土石坝坝体填筑施工关键技术探讨

2023-11-30张林昌

中国科技纵横 2023年18期

张林昌

（云南省玉溪市易门县水利局，云南玉溪 651100）

0 引言

土石坝可以就地取材，对坝基地质条件要求较低。土石坝构成简单，对材料的使用十分节约，而且施工操作方式比较易于掌握。坝体填筑为土石坝施工过程中的核心内容，其施工质量决定了坝体的使用年限。尽管土石坝填筑结构较为简单，但是要想确保填坝效果，让其正常发挥应有的作用，就必须严格遵照施工流程建设坝体。

1 研究土石坝坝体填筑施工关键技术的现实意义

土石坝是十分简单的一种坝体，具有较强的稳定性与安全性，得到了广泛的应用，能为周围区域的经济建设提供良好基础。但是，在进行施工作业中，容易受到复杂地理环境、填坝材料、作业面等多项因素的干扰，导致坝体填筑质量受到一定影响，进而导致坝体施工质量无法达到理想效果。为了避免此种问题，施工人员必须结合工程项目的实际情况，清晰掌握坝体施工关键技术的基础上，制定合理的质量控制方法[1]，确保土石坝的施工作业在确保质量与功能的前提下顺利完工。因此，建设单位必须将关键技术放在重要位置，提升工程施工安全与质量水平。

2 土石坝坝体的用料规划

2.1 料场的规划

首先，需要对合适的料场位置进行勘察或调查，以确保材料储量充足。这需要考虑到材料的种类和数量需求，以及料场的容纳能力。同时，也要注意选择储存材料质量较好的料场，以确保后续施工质量。此外，料场也必须具备良好的交通条件，方便材料运输。

2.2 料源规划

在进行料源规划时，主要需要对料场的位置和高程进行布置安排。这一步骤的目的是选择方便实行设备位置的合理安排，以确保施工的顺利进行。考虑到材料运输的便利性和效率，需要选择靠近施工现场的料场，并确保交通便利和排水畅通。此外，根据不同原料数量的多少，还需要灵活调整使用策略，尽量减少土石料上坝的距离，以减少运输成本，提高工作效率。为了保证施工的顺利进行，还需保证坡度平缓，以便于运输设备的安全和材料的稳定。

2.3 使用规划

在土石坝坝体的用料规划中，应根据施工强度和填筑部位情况科学规划料场使用和填料数量。首先，需要考虑季节和蓄水变化对料场工作条件的影响。在雨季时，需要优先使用含水量较低的料场，以减少施工中的困难和成本。而在旱季时，可以使用含水量较高的料场，以保证施工的顺利进行。同时，根据上坝坡度高低，还需选择近料场或远料场，以实现运输任务的均衡分配和节约成本。一般情况下，应优先使用上游近料场和易淹没的料场，再使用远料场和下游不易淹没的料场。最后，如果存在垄断填筑或需要进行拦洪度汛预留的情况，还需要进行合理规划，适当地预留出近料场，以提高工作效率和施工质量。

3 土石坝坝体填筑施工关键技术应用要点

3.1 测设坝体控制线

在进行坝体施工前，应做好足够的准备工作，明确清基开挖线，这是为了让坝体和岩基更有效地结合，可先采取图解法在纸上求解出放样信息，再按照得到的信息对现场实行放样。先沿着坝轴线测量出要进行清基场地的纵断面，绘制相应的断面图，计算每一里程桩中心的填土高程、横断面信息，再按照上述测量信息绘测出坝体设计断面。

3.2 清理坝基

在实行坝体填筑施工前，一定要将坝基清理到位，确保填筑材料可以和坝基充分结合，避免发生渗水而对坝基带来负面影响。坝基清理的主要工作内容是，将坝基范围内的所有杂物全都清理干净，如表部腐殖土、草皮、石头、杂物等会对修筑坝体带来影响的物质。清除表部杂物后，还需进行深度清理，具体深度一般控制在0.3 ～1.0m。地质条件不同，清基要求也会有所区别。若是表层土存在较多的混合物或者细砂石，则要对其仔细清理，直至坝基和两侧山坡结合位置被清理成不透水层。若是表层土存在岩石，就要对清基础坡度实行合理把控，使之不得超过1:1，而且要将坝体和岩石基础连接位置上的强风化层充分清理干净[2]。若表层土存在黏性土壤，清除的坡度需要根据坝体横向接缝的相关规定予以修整。

3.3 坝基开挖

坝基的开挖顺序通常是由上到下，先进行岸坡的开挖，再进行河床的开挖，作业流程必须和导流方式匹配。坝肩岸坡开挖清理必须在填筑施工前做好，坝基开挖料可回收利用在填筑方面，要确定好填筑位置，尽可能做到同步实施开挖与填筑作业。对坝头两侧边坡的开挖修整，也需要针对不同位置采取不同的标准：趾板高程下方的岸坡需要按照稳定边坡实行开挖施工；趾板高程上方的开挖边坡则要设置成平缓的形式，使岸坡边段土层能得到更有效的压实。

在进行截水槽的挖掘施工时，因为其深度比较大，地下水会对其带来较大影响，所以应当合理设置排水系统，保证提供符合的作业条件。截水槽的回填需要在地基处理与砼截水墙浇筑结束且达到规定强度后开展。在对基面上方的第一层土料进行铺填前，需要把黏性土壤坝基表层喷水湿润或者进行晾晒处理，使其含水比例处于标准范围内，进行刨毛处理，再进行第一层土料的铺筑。

如果碰到断层裂隙带，应对趾板清基区域内的断层以及破碎带统一实行开挖处理，再使用混凝土进行置换加固。开挖深度要控制在破碎带宽度的2 倍左右，长度则由坡隧道抗渗允许水力梯度与联合防渗板的设置决定。

趾板基建面与下游7m 范围内铺筑厚度为20cm 的素砼垫层，使趾板建基面得到有效找平。在防渗板的上下侧适当加宽填铺的堤岸层料与过渡料，进行反滤层保护，以免地基受到冲蚀或是发生管涌等现象[3]。

3.4 填筑的施工方法

在进行土石坝坝体填筑施工时，需要考虑的要素较多，实际可采取的填筑方式有3 种，即干填碾压、水中填土与定向爆破修筑。其中，碾压式最为常用，可以让施工流程更加简单、便捷，具体操作要点如下。

为了充分满足坝体填筑施工要求，在应用碾压法进行填筑时，首先，要对土石坝按照平行坝体轴线的方向进行合理划分，有效避免垂直坝体轴线的交接，让施工操作的准确度大幅提高。而且此种划分方法还可以为机械设备的使用创造良好条件，大幅提升施工效率。其次，在压实作业期间，也要控制好压实的操作顺序，减少漏液与重压问题的出现，并且此种压实方式还能更好地保证坝体填筑压实质量，只有做到压实合格，才能充分保证整个坝体的施工质量。

卸料与平料一般使用自卸汽车进入坝面卸除材料，再用推土机平铺为规定的厚度。铺料需要沿着平行坝轴线的方向开展，而且铺土厚度要足够均匀，超径不达标的料块要进行破碎处理，并将杂物充分剔除。对防渗体进行铺料过程中，最好使用进占法倒退铺筑填料，让汽车始终在松土上方移动，不得在压实土层上移动，防止发生超压问题，导致剪力受到破坏。汽车穿过反滤层进入防渗体后，极易把反滤料带进防渗体，使得防渗涂料和反滤料混合对坝体质量带来较大影响[4]。因此，需要在坝面设置专门的“出口”，用来避免各种土料的相互掺架，还能避免超压引起的剪切受损。即便“出口”发生质量缺陷，集中处理起来也比较方便，不会对坝面的整体施工带来负面影响。根据设计厚度铺筑填料，使之保持平整，是确保压实质量的重点，通常使用带式运输机或者自卸车辆到坝面卸除涂料，再用推土机将散料推平。填铺期间不可让坝面处于凹凸不平的状态，防止遇到降雨天气发生积水。

3.5 碾压施工操作

在进行坝体填筑环节，必须依照施工标准要求实行坝面的填筑与压实处理工作，最大化防止坝面发生漏压与超压的情况，确保坝体填筑作业具有较强的规范性，同时满足相应施工标准。因此，在实行碾压期间，必须保证防渗体碾压方向和坝轴线方向处于平行状态，尽量防止发生部分漏压的情况和集中渗漏问题，充分保障坝体填筑效果。当对坝料分区的边界实行交叉重叠碾压处理时，一定要保证作业的安全性与规范性。根据实际施工经验，碾压环节主要采用进退错距法或者圈转套压法两种方法[5]。

（1）指标与特征方面存在区别，在施工作业时，所用土料的不同、物理性质上存在区别，都会使得作用外力产生较大区别。当对黏性土料实行碾压施工时，要将压实作用外力予以确定，从而确保黏结力符合坝体填筑的具体标准。而对非黏性土料实行碾压时，需保证压实外作用力可以抵消颗粒相互间的内摩擦作用力，促使碾压作业的标准化开展。

（2）设备型号的选取主要遵从的原则为，符合施工强度需求，设备型号、规格与工作面规模、压实位置匹配，基于施工团队已有装备与施工经验可做到对新购置设备的正常使用。

3.6 结合部位施工技术

坝体结合位置也就是防渗土料和地基、岸坡和周围建筑体边界的交接位置。根据施工工艺、导流和分期分段填筑等作业方案，施工人员可设置布设横向接缝和接坡，提升结合位置的施工效果。在进行坝体填筑作业期间，不同层的分段接头必须错开适当的距离，利用分段条带和坝轴线平行铺设，使每一分段均不会超过设计规定的高程。当对坝身和砼结构连接位置进行施工作业时，为了防止对砼结构物带来破坏，不可利用大型机械设备对土石方实行压实，必须采取人工方式或者小型机械实行夯实。在填土碾压环节，应重点关注碾压施工对砼结构体带来的影响，并做到对砼结构体两侧进行对称下料与压实，防止给结构体带来太大侧部压力，更好地保证结构的稳固程度[6]。

3.7 反滤层施工

反滤层的填筑方式主要包括3 种类型：削坡体，挡板法，土、砂松坡接触平起法。其中，土、砂松坡接触平起法可以使用机械化设备辅助施工，使填筑强度更具保障，能对防渗体、反滤材料以及坝壳料进行平整填筑，保证施工作业的均衡性，因此受到了广泛的使用。按照防渗体涂料、反滤层填筑顺序，采取搭接方式的差异，又可分成先土后砂与先砂后土两类。但是，不管采取哪种方式，土砂中间必定会发生犬牙交错的情况。在进行反滤料厚度的确定时，要将犬牙厚度排除在外，以免对防渗体有效断面带来削弱作用，反滤料通常不可延伸到心墙，犬牙尺寸根据各类材料的休止角进行确定，并且犬牙交错带不可超过每层铺土厚度的2 倍。

3.8 垫层施工

垫层位于堆石体坡面上游区域，可使用人工碎料或者级配较佳的沙砾料进行填筑。垫层应当和其他堆石体平起作业，且必须将垫层坡面处理得足够平整、紧密，坡面和设计坡面线之间的差距最高不可大于3cm，使面板应力分布更加均匀。施工步骤：首先，沿着坡面上下无振碾压多次，期间注意将凸出和凹陷的部位处理平整。其次，使用振动碾压机器沿着坡面由下往上振动碾压多次，并对凹陷和凸出位置实行充分整平。对坡面涂刷3 次阳离子沥青乳胶，每进行一次涂抹，都要以人工的方式铺上一些粒径不超过3mm 的砂石。最后，在坡面从下往上使用振动碾进行碾压。

4 导流工程

4.1 挡水建筑物

根据水文、地形、地质以及水工枢纽设置情况，施工围堰主要划分为枯水期与全年施工围堰两大类型，且均为临时性建筑体。在对围堰进行设计时，应当重点考虑其与土石坝体之间的结合效果。如果无法结合，就要在坝体外部建设施工围堰，划分出坝体外和坝体内建设两类。如果是在坝体内部建设的施工围堰，也就是将坝体和施工围堰联合起来作为坝体构成部分[7]。