水利水電工程土石壩施工技術(shù)研究

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【摘要】本文對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)土石壩施工技術(shù)進(jìn)行了分析，詳細(xì)論述了此技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，并對(duì)土石壩施工進(jìn)程中對(duì)工程質(zhì)量及工程進(jìn)度影響較大的料場(chǎng)選取與壩基處理開(kāi)展探討，旨在促進(jìn)我國(guó)土石壩施工不斷向科學(xué)化、嚴(yán)謹(jǐn)化方向發(fā)展，提升我國(guó)水利工程質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】水利水電工程；土石壩施工技術(shù)；料場(chǎng)選取

引言

土石壩施工具有工程技術(shù)簡(jiǎn)單、工期短、工程成本低等優(yōu)點(diǎn)，雖存在一定功能上的缺陷，但在我國(guó)水利工程中仍得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)土石壩施工技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，利于施工團(tuán)隊(duì)更加合理的選取施工方案，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1水利水電工程中的土石壩施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1.1施工成本較低

土石壩施工進(jìn)程中，施工原料主要在施工地采集而得，相較于混凝土施工節(jié)省了大量的原材料購(gòu)買(mǎi)成本。此外，由于就地采集原材料，避免了大型施工中原材料的運(yùn)輸而產(chǎn)生的巨大成本。是防水壩修建進(jìn)程中經(jīng)濟(jì)效益較高的技術(shù)方案[1]。

1.2工程技術(shù)簡(jiǎn)單

土石壩施工技術(shù)僅包含原料采集、壩基處理、石料拋填及固定等，施工中無(wú)精度或難度較高的步驟，且原料地的選取與采集方式的選擇均由施工設(shè)計(jì)人員控制。因此，在土石壩技術(shù)施工進(jìn)程中，相較于其他施工技術(shù)，施工單位不必雇傭大量的技術(shù)型人員，可節(jié)省工程建設(shè)的用人成本。

1.3施工時(shí)間較短

土石壩施工技術(shù)因其就地采集原料的特點(diǎn)，常無(wú)需大量的前期準(zhǔn)備工作。同時(shí)，施工技術(shù)決定了壩體中無(wú)法進(jìn)行復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在土石壩施工中，大型機(jī)械設(shè)備可以貫穿工程的始終，工程時(shí)間相較于混凝土等其它施工方案有明顯的優(yōu)勢(shì)。另外，由于設(shè)備擔(dān)當(dāng)施工的主力，施工人員的安全也能得到保障。

1.4改建過(guò)程較為便捷

從施工技術(shù)上進(jìn)行分析，土石壩為土料、石料等簡(jiǎn)單堆積而成，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，內(nèi)部受力均勻。后期因環(huán)境變化或者工程需求進(jìn)行擴(kuò)建時(shí)，僅需以現(xiàn)有結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)向上或者兩側(cè)繼續(xù)延伸，土石壩整體施工質(zhì)量依舊可以得到保證[2]。此外，如工程需要，對(duì)壩體進(jìn)行局部的破壞，其穩(wěn)定性也不會(huì)受到較大的影響。

2水利水電工程總土石壩施工技術(shù)的缺點(diǎn)

2.1壩體自重較大

如圖1所示，土石壩為傳統(tǒng)技術(shù)堆砌而成的壩體，其功能與壩體的體積有直接關(guān)聯(lián)，因此現(xiàn)階段水利工程中的土石壩均具有自重較大的特點(diǎn)。且土石壩施工進(jìn)程中往往不會(huì)對(duì)地基進(jìn)行深度處理，在施工結(jié)束后一段時(shí)間內(nèi)，土石壩會(huì)發(fā)生一定的沉降。

2.2無(wú)溢洪功能

受施工原料與施工技術(shù)簡(jiǎn)單的影響，土石壩結(jié)構(gòu)較為單一，常在溢洪功能上由較大的缺失，需在工程后期修建專(zhuān)業(yè)的溢洪通道確保其洪水?dāng)r截功能的完善性。

2.3工程受氣候影響較大

由于施工技術(shù)的簡(jiǎn)單，其常不具備排除外界干擾的能力。尤其在土石壩施工階段，其受氣候控制明顯，如南方梅雨時(shí)期常不會(huì)進(jìn)行土石壩施工，避免大量降水使原料的含水量過(guò)高而影響土石壩的穩(wěn)定性。在北方土壤封凍時(shí)期，土石壩施工也無(wú)法正常開(kāi)展：①土壤封凍使原材料采集較為困難；②冷凍的石料與土料均會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的體積變化，此時(shí)修建土石壩在氣候轉(zhuǎn)暖時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的滲水現(xiàn)象，壩體將無(wú)法正常發(fā)揮其效用，如圖1所示。

3水利水電工程中的土石壩施工技術(shù)應(yīng)用

3.1土石壩施工進(jìn)程中料場(chǎng)的分析

3.1.1料場(chǎng)的選擇土石壩施工進(jìn)程中，料場(chǎng)常設(shè)置在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的周邊。但距離并非料場(chǎng)位置選擇的唯一標(biāo)準(zhǔn)，要綜合考慮多方面因素進(jìn)行選取[3]。首先，原材料性質(zhì)的考量。土石壩建設(shè)雖然施工技術(shù)較為簡(jiǎn)單，但其依據(jù)不同的施工環(huán)境，會(huì)選取不同種類(lèi)的材料且建設(shè)性質(zhì)存在一定區(qū)別的土石壩。如在徑流較小，僅用于簡(jiǎn)單防水的壩體會(huì)選取土壤與沙粒進(jìn)行修建；而針對(duì)于有洪水暴發(fā)可能的區(qū)域，為保證壩體的穩(wěn)定性，常會(huì)在原材料中加入大量的石料。此外，因季節(jié)與氣候的不同，原材料使用也存在差異性。因此，在料場(chǎng)選取的進(jìn)程中，需要優(yōu)先對(duì)施工環(huán)境進(jìn)行分析，并制定完善的用料計(jì)劃。其次，料場(chǎng)空間選擇。料場(chǎng)空間選擇需要注重的因素較多，通常可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：①料場(chǎng)選擇進(jìn)程中要保證其對(duì)周邊已有建筑物無(wú)影響。一般處于建筑物輪廓線的300m之外，避免取土進(jìn)程中破壞建筑物原有的地基防水措施。此外，因材料開(kāi)掘進(jìn)程中，常采用爆破手段，若周邊存在居民區(qū)，需保證爆破對(duì)居民正常生活無(wú)影響。②料場(chǎng)選擇過(guò)程中，應(yīng)充分考慮原材料運(yùn)送的便捷性。除較為常規(guī)的距離控制外，料場(chǎng)要通常要具有比施工地點(diǎn)更大的高程，避免質(zhì)量較大的原材料運(yùn)輸時(shí)在陡坡出現(xiàn)運(yùn)輸困難，甚至出現(xiàn)后翻的現(xiàn)象，最大程度保證施工的安全。為保證施工效率，除主料場(chǎng)外，上下游及兩岸都需選取輔料場(chǎng)，確保不同施工段壩體同步上升，避免工程內(nèi)部相互干擾的情形出現(xiàn)。最后，料場(chǎng)的質(zhì)量與數(shù)量規(guī)劃。料場(chǎng)的質(zhì)量主要指原材料采集的難易程度，料場(chǎng)選取前，需要先進(jìn)行詳細(xì)的勘探，勘探內(nèi)容包括地質(zhì)成因、產(chǎn)狀、埋藏深度等，保證主料場(chǎng)原材料采集的便捷，并且原材料開(kāi)采進(jìn)程中不會(huì)造成大規(guī)模的地質(zhì)擾動(dòng)，保證施工效率與施工安全性。對(duì)原材料的物理性質(zhì)進(jìn)行分析，包括石料的成分、凝聚力，土壤材料的含水量、滲透系數(shù)等，保證原材料滿(mǎn)足工程質(zhì)量的要求。此外，要對(duì)主料場(chǎng)的儲(chǔ)藏量開(kāi)展分析。常規(guī)施工進(jìn)程中，為保證突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)能力，主料場(chǎng)的儲(chǔ)量應(yīng)在工程使用總量的兩倍以上。主料場(chǎng)選取進(jìn)程中還應(yīng)避免過(guò)早被壩體修建造成水位上升淹沒(méi)，保證其滿(mǎn)足施工全程的需求。

3.1.2料場(chǎng)的使用時(shí)間規(guī)劃土石壩施工進(jìn)程中常會(huì)準(zhǔn)備多個(gè)輔料場(chǎng)，為保證資源的最大使用效率與工程的順暢開(kāi)展，輔料場(chǎng)使用時(shí)間上也要有詳細(xì)的規(guī)劃，常見(jiàn)的規(guī)劃原則有：（1）優(yōu)先使用較易被淹沒(méi)區(qū)域的料場(chǎng)，避免料場(chǎng)在使用之前已經(jīng)被淹沒(méi)。從而導(dǎo)致最終原材料不足。（2）優(yōu)先使用上游的料場(chǎng)。土石壩施工進(jìn)程中對(duì)上游環(huán)境影響較大，避免上游料場(chǎng)在使用之前已經(jīng)遭受破壞。（3）優(yōu)先使用距離較遠(yuǎn)的料場(chǎng)。該措施主要為保證近距離料場(chǎng)儲(chǔ)備的豐富，在土石壩修建進(jìn)程中，越到后期，施工強(qiáng)度越大，此時(shí)近距離料場(chǎng)充足的儲(chǔ)備與及時(shí)供料就成了工程順利實(shí)施的保障，尤其在大壩合龍階段，必須保證原材料的充足供給。（4）合理季節(jié)性調(diào)配。當(dāng)壩體修建部分時(shí)間處于雨季時(shí)要預(yù)備充足的干料，即優(yōu)先使用含水量較高的料場(chǎng)，確保土石壩施工的質(zhì)量。

3.2土石施工進(jìn)程中壩基處理

土石壩施工進(jìn)程中，壩基的處理較為簡(jiǎn)單，更多的集中于表層土壤挖掘。由于水利工程中壩基常位于河岸，其上通常含有較多的雜草、樹(shù)根、亂石、水井等，表面土壤有機(jī)質(zhì)較為豐富，甚至部分地區(qū)存在大量地下土壤表層排水通道，如不進(jìn)行深入挖掘，土石壩在修建完成后難以具備較高的防水性質(zhì)與穩(wěn)定性，工程質(zhì)量無(wú)法得到保證。壩基處理進(jìn)程宏通常要注重以下幾點(diǎn)：

3.2.1挖掘順序壩基處理進(jìn)程中，通常以自上而下的順序進(jìn)行挖掘。這種挖掘順序原因有：①施工進(jìn)程中不會(huì)造成土壤的塌方，最大程度上保證施工人員的安全；②若從下部開(kāi)始挖掘，將會(huì)產(chǎn)生施工進(jìn)程內(nèi)部干擾，上部土壤將會(huì)不斷對(duì)已挖掘區(qū)域進(jìn)行掩埋，下部挖掘效果得不到保證，同時(shí)，上部土壤自由陷落不利于后期岸坡的修理。

3.2.2岸坡處理（1）岸坡處理進(jìn)程中要保證足夠的深度，即挖掘進(jìn)程中需要看到不透水層為止。避免壩體防滲體搭建深度過(guò)淺，在其下端留下滲水通道，使土石壩的防水效果無(wú)法得到保障。（2）岸坡的坡度控制。岸坡坡度是壩體與防滲體結(jié)合緊密性的重要保障，對(duì)于土石壩修建的工程質(zhì)量有重大意義。坡度的控制與土壤的性質(zhì)關(guān)聯(lián)性較大，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行針對(duì)處理。若岸坡為巖石，其坡度需控制在1：0.75以下，且?guī)r石無(wú)法與防滲體進(jìn)行有效結(jié)合，需要在連接處充填粘土漿液，保證土石壩施工質(zhì)量；若岸坡土壤為粘土，其坡度應(yīng)控制在1：1.5以下，并要對(duì)岸坡進(jìn)行休整，保證其表面的平整；若岸坡為非粘土壤，其坡度需要依據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r確定，基本原則為不能高于當(dāng)?shù)赝寥里柡蜖顟B(tài)最大穩(wěn)定坡度。

3.3壩基處理

覆蓋層比較淺的，一般開(kāi)挖成截水槽，并回填與壩體的防滲體相同的土料；覆蓋層比較深的，一般用灌漿法法處理。對(duì)于斷層、破碎帶、節(jié)理裂隙、泉眼等特殊問(wèn)題，要采取具有較強(qiáng)針對(duì)性的方法進(jìn)行修復(fù)，最大程度上保證壩基的穩(wěn)定性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工程整體質(zhì)量的保障。

4結(jié)論

土石壩在我國(guó)水利工程中應(yīng)用較為廣泛，占據(jù)我國(guó)壩體修建的80%以上。為保證我國(guó)水利工程整體的修建質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員與施工人員需依據(jù)施工環(huán)境的不同進(jìn)行針對(duì)性的材料選擇與施工方案設(shè)計(jì)，確保土石壩正確地發(fā)揮其防洪、防滲的作用，促進(jìn)我國(guó)水利工程不斷進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

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作者：樸吉星 單位：中國(guó)水利水電第七工程局有限公司試驗(yàn)檢測(cè)研究院