水利工程土石坝施工技术及趋势

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1引言

水利工程中土石坝是利用当地土石料经过抛填、碾压后堆筑而成的挡水坝。对于主要使用土、砂砾石按照一定比例制作而成的坝体，称为堆石坝；当土、砂砾石材料比例相当的时候，称为土石混合坝。对于土石坝来说，优势在于能够就近获取建设材料，其对于施工区域的水文、地质条件要求较低，整体结构不复杂，现场施工较为简便，而且各类大型机械设备的应用，以及坝体防渗技术工艺的改善，能够实现现场施工人员成本的降低及工期的缩短，从而显著降低施工成本。

2水利工程土石坝的施工技术

2.1土石坝的优势与缺陷。2.1.1优势。土石坝在水利工程中的应用范围广泛、历史悠久，施工材料多是就地取材。它充分利用各种土石方，节约了木材、钢材、水泥等材料，同时，避免了长途运输造成的成本消耗；土石坝具有施工工序少、技术简单、机械化施工范围大、整体工程施工周期短、结构简单、后期维保、加固、扩建施工较为便利、适应能力较强的优势。2.1.2缺陷土石坝需要。另设专用溢洪道；采用黏性土料堆填形成的坝体容易受到温度、水分等因素的影响，不少都存在沉陷或者不均匀沉陷问题；现场施工过程中施工导流不够方便；并在土石坝工程建设期间需要考虑预防和控制坝体的渗流问题[1]。2.2土石坝施工技术。2.2.1料场的规划布置。水利工程土石坝施工期间需要根据坝体建设质量、工期、成本等方面的要求对料场进行合理规划，避免土石坝施工对周边生态及社会环境产生不利影响。考虑空间、时间等多种因素对施工料场进行科学规划布置。对于料场规划中的空间因素来说，需要恰当选择料场位置、高程，并对其内部空间进行合理布置；对于时间因素来说，要考虑土石坝现场施工强度及后续施工变化情况。在土石坝料场选址前要对实际水文地质条件、物理参数、力学性能进行掌握，现场布置要能满足施工储量、坝体需求，在施工过程中要确保材料能够物尽其用，利用好现场建筑基础开挖过程中产生的渣料。2.2.2土石料的加工方式。土料加工需要先清除表层不合格的土壤，然后才能将其填筑到坝体当中。但是，要注意的是黏土颗粒小，具有良好的亲水性能，在土料加工、使用过程中需要考虑水分对现场工程建设的不利影响。在对土石坝进行填筑压实时，要合理控制土料的最优含水率。因此，应合理控制土料含水率，采取有效措施控制水分占比，确保填筑压实过程中含水率处于最优范围。对于土料含水率可以通过蒸发、翻晒、烘烤、掺料等方式进行处理，降低土料中的含水率，或采用加水的方式提高其含水率。对于含超径石较少的土料，多使用装耙的堆土机清除掉超径石，在实际的坝体施工过程中再进行深化清理；若超径石含量较多，可以使用料斗加蓖条筛等方式进行筛除，或采用高坡下料的方式，强迫粗细分离进而清除超径石。对于过渡料，可以采取爆破技术在现场进行开采；对于反滤料、垫层料，可以在现场通过破碎、筛分、掺和等工艺进行加工[2]。砂砾石料根据开采位置的差异分为陆地和水下开采2种情况，对于块石料，可以在石料场进行开采，对于需要现场开采的材料，可以通过流水作业的形式进行处理。开采过程中使用深孔梯段爆破、洞室爆破的方式，若需要使用超径块石料，可以采用浅孔爆破或机械破碎的方式进行获取。2.2.3土石料的运输。从料场土石料的开挖开始，就使用配套的机械设备，然后将土石料运输至施工现场进行坝面平料、压实，形成一套完整的机械化施工工艺。特别是在各种大中型土石坝工程建设当中，综合性的机械化施工能够大大提升土石坝现场施工工艺水平，并提升现场工程建设效率。土石料的开挖、运输常见的是正向铲开挖，然后使用自卸车、胶带机将其运输上坝，或者使用斗轮式挖掘机开挖，使用胶带机转运，自卸车上坝，或者使用采砂船开挖，有轨机车经胶带机转运上坝。在进行土石料的运输方式选择的过程中，要充分结合现场工程条件、设备条件，尽量减少土石料转运次数，为现场坝体铺筑施工提供持续、稳定的材料来源，同时，减少设备种类及辅助设施，通过科学的规划布局统筹各个工种、工序的现场施工。2.2.4填筑施工。土石坝面施工需要经过铺料、摊铺、洒水、压实、检验等多道工序，但是坝面作业面较窄，存在大量工种、工序、设备交叉施工的情况，会对工程建设周期产生不利影响，因此，在填筑施工前要制定完善的施工组织计划，一般可以采用流水线施工，避免由于坝面作业狭窄问题而造成的施工干扰，从而保证现场施工效率和进度，现场施工时将坝面进行分段，按照施工工序要求采用流水作业方式安排专业人员进入现场施工。一般情况下，可以采用平起填筑施工的方式进行处理，以便减少接缝、接坡等工序。现场施工时要将堆石填筑面逐步扩大，为设备、材料进场提供便利，在运输过程中要尽量避免穿越防渗料区，减少料界偏差与相邻料平起填筑时跨缝碾压施工的情况，以便达到平衡现场施工强度的目的[3]。土石坝施工可以通过分层强夯的方式进行填筑，将各层土石填筑厚度控制在一定范围之内，然后使用夯击方式进行预压，提升土石料整体性和密度，减少土石料的形变量；若采用分层铺筑方式，可以进行分层夯实处理，直到达到坝体设计高度要求。通过控制土石填筑厚度、夯击能量，控制坝体整体密度、强度、模量等参数，在确保合理的情况下降低工程量和工程造价，以及填筑完成后的坝体沉降[4]。

3土石坝施工技术的发展趋势

水利工程土石坝施工技术自20世纪60年代开始得到了较大发展，特别是之前相对薄弱的几类施工技术突破后，包括坝基防渗技术、大型振动碾设备应用、施工导流技术的发展，面板堆石坝和高土石坝开始在水利工程建设过程中应用更为广泛。近年来，土石坝造墙技术采用冲击、反循环钻机进行主孔钻孔，液压拔管机起拔接头套管，用孔内聚能爆破大孤石钻进等技术，大大提升了土石坝成墙施工质量。碾压混凝土坝，由于使用高掺粉煤灰、低水泥用量的方式进行处理，工作性能发挥得非常充分。

4结语

土石坝施工技术广泛应用于水利工程建设当中，施工涉及工程质量、效益等多个方面，对于水利工程未来发展存在一定影响，因此，需要积极引进先进设备和工艺技术，加强创新研究，提升土石坝现场施工技术水平，为土石坝建设提供更好的发展空间。

【参考文献】

【1】黄元智,金淑南,王锦.水利工程建设中土石坝技术的运用及质量管控研究[J].江西建材,2018(13):37.

【2】于强.水利施工中土石坝施工技术的应用研究[J].建材与装饰,2018(46):285-286.

【3】牟雷.水利施工中土石坝施工技术的应用研究[J].科学技术创新,2018(12):130-131.

【4】饶咨萍.对水利水电工程中土石方施工技术的研究[J].江西建材,2017(19):126-127.

作者:王瑞恭 单位:德州黄河河务局