水利水电工程中土石坝施工技术探讨

摘要：土石坝被广泛的应用到国内外的水坝建设中，中低坝与兴建的高土石坝都越来越多的运用土石坝施工工艺。本文介绍了土石坝的优点和缺点，分析了土石坝施工技术。

关键词：水利水电土石坝优缺点技术

随着大型高效机具的采用，坝体防渗结构和材料的改进，施工人数的大量减少，施工工期的进一步缩短以及施工费用的显著降低等，土石坝的发展前景极为广阔。土石坝不仅在当今国内外中低坝广泛采用，而且兴建的高土石坝也越来越多。混凝土面板堆石坝的经济性和快速施工，已成为坝工建设中具有很强竞争力的一种新坝性，更是使土石坝“锦上添花”。土石坝的多重优越性以使其在当今的水利水电项目中站稳了脚跟，已被社会所公认。

一、土石坝的优点和缺点

1、优点

（1）就地取材,节省钢材水泥木材等重要建筑材料,从而减少了建坝过程中的远途运输。

（2）结构简单,便于维修和加高扩建。

（3）坝身是土石散粒体结构,有适应变形的良好性能,因此对地基的要求低。

（4）施工技术简单,工序少,便于组合机械快速施工。

2、缺点

（1）坝顶不能溢洪,一般要另设溢洪道(洞)。

（2）施工导流不如砼坝或浆砌石方便。

（3）粘性土料的填筑受气候影响较大。

（4）沉陷和不均匀沉陷大。

二、土石坝施工技术分析

1、土石坝筑坝材料

在选坝阶段应从空间与时间、质与量等方面进行全面规划。料场土料的储量一般要求是设计工程量的1.5～2.0 倍，并要求提供备用料场。粘性土料采用钻探或坑探取样。砾类土用坑探取样，布孔间距50～100m。防渗料的勘探要仔细按深度查明天然含水量。堆石料的勘探可以采用钻探及洞探。

（1）防渗料

防渗的土料最基本的要求，一是防渗性：渗透系数不大于l×10-5cm/s 时，一般即可满足要求。二是施工性，土料的天然含水量在最优含水量附近，无影响压实的超径材料，压实后的坝面有较高的承载力。

（2）坝壳料

工程实践中，堆石、砂砾石及风化料等均可作为坝壳料。

堆石：按其型式可分为抛填、分层碾压、手工干砌石、机械干砌石等。

砂砾石：碾压砂砾石压缩性低，抗剪强度高，但易冲蚀、易管涌。

风化料：属于抗压强度小于30mpa 的软岩类，往往存在湿陷问题。

（3）反滤料和过渡料

反滤料一般要满足坚固度要求，应尽量避免用纯砂做反滤料。

2、土石料的开采与加工

料场开采前的准备工作：划定料场范围；分期分区清理覆盖层；设置排水系统；修建施工道路；修建辅助设施。

（1）土料的开采

土料开采一般有立采和平采两种。立面开采方法适用于土层较厚，天然含水量接近填筑含水量，土料层次较多，各层土质差异较大时。平面开采方法适用于土层较薄，土料层次少且相对均质、天然含水量偏高需翻晒减水的情况下，宜采用。规划中应将料场划分成数区，进行流水作业。

（2）土料加工

调整土料含水量，降低土料含水量的方法有挖装运卸中的自然蒸发、翻晒、掺料、烘烤等方法。提高土料含水量的方法有在料场加水，料堆加水，在开挖、装料、运输过程中加水。掺合、超径料处理，一般掺合办法有：①水平互层铺料———立面(斜面)开采掺合法；②土料场水平单层铺放掺料———立面开采掺合法；③在填筑面堆放掺合法；④漏斗———带式输送机掺合法。第①、④种方法采用较多。

砾质土中超径石含量不多时，常用装耙的堆土机先在料场中初步清除，然后在坝体填筑面上进行填筑平整时再作进一步清除；当超径石的含量较多时，可用料斗加设蓖条筛（格筛）或其他简单筛分装置加以筛除，还可采用从高坡下料，造成粗细分离的方法清除粗粒径。粗粒径较大的过渡料宜直接采用控制爆破技术开采，对于较细的、质量要求高的反滤料，垫层料则可用破碎、筛分、掺和工艺加工。

（3）砂砾石料和堆石料开采

砂砾石料开采主要有陆上开采：一般挖运设备即可。水下开采：采用采砂船和索铲开采。当水下开采砂砾石料含水量高时，需加以堆放排水；还有块石料开采：结合建筑物开挖或由石料场开采，开采的布置要形成多工作面流水作业方式。开采方法一般采用深孔梯段爆破，特定目的使用洞室爆破。

（4）超径处理

超径块石料的处理方法主要有浅孔爆破法和机械破碎法两种。浅孔爆破法是指采用手持式风动凿岩机对超径石进行钻孔爆破。机械破碎法是指采用风动和振冲破石、锤破碎超径块石，也可利用吊车起吊重锤，利用重锤自由下落破碎超径块石。

3、土石料开挖运输方案

坝料的开挖与运输，是保证上坝强度的重要环节之一。开挖运输方案主要根据坝体结构布置特点、坝料性质、填筑强度、料场特性、运距远近、可供选择的机械设备型号等多种因素，综合分析比较确定。土石坝施工设备的选型对坝的施工进度、施工质量以及经济效益产生重大影响。

（1）设备选型的基本原则

第一、所选机械的技术性能能适应工作的要求、施工对象的性质和施工场地特征，保证施工质量，能充分发挥机械效率，生产能力满足整个施工过程的要求。

第二、所选施工机械应技术先进、生产效率高，操作灵活、机动性好，安全可靠，结构简单，易于检修保养。

第三、类型比较单一，通用性好。

第四、工艺流程中各供需所用机械应成龙配套，各类设备应能充分发挥效率，特别应注意充分发挥主导机械的效率。

第五、设备购置费和运行费用较低，易于获得零、配件，便于维修、保养、管理和调度，经济效果好。对于关键的、数量少且不能替代的设备，应使用新购置的，以保证施工质量，避免在一条龙生产中卡壳影响进度。

（2）土石坝施工中开挖运输方案主要有以下几种

第一、正向铲开挖，自卸汽车运输上坝正向铲开挖、装载，自卸汽车运输直接上坝，通常运距小于10km。自卸汽车可运各种坝料，运输能力高，设备通用，能直接铺料，机动灵活，转弯半径小，爬坡能力较强，管理方便，设备易于获得。在施工布置上，正向铲一般都采用立面开挖，汽车运输道路可布置成循环路线，装料时停在挖掘机一侧的同一平面上，即汽车鱼贯式地装料与行驶。

第二、正向铲开挖、胶带机运输国内外水利水电工程施工中，广泛采用了胶带机运输土、砂石料。胶带机的爬坡能力大，架设简易，运输费用较低，比自卸汽车可降低运输费用1/3～1/2，运输能力也较高。胶带机合理运距小于10km，可直接从料场运输上坝；也可与自卸汽车配合，作长距离运输，在坝前经漏斗由汽车转运上坝；与有轨机车配合，用胶带机转运上坝作短距离运输。

第三、斗轮式挖掘机开挖，胶带机运输，转自卸汽车上坝对于填筑方量大、上坝强度高的土石坝，若料场储量大而集中，可采用斗轮式挖掘机开挖，其生产率高，具有连续挖掘、装料的特点。斗轮式挖掘机将料转入移动式胶带机，其后接长距离的固定式胶带机至坝面或坝面附近经自卸汽车运至填筑面。这种布置方案，可使挖、装、运连续进行，简化了施工工艺，提高了机械化水平和生产率。

第四、采砂船开挖，有轨机车运输，转胶带机（或自卸汽车）上坝有轨机车具有机械结构简单、修配容易的优点。当料场集中，运输量大，运距较远（大于10km）时，可用有轨机车进行水平运输。有轨机车运输的临建工程量大，设备投资较高，对线路坡度、转弯半径等的要求也较高。有轨机车不能直接上坝，在坝脚经卸料装置至胶带机或自卸汽车转运上坝。坝料的开挖运输方案很多，但无论采用何种方案，都应结合工程施工的具体条件，提高机械利用率；减少坝料的转运次数；各种坝料铺筑方法及设备应尽量一致，减少辅助设施；充分利用地形条件，统筹规划和布置。

4、坝体填筑与压实

当基础开挖和基础处理基本完成后，就可进行坝体的铺筑、压实施工。

（1）土石坝坝面作业施工组织规划

土石坝坝面作业施工程序包括铺料、平仓、洒水、压实、质检等工作。坝面作业，工作面狭窄，工种多，工序多，机械设备多，施工时需有妥善的施工组织规划。为避免坝面施工中的干扰，延误施工进度，土石坝坝面作业宜采用流水作业施工。流水作业施工组织应先按施工工序数目对坝面分段，然后组织相应专业施工队依次进入各工段施工。对同一工段而言，各专业队按工序依次连续施工；对各专业施工队而言，依次不停地在各工段完成固定的专业作业。

（2）流水作业施工的优点

其结果是实现了施工专业化，有利于工人劳动熟练程度的提高，从而有利于提高劳动效率和工程施工质量。同时，各工段都有专业队施工固定的施工机具，从而保证施工过程人、机、地三不闲，避免施工干扰，有利于坝面作业多、快、好、省、安全地进行。

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