水利水電工程中土石壩施工技術(shù)探討

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摘要：土石壩被廣泛的應(yīng)用到國內(nèi)外的水壩建設(shè)中，中低壩與興建的高土石壩都越來越多的運(yùn)用土石壩施工工藝。本文介紹了土石壩的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，分析了土石壩施工技術(shù)。 

關(guān)鍵詞：水利水電土石壩優(yōu)缺點(diǎn)技術(shù)  中圖分類號：tv文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：  隨著大型高效機(jī)具的采用，壩體防滲結(jié)構(gòu)和材料的改進(jìn)，施工人數(shù)的大量減少，施工工期的進(jìn)一步縮短以及施工費(fèi)用的顯著降低等，土石壩的發(fā)展前景極為廣闊。土石壩不僅在當(dāng)今國內(nèi)外中低壩廣泛采用，而且興建的高土石壩也越來越多?；炷撩姘宥咽瘔蔚慕?jīng)濟(jì)性和快速施工，已成為壩工建設(shè)中具有很強(qiáng)競爭力的一種新壩性，更是使土石壩“錦上添花”。土石壩的多重優(yōu)越性以使其在當(dāng)今的水利水電項(xiàng)目中站穩(wěn)了腳跟，已被社會所公認(rèn)。  一、土石壩的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)  1、優(yōu)點(diǎn)  （1）就地取材,節(jié)省鋼材﹑水泥﹑木材等重要建筑材料,從而減少了建壩過程中的遠(yuǎn)途運(yùn)輸。  （2）結(jié)構(gòu)簡單,便于維修和加高﹑擴(kuò)建。  （3）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。  （4）施工技術(shù)簡單,工序少,便于組合機(jī)械快速施工。  2、缺點(diǎn)  （1）壩頂不能溢洪,一般要另設(shè)溢洪道(洞)。  （2）施工導(dǎo)流不如砼壩或漿砌石方便。  （3）粘性土料的填筑受氣候影響較大。  （4）沉陷和不均勻沉陷大。  二、土石壩施工技術(shù)分析  1、土石壩筑壩材料  在選壩階段應(yīng)從空間與時(shí)間、質(zhì)與量等方面進(jìn)行全面規(guī)劃。料場土料的儲量一般要求是設(shè)計(jì)工程量的1.5～2.0 倍，并要求提供備用料場。粘性土料采用鉆探或坑探取樣。礫類土用坑探取樣，布孔間距50～100m。防滲料的勘探要仔細(xì)按深度查明天然含水量。堆石料的勘探可以采用鉆探及洞探。  （1）防滲料  防滲的土料最基本的要求，一是防滲性：滲透系數(shù)不大于l×10-5cm/s 時(shí)，一般即可滿足要求。二是施工性，土料的天然含水量在最優(yōu)含水量附近，無影響壓實(shí)的超徑材料，壓實(shí)后的壩面有較高的承載力。  （2）壩殼料  工程實(shí)踐中，堆石、砂礫石及風(fēng)化料等均可作為壩殼料。  堆石：按其型式可分為拋填、分層碾壓、手工干砌石、機(jī)械干砌石等。  砂礫石：碾壓砂礫石壓縮性低，抗剪強(qiáng)度高，但易沖蝕、易管涌。  風(fēng)化料：屬于抗壓強(qiáng)度小于30mpa 的軟巖類，往往存在濕陷問題。  （3）反濾料和過渡料  反濾料一般要滿足堅(jiān)固度要求，應(yīng)盡量避免用純砂做反濾料。  2、土石料的開采與加工  料場開采前的準(zhǔn)備工作：劃定料場范圍；分期分區(qū)清理覆蓋層；設(shè)置排水系統(tǒng)；修建施工道路；修建輔助設(shè)施。  （1）土料的開采  土料開采一般有立采和平采兩種。立面開采方法適用于土層較厚，天然含水量接近填筑含水量，土料層次較多，各層土質(zhì)差異較大時(shí)。平面開采方法適用于土層較薄，土料層次少且相對均質(zhì)、天然含水量偏高需翻曬減水的情況下，宜采用。規(guī)劃中應(yīng)將料場劃分成數(shù)區(qū)，進(jìn)行流水作業(yè)。  （2）土料加工  調(diào)整土料含水量，降低土料含水量的方法有挖裝運(yùn)卸中的自然蒸發(fā)、翻曬、摻料、烘烤等方法。提高土料含水量的方法有在料場加水，料堆加水，在開挖、裝料、運(yùn)輸過程中加水。摻合、超徑料處理，一般摻合辦法有：①水平互層鋪料———立面(斜面)開采摻合法；②土料場水平單層鋪放摻料———立面開采摻合法；③在填筑面堆放摻合法；④漏斗———帶式輸送機(jī)摻合法。第①、④種方法采用較多。  礫質(zhì)土中超徑石含量不多時(shí)，常用裝耙的堆土機(jī)先在料場中初步清除，然后在壩體填筑面上進(jìn)行填筑平整時(shí)再作進(jìn)一步清除；當(dāng)超徑石的含量較多時(shí)，可用料斗加設(shè)蓖條篩（格篩）或其他簡單篩分裝置加以篩除，還可采用從高坡下料，造成粗細(xì)分離的方法清除粗粒徑。粗粒徑較大的過渡料宜直接采用控制爆破技術(shù)開采，對于較細(xì)的、質(zhì)量要求高的反濾料，墊層料則可用破碎、篩分、摻和工藝加工。  （3）砂礫石料和堆石料開采  砂礫石料開采主要有陸上開采：一般挖運(yùn)設(shè)備即可。水下開采：采用采砂船和索鏟開采。當(dāng)水下開采砂礫石料含水量高時(shí)，需加以堆放排水；還有塊石料開采：結(jié)合建筑物開挖或由石料場開采，開采的布置要形成多工作面流水作業(yè)方式。開采方法一般采用深孔梯段爆破，特定目的使用洞室爆破。  （4）超徑處理  超徑塊石料的處理方法主要有淺孔爆破法和機(jī)械破碎法兩種。淺孔爆破法是指采用手持式風(fēng)動鑿巖機(jī)對超徑石進(jìn)行鉆孔爆破。機(jī)械破碎法是指采用風(fēng)動和振沖破石、錘破碎超徑塊石，也可利用吊車起吊重錘，利用重錘自由下落破碎超徑塊石。  3、土石料開挖運(yùn)輸方案  壩料的開挖與運(yùn)輸，是保證上壩強(qiáng)度的重要環(huán)節(jié)之一。開挖運(yùn)輸方案主要根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)、壩料性質(zhì)、填筑強(qiáng)度、料場特性、運(yùn)距遠(yuǎn)近、可供選擇的機(jī)械設(shè)備型號等多種因素，綜合分析比較確定。土石壩施工設(shè)備的選型對壩的施工進(jìn)度、施工質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生重大影響。  （1）設(shè)備選型的基本原則  第一、所選機(jī)械的技術(shù)性能能適應(yīng)工作的要求、施工對象的性質(zhì)和施工場地特征，保證施工質(zhì)量，能充分發(fā)揮機(jī)械效率，生產(chǎn)能力滿足整個(gè)施工過程的要求。  第二、所選施工機(jī)械應(yīng)技術(shù)先進(jìn)、生產(chǎn)效率高，操作靈活、機(jī)動性好，安全可靠，結(jié)構(gòu)簡單，易于檢修保養(yǎng)。  第三、類型比較單一，通用性好。  第四、工藝流程中各供需所用機(jī)械應(yīng)成龍配套，各類設(shè)備應(yīng)能充分發(fā)揮效率，特別應(yīng)注意充分發(fā)揮主導(dǎo)機(jī)械的效率。  第五、設(shè)備購置費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)用較低，易于獲得零、配件，便于維修、保養(yǎng)、管理和調(diào)度，經(jīng)濟(jì)效果好。對于關(guān)鍵的、數(shù)量少且不能替代的設(shè)備，應(yīng)使用新購置的，以保證施工質(zhì)量，避免在一條龍生產(chǎn)中卡殼影響進(jìn)度。  （2）土石壩施工中開挖運(yùn)輸方案主要有以下幾種  第一、正向鏟開挖，自卸汽車運(yùn)輸上壩正向鏟開挖、裝載，自卸汽車運(yùn)輸直接上壩，通常運(yùn)距小于10km。自卸汽車可運(yùn)各種壩料，運(yùn)輸能力高，設(shè)備通用，能直接鋪料，機(jī)動靈活，轉(zhuǎn)彎半徑小，爬坡能力較強(qiáng)，管理方便，設(shè)備易于獲得。在施工布置上，正向鏟一般都采用立面開挖，汽車運(yùn)輸?shù)缆房刹贾贸裳h(huán)路線，裝料時(shí)停在挖掘機(jī)一側(cè)的同一平面上，即汽車魚貫式地裝料與行駛。  第二、正向鏟開挖、膠帶機(jī)運(yùn)輸國內(nèi)外水利水電工程施工中，廣泛采用了膠帶機(jī)運(yùn)輸土、砂石料。膠帶機(jī)的爬坡能力大，架設(shè)簡易，運(yùn)輸費(fèi)用較低，比自卸汽車可降低運(yùn)輸費(fèi)用1/3～1/2，運(yùn)輸能力也較高。膠帶機(jī)合理運(yùn)距小于10km，可直接從料場運(yùn)輸上壩；也可與自卸汽車配合，作長距離運(yùn)輸，在壩前經(jīng)漏斗由汽車轉(zhuǎn)運(yùn)上壩；與有軌機(jī)車配合，用膠帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)上壩作短距離運(yùn)輸。  第三、斗輪式挖掘機(jī)開挖，膠帶機(jī)運(yùn)輸，轉(zhuǎn)自卸汽車上壩對于填筑方量大、上壩強(qiáng)度高的土石壩，若料場儲量大而集中，可采用斗輪式挖掘機(jī)開挖，其生產(chǎn)率高，具有連續(xù)挖掘、裝料的特點(diǎn)。斗輪式挖掘機(jī)將料轉(zhuǎn)入移動式膠帶機(jī)，其后接長距離的固定式膠帶機(jī)至壩面或壩面附近經(jīng)自卸汽車運(yùn)至填筑面。這種布置方案，可使挖、裝、運(yùn)連續(xù)進(jìn)行，簡化了施工工藝，提高了機(jī)械化水平和生產(chǎn)率。  第四、采砂船開挖，有軌機(jī)車運(yùn)輸，轉(zhuǎn)膠帶機(jī)（或自卸汽車）上壩有軌機(jī)車具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、修配容易的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)料場集中，運(yùn)輸量大，運(yùn)距較遠(yuǎn)（大于10km）時(shí)，可用有軌機(jī)車進(jìn)行水平運(yùn)輸。有軌機(jī)車運(yùn)輸?shù)呐R建工程量大，設(shè)備投資較高，對線路坡度、轉(zhuǎn)彎半徑等的要求也較高。有軌機(jī)車不能直接上壩，在壩腳經(jīng)卸料裝置至膠帶機(jī)或自卸汽車轉(zhuǎn)運(yùn)上壩。壩料的開挖運(yùn)輸方案很多，但無論采用何種方案，都應(yīng)結(jié)合工程施工的具體條件，提高機(jī)械利用率；減少壩料的轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)；各種壩料鋪筑方法及設(shè)備應(yīng)盡量一致，減少輔助設(shè)施；充分利用地形條件，統(tǒng)籌規(guī)劃和布置。  4、壩體填筑與壓實(shí)  當(dāng)基礎(chǔ)開挖和基礎(chǔ)處理基本完成后，就可進(jìn)行壩體的鋪筑、壓實(shí)施工。  （1）土石壩壩面作業(yè)施工組織規(guī)劃  土石壩壩面作業(yè)施工程序包括鋪料、平倉、灑水、壓實(shí)、質(zhì)檢等工作。壩面作業(yè)，工作面狹窄，工種多，工序多，機(jī)械設(shè)備多，施工時(shí)需有妥善的施工組織規(guī)劃。為避免壩面施工中的干擾，延誤施工進(jìn)度，土石壩壩面作業(yè)宜采用流水作業(yè)施工。流水作業(yè)施工組織應(yīng)先按施工工序數(shù)目對壩面分段，然后組織相應(yīng)專業(yè)施工隊(duì)依次進(jìn)入各工段施工。對同一工段而言，各專業(yè)隊(duì)按工序依次連續(xù)施工；對各專業(yè)施工隊(duì)而言，依次不停地在各工段完成固定的專業(yè)作業(yè)。  （2）流水作業(yè)施工的優(yōu)點(diǎn)  其結(jié)果是實(shí)現(xiàn)了施工專業(yè)化，有利于工人勞動熟練程度的提高，從而有利于提高勞動效率和工程施工質(zhì)量。同時(shí)，各工段都有專業(yè)隊(duì)施工固定的施工機(jī)具，從而保證施工過程人、機(jī)、地三不閑，避免施工干擾，有利于壩面作業(yè)多、快、好、省、安全地進(jìn)行。  參考文獻(xiàn)：  [1] 李芳敏,劉海秋. 淺談土石壩的施工[j]. 中小企業(yè)管理與科技(上旬刊), 2010,(06) .  [2] 張文倬,張?jiān)粕? 土石壩滲流與治理[j]. 云南水力發(fā)電, 2011,(01) .  [3] 苗樹英. 中國高土石壩施工技術(shù)進(jìn)步綜述[j]. 水利水電施工, 2011,(01) .  [4] 歐陽東,陳其武. 土石壩常見病害成因及其處理對策[j]. 科技資訊, 2010,(03) .  [5] 孔德麗,石自堂. 土石壩非飽和滲流參數(shù)分析[j]. 中國水運(yùn)(下半月), 2010,(02) .  [6] 馬波減. 淺析土石壩水庫的病險(xiǎn)危害性與加固處理[j]. 中國水運(yùn)(下半月), 2010,(02) .  注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用pdf形式查看。