某粘土心墙坝的施工技术探讨
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摘要：目前，土石坝在坝工建设中应用广泛，发展较快的一种坝型。本文结合实际工程，分析了水利水电工程土石坝的施工技术，为土石坝施工提供参考。
关键词：土石坝；料场布置；坝体填筑；施工技术
引言
土石坝是目前世界坝工建设工程中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。与其他坝型相比较，无论从经济方面还是从施工方面，土石
坝具有绝对的优势，据不完全统计世界土石坝占大坝总数的82.9%，而在中国土石坝数量占到大坝总数的93%。
土石坝是指山当地土料、石料或混合料经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝。山于其具有就地取材，对坝基地质条件要求不高，结构简单，节约三材和易于施工等优点，已成为目前坝上建设工程中
应用最为广泛和发展最快的一种坝型。尤其是在我国，土石坝的比例已占到百分之九十多。土石坝的种类有很多种，按其筑坝材料的不同，可分为土坝(筑坝材料主要为土和沙砾)、堆石坝(筑坝材料主要为石渣、卵石和爆破石料)、土石混合坝(以上两种材料所占比例相当);按其施工方法的不同，可分为碾压式土石坝、冲填式土石坝、水中填土坝和定向爆破堆石坝等，其中以碾压式土石坝的应用最为广泛;按其坝高的不同又可分为低坝(HG＜30m)、中坝(30m≤HG＜70m) ,高坝(H≤70m)。下面笔者将结合实际工程对水利水电工程土石坝施工技术进行探讨
1工程概况
某水库大坝为粘土心墙坝，坝高48m，坝顶长240m，宽8m，设计正常高水位为100m，校核洪水位为103m.属一级建筑物。坝址处流域面积2160km2，坝址以上河流全长104km;其中50km为通航河道，
常年有载重5t―10t的木船和竹木筏过坝。坝址两岸系高山，山坡较陡。坝址河谷宽度200m，河底高程25m;两岸覆盖层较薄，基岩为石英砂岩(X级);河床基岩较好，两岸岩石节理发育，风化较深。河床沙砾覆盖厚度0―3m，平均1.5m。坝址上下游均为宽阔冲积台地，在上下游3km―7km的台地和河滩上，有满足筑坝要求的大量沙砾料(Ⅲ类土)。采用水上沙砾平均运距5.5km:如就近采取水下沙砾，平均运距3.5km
2施工导流
山于本工程坝址处河床较窄，不宜布置永久泄水建筑物，分期施工难以保证土石坝的施工质量，因此在选择施工导流方案时，利用两岸坚实的高山，采取了个断面隧洞导流方式。
导流隧洞形式为城门洞形，洞宽9.8m，因坝址区域地质条件较好，施工队伍机械化程度高，故采用全断面微差爆破一次成型，周边采用光面爆破。洞中心位置布置掏槽孔8个;周边布置光爆孔80个;崩落孔间排距1.3m―1.5m不等布置，实际布置炮孔60个。共布孔148个。施工中采用钻孔台车钻孔，崩落孔和周边孔钻孔直径40mm，掏槽孔钻孔直径45mm;采用装药台车装药;采用楔形掏槽，非电毫秒微差起爆网络，一次性爆破。另外，采用轴流式双向通风机散烟;利用装药台车，人工排除危石、浮石，洞口处进行了喷锚支护。出渣采用1.7m3装载机装7.0t自卸汽车运输，用做坝体填筑料(大块石经过破碎达到填筑料要求后用作填筑料)。
3料场的布置及土料加工
3.1料场的布置
在布置料场的位置时，应综合考虑料场所在位置的交通是否便利，填筑料的质量是否合格，取料的难易程度等因素，同时还应考虑填筑的数量是否满足坝体填筑的需要。若不能满足，则需选择多个料场。本次工程在坝址上下游3km―7km的台地和河滩上，有满足筑坝要求的大量沙砾料(Ⅲ类土)，因此将料场布置在这个区域。导流隧洞开挖后的碴料也用于坝体填筑。
3.2土料加工
山于新开采的土料中含水量均较大，因此在填筑前应控制土料的含水率，保证在填筑压实时土料的含水率在最优含水率上下2%左右。山于本工程土料均使用台地和河滩地的土料，因此含水量较高，在加工土料时采用了自然蒸发、翻晒、掺料等方法进行处理，使土料含水量达到了填筑料的标准。在进行坝体填筑前，还应对土料中含有的超径石进行了清除。山于土料中的超径石不多，因此在清除时简单使用装耙的堆土机在料场实施清除。对于未清除十净的超径石，可在坝体填筑面进行填筑平整时作进一步清除。
4坝基与岸坡处理
清理坝基、岸坡和铺盖地基时，应将树木、草皮、树根、乱石、坟墓以及各种构筑物全部清除，并认真做好水井、泉眼、地道和洞穴等的处理。在本工程中，采用推土机剥离、铺盖，装载机装自卸卡车出渣。坡面及局部松散浮渣山人工清理，左联深槽部位清至强风化岩石，并在粘土心墙范围内回填了低标号混凝土，其他低洼部位分层回填了新鲜石渣。心墙部位的清基深度控制在2m左右，坝壳部位的清基深度在0.8m―1.0m.清除了全部树根、草皮、腐殖土、疏松土和墓穴。右侧岸坡清理后的最陡坡为1:1.2，符合设计标准。对水塘、洼地、深槽等，用机械和人工配合清理干净，分层回填压实，对整个土质坝基填筑前均进行了碾压。
5坝体填筑
本工程土石坝填筑前在施工现场进行了碾压试验，用不同料场、土料和机械组合，求出了符合设计要求的施工碾压参数，用以指导和控制施工土石坝填筑分为三段，施工期主要集中在旱季，施工高峰期日最高土坝强度可达到7653m3。心墙填料为粘土料，山推土机、装载机和自卸汽车开采工坝，分段、分层填筑，左接头深槽采用人工铺土填筑至60m高程以下，层厚15cm，手扶碾压6遍―8遍。60m以上至坝顶，采用自卸汽车直接进入坝面卸料，推土机推平进占法铺土汽车在虚土上的行驶轨迹尽可能不重叠。60m―70m层段厚20cm―25cm，采用蛙式打夯机夯压3遍―5遍;70m以上至坝顶，铺土厚35cm―50cm，采用凸块振动碾碾压6遍―8遍。所有边角部位由人工夯实，手扶碾和蛙夯压实面山人工刨毛。与混凝土建筑物接触部位均清理干净，填筑时随刷膨润土浆，刷浆高度与铺土厚度一致，与岩石接触部位刷水泥浆雨天应停止心墙填筑，雨后对层面进行必要的处理，合格后再继续上升。
心墙反滤层的填筑是和粘土心墙同步上升的，并做到了“先砂后土”。下游坝壳土质基础均设水滤层，粗砂和中、小石各50cm厚。坝壳料山装载机、自卸汽车开采上坝，进占法卸料，推土机推平，层厚在0.8m―1.0m，震动平碾碾压6遍―8遍。碾压砂砾石料时进行了必要的洒水。
6控制手段
如何组织科学有序的施工，提高工程质量，控制渗流是整个过程
成败的关键。土石坝过程在施工中应从以下几个方面进行控制：
1）做好基础处理，必须万无一失。很多大型土石坝，必须要满足坝基承载力及基础防渗的情况下，完成基础处理的稳固后，方可进行填筑施工，特别是在深覆盖层上修建工程，基础处理工程量大、不可预见因素多，需要经常采用防渗墙、振冲、帷幕灌浆、固结灌浆等对地基进行综合处理。
2）掌握当地地质、水文气象资料，控制好施工工期的季节性。土石坝对水文气象的因素极为敏感，在雨季，土料的含水量影响极大，直接制约着大坝填筑，施工强度将受到影响；冬季，土料上冻，如不采取积极措施，也无法进行填筑，且冬雨季填筑施工，存在着高投入、低产出的窘境。对于度汛期的施工，应编制具有针对性的施工方案。土石坝工程，一般不允许漫顶过流，故土石坝工程“施工高峰期”应控制在工程实施截流后第一个汛前达到拦洪度汛断面挡水这一阶段，截流后均需加快施工进度，以确保在汛前将坝体全断面或度汛小断面填筑至拦洪度汛高程。因此给坝体填筑的施工工期有限，在北方地区
采用冬季施工时，当月平均气温在0℃以下，有些地区河流结冰、土层冻结，对开挖工程、混凝土工程、灌浆工程以及填筑工程均有不利的影响，因此必须要提高月填筑强度，方能按安全渡汛的要求按期达到拦河高程。
3）确保工程所用料场开采土、石料的材料质量。料场对土石坝的重要性不言而喻，却也是最容易影响大坝顺利填筑的软肋。根据工程实践，一般而言，料场的地质勘探工作深度远不如坝址，特别是填筑量最大的堆石料，往往仅靠几个探洞或地形勘查进行地质描述，进场后，与招标文件发生变化的可能性很大，无法形成大规模开采（或台阶开采）条件，直接影响大坝填筑级配是否得到保证。在防渗土料方面，含水量的高低也成为大坝能否快速填筑的关键，因此，完善而慎重地进行料场复查及复勘工作显得尤为重要，搞好料场复查和储量计算，做到心中有数。
此外材料的碾压试验也是非常重要的一项工作。对土石坝而言，碾压试验是填筑前最为重要的技术参数论证工作，也是确定大坝能否
顺利填筑及确保大坝安全的重要环节。碾压试验工作的好坏，直接影响坝体的填筑。
碾压试验中还需对防渗土料的含水量进行确定及调节，同时还应确定好对堆石料洒水量。此外，为确保土石坝填筑质量，土石坝工程的施工必须要求进行试坑取样，只有在填筑面碾压合格并能过验收后方可进行上一层填筑。
4）确定合理的坝面分区，是填筑工作施工的关键。由于土石坝体型较大，为坝面分区流水作业提供了必要的场面，土石坝工程一般在填筑工序上分为铺料、摊铺、洒水、压实、质检等工作。在坝面分区流水作业中，防渗土料的施工应根据填筑的需要，应根据实际情况合理划分填筑区域和进行流水作业，以及采用的机械设备及填筑情况进行调整。对采用平起填筑与临时断面填筑的土石坝工程，不可为一味减少临时断面填筑量而影响大型机械的正常施工，必须要确保填筑质量。
5）根据工程实际情况确定并采用坝体坝基加固技术，主要指采用的土石坝坝体灌注粘土浆加固技术，包括灌浆设计、灌浆工艺采用等。
7结论及效果
该工程于2006年3 月开工，2008年5月按设计要求完成竣工并交付使用，至今已运行3年多。目前该水利枢纽一切运行指标良好，坝体未出现渗漏和沉降现象，说明整个工程的施工质量良好。其所采取的施工工艺安全、有效、可行，可在今后的土石坝工程施工中大力推广并应用。
（1)施工导流隧洞时采用各个断面微差爆破，当装药量相同时，可减震1 /3―2/3左右。前发药包可以为后方药包开创临空面，提高
岩石的破碎效果，同时可以节省炸药，增大孔距，提高爆破的炸落放量周边采用光面爆破可以使隧洞洞壁形成光滑平整的平面，从而节省了喷锚支护的工程量人工排除危石、浮石的工作量，节约了投资。
（2)将料场布置在坝址上下游3km―7km的台地和河滩上，交通便利，运距短，节省了土料运输的时间，有利于施工工期的控制将隧道爆破产生的弃渣用于坝体填筑，可以提高弃渣的利用率，节约投资。
（3)采用推土机剥离、铺盖，装载机装自卸卡车出渣的施工方法，可以提高清基的速度。再辅以人工清理坡面及局部松散浮渣，能使清基工作更加细致，不出纰漏，有利于提高坝基的施工质量。
（4)采用流水作业施工可以避免施工中的干扰，保证施工进度。平起填筑施工可以减少接缝、接坡、削坡等工序，有利于铺筑填料区施工道路、跨缝碾压等工作。“先砂后土”施工可以加快施工进度并能很好地控制边界。
在土石坝施工中，采取以工施工技术，可以保证土石坝保质保量地完成施工，并能节约工程投资，缩短施工工期，具有广泛的推广价值。