土石壩填筑施工技術在小型水庫施工中的應用

◎王夢竹 永州經濟技術開發區水利局

土石壩是指大壩填筑就近選擇土石料，經由開挖、填筑、碾壓等方法，堆筑成的具有擋水功能的堤壩。如果壩體材料以土和砂礫為主，則被稱為土壩；如果以石渣、卵石、爆破石料作為主料，則被稱之為堆石壩。壩體材料中，上述兩種材料的比例基本一致時，便被稱之為土石混合壩。總體而言，土石壩填筑施工技術在不同規模的水利水電工程中均有較為廣泛的應用。

1.土石壩填筑施工技術的特點

土石壩填筑施工技術的主要特點集中在以下幾個方面：其一，用于筑壩的土石材料可以就地取材，多種開挖料經過相對簡單的處理后便可使用[1]。由于土石壩填筑材料很少使用鋼材、水泥、木材，故相較于其他水利工程，土石壩能夠大幅度減輕對外交通運輸的工作量。其二，土石壩工程量較大且施工強度較高，但以當前的機械化施工水平足以如期完工。問題在于，必須做好土石壩施工機械設備的配置、確保設備運輸線路條件充足等工作。因此，在一些小規模、地處偏遠地區的水利工程中，土石壩填筑施工技術的應用難度可能會提升。其三，土石壩填筑施工技術與自然條件之間的關系極其密切。比如施工地區的水文條件、地質情況、氣象變化均在不同程度上具有不確定性，加之不同地區的筑壩材料本身存在很大的差異。受這些因素的影響，土石壩施工前后的導流標準、攔洪度汛方式、有效工作時間等均應得到充分、細致、整體性的研究。比如在確定筑壩材料之前，技術人員應充分收集施工地區具有代表性的土料，之后應做好室內、室外性能檢測工作。在此基礎上，完善施工設計方案。在實際施工期間，技術工程師、監理人員、施工單位應動態關注施工地區的各項條件變化情況，進而對施工參數及時調整，對施工方案進行必要修正。其四重點處理好防滲心墻。

2.土石壩填筑施工技術在小型水庫施工中的應用流程

2.1 施工階段劃分與施工進度安排

2.1.1 施工程序

土石壩填筑施工技術應用于小型水庫施工時，在施工程序設置方面應該遵循的原則如下：其一，應充分考慮施工導流設計，確保水庫堤壩的安全度汛、下游供水、水庫初期蓄水要求等全部得到滿足[2]。其二，堤壩控制變形要求、季節性施工要求均應得到滿足。其三，如果小型水庫施工現場的自然條件較為惡劣或復雜，必須經過多期施工才能逐漸達成施工目標時，施工分期計劃應符合壩體填筑結構、堤壩整體穩定性、施工工藝方面的要求。其四，壩體填筑強度的均衡性必須達標且應滿足地基處理要求。

某水庫工程的土石壩施工技術應用流程如下：其一，上游施工。基礎開挖→砂層高噴施工→基礎驗收合格后進行上游堆石先期填筑。其二，心墻基礎施工。心墻基礎開挖→基礎處理→混凝土澆筑→廊道澆筑及刺墻澆筑、特定高度蓋板混凝土以下澆筑施工及該高度以下固結灌漿施工→土工膜與特種瀝青防滲膜施工→心墻特定高度內的土料填筑施工。其三，下游施工。下游基礎開挖→下游堆石先期填筑。上述施工全部完成后，水庫堤壩的全斷面會達到一定高度，之后按照預定計劃，進一步分段增高水庫堤壩斷面。

2.1.2 施工階段與分期

小型水庫工程中應用土石壩填筑施工技術時，施工階段與分期計劃如表1所示。

表1 土石壩填筑施工技術應用于小型水庫工程的施工階段與分期一覽表

2.1.3 施工度汛

土石壩填筑施工技術應用于小型水庫工程時，施工度汛的方式及適用的條件如下：其一，堤壩全斷面攔洪。適用于截流后，在一個枯水期內的壩體可以達到攔洪高程。其二，度汛臨時斷面攔洪。適用于截流后，當一個枯水期內壩體的全斷面必定無法達到攔洪高程的情況。其三，臨時斷面攔洪與臨時泄水建筑物泄洪結合。適用于如下情況：當采用臨時斷面無法達到攔洪高程時，可在一定程度上降低溢洪道底高程或是設置臨時泄洪道，從而達到降低攔洪高程的目的。其四，圍堰攔洪。適用于地基處理復雜程度較大，河道洪水量相對較小，圍堰工程量相對較小的情況。此時壩體或臨時斷面同樣不可能在一個枯水期內便達到攔洪高程，故應采用圍堰攔洪的度汛方式[3]。

2.1.4 施工注意事項

土石壩填筑施工技術應用于小型水庫工程時，施工注意事項如下：①應滿足總工期、所有高峰期的工程形象要求，所有強度均應保持均衡性，科學利用臨時斷面調節壩體填筑強度。②填筑強度應與施工現場土料開采能力、運輸能力相互協調。特別是填筑堤壩的材料運輸線的標準設置與填筑強度之間的關系必須得到重點處理。③土石壩的上升速度主要受塑性心墻（即斜墻）上升速度的影響。此外，土料性能、有效工作日、工作面條件、運輸及碾壓設備的性能、所選用的具體施工工藝等同樣會造成一定的影響。④堤壩填筑強度必須經過多次綜合分析、反復驗證后方可確定。比如施工現場的開挖量、運輸強度等數據進行復核，之后結合總工期、堤壩填筑作業的施工分期、施工場地的具體布置等，完成統籌協調后方可確定。

2.2 筑壩材料的選擇

小型水庫的土石壩填筑用料包括黏性土、礫質土、軟巖、封料、砂礫料、石料、天然反濾料、建筑物開挖料等。不同類型的填筑用料需采用不同的方法對不同的性能進行檢測，達標后方可使用。具體的檢測方法和檢測內容如下：

其一，針對黏性土及礫質土，可使用坑井探、洛陽鏟、手搖鉆等工具，在土層每間隔50～100m便提取一部分土樣，開挖深度達到1m。主要檢測內容包括天然含水率、土壤顆粒組成（如果是礫質土，則應檢測粒徑超過5mm的粗粒含量及其性質）、土層分布情況、開挖地的儲量（用以判斷該地區是否可用作填料土源）、覆蓋層厚度、可開采土層厚度、最大干密度、最優含水率、破碎率等。

其二，針對軟巖、風化料，可采用鉆探法或坑槽深度法，完成分層取樣以及混合取樣后，對巖層的變化情況、料場范圍、可利用的風化層的厚度、儲量、標準擊實功能下的級配、小于5mm的粒徑含量、滲透系數、最大干密度等等進行檢測。

其三，針對砂礫料，可采用坑探法，首先對取料地區完成方格網布點設置（取樣坑距同樣設置為50～100m），從不同坑點分別提取一定量的土樣。重點檢測的內容與黏性土、礫質土、軟巖等基本一致，區別之處在于，還應額外檢測抗剪強度、抗滲比降、與河水位變化的關系。

其四，針對石料，可采用鉆孔法、探洞法、探槽法，完成代表性試樣的選取后，開展物理力學性能測試，對巖性、斷層、節理、層理、強風化層厚度等進行檢測。

2.3 壩基處理施工

完成填料性能檢測及取料、運輸工作之后，可進行壩基處理施工。

其一，主要施工內容包括：①對地表雜物及其他影響填筑施工的物體、軟弱覆蓋層進行全面清理。②做好壩基坡段巖石及砂礫石壩基的修整作業。③針對壩基防滲體部位、岸坡巖石面等做好封閉、順坡處理作業。④采用明挖方式開挖截水槽。⑤做好基層排水及堤壩滲水處理工作。

其二，壩基處理施工期間的注意事項：①處理河床之前應首先設置圍堰。②防滲體部位的壩基以及岸坡處理的技術要求較高，需嚴格控制施工質量。③小型水庫工程土石壩施工現場的寬度一般較小且工程量集中、工序多。因此，多交叉施工不可避免，不同施工程序之間相互干擾的可能性較大。此外，施工過程容易受滲水、地表水的影響。綜合考慮上述多項因素后，應提前建設施工道路及排水系統。④在工期安排、施工機械設備數量設置等方面應預留充足的期限及備用設備，以應對氣候、地質情況突然變化導致的工程量增加情況。

其三，壩基處理施工程序。①在開挖時，應該遵循“自上而下、先岸坡后河床”的施工順序。如果在河床開闊程度較大、能夠有效避免上下施工干擾的區域，可同時開展河床臺地與岸坡開挖作業。②壩基處理施工程序應與導流方式相互協調。比如一次斷流法的施工時間應與導流洞施工時間大致相同。不僅如此，常水位以上的兩岸壩肩處理、截流后處理水位以下兩岸及河床基礎的作業同樣需要同時開展。如果采用分期導流法施工時，河床截流前首先應該完成一期基坑及兩岸地基處理作業，在截流后完成二期基坑地基處理作業。③壩基固結灌漿、帷幕灌漿施工的相關安排如下：首先，針對堤壩下未設置灌漿廊道的工程河床段，相關施工應在壩體填筑前完成。其次，在現場條件允許的情況下，還可以在心墻填筑作業達到一定高程時開展河床段灌漿施工。最后，岸坡灌漿作業還可與下部填筑同時進行，但必須防止影響防滲體填筑作業。④壩殼區基礎面的施工處理注意要素如下：首先，針對非巖石基面進行處理時，小型水庫周圍河床的覆蓋層應該按照要求開挖至合適基礎后，進行挖坑取樣等試驗。之后根據規范要求，使用振動碾等設備進行壓實作業，最終形成的便是壩基基礎。完成表面清理工作后，可根據設計要求，決定是否開展壓實作業。其次，巖基面處理。在清除植被及表面松散浮渣之后，可進行基礎填筑作業。若在施工現場發現體積較大的凹坑、軟坎、陡坡時，應按照設計要求進行混凝土或漿砌石的補填及消除作業。填筑堆石時，不同體積的堆石應該均勻分布各處，不得出現大塊料集中的情況。⑤壩體填筑施工期間的鋪料方法如下：主要分為卸料和平料共兩道工序。具體選擇鋪料方法時，應對壩面是否平整、鋪料層的均勻度進行充分考慮，不得出現某區域厚度過高的情況。此外，針對已經壓實的合格土料，在無特殊要求的情況下應保持現狀，不宜“過壓”，防止造成剪力破壞現象[4]。

3.結語

綜上所述，在小型水庫工程中應用土石壩填筑施工技術時，首先應該對施工現場的各項條件進行精細化勘測、評估。在此基礎上，圍繞施工現場附近的不同類型土料的特點進行檢測。有關施工程序、施工度汛、施工階段與分期等事項做好安排。總體而言，在小型水庫工程中嚴格執行一系列流程，可確保土石壩填筑施工技術得到有效應用，最終確保施工質量。