水利工程土石壩施工技術要點及質量控制措施

高云

（保定市王快水庫事務中心，河北 保定 073100）

1 工程概況

某水庫設計總庫容為190.2 萬m3，其中興利庫容125.1 萬m3，調洪庫容41.6 萬m3，死庫容23.6 萬m3。工程等別為Ⅳ等，工程規模小（1）型，按30a 一遇洪水（P=3.3%）設計，300a 一遇洪水（P=0.33%）設計校核；下游消能防沖建筑物按20a 一遇洪水（P=5%）設計。工程主要建筑物由壤土心墻砂卵礫石壩、引水放空建筑物、溢洪道、供水建筑物等組成。壩頂高程2851.50m，校核洪水位2848.89m，設計洪水位2847.94m，正常蓄水位2846.54m，死水位2834.96m。大壩采用壤土心墻砂卵礫石壩，壩頂長272.92m，寬度6.0m，最大壩高36.26m。

2 土石壩施工技術特點

土石壩以砂、石渣、卵石、爆破石料為壩體主要原料，以黏性土為防滲體主要材料。土石壩高度在30m 以下為低壩、30～70m 為中壩、超過70m 時為高壩。土石壩按施工方式可劃分為碾壓式、充填式、定向爆破。由于土石壩是將級配良好的粗集料按一定順序進行回填、碾壓形成穩固的受力結構，并配以黏土防滲體布置，所以適用地形條件廣泛、壩體防滲性能良好，可有效的保障工程建設質量，由于建設材料多為就地取材，能較大程度節約建設成本，因此在國內被普遍應用。修建土石壩時，施工單位把控的關鍵技術如下：針對不同土石料類型，從壓實機械、壓實參數、填筑標準、施工流程及碾壓次數等方面進行嚴格控制，從而實現高質高效施工。因此，施工單位在遵循土石材料就近選取的原則下，應對材料的類型、主要特征進行細致分析，尤其是原材料來源為天然物料，物理性質、水分含量難以控制時，應輔以試驗驗證，從而選定最恰當的施工工藝[1]。

3 水利工程建設中土石壩施工質量控制要點

土石壩是一種常見的水利工程，其建造需要高質量施工，才能確保其安全性和持久性。施工質量控制是土石壩工程中不可或缺的一環，其要點包括施工管理、夯實質量控制和分區調配。首先，施工管理是土石壩工程中最基本的質量控制要點。施工管理要有科學規范的施工方案，優化工序，控制質量、安全、成本和進度，及時上報和處理違規情況。只有這樣，才能確保土石壩工程的施工質量和進度。其次，夯實質量控制是土石壩工程中最關鍵的質量控制要點。夯實質量控制要嚴格，保證地基與土石壩壩體體量建設目標相適應，防滲能力達到預期目標，可采用帷幕灌漿、固結灌漿等方式提升承載能力。只有這樣，才能確保土石壩壩體的夯實質量和抗滲能力。最后，分區調配是土石壩工程中最細致的質量控制要點。分區調配要合理，根據土石壩壩體結構施工工序進行調節和優化，確保整個土石壩壩體工程的建造質量。只有這樣，才能確保土石壩工程的整體質量和穩定性[2]。

4 土石壩施工技術要點

4.1 從空間角度規劃原料場的存放布置

原料場的規劃，空間上應考充分考慮原料場材料存放布置及選址。該工程施工時結合壤土填筑量共選定2 個土料場，其中1#土料場位于下河東村下雨嶺溝溝口左岸山包，距工程區平均運距6km；2#土料場位于上河東村楊樹溝溝口左岸山包，距工程區平均運距7km。1#料場長度約100m，寬約80m，料層為沖洪積粉質壤土，結構稍密，天然密度均值1.42g/cm3，干密度均值1.32g/cm3，天然含水率均值7.6%，塑性指數均值12.13，黏粒含量均值22.43%。擊實后最大干密度均值1.74g/cm3，最優含水率均值16.37%，擊實后滲透系數6.3×10-7～5.0×10-6cm/s，飽和抗剪強度均值為C=35.1kPa，φ=22.9°，易溶鹽含量0.56～0.7g/kg。該料場最大開采厚度約12m，有用儲量約8.97 萬m3。2# 料場長度約160m，寬約120m，料層為沖洪積粉質壤土，天然密度均值1.45g/cm3，干密度均值1.32g/cm3，天然含水率均值10.2%，塑性指數均值11.97，黏粒含量均值24.0%。擊實后最大干密度均值1.75g/cm3，最優含水率均值16.37%，擊實后滲透系數為3.4×10-7～5.0×10-6cm/s，飽和抗剪強度均值C=29.3kPa，φ=21.9°，易溶鹽含量0.8～2.8g/kg。該料場平均可開采厚度5m，有用儲量約12.09 萬m3。

4.2 土石料加工技術

在正式施工之前，采用土、石處理工藝，對所挖掘出的土、石進行一系列的處理。

（1）進行土、石材料的篩選，將其中的腐殖土、淤泥質土等雜物過濾掉，然后將土、石材料通過篩分后再進行粗、細分級，采用環形振蕩裝置，按工程要求設置篩網的層數和孔徑；將土、石塊由頂到底，通過多層篩，將其分成大小不一的粒度，并除去其中夾有的大塊巖石。圖1 為機械鋪料。

圖1 機械鋪料

（2）對土石材料的水分含量進行測試，對超量水分含量的土石材料，采用翻曬、干燥和灑水保濕的方法，使其水分含量變化不超過容許值。

（3）從土、石材料的挖掘和處理的觀點出發，可以采用地面挖掘或者海底挖掘的方法，例如采用洞穴爆炸技術，將土層中的土石材料挖掘出來，以實現對土、石材料的挖掘；利用爆炸沖擊波將土石粉碎為合適尺寸的顆粒，從而簡化了對土石材料的破壞篩選過程，并提升了提取處理的效率。心墻土料灑水如圖2 所示。

圖2 心墻土料灑水

4.3 土石料的開挖和運輸

在土石壩工程建設中，土石壩結構和布置方式不盡相同，因此需要進行對比分析不同開挖運輸方案的優缺點和經濟性，以便選擇最佳方案。常見的土石料開挖運輸方案有正向鏟開挖后自卸汽車運輸、膠帶運輸、斗輪式挖掘機+膠帶機+自卸汽車運輸、采砂船+有軌機車+膠帶機運輸等。在方案比選時，需要結合實際條件，提高機械使用效率，減少轉用次數，利用地形條件，提升施工效率。通過對案例工程特性的結合分析，我們選擇了第二種土石料開挖運輸方案，取得了顯著的效果。該方案具有以下優點：首先，采用斗輪式挖掘機和膠帶機的組合，挖掘效率高，節省了人力和物力資源。其次，采用自卸汽車運輸，運輸時間短，效率高。再次，該方案特別適用于地勢較陡峭的區域，可以充分利用地形條件，提升施工效率。最后，該方案的總成本相對較低，經濟性較高[3]。

4.4 壩基處理

壩基是保證土石壩體穩定的先決條件。土石壩特別是超高土石壩由于其自重較大，極易產生基底不均勻沉降，進而引發壩體較大變形，產生裂縫、防滲體系破損、滲漏量較大等問題。現有監測資料表明，高土石壩的壩體變形與設計階段的預測值相比經常偏大，且穩定時間偏長，一些高土石壩在經過10 年擋水運行后，變形量值變化尚未穩定，因此嚴格把控壩基施工工藝、提升基底承載力、保證壩體穩定性是土石壩施工的第一要務。壩基施工可結合堤岸治理技術，清除壩基壩腳位置樹根草莖、地表植被、建筑垃圾，水塘、洼地等特殊區域需采用機械清掃，壩基填土應采用薄層輕碾方法，如壩基為黏性土應遵循先調節基層含水量至上限范圍→壓實→刨毛→鋪土→再壓實的施工順序，如壩基為巖石應先整平封閉巖石表面節理裂隙，適度灑水后方可鋪土壓實。施工過程中，要對壩基和邊坡結構進行監測，對有滑坡風險的邊坡采取壓重、減載等御險措施。土石壩填筑中，陡坡面宜分段噴錨護面，緩坡面宜覆蓋土工織物，結合“超寬填滿寬壓”施工，以防填壓中由于施工干擾導致邊坡崩塌。隨時對壩基局部破壞和超挖欠填部分進行返工處理，回填宜用低等級的混凝土或石渣作填料，對修復面進行壓實、平整。嚴重漏漿段、地下溶洞段宜采用大口徑護壁管防塌堵漏灌漿新技術，用鉆機配合護筒鉆至漏失地層嚴密灌漿，有效固結地基，提升地基承載力。

4.5 填筑施工技術

該工程大壩主體反濾料填筑工程量為71709m3、壤土心墻填筑工程量為68849m3、高塑性黏土心墻2372m3、壩殼砂礫石夯填工程量為321705m3。大壩土石方填筑施工工藝流程如圖3 所示。

圖3 大壩土石方填筑施工工藝流程

4.6 流水作業施工

在填筑工程施工時，需要進行鋪料、鋪料、攤鋪、灑水、壓實以及質檢等施工流程，在對土石壩的壩面進行施工作業的過程中，選擇流水作業的施工方法，壩面填筑流水作業工序設置如表1 所示，盡量避免各施工環節受到不必要的干擾，影響施工進度及施工質量。工作面的劃分及流水作業方向視上壩道路頂點與壩面連接的位置不同應有所變化，壩面作業的施工程序為卸料、鋪料、平料、灑水、碾壓、質量檢查、清理壩面、接縫處理、壩面混凝土施工、后壩坡預制框格鋪設等。為保證上、下層結合良好，在整個壩體填筑施工過程中，鋪料前壩面均應灑水、刨毛。作業面之間應采用斜坡搭接，接縫處應重點碾壓，碾壓是工序中重要的一環，直接影響填料的干容重，是壩體穩定和變形能否達到設計要求的關鍵[4]。

表1 壩面填筑流水作業工序設置

4.7 土石壩壓實施工

壓實特性對于土石壩等工程的施工質量和性能具有重要影響。土料的壓實特性是由其基本特性決定的，包括顆粒分布情況、含水量等。不同種類和結構的土料具有不同的壓實特性，黏性土料的壓實效果較差，而非黏性土料則較好。在施工中，過度壓實會導致施工費用的提高，同時也會形成剪力破壞，難以達到理想的技術經濟效果。因此，需要根據土料的特性和實際需要，選擇適當的壓實方法和參數，以達到最佳的施工效果。土料的壓實效果越好，土石壩的物理力學性能指標越高，施工質量也越好。在施工過程中，需要通過嚴格的質量控制和檢測，確保土石壩的壓實效果符合設計要求，從而保障工程的安全和穩定性。土料的壓實特性對于土石壩等工程的施工質量和性能具有重要影響。在施工過程中，需要根據實際需要選擇適當的壓實方法和參數，并通過嚴格的質量控制和檢測，確保土石壩的壓實效果符合設計要求，從而保障工程的安全和穩定性[5]。平碾壓實如圖4 所示。

圖4 平碾壓實

5 結語

綜上，土石壩在水利工程建設中占有重要地位，傳統土石壩施工技術雖然較為成熟，但伴隨土石壩建設規模的不斷加大，對土石壩施工的安全性、穩定性、抵抗變形能力提出新的要求。為了不斷完善發展土石壩施工技術，推動新時期水利工程建設健康快速發展，應突破現有規范要求，不斷深入研究土石壩施工技術，逐步摸索出方便可靠的新方法，保障土石壩更有效地發揮工程效益。