域和土层层面料源的最佳含水量、最大干密度、渗透系数等指标及其质量控制标准等数据，是现场取样检测的重要依据。

2. 填筑分区的规划。由于料场各分区填料的风化程度不同，使得土性变得极为复杂，土性又会影响填料的压实性。将不同料场、不同土性的填料划分在不同的填筑分区内，要保证同层填筑土料的料源统一、土性相同，避免混填土性差异较大的土料，有利于现场的质量检测和控制。同时，还需严格控制填料的来源，确保填料的防渗性。

3. 明确填筑施工的重点。质量控制的重点是填料碾压次数、铺摊层厚、接缝处理、岸坡处理等施工参数及工序。所以，施工时应做到提前、超前处理以及过程控制，并使现场施工人员充分了解并掌握这些施工技术要求及控制标准，是十分重要和必要的。

4. 合理安排，统一组织施工设备。在安排施工设备时，尽量将同一功率的设备安排在同一填筑单元内 , 使每个填筑区形成统一的流水作业，即填筑土料→摊铺碾压→取样检测。如若出现设备紧缺等情况，要以小功率的设备作为控制标准，保持生产均衡。

5. 施工质量的监测。安全监测是评价工程是否安全的主要手段。要严格执行控制监测体系，对防渗土填料的填筑、碾压、铺摊、洒水、抛毛、接缝处理等工序的施工质量进行检查。施工期内的安全监测工作可以通过对填筑质量进行评估以及对沉降量、压缩率等数据进行分析等手段，来检验、监测填筑的质量。

五、结论

综上，在水利枢纽工程的建设过程中，填料的分区问题直接关系到整个工程的进度和质量，已经成为整个工程施工中最为重要的环节。因此，填料的分区问题在整个工程的设计规划中的位置相当重要，日益受到广泛的关注。为了进一步提高工程质量、缩短工期、节省成本，还需要更多的技术及研究人员对此作更深入的研究。