水利施工中的土石坝施工技术

2021-09-17李涛

中国新技术新产品 2021年13期

李涛

（青州市水利建筑总公司，山东青州 262500）

我国经济的高速发展，使水利工程发挥出的作用愈加明显，其不仅能够促进农业的发展，还在抗洪、水利发电等方面发挥重要作用。水利工程对稳定社会发展具有重要价值[1]。因此，水利工程的建设工作对施工提出了更高的要求，选择和应用先进的施工技术尤为重要，水利工程施工中采用频率最高的技术就是土石坝技术，该文从技术的角度分析对提升水利工程施工的质量具有参考的价值和意义。

1 土石坝坝料的开采

土石坝主要是指石料或者混合料、土料等经过碾压和抛填等堆砌而成的挡水坝。因此，坝料的开采占据主要的位置。

1.1 土料的开采

土石坝的土料开采主要采用2种开采方式，以下对这2种开采的方式进行了对比分析，其详细的情况如表1所示。

表1 土石坝土料2种开采方式比较

1.2 砂砾料开采

砂砾料的开采也主要包括2种方式，即采用平面开采和立面开采的方式。通过对比这2种开采的方式得出以下结论。

1.3 石料的开采

石料开采主要以微差爆破为主或者挤压爆破方法。在开采时主要采用自上而下和分层台阶开采的方式。根据钻孔设备的性能，在试验后明确梯段的高度，即在7m～5m进行选定。

2 土石坝坝面作业的施工

土石坝坝面作业须经历以下几个步骤：土石料铺料—土石料洒水和整平—土石料碾压—土石料质量检查。这些工序之间为了能够不会产生较大的干扰，须按照流水作业方式；按照一定的施工组织形式开展作业。

2.1 土石料铺料和土石料的整平

土石料在铺料时需要按照与坝轴线相平行的方向，运用自卸汽车进入防渗体中，采用进占法倒退铺土的方式进行铺料；铺料的厚度需要按照设计标准要求，现场组织碾压试验，确定铺料厚度，以达到理想压实效果为前提。坝体压实主要采用实时质量监控的方式，对黏性土、堆石料或者反滤料进行检查，其次数为1次，即（500m3～1000m3），每层保障一次；黏性涂料实际含水量在较低的情况时，需要及时在料场中加入适量的水或堆土牛注水法增加含水率。针对非黏性涂料，需要避免在运输过程中产生大量的水分流失，在将其运输到坝面之后喷洒适量的水[2]。针对砂砾料和石料，需要在压实之前添加适量的水，这样才能提升压实的质量；采用光面压实机对土层进行碾压，并做好刨毛处理，这样做的目的就是能够保证层间的有效结合，其刨毛的深度应该控制在3cm～5cm。

2.2 碾压处理

土石料在整平和铺料完成之后，可以进行碾压，碾压的方法有进退错距碾压的方式和圈转套压的方式，如公式（1）所示。

表2 土石坝土料2种开采方式比较

式中：b主要代表错距宽度（m）；B代表碾滚净宽（m）；n主要代表设计确定的碾压遍数。

圈转套压时需要保证有足够的工作面，能够同时用在多个碾滚相组合中。其优点是能够提升作业效率；交接部位也容易发生超压或者重压的方式，这时在施工中需要采用有效的控制措施。防渗体在进行分段碾压时，对相邻的交接带碾迹需要保证彼此之间相互搭接，其中搭接的宽度和厚度保持在0.3m～0.5m，其中平行的碾压方向，其搭接带宽度应该保持在1m～5m。

2.3 开展接头的处理工作

坝体在进行填筑时，须保证层间的接头处错开，分段条带保持与坝轴线的平行，避免分段间处有较大高差。横向结合部位主要采用台阶收坡的方法，每层的台阶宽度不得小于1m。在设置接坡时其坡度应该控制在1∶3；坝体的填筑的工序为采取土—砂平起法—先土后砂—先砂后土；坝体与其他建筑物之间的连接，如涵管和刺墙在连接时，对一些离建筑物较近的部位无法使用设备进行碾压，须选择较小的机具进行碾压和夯实[3]。振动碾工作重量为18t～32t，行使的速度≤4km/h。另外，碾压过程中还需要保证两侧填料的均衡性，在与土料的接触的部位须涂刷泥浆，以避免给结构物的施工带来不良的影响。

2.4 干容量测试

干容量测试能够对土石方填筑的质量进行有效检测。因此，干容量测试过程中需要根据实际的情况，对以下几个方面予以注意。

铺好并碾压完每层的土石料之后，需要对干容量进行测试，以在测试后确认干容量是否达到设计的要求和标准，只有这样才能进行下一步工序，实施铺料，堆石料干密度平均值不得小于设计值，且标准差不得大于0.10t/m3。干容量的测试方法中主要采用环刀方法，其环刀的内径需要保证在100mm以上，这种方法适用于水库工程的施工；而对提防工程，环刀的内径需要达到70mm以上，这也是提升结果准确率和保障测试顺利完成的关键，需要引起相关人员的高度重视。每层土石料在取样时需要按照100m3～150m3进行控制，针对狭长的提防工程，需要按照20m～30m的间距开展取样，其取样点保证分布的均匀，并且取样的数量也不能少于3个，取样位置应该在每层下部1/3的厚度处，在取样测试后如果发现有不合格的情况后，需要在这个部位中开展二次碾压，或者用其他方式进行碾压，通过局部处理直到测试结果合格为止，这样才能进行下一步施工[4]。

3 水利工程中土石坝施工技术的应用

3.1 土石坝施工中料场物料

土石坝施工过程中，在选择料场时需要进行全方位考量，料场在设置时应该挨着作业现场或者在现场的附近，物料位置需要按照一定的标准和规定，开展综合性分析。料场在选择时需要按照土石坝施工的具体过程，再准备多个辅料场，以达到资源合理应用的目的，施工的效率和施工的进度等也得到了有效保障。

第一，料场不应该选择即将要淹没的地区，这样做的目的就是能够防止料场在使用时出现被淹没的情况，进而造成材料出现供应不足的情况。同时对土工合成材料主要采用搭接方法拼接，搭接的宽度不小于300mm。第二，料场规划需要做好排水和防洪的工作。第三，选择距离较远的料场，以保证材料供应充足。土石坝施工过程中，面临着施工困难的问题，保证充足的供料和储量物料的目的。尤其是在大坝合拢的阶段，需要保证材料的供应充足。第四，根据季节对其进行合理配置。施工之前，需要保证充足的材料，优先对含水量较高的物料场所进行选择，这样才能保证土石坝施工的质量，进而为工程施工奠定坚实的基础。坝料进行时做好鉴别控制工作，即坝壳砂砾土，其小于5mm含量[5]。

3.2 土石坝施工中坝基处理

土石坝施工过程中，其坝基处理较为简单，在表层的土壤挖掘的阶段，由于水利工程中坝基主要是在河岸地域，这一地域有石料、水井和杂草等，其表面的土壤中还有很多的有机质，地下土壤也都是排水通道作用，如果没有对其进行深度的挖掘，土石坝在修建过程中没有办法确保土石坝的防水性和稳定性，其质量也无法得到有效保障。在做好防渗部位的坝基岩边坡时，其标高允许偏差为-100mm～+300mm，运用水准仪进行检查；坡面局部允许偏差-200mm～+300mm；长宽边线范围在0mm～+500mm，岸坡部位的间距10m以下。

3.2.1 坝基挖掘施工

需要按照一定的顺序进行挖掘，并按照自上到下的顺序进行开挖。这种方式的合理利用主要是因为施工中利用这种方式不仅可防止发生土壤的坍塌情况；有利于保障施工人员的安全；如果采用自下而上的方式进行挖掘，其就会对施工内部造成干扰，上部土壤会对下部已经挖掘的区域进行掩盖，缺乏对下部的挖掘。土壤下部会产生自行下落的情况，进而给岸坡的处理工作带来较大的难度。

3.2.2 岸坡处理的工作

首先，岸坡在处理时需要保证深度符合相应的规范，即挖掘过程中避免坝体的深度过浅，看到不透水层；预留出渗水的通道。其次，加大对岸坡的坡度控制和处理。岸坡坡度的控制能够达到防渗的效果和提升施工的质量，这也是土石坝施工技术中最为重要的环节。坡度在选择时需要与土壤保持较大的联系，再根据实际的情况进行有效的处理。岸坡采用的主要材料为岩石材料，其坡度不能超过1∶0.75，并且在施工时不能结合使用岩石技术和防渗技术，并在连接的位置加入浆液后，使土石坝的质量得到有效保障。另外，岸坡上如果是黏土，其坡度需要控制在1∶0.5～1∶0.75，并根据相应的规定对岸坡进行有效调整，使表面更加平整、有序；如果岸坡不是黏土壤，需要根据当地的标准进行明确，高度也不能超过最大的坡度[6]。

3.2.3 坝基的处理技术

面对覆盖层较浅的情况，在开挖时需要将其挖成截水槽，回填和坝体的防渗体需要使用同一种的涂料；面对覆盖层较浅的情况，需要使用的方法为灌浆法，当出现断层或者破碎带、节理裂痕时，需要利用有效的修复方式进行修复，这样才能提升坝基的安全性和稳定性，进而使工程质量得到有效保障。

3.3 土石坝的填筑和压实

土料的铺筑环节中，选择平铺的方式，即主要利用坝体水平轴线的平铺方式，铺设时需要向四周平推。核心主要为坝体中心水平线。在施工过程中土料的中体积如果相对较大，土质结构需要采用人工粉碎的方式，这一方式主要是将固化石块进行剔除，这样做的目的就是能够保证坝体的施工质量；自卸车在铺土施工时，需要按照道行车的铺土作业方式，通过均匀铺土，以防止出现车辆由于土料结构不稳定造成一定的损伤，进而使坝体工程质量得到明显提升。

压实环节：铺土施工中和平土施工中，需要进行基础面的压实的作业。在压实过程中需要保证碾压机械的坝体水平轴保持均匀，在对压实力度进行严格控制后，满足施工要求和标准，避免产生过压或者漏压严重的问题。心墙反滤料施工技术：心墙反滤料施工过程中需要采用混凝土施工技术和土砂平起法施工，心墙反滤料需要保证心墙与砂壳的同步性，这样做的目的就是不会出现较大的差异性，使心墙质量得到有效保障。坝壳料需要采用进占法卸料，铺料的厚度误差不应该超过碾压试验所确定厚度的10%，回填1.50m～2.50m宽过渡料。针对坝壳料的填筑，采用振动平碾压实的方法，如图所示：保证与岸坡结合处2.00 m宽，采用垂直坝轴线方向进行碾压，如图1所示。

图1 平碾压实

这一阶段的工序和使用设备相对较多，操作面较小，施工的难度也相对较大，主要采用流水作业的方式开展施工。其中，平起填筑方式。这一方式能够使填筑质量得到有效保障，还能对施工工序进行简化，例如无接缝或者削坡等工作，能够对堆石填筑的面积进行扩展，进而方便大型机械开展操作，这种方式有助于简化防渗材料区域的施工工序；例如在开展无接缝的工作和削坡的工作时，通过开拓堆石填筑的面积，方便大型机械的操作，并且，这种方式有助于对防渗材料区域的道路进行设计，提升整个工程的安全性和稳定性。

填筑施工中所使用的设备较多，并且工序也较多，施工难度也较大，其主要采用流水作业的方式开展施工，其需要注意：1）临铺填土料之前，需要及时进行清理，土石坝接触的岩石表面，需要涂刷一层厚度不小于5mm的浓黏土浆，采用随填随刷的方式以保证其滋润性，借助土石坝体与刚性结构的相互结合。2）土石坝部位的土料在填筑之前，需要铺设接触黏土带，填筑时需要保证黏土料控制在略高于最优含水率（2%～4%）[7]。3）土料的铺筑主要采用进占法卸料，采用定点测量的方式，对铺土厚度进行严格控制，这样才能使坝体边坡碾压质量得到有效保障。4）每填土层按规定参数施工完成后，需要在下层土表面采用刨毛处理的方式，必要时可以对表土层进行含水率调整的处理，以避免形成土层间结合不良的现象。5）在接合的坡面上，配合填筑的上升速度，能够将表面松土铲除，坡面须刨毛处理，并使用含水率控制在范围内，这样才能继续填新土进行压实。