土石壩施工技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

吳高見，張喜英

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066)

土石壩是一種既古老而又富有生命力的壩型，以其就地取材經(jīng)濟(jì)性好、散粒結(jié)構(gòu)適應(yīng)變形能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便機(jī)械化作業(yè)施工效率高、碳足跡少節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，成為河谷陡峻、覆蓋層深厚、地震多發(fā)且土石料豐富的我國(guó)西部水能資源富集區(qū)水電開發(fā)的首選壩型。目前，我國(guó)已規(guī)劃和建設(shè)中的壩高大于200 m的土石壩已不下數(shù)十座，壩高大于300 m的土石壩也有數(shù)座，超高土石壩的建設(shè)將對(duì)設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理技術(shù)帶來新的挑戰(zhàn)。

1 土石壩施工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

土石壩施工技術(shù)的發(fā)展與土石壩設(shè)計(jì)理論、土石壩施工機(jī)械(具)、施工管理理論的發(fā)展密切相關(guān)的。早期土石壩的施工，一直沿用經(jīng)驗(yàn)性土石壩設(shè)計(jì)、原始的人力組織及簡(jiǎn)易工具的施工方式。工業(yè)革命尤其是振動(dòng)碾壓設(shè)備的出現(xiàn)，帶來了土石壩施工技術(shù)的革命性進(jìn)步，使土石壩施工技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，也使得碾壓式土石壩、面板堆石壩的發(fā)展成為主流。世界土石壩發(fā)展的高峰出現(xiàn)在20世紀(jì)60、70年代。這與振動(dòng)碾的發(fā)明、生產(chǎn)、投放市場(chǎng)、開始使用等發(fā)展歷程相一致；也與固結(jié)理論、擊實(shí)原理、有效應(yīng)力原理等的形成，以及運(yùn)輸方式、原位測(cè)試、地基防滲、施工工藝、水文學(xué)等應(yīng)用密不可分。尤其是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的發(fā)展，使得當(dāng)代土石壩施工技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。

1.1 土石壩綜合施工技術(shù)

土石壩(碾壓式土石壩、面板堆石壩)典型的施工流程都包括有：壩肩開挖與處理、施工導(dǎo)截流、壩基開挖與處理、料場(chǎng)復(fù)勘、料場(chǎng)開采規(guī)劃、開采和加工、道路規(guī)劃與設(shè)備選型、壩面作業(yè)規(guī)劃、質(zhì)量檢測(cè)、變形觀測(cè)等，形成了通用的綜合施工技術(shù)。

1.1.1 施工導(dǎo)流及高圍堰快速施工技術(shù)

高圍堰方案可大為減少導(dǎo)流隧道的規(guī)模、數(shù)量，縮短施工準(zhǔn)備工期。其快速施工決定了能否在一個(gè)水文枯水期內(nèi)完成從截流、深覆蓋防滲墻施工到圍堰加高、汛期擋水的工作，包含了截流時(shí)機(jī)的選擇、防滲墻的施工、高圍堰結(jié)構(gòu)形式及施工資源配置、施工快速組織等。目前的高圍堰相當(dāng)于一座中型土石壩，如糯扎渡圍堰高84 m，江坪河圍堰高83.4 m，長(zhǎng)河壩圍堰高53.5 m。在結(jié)構(gòu)形式上，糯扎渡及江坪河都采用土工膜斜墻防滲，長(zhǎng)河壩采用土工膜心墻防滲，土工膜采用機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化連接，快速檢測(cè)以利于快速施工。

當(dāng)高圍堰施工經(jīng)濟(jì)性較差，過水風(fēng)險(xiǎn)可接受時(shí)，堆石壩采用土石過水圍堰也是一種較好的選擇方案。土石過水圍堰擋水與過水標(biāo)準(zhǔn)、圍堰結(jié)構(gòu)與過流防護(hù)形式、消能保護(hù)等是土石過水圍堰應(yīng)重點(diǎn)考慮的關(guān)鍵因素。

1.1.2 深覆蓋層防滲墻及帷幕的地基處理

我國(guó)西部地區(qū)河流較多分布著深厚覆蓋層，優(yōu)先選用土石壩壩型可充分發(fā)揮其散粒結(jié)構(gòu)適應(yīng)變形能力強(qiáng)的特點(diǎn)。深厚覆蓋層混凝土防滲墻施工設(shè)備除常用的沖擊鉆外，沖擊反循環(huán)鉆、抓斗挖槽機(jī)、液壓銑槽機(jī)等先進(jìn)設(shè)備得到推廣應(yīng)用。采用先進(jìn)的清孔工藝、墻段接頭技術(shù)，發(fā)展了純鉆法、鉆抓法、純抓法、銑抓法等造孔、出渣、泥漿處理以及拔管連接、雙反弧邊接、平板式接頭等墻段連接工藝。深厚覆蓋層上墻下幕防滲處理方法，充分發(fā)揮了兩種方法的優(yōu)勢(shì)，使地基處理深度得到延伸。預(yù)灌濃漿和高壓噴射灌漿也成為解決復(fù)雜地層漏漿塌孔的有力措施。深孔帷幕灌漿技術(shù)、深厚覆蓋層振沖技術(shù)都在深覆蓋層地基處理中得到了應(yīng)用。

目前，154 m防滲墻、190～201 m深孔帷幕[1]都是在原常規(guī)施工機(jī)具基礎(chǔ)上加以改進(jìn)達(dá)到的。國(guó)內(nèi)旁多大壩防滲墻154 m，試驗(yàn)段已達(dá)到201 m深度；下坂地大壩防滲帷幕孔150 m，秀山隘口水庫(kù)防滲帷幕190～201 m 。

1.1.3 合理的料源規(guī)劃及土石方平衡

大型土石壩更注重料源規(guī)劃和利用。科學(xué)合理規(guī)劃料場(chǎng)、減少植被破壞，充分利用其他建筑物棄渣料及中轉(zhuǎn)回采，并合理使用和分區(qū)規(guī)劃含水率、含礫量、黏粒含量等物理力學(xué)指標(biāo)不同的料場(chǎng)，使開采、運(yùn)輸更加安全、均衡、經(jīng)濟(jì)、合理。

防滲土料的拓展研究，已取得了許多工程的經(jīng)驗(yàn)。多成因的礫石土料、土狀、碎塊狀全風(fēng)化或部分強(qiáng)風(fēng)化土料的應(yīng)用都具有工程實(shí)踐。堆石料多元化應(yīng)用研究方面，建筑物開挖料利用、河灘砂礫石料利用等已有許多建造工程經(jīng)驗(yàn)。

土石壩筑壩材料的用量很大，一般是混凝土重力壩的4～6倍，少則數(shù)百萬方，多則上千萬甚至上億米3。料場(chǎng)的合理規(guī)劃與使用，也是土石壩施工經(jīng)濟(jì)性的重要保證。土石方平衡研究方面也在設(shè)計(jì)層面進(jìn)行了相關(guān)研究，施工過程中全工程范圍內(nèi)的土石方平衡還有待進(jìn)一步協(xié)調(diào)。

1.1.4 配套成龍的施工機(jī)械設(shè)備

施工機(jī)械的配套選型已從經(jīng)驗(yàn)選型走向科學(xué)選型。以計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ)的層次結(jié)構(gòu)模型和配套評(píng)價(jià)指標(biāo)體系正逐步得到應(yīng)用。主導(dǎo)機(jī)械與輔助機(jī)械相互配套更加合理。國(guó)內(nèi)的施工機(jī)械多選用挖掘機(jī)或裝載機(jī)挖裝、自卸汽車運(yùn)輸、推土機(jī)平料、振動(dòng)碾碾壓的機(jī)械化一條龍施工方式，也有工程采用皮帶機(jī)運(yùn)輸?shù)[石土料。

1.1.5 廣泛采用大型、重型設(shè)備

高土石壩施工具有壩體體積龐大、底部橫向?qū)挾乳L(zhǎng)、一枯度汛填筑強(qiáng)度大、料場(chǎng)初期出料能力低的特點(diǎn)。選擇重型、大型設(shè)備可在最短時(shí)間內(nèi)完成施工節(jié)點(diǎn)任務(wù)，能以較低的費(fèi)用獲得最大生產(chǎn)率 ，以最好的質(zhì)量、較快地完成工程建設(shè)，為提前蓄水發(fā)電奠定基礎(chǔ)。

我國(guó)現(xiàn)普遍使用20 t、26 t的單鋼輪振動(dòng)碾。目前，陜西中大機(jī)械集團(tuán)、三一集團(tuán)都研制成功了 32 t 單鋼輪振動(dòng)碾壓設(shè)備，已有工程成功運(yùn)用案例。有的工程對(duì)沖擊碾壓設(shè)備進(jìn)行了碾壓試驗(yàn)研究，如洪家渡、江坪河面板堆石壩堆石體沖擊碾壓，瀑布溝也進(jìn)行了礫石土心墻的沖擊碾壓試驗(yàn)。

重型振動(dòng)設(shè)備的使用，提高了各種壩料的壓實(shí)度，加快了填筑速度，使得工期更短，施工效率更高。

1.1.6 注重機(jī)械設(shè)備的維修與保養(yǎng)

機(jī)械化施工的優(yōu)點(diǎn)是充分發(fā)揮了機(jī)械的效率；而機(jī)械設(shè)備的完好率是效率保證的前提，定期檢修、及時(shí)修理又是設(shè)備完好率的保證。注重設(shè)備管理，定期進(jìn)廠檢修、設(shè)置流動(dòng)服務(wù)車、自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備、充分的備件(一般達(dá)設(shè)備原值的30%)，可確保施工機(jī)械完好率和施工機(jī)械日利用時(shí)間。

1.1.7 科學(xué)的循環(huán)流水作業(yè)

流水作業(yè)是一種科學(xué)的施工組織方法。土石壩填筑施工按照流水作業(yè)組織施工，從料場(chǎng)規(guī)劃到壩面作業(yè)，以鉆孔、爆破、挖運(yùn)以及鋪料、灑水、碾壓、待檢等工序分區(qū)進(jìn)行作業(yè)場(chǎng)地規(guī)劃，使整個(gè)施工作業(yè)形成循環(huán)流水作業(yè)線，使得整體效率發(fā)揮最佳。

1.1.8 基于GPS的數(shù)字化大壩系統(tǒng)

以糯扎渡、長(zhǎng)河壩水電站大壩工程為代表的基于GPS的數(shù)字化大壩填筑監(jiān)控系統(tǒng)[2]，按設(shè)定的參數(shù)對(duì)施工設(shè)備安裝衛(wèi)星定位芯片，全程、全天候監(jiān)控其施工對(duì)應(yīng)的材料種類與重量、行駛的位置與速度，以及碾壓軌跡、遍數(shù)、狀態(tài)等，控制大壩施工進(jìn)度與質(zhì)量，從而為大壩工程驗(yàn)收、安全鑒定和施工期、運(yùn)行期安全評(píng)價(jià)提供強(qiáng)大的信息服務(wù)平臺(tái)。

1.1.9 快速試驗(yàn)手段與質(zhì)量檢測(cè)

鑒于坑檢法在壓實(shí)度、含水率等指標(biāo)檢測(cè)方面存在的諸多問題，多個(gè)工程對(duì)不同的檢測(cè)方法進(jìn)行了探索實(shí)踐。三點(diǎn)擊實(shí)法、最大干密度法、紅外線含水率測(cè)試、附加質(zhì)量法、瑞雷波法與車載壓實(shí)度儀等方法都在實(shí)際應(yīng)用中得到了不斷的改進(jìn)。

在心墻礫石土控制與檢測(cè)方面，探索了以細(xì)料為主、全料復(fù)核為理念的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)及以三點(diǎn)擊實(shí)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)為主、全料室內(nèi)平行復(fù)核為輔的檢測(cè)方法。

糯扎渡水電站工程研發(fā)了直徑600 mm的擊實(shí)儀[3]；長(zhǎng)河壩水電站工程為滿足最大粒徑150 mm礫石土壓實(shí)度要求，研發(fā)了直徑800 mm的超大型擊實(shí)儀，用于碾壓試驗(yàn)階段全料壓實(shí)度檢驗(yàn)和復(fù)合填筑體細(xì)料壓實(shí)度檢驗(yàn)成果。擊實(shí)儀的全自動(dòng)升級(jí)改造和最大干密度法及三點(diǎn)擊實(shí)法應(yīng)用軟件的開發(fā)也為快速檢測(cè)提供了支撐。

1.1.10 特殊氣候條件下土石壩施工

對(duì)在多雨季節(jié)土料場(chǎng)的防排水及作業(yè)面遮蓋防水做了相關(guān)工作；對(duì)嚴(yán)寒負(fù)溫條件下的心墻土料冬季施工技術(shù)也進(jìn)行了相關(guān)研究。嚴(yán)寒條件下注重大體積土料的保溫儲(chǔ)備和小體積土料的暖棚保溫。

加強(qiáng)特殊氣候條件下的相關(guān)研究，可有效利用施工時(shí)間，施工進(jìn)度得到保障。

1.2 碾壓式土石壩施工技術(shù)

1.2.1 防滲材料選擇與拓展

防滲體是碾壓式土石壩的重要結(jié)構(gòu)，防滲材料選擇、工藝試驗(yàn)及其施工是碾壓式土石壩關(guān)鍵的施工技術(shù)。

(1)防滲土料。防滲土料目前已有不同土料在采取相應(yīng)措施后得到應(yīng)用的實(shí)例，包括礫石土、風(fēng)化土料、分散性土、膨脹性土、紅粘土、黃土類土以及團(tuán)粒結(jié)構(gòu)類土等。礫石土采用超徑石剔出、不同P5含土摻配、含水率調(diào)整等措施；風(fēng)化土料采用“薄層重碾”措施；分散性土采用石灰或水泥改性并做好反濾等措施；膨脹性土采用非膨脹性土在臨界壓力值附近約束使其保持壓強(qiáng)等措施；黃土類土采用增大壓實(shí)功能措施；紅粘土多數(shù)含水量偏大，除進(jìn)行調(diào)整外，可不把含水量、干密度作為主要指標(biāo)；團(tuán)粒結(jié)構(gòu)類土干密度、含水率差別較大，可混摻使用等。

(2)瀝青混凝土施工。根據(jù)配合比碾壓試驗(yàn)及生產(chǎn)性試驗(yàn)采用相應(yīng)的配合比進(jìn)行施工；對(duì)于酸性骨料的應(yīng)用和熱施工工藝、厚層碾壓施工等已有研究應(yīng)用；瀝青混凝土面板坡面卸料、攤鋪及碾壓機(jī)械化流水施工工藝研究也取得進(jìn)展。

(3)土工合成材料施工。碾壓式土石壩中已廣泛應(yīng)用土工膜防滲(心墻、斜墻、面板)、土工織物反濾、排水及土工織物防震抗震等。

1.2.2 土料的含水量調(diào)整

土料在最優(yōu)含水率狀態(tài)下，可達(dá)到最佳的壓實(shí)效果。當(dāng)土料含水率低于最優(yōu)含水率時(shí)，采用料場(chǎng)蓄水入滲、堆場(chǎng)加水畦灌、壩面噴霧灑水等方法加以改善；當(dāng)土料固有含水率偏濕時(shí)，可采用深溝排水、分季分期開挖、堆土牛、翻曬、摻灰、紅外線或熱風(fēng)干燥等措施加以改善。

1.2.3 礫石土礫石級(jí)配及含量的調(diào)整

礫石土因其具有較好的抗變型能力和抗?jié)B性能常被作為高心墻堆石壩的必選材料。礫石土級(jí)配調(diào)整包括超徑石剔出(條篩、給料篩)、礫石摻配(平鋪立采摻合法、機(jī)械摻配法)。在粘性土中摻入一定比例的礫石以改善土的抗變形能力，在粗粒含量較高的寬級(jí)配土料中摻入一定比例細(xì)粒含量多的土料以改善土的抗?jié)B性能。

當(dāng)?shù)[石含量與含水率都與設(shè)計(jì)指標(biāo)不符時(shí)，可考慮同一工序摻礫、加水一并解決。

1.2.4 不同結(jié)合部位的質(zhì)量控制

陡窄河谷地形條件下的碾壓式土石壩，岸坡對(duì)壩體、堆石體對(duì)心墻都會(huì)因?yàn)樽冃尾町惍a(chǎn)生拱效應(yīng)，施工中需加強(qiáng)心墻與岸坡混凝土接觸帶高塑性粘土施工質(zhì)量，加強(qiáng)心墻與反濾料、反濾料與反濾料、反濾料與過渡料、過渡料與堆石料結(jié)合部的施工質(zhì)量。如，貼坡混凝土蓋板基層泥漿噴涂設(shè)備、雙料界限攤鋪設(shè)備可有效提高結(jié)合面質(zhì)量，減少因“弱面”存在而導(dǎo)致的心墻破壞。

1.3 混凝土面板堆石壩施工技術(shù)

1.3.1 堆石體變形協(xié)調(diào)及沉降控制

面板堆石壩尤其是高面板堆石壩，因堆石體變形過大、與剛性面板變形不協(xié)調(diào)以及面板應(yīng)力集中、面板受壓面積削弱、受壓鋼筋混凝土屈服破壞等原因，經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫、面板脫空、面板擠壓破壞和嚴(yán)重滲漏等問題。為使堆石體的彈性模量及變形性能與剛性的混凝土面板相接近，主要采取以下技術(shù)措施：

(1)提高堆石體壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)和壓實(shí)質(zhì)量可減小堆石體變形等對(duì)面板的影響。目前，堆石體碾壓已嘗試采用重型振動(dòng)碾、沖擊振動(dòng)碾進(jìn)行；墊層料壓實(shí)受擠壓邊墻、翻模固坡等技術(shù)對(duì)物料側(cè)限影響和設(shè)備臨邊限制，壓實(shí)度還有待提高。

(2)分區(qū)填筑的主堆石體盡量選用硬巖石料或砂卵石料，并充分壓實(shí)。面板壩以壩體臨時(shí)斷面擋水度汛已被經(jīng)常采用，先期面板施工后的后期堆石體填筑(如三期填筑抬高后側(cè))，應(yīng)使薄弱結(jié)合部及蓄水后壩體最大主應(yīng)力垂直，以利于面板、堆石體受力變形協(xié)調(diào)。

(3)采用超載預(yù)壓或留出一定時(shí)段，使得堆石體充分沉降變形后再進(jìn)行混凝土面板施工，可減少面板施工后的堆石體變形。一般先期面板施工壩體超高不小于10 m(水布埡水電站超高采用24 m、三板溪水電站超高25 m)，沉降期一般選擇3～6個(gè)月。

(4)用干硬性堆石混凝土對(duì)陡峻巖坡快速補(bǔ)齊，可實(shí)現(xiàn)快速施工，也減少了堆石體與巖坡彈模及變形性能差異。

1.3.2 墊層料施工技術(shù)

目前，墊層料施工主要有斜坡碾壓、擠壓式邊墻(切槽)、 預(yù)制邊墻、翻模固坡等技術(shù)。擠壓式邊墻已為許多工程所采用，水布埡工程采用沿面板垂直縫切槽10 cm，回填小區(qū)料，以改善對(duì)面板約束。而斜坡碾壓優(yōu)點(diǎn)是密實(shí)度有保證，但需要超填、削坡，浪費(fèi)材料及人工；擠壓式邊墻及翻模固坡技術(shù)是近年來發(fā)展起來的墊層料施工新技術(shù)，具有工序少、速度快、節(jié)約材料的優(yōu)點(diǎn)，并能及時(shí)形成抵御沖刷的坡面用以防洪度汛；另外，也有在墊層料中摻入一定的水泥、石灰及粉煤灰等，以使其變形性能與面板更為接近。

1.3.3 趾板混凝土及混凝土面板施工技術(shù)

目前，混凝土趾板及面板混凝土施工的主要技術(shù)有：①摻用微膨脹劑、引氣劑、摻粉煤灰、聚丙纖維、鋼纖維等，優(yōu)化配合比，改善混凝土抗裂及施工性能。②趾板混凝土不設(shè)永久縫，兩序施工，后澆塊摻微膨脹劑[4]；趾板上填筑粉細(xì)土，利于裂縫愈合；臨近壩體混凝土建筑物與面板連接縫采用高趾墻進(jìn)行連接。③設(shè)置面板加厚區(qū)、可變形的垂直壓性縫和改善鋼筋受力的箍筋方式。④趾板與覆蓋層防滲墻的柔性連接。⑤混凝土面板無軌滑模施工。⑥收面壓光機(jī)械化施工。⑦土工織物覆蓋、灑水養(yǎng)護(hù)或涂表面養(yǎng)護(hù)劑的養(yǎng)護(hù)和保護(hù)。⑧利用帕斯卡堵漏劑進(jìn)行裂縫缺陷處理技術(shù)，國(guó)內(nèi)已有水布埡大壩成功應(yīng)用的實(shí)例。

1.3.4 止水系統(tǒng)施工技術(shù)

動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的止水系統(tǒng)是混凝土面板堆石壩防滲體系的重要結(jié)構(gòu)。止水系統(tǒng)施工方面主要技術(shù)有：①銅止水成型機(jī)銅帶輥壓成型工藝；②異型接頭模制成型工藝；③面板分縫止水嵌縫材料“GB”、“SR”及機(jī)械化施工工藝；④表層粉煤灰、粉細(xì)土等自愈結(jié)構(gòu)；⑤HDPE土工膜的應(yīng)用。泰安抽水蓄能電站和溧陽(yáng)抽水蓄能電站采用了HDPE土工膜庫(kù)底防滲。

1.3.5 施工期安全監(jiān)測(cè)及分析

根據(jù)面板堆石壩的變形特性和沉降機(jī)理，結(jié)合堆石面板壩沉降過程明顯的階段性和各時(shí)期沉降規(guī)律的差異性，采用預(yù)測(cè)模型建立并分析堆石面板壩沉降歷時(shí)關(guān)系曲線。根據(jù)擬合曲線，確定堆石體沉降基本穩(wěn)定時(shí)段及選擇面板施工時(shí)段。

目前，超長(zhǎng)水平位移(500 m級(jí))檢測(cè)技術(shù)、光柵測(cè)溫滲流檢測(cè)技術(shù)、光纖陀螺位移檢測(cè)技術(shù)等新儀器、新工藝與普遍采用的引張線位移計(jì)、固定式測(cè)斜儀、滲壓計(jì)、量水堰等先進(jìn)的聯(lián)合監(jiān)測(cè)技術(shù)得到應(yīng)用。

2 土石壩施工技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)

2.1 目前在建和規(guī)劃設(shè)計(jì)中的高土石壩

土石壩以其能就地取材，主要材料運(yùn)輸距離短；壩體散粒體結(jié)構(gòu)適應(yīng)變形性能強(qiáng)，對(duì)地基要求低；施工程序簡(jiǎn)便，利于機(jī)械快速施工等優(yōu)點(diǎn)，成為未來壩工發(fā)展的優(yōu)勢(shì)壩型。

2.1.1 我國(guó)在建及規(guī)劃設(shè)計(jì)中的高土石壩

我國(guó)在建及規(guī)劃設(shè)計(jì)中的高土石壩見表1。

2.1.2 在建及規(guī)劃中的高土石壩特點(diǎn)

(1)工程項(xiàng)目多集中于金沙江、大渡河、瀾滄江、怒江、黃河上游以及新疆、西藏、青海等偏遠(yuǎn)地區(qū)，相對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低，環(huán)境差。

(2)項(xiàng)目多處于高原、高寒、高蒸發(fā)、缺氧地區(qū)，平均海拔3 500 m，空氣中含氧量是平原地區(qū)的50%，施工期短，生產(chǎn)效率受到影響。

表1 我國(guó)在建及規(guī)劃設(shè)計(jì)中的高土石壩

(3)項(xiàng)目多位于歐亞大陸板塊與印度板塊相交處的青藏高原，受板塊移動(dòng)影響，地震、坍塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，生態(tài)環(huán)境脆弱。

(4)項(xiàng)目所在流域山高溝深、河流湍急、岸坡陡峻、河谷狹窄、覆蓋層深厚。雖修建土石壩所需的冰磧土、沖積土、坡積土、堆石體、砂礫石等建筑材料豐富，但由于形成原因不同，物理力學(xué)指標(biāo)差異很大，極不均勻。

2.2 土石壩施工技術(shù)發(fā)展的未來

2.2.1 科學(xué)的施工整體規(guī)劃及水流控制

(1)我國(guó)未來高土石壩多建在西部崇山峻嶺區(qū)域，這些區(qū)域內(nèi)河流湍急、兩岸陡峻、流量相對(duì)變小、河床庫(kù)容少、臨時(shí)圍堰或永久大壩所形成的水庫(kù)洪水期水位容易陡漲陡落；給高圍堰擋水導(dǎo)流、水庫(kù)初期蓄水、導(dǎo)流及泄水建筑物過流的時(shí)機(jī)選擇帶來了挑戰(zhàn)。土石壩施工在導(dǎo)流規(guī)劃及水流控制的基礎(chǔ)上，如何正確選定整體施工進(jìn)度、施工強(qiáng)度，并以此進(jìn)行土石方平衡、資源配置、料場(chǎng)、渣場(chǎng)規(guī)劃及施工道路布置、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)布置等仍有廣闊的發(fā)展空間。深覆蓋層上的高土石壩壩基防滲體系工程量大、技術(shù)難題多，且底部斷面和第一個(gè)枯期要求達(dá)到擋水度汛高程所面臨的填筑工程量巨大，而大壩中、后期斷面縮小，填筑強(qiáng)度相應(yīng)減少。這一特點(diǎn)與大壩料源開采面前小后大、開采強(qiáng)度前低后高形成矛盾；因此，在變形協(xié)調(diào)條件下開展高堆石壩施工總進(jìn)度和合理資源配置研究具有重要意義。

(2)作為高土石壩主體部分的土工膜高土石圍堰可能會(huì)成為其臨時(shí)擋水建筑物的首選。快速截流，加快防滲墻施工速度，設(shè)計(jì)方便施工的圍堰防滲結(jié)構(gòu)，高圍堰快速施工將成為發(fā)展方向。當(dāng)一個(gè)枯水期不能實(shí)現(xiàn)圍堰施工時(shí)，過流保護(hù)下的防滲墻度汛或過水圍堰度汛也將成為今后的選擇。

(3)高土石壩一般都會(huì)遇到泄水建筑物布置較為困難的問題，如何將導(dǎo)流建筑物改造成為永久泄水建筑物的組成部分仍需不斷進(jìn)行嘗試和研究。

2.2.2 合理的料源規(guī)劃及土石方平衡

(1)“凡料皆可用”的理念將更加深入貫徹到工程管理中，更加精細(xì)、精準(zhǔn)的管理及制備工藝將使壩區(qū)各種料得到充分利用。

(2)大壩心墻料從底到頂各項(xiàng)指標(biāo)始終如一的歷史將有所改變，有限元計(jì)算結(jié)果可使心墻在不同的受力環(huán)境下分階段采用不同的抗?jié)B、抗剪等指標(biāo)。

(3)工程各建筑物的施工進(jìn)度將基本遵循總體土石方平衡的成果進(jìn)行控制。整個(gè)工程的棄料和棄料場(chǎng)占地將大為減少。

2.2.3 高土石壩安全快速施工技術(shù)

(1)料場(chǎng)是大壩的糧倉(cāng)，勘測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，使得土料場(chǎng)不同類、不同含水量的土料在平面、立面、時(shí)間、儲(chǔ)存等方面更為精確，坡面控制更趨安全，出現(xiàn)因前期勘測(cè)原因產(chǎn)生變更的幾率小。

(2)作為大壩防滲體系重要組成部分和關(guān)鍵結(jié)合點(diǎn)的基礎(chǔ)墊層、灌漿廊道、刺墻、貼坡和防浪墻等輔助混凝土結(jié)構(gòu)，防裂防滲要求高。其施工多占據(jù)關(guān)鍵線路；因而其施工工藝、進(jìn)度、質(zhì)量及出現(xiàn)裂縫后的處理措施至關(guān)重要。

(3)施工道路規(guī)劃與運(yùn)輸機(jī)械配置是高土石壩機(jī)械化快速施工的重要保證。施工運(yùn)輸方式規(guī)劃(皮帶洞、輸料豎井)、施工道路的規(guī)劃、成龍配套的機(jī)械化流水作業(yè)、機(jī)械設(shè)備的維修與保養(yǎng)、上壩道路規(guī)劃、跨心墻技術(shù)、長(zhǎng)交通隧道的通風(fēng)排煙、長(zhǎng)下坡路段的安全避險(xiǎn)等尚需不斷優(yōu)化。

(4)心墻填筑進(jìn)度是大壩整體進(jìn)度的控制項(xiàng)目，心墻料制備、堆存技術(shù)將是心墻均衡、快速填筑的重要保證。采用圖像處理技術(shù)快速獲取礫石土相關(guān)顆粒的圖形分布曲線，即時(shí)確定摻配比例仍需進(jìn)行應(yīng)用研究。

(5)分區(qū)填筑、快速施工的壩面施工將更為精細(xì)，流水作業(yè)效率將更高效。土工格柵等加筋結(jié)構(gòu)、釘結(jié)護(hù)面板、壩頂緩坡等高土石壩抗震結(jié)構(gòu)會(huì)廣泛應(yīng)用。

(6)級(jí)配精良的面板壩墊層料生產(chǎn)系統(tǒng)，墊層料攤鋪、振實(shí)、砂漿保護(hù)一體施工技術(shù)將得到發(fā)展應(yīng)用。

(7)混凝土面板壩面施工系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，包括銅止水機(jī)壓成型、熱熔焊接、護(hù)具保護(hù)、鋼筋網(wǎng)片自動(dòng)化焊接、鋼筋整體運(yùn)輸安裝、混凝土防雨、防曬、防蒸發(fā)、溜送系統(tǒng)面板滑模改進(jìn)等；高效、可靠的新型壩面止水結(jié)構(gòu)、新型的止水材料的應(yīng)用；新型縱縫充填材料的研究，高分子材料的進(jìn)一步應(yīng)用，等等。

2.2.4 壩體協(xié)調(diào)變形與施工控制技術(shù)

為有效控制高土石壩心墻與堆石體因相互間變形性能差異產(chǎn)生的變形不協(xié)調(diào)。施工中需：

(1)對(duì)高堆石壩施工期進(jìn)行分期、分區(qū)施工的有限元分析，要研究分期填筑高差、填筑超高、填筑上升速度與心墻體、堆石體沉降變形的關(guān)系，以指導(dǎo)和控制大壩心墻上升速度，減少心墻拱效應(yīng)。

(2)結(jié)合堆石壩不同分區(qū)壩料力學(xué)性能試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)施工期壩體沉降等監(jiān)測(cè)成果，以大壩沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，建立大壩沉降預(yù)測(cè)變形模型，預(yù)測(cè)大壩堆石體及心墻體沉降變形趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)施工期變形和施工質(zhì)量的快速反演，以期對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工起到一定的指導(dǎo)作用。

(3)在面板壩應(yīng)力控制、裂縫防治方面仍有很大技術(shù)發(fā)展空間。如通過控制堆石體沉降降低面板不均勻應(yīng)力；通過增加河床段面板頂部厚度[5]，采取合理的分縫結(jié)構(gòu)，改善面板柔度和面板應(yīng)力分布。

2.2.5 施工質(zhì)量檢測(cè)與控制及安全監(jiān)測(cè)與分析

(1)心墻料的含水率、壓實(shí)度快速檢測(cè)及堆石體快速、非破損性的實(shí)時(shí)密度檢測(cè)需要與儀器生產(chǎn)廠家一起攻關(guān)。

(2)心墻料上壩前含水率采用時(shí)域反射法TDR、駐波比法SWR以及碾壓后含水率采用微波、紅外線快速檢測(cè)需深入研究、推廣應(yīng)用。

(3)建立大壩變形、沉降、滲流等安全監(jiān)測(cè)布置的三維可視化模型(實(shí)體或透明)，安全監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)信息的可視化管理和監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)值的統(tǒng)計(jì)分析有待進(jìn)一步發(fā)展；施工期沉降、變形、滲流觀測(cè)的方法和適應(yīng)高堆石壩的監(jiān)測(cè)儀器及優(yōu)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目[6]，基于高精度的GPS安全監(jiān)測(cè)技術(shù)、基于光纖、光柵傳感技術(shù)的應(yīng)用等有待進(jìn)一步研究。

2.2.6 節(jié)能減排綠色施工技術(shù)

(1)大孔徑、寬孔距、耦合裝藥混裝炸藥車爆破技術(shù)，可有效減少鉆爆孔數(shù)量，提高炸藥爆破效能，加快施工效率和施工效益，是一種具有本質(zhì)安全的施工技術(shù)。

(2)運(yùn)輸車輛的混合動(dòng)力化與天然氣、工業(yè)乙醇運(yùn)輸車輛改造將成為選擇項(xiàng)目；具有適合土石壩壩料運(yùn)輸特性的節(jié)能燃油添加劑和不同性能輪胎成為可能。

(3)高海拔寒冷地區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境、抗干擾能力低、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)易發(fā)生變化、功能極易被破壞，植物養(yǎng)護(hù)、喬木生長(zhǎng)比較困難；因而，工程施工需在加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和環(huán)境綠化工作方面做一些積極探索。

(4)爆破震動(dòng)、施工和道路揚(yáng)塵以及輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的能源消耗、水循環(huán)利用、污水排放將得到更好的控制。

(5)對(duì)施工影響區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害采用工程措施進(jìn)行處理及防治，工程開挖、棄渣及臨時(shí)堆渣等施工需采取合理可靠的技術(shù)措施，防止形成新的地質(zhì)災(zāi)害。

2.2.7 信息化施工輔助決策支持系統(tǒng)

(1)建立基于GIS、GPS、BIM等技術(shù)的高土石壩施工信息平臺(tái)，如集成數(shù)字大壩模型、基于GIS的土石壩碾壓質(zhì)量監(jiān)控與評(píng)價(jià)系統(tǒng)與基于GPS的土石壩碾壓參數(shù)控制系統(tǒng)、大壩質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)錄入系統(tǒng)。

(2)基于排隊(duì)論、粒子群算法的仿真模型，賦予動(dòng)態(tài)權(quán)重系數(shù)的時(shí)間——費(fèi)用目標(biāo)為評(píng)價(jià)函數(shù)，進(jìn)行機(jī)械設(shè)備配置方案優(yōu)化。

(3)建立施工全過程動(dòng)態(tài)模擬及生產(chǎn)調(diào)度指揮輔助系統(tǒng)，包括開挖子系統(tǒng)、交通運(yùn)輸子系統(tǒng)、填筑子系統(tǒng)、土石方調(diào)配子系統(tǒng)，通過時(shí)間、產(chǎn)量變量值的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)作業(yè)時(shí)段完成的工程量、工程形象的預(yù)判，以此來進(jìn)行施工資源的調(diào)配及對(duì)未來施工進(jìn)度的預(yù)期。

(4)建立基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能施工系統(tǒng)。如，施工作業(yè)可視化、圖像自動(dòng)識(shí)別處理、車輛自動(dòng)識(shí)別與計(jì)量、遠(yuǎn)程故障診斷、流動(dòng)快速檢測(cè)車、流動(dòng)維修服務(wù)車等集成技術(shù)的施工信息管理系統(tǒng)。

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)高土石壩的陸續(xù)規(guī)劃和建設(shè)，巖土力學(xué)、滲流理論和設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展，土石壩的設(shè)計(jì)更趨經(jīng)濟(jì)和安全；土石壩散粒體結(jié)構(gòu)所具有的適應(yīng)變形能力使其在地震多發(fā)、具有深厚覆蓋層的西部地區(qū)更具合理性；超大型土石方施工機(jī)械制造技術(shù)，進(jìn)一步提高了土石方施工的機(jī)械化水平，從而在工期、造價(jià)等方面比其他壩型更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；地基防滲處理技術(shù)的突破，使高土石壩在深厚覆蓋層、基巖軟弱或存在地質(zhì)缺陷地區(qū)筑壩更具有經(jīng)濟(jì)性；現(xiàn)代通訊技術(shù)、信息技術(shù)、人工智能技術(shù)、BIM虛擬建造技術(shù)的發(fā)展將使這種具有較強(qiáng)生命力的壩型插上騰飛的翅膀，使這種古老的、經(jīng)驗(yàn)性的技術(shù)更加精準(zhǔn)化、科學(xué)化，實(shí)現(xiàn)“土石壩不土”。

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