水利工程土石壩的工程施工技術(shù)

土石壩是目前世界壩工建設(shè)工程中應(yīng)用最為廣泛和發(fā)展最快的一種壩型。與其他壩型相比較，無論從經(jīng)濟(jì)方面還是從施工方面，土石壩具有絕對的優(yōu)勢，據(jù)不完全統(tǒng)計世界土石壩占大壩總數(shù)的82.9%，而在中國土石壩數(shù)量占到大壩總數(shù)的93%.

　　因土石壩的施工所用材料一般采用就地開采，同時在施工中充分利用各種開挖料，包括當(dāng)?shù)赝亮?、石料或混合料，土石壩的施工即是將這些材料經(jīng)過拋填、輾壓等方法堆筑成的擋水壩，故土石壩又稱作當(dāng)?shù)夭牧蠅?，對于壩體材料以土和砂礫為主時，稱土壩；以石渣、卵石、爆破石料為主時，稱堆石壩；當(dāng)兩類當(dāng)?shù)夭牧暇枷喈?dāng)比例時，稱土石混合壩。

　　土石壩按施工方法的不同，土石壩可分為：碾壓式土石壩、沖填式土石壩、水中填土壩和定向爆破堆石壩等。其中應(yīng)用最為廣泛的是碾壓式土石壩，其主要特點是對基礎(chǔ)要求低、適應(yīng)基礎(chǔ)變形強(qiáng)。

　　土石壩按壩高可分為：低壩、中壩和高壩。而高壩筑壩技術(shù)是近代才發(fā)展起來的。

　　碾壓式土石壩按照土料在壩身內(nèi)的配置和防滲體所用的材料種類，又可分為均質(zhì)壩、土質(zhì)心墻壩、土質(zhì)斜墻壩、多種土質(zhì)壩、人工材料心墻壩、人工材料面板壩等。

　　土石壩是歷史最為悠久的一種壩型。其優(yōu)點包括：就地取材，節(jié)省鋼材、水泥、木材等重要建筑材料，減少了建壩過程中的遠(yuǎn)途運輸；結(jié)構(gòu)簡單，便于維修和加高、擴(kuò)建；土石壩的壩身是土石散粒體結(jié)構(gòu)，有適應(yīng)變形的良好性能，因此對地基的要求低；施工技術(shù)簡單，工序少，便于組合機(jī)械快速施工。其缺點是壩身一般不能溢流，施工導(dǎo)流不如混凝土壩方便，粘性土料的填筑受氣候條件影響較大等。

　　土石壩建設(shè)最大的病害即是滲流。如何控制和預(yù)防滲流是土石壩工程建設(shè)中最主要的工作之一。

　　所謂滲流，即是指由于填筑土石壩的土料和壩基的砂礫是散粒體結(jié)構(gòu)，顆粒間存在大量的孔隙，因此具有一定的透水性。當(dāng)水庫蓄水后，在水壓力的作用下，水流必然會沿著壩身土料、壩基土體和壩端兩岸地基中的孔隙滲向下游，造成壩身、壩基和繞壩的滲漏。假如這種滲流是在設(shè)計控制之下，大壩任何部位的土體就不會產(chǎn)生滲透破壞，則為正常滲流，此時滲流量一般較小，水質(zhì)清澈透明，不含土壤顆粒，對壩體和壩基不致造成滲透破壞；反之對能引起土體滲透破壞，或滲流員過大且集中，水質(zhì)渾濁，透明度低，使壩體或壩基產(chǎn)生管涌，流土和接觸沖刷等滲透破壞，這種影響蓄水興利的滲流則為異常滲流。

　　根據(jù)我國早期的土石壩工程的資料統(tǒng)計，由滲流而引起的破壞事故率約占31.7%.其中大型水庫占11座，而對于中小型水庫而言，漫壩沖垮者最多，占51.5%，其次就是滲漏導(dǎo)致垮壩，占29.1%，由此可見滲漏造成的潰壩問題是相當(dāng)嚴(yán)重的。因此確保對壩體和壩基的滲流控制是保證土石壩安全的一項重要措施。

　　滲流控制的控制理論是在工程實踐中的發(fā)展和運用起來的，是實踐反饋的結(jié)果，其中滲流的基本原理、滲流場的分析方法、土體滲透穩(wěn)定性三大部分，是滲流控制理論的基礎(chǔ)。而滲流控制技術(shù)是滲流基礎(chǔ)理論的實施措施，它主要包括灌漿技術(shù)、反濾壩技術(shù)、土石壩壩坡滑動破壞加固技術(shù)、土石壩壩體灌注粘土漿加固技術(shù)、壩體和壩基的密度加固技術(shù)、土工合成材料加固技術(shù)以及防滲墻及其壩體壩基加固技術(shù)等。

　　總結(jié)起來產(chǎn)生異常滲流的原因有以下幾個方面：①壩體填土與排水體之間的反濾層設(shè)計不正確，層間系數(shù)過大，或施工時有錯斷混層現(xiàn)象，或填土不夠密實，過大的滲流使填土向排水體流失，都會造成反濾層破壞失效。反濾層在整個防滲體系中是尤為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，即使前面的防滲體裂縫或出現(xiàn)滲漏通道，只要反濾層工作正常，排水降壓，滲漏破壞就不會擴(kuò)大。②防滲體沒有直達(dá)基巖或底部連續(xù)可靠的粘土層，在開挖截水槽時，因施工困難，半途而廢，從而留下隱患。③土石壩兩岸岸坡產(chǎn)生臺階狀。應(yīng)該開搶成較平順的坡度，為減少開挖可以變坡，在上下兩坡度轉(zhuǎn)折處，兩坡角之差不應(yīng)大于15°～20°，若有平臺，則平臺處填土高度與平臺的兩端的填土高度，高差懸殊沉陷量突變，容易產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致滲透破壞。

　　如何組織科學(xué)有序的施工，提高工程質(zhì)量，控制滲流是整個過程成敗的關(guān)鍵。我認(rèn)為土石壩過程在施工中應(yīng)從以下幾個方面進(jìn)行控制：

　?、僮龊没A(chǔ)處理，必須萬無一失。很多大型土石壩，必須要滿足壩基承載力及基礎(chǔ)防滲的情況下，完成基礎(chǔ)處理的穩(wěn)固后，方可進(jìn)行填筑施工，特別是在深覆蓋層上修建工程，基礎(chǔ)處理工程量大、不可預(yù)見因素多，需要經(jīng)常采用防滲墻、振沖、帷幕灌漿、固結(jié)灌漿等對地基進(jìn)行綜合處理。

　?、谡莆债?dāng)?shù)氐刭|(zhì)、水文氣象資料，控制好施工工期的季節(jié)性 土石壩對水文氣象的因素極為敏感，在雨季，土料的含水量影響極大，直接制約著大壩填筑，施工強(qiáng)度將受到影響；冬季，土料上凍，如不采取積極措施，也無法進(jìn)行填筑，且冬雨季填筑施工，存在著高投入、低產(chǎn)出的窘境。對于度汛期的施工，應(yīng)編制具有針對性的施工方案。土石壩工程，一般不允許漫頂過流，故土石壩工程“施工高峰期”應(yīng)控制在工程實施截流后第一個汛前達(dá)到攔洪度汛斷面擋水這一階段，截流后均需加快施工進(jìn)度，以確保在汛前將壩體全斷面或度汛小斷面填筑至攔洪度汛高程。因此給壩體填筑的施工工期有限，在北方地區(qū)采用冬季施工時，當(dāng)月平均氣溫在0℃以下，有些地區(qū)河流結(jié)冰、土層凍結(jié)，對開挖工程、混凝土工程、灌漿工程以及填筑工程均有不利的影響，因此必須要提高月填筑強(qiáng)度，方能按安全渡汛的要求按期達(dá)到攔河高程。

　?、鄞_保工程所用料場開采土、石料的材料質(zhì)量 料場對土石壩的重要性不言而喻，卻也是最容易影響大壩順利填筑的軟肋。根據(jù)工程實踐，一般而言，料場的地質(zhì)勘探工作深度遠(yuǎn)不如壩址，特別是填筑量最大的堆石料，往往僅靠幾個探洞或地形勘查進(jìn)行地質(zhì)描述，進(jìn)場后，與招標(biāo)文件發(fā)生變化的可能性很大，無法形成大規(guī)模開采（或臺階開采）條件，直接影響大壩填筑級配是否得到保證。在防滲土料方面，含水量的高低也成為大壩能否快速填筑的關(guān)鍵，因此，完善而慎重地進(jìn)行料場復(fù)查及復(fù)勘工作顯得尤為重要，搞好料場復(fù)查和儲量計算，做到心中有數(shù)。

　　此外材料的碾壓試驗也是非常重要的一項工作。對土石壩而言，碾壓試驗是填筑前最為重要的技術(shù)參數(shù)論證工作，也是確定大壩能否順利填筑及確保大壩安全的重要環(huán)節(jié)。碾壓試驗工作的好壞，直接影響壩體的填筑。

　　碾壓試驗中還需對防滲土料的含水量進(jìn)行確定及調(diào)節(jié)，同時還應(yīng)確定好對堆石料灑水量。此外，為確保土石壩填筑質(zhì)量，土石壩工程的施工必須要求進(jìn)行試坑取樣，只有在填筑面碾壓合格并能過驗收后方可進(jìn)行上一層填筑。

　?、艽_定合理的壩面分區(qū)，是填筑工作施工的關(guān)鍵 由于土石壩體型較大，為壩面分區(qū)流水作業(yè)提供了必要的場面，土石壩工程一般在填筑工序上分為鋪料、攤鋪、灑水、壓實、質(zhì)檢等工作。在壩面分區(qū)流水作業(yè)中，防滲土料的施工應(yīng)根據(jù)填筑的需要，應(yīng)根據(jù)實際情況合理劃分填筑區(qū)域和進(jìn)行流水作業(yè)，以及采用的機(jī)械設(shè)備及填筑情況進(jìn)行調(diào)整。對采用平起填筑與臨時斷面填筑的土石壩工程，不可為一味減少臨時斷面填筑量而影響大型機(jī)械的正常施工，必須要確保填筑質(zhì)量。

　?、莞鶕?jù)工程實際情況確定并采用壩體壩基加固技術(shù)，主要指采用的土石壩壩體灌注粘土漿加固技術(shù)，包括灌漿設(shè)計、灌漿工藝采用等

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