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(duì)的優(yōu)勢(shì)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)世界土石壩占大壩總數(shù)的82.9%，而在中國(guó)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(shí)在施工中充分利用各種開挖料，包括當(dāng)?shù)赝亮稀⑹匣蚧旌狭?，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?，?duì)于壩體材料以土和砂礫為主時(shí)，稱土壩；以石渣、卵石、爆破石料為主時(shí)，稱堆石壩；當(dāng)兩類當(dāng)?shù)夭牧暇枷喈?dāng)比例時(shí)，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(diǎn)是對(duì)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(diǎn)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(yùn)輸；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)地基的要求低；施工技術(shù)簡(jiǎn)單，工序少，便于組合機(jī)械快速施工。其缺點(diǎn)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(kù)蓄水后，在水壓力的作用下，水流必然會(huì)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(jì)控制之下，大壩任何部位的土體就不會(huì)產(chǎn)生滲透破壞，則為正常滲流，此時(shí)滲流量一般較小，水質(zhì)清澈透明，不含土壤顆粒，對(duì)壩體和壩基不致造成滲透破壞；反之對(duì)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(guó)早期的土石壩工程的資料統(tǒng)計(jì)，由滲流而引起的破壞事故率約占31.7%.其中大型水庫(kù)占11座，而對(duì)于中小型水庫(kù)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(duì)壩體和壩基的滲流控制是保證土石壩安全的一項(xiàng)重要措施。

　　滲流控制的控制理論是在工程實(shí)踐中的發(fā)展和運(yùn)用起來的，是實(shí)踐反饋的結(jié)果，其中滲流的基本原理、滲流場(chǎng)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(shí)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(dòng)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(gè)方面：①壩體填土與排水體之間的反濾層設(shè)計(jì)不正確，層間系數(shù)過大，或施工時(shí)有錯(cuò)斷混層現(xiàn)象，或填土不夠密實(shí)，過大的滲流使填土向排水體流失，都會(huì)造成反濾層破壞失效。反濾層在整個(gè)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(huì)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(shí)，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(tái)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(tái)，則平臺(tái)處填土高度與平臺(tái)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(gè)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(gè)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(duì)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(duì)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(duì)于度汛期的施工，應(yīng)編制具有針對(duì)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(shí)施截流后第一個(gè)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(shí)，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(duì)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。

　　③確保工程所用料場(chǎng)開采土、石料的材料質(zhì)量 料場(chǎng)對(duì)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(shí)踐，一般而言，料場(chǎng)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(gè)探洞或地形勘查進(jìn)行地質(zhì)描述，進(jìn)場(chǎng)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(tái)階開采）條件，直接影響大壩填筑級(jí)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(chǎng)復(fù)查及復(fù)勘工作顯得尤為重要，搞好料場(chǎng)復(fù)查和儲(chǔ)量計(jì)算，做到心中有數(shù)。

　　此外材料的碾壓試驗(yàn)也是非常重要的一項(xiàng)工作。對(duì)土石壩而言，碾壓試驗(yàn)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(yàn)工作的好壞，直接影響壩體的填筑。

　　碾壓試驗(yàn)中還需對(duì)防滲土料的含水量進(jìn)行確定及調(diào)節(jié)，同時(shí)還應(yīng)確定好對(duì)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(yàn)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(chǎng)面，土石壩工程一般在填筑工序上分為鋪料、攤鋪、灑水、壓實(shí)、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(shí)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(duì)采用平起填筑與臨時(shí)斷面填筑的土石壩工程，不可為一味減少臨時(shí)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。

　　⑤根據(jù)工程實(shí)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(jì)、灌漿工藝采用等

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