浅谈加强土石坝快速施工的作用
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摘要：近几十来年，土质心墙堆石坝已逐渐成为世界上高坝建设的主流坝型之一，随着新型土石方机械的大量投入及填筑施工工艺水平不断提高，同时筑坝材料试验研究的深入，极大地拓宽了土石坝的用料范围和用料模式，为土石坝更广泛地应用提供了有利条件，改变了土石坝长期存在着建设工期长、填筑强度低的不足，进一步加快了施工进度，在确保填筑施工质量及安全运行的前提下探讨土石坝的快速施工很有必要的事情。
关键词：土石坝；施工技术；渗漏控制
中图分类号：TV641文献标识码：A 文章编号：
引言
土石坝对地质条件要求相对较低，在深覆盖层上直接修筑土石坝可以减少覆盖层开挖，节省工程投资。目前对建造在深厚覆盖层上的土石坝模拟计算中，坝基影响范围只取至覆盖层底部，覆盖层以下的基岩作为刚性体考虑，但实际工程情况并不完全相同。当覆盖层以下是变形模量很小的软岩时，坝体以及防渗结构可能产生更大的沉降和变形，这将影响防渗系统的可靠性。
1、土石坝的类型
土石坝按施工方法的不同，土石坝可分为：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。其中应用最为广泛的是碾压式土石坝，其主要特点是对基础要求低、适应基础变形强。
土石坝按坝高可分为：低坝、中坝和高坝。而高坝筑坝技术是近代才发展起来的。
碾压式土石坝按照土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类，又可分为均质坝、土质心墙坝、土质斜墙坝、多种土质坝、人工材料心墙坝、人工材料面板坝等。
2、土石坝施工的状况分析
土石坝是历史最为悠久的一种坝型。其优点包括：就地取材，节省钢材、水泥、木材等重要建筑材料，减少了建坝过程中的远途运输；结构简单，便于维修和加高、扩建；土石坝的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；施工技术简单，工序少，便于组合机械快速施工。其缺点是坝身一般不能溢流，施工导流不如混凝土坝方便，粘性土料的填筑受气候条件影响较大等。
土石坝建设最大的病害即是渗流。如何控制和预防渗流是土石坝工程建设中最主要的工作之一。
所谓渗流，即是指由于填筑土石坝的土料和坝基的砂砾是散粒体结构，颗粒间存在大量的孔隙，因此具有一定的透水性。当水库蓄水后，在水压力的作用下，水流必然会沿着坝身土料、坝基土体和坝端两岸地基中的孔隙渗向下游，造成坝身、坝基和绕坝的渗漏。假如这种渗流是在设计控制之下，大坝任何部位的土体就不会产生渗透破坏，则为正常渗流，此时渗流量一般较小，水质清澈透明，不含土壤颗粒，对坝体和坝基不致造成渗透破坏；反之对能引起土体渗透破坏，或渗流员过大且集中，水质浑浊，透明度低，使坝体或坝基产生管涌，流土和接触冲刷等渗透破坏，这种影响蓄水兴利的渗流则为异常渗流。
根据我国早期的土石坝工程的资料统计，由渗流而引起的破坏事故率约占31.7%。其中大型水库占11座，而对于中小型水库而言，漫坝冲垮者最多，占51.5%，其次就是渗漏导致垮坝，占29.1%，由此可见渗漏造成的溃坝问题是相当严重的。因此确保对坝体和坝基的渗流控制是保证土石坝安全的一项重要措施。而渗流控制技术是渗流基础理论的实施措施，它主要包括灌浆技术、反滤坝技术、土石坝坝坡滑动破坏加固技术、土石坝坝体灌注粘土浆加固技术、坝体和坝基的密度加固技术、土工合成材料加固技术以及防渗墙及其坝体坝基加固技术等。
3、快速施工的必要性
3.1快速施工，可以使大坝提前发挥经济效益，对建设单位来说至关重要
随着水利工程投资多元化的发展，水利建设的投资逐渐以企业')；">企业为主，无需置疑，从企业追求利润最大化及提高内部收益率的考虑，大坝加快施工进度，缩短建设周期，提前发挥效益，是每个业主考虑的重点，如像小浪底这样的大坝，坝体总填筑量约5185万m3，如不采取有效加快填筑施工措施，维持在每月20～30万m3的水平，那建设周期则长达172～260个月，那是任何业主都无法承受的，而实际上，小浪底大坝实际平均填筑强度约150万m3/月，最高强度达到200万m3/月以上，有效的减少了建设周期，确保了施工的顺利进行。
3.2基础处理的不确定性，也需要采用加快施工进度等措施
随着水电开发的进展，在基础不良的地方也开始修建大型土石坝，而为了满足坝基承载力及基础防渗的需要，往往在完成基础处理后方可进行填筑施工，然而，地基情况较为复杂，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，经常需要防渗墙、振冲、帷幕灌浆、固结灌浆等对地基进行综合处理，处理难度大、检查复杂，根据对多个工程的资料分析，基础处理完工及交面时间往往较开工时所制定计划时间滞后，造成填筑开工时间拖延，而下闸蓄水或竣工期往往却不予以调整，造成有效填筑时间缩短，施工单位也不得不采用快速施工措施，才能按合同按期（甚至提前）完成工程。
4、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。
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。
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。
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。
5、快速施工需认真对待的几个问题
5.1快速施工，带来的是坝体沉降量在工程完成后发生显著增大
根据最近的土石坝施工实践已经反映出，认为堆石施工碾压完成变形基本完成的观点是有一定偏差，由于施工速度过快，大坝投入运行后，堆石坝沉降变形过大，以致形成病害隐患的实例已不鲜见。
5.2快速施工，在心墙部位易形成拱效应而影响防渗效果
由于快速施工及投入运行，造成本应在施工期完成的沉降而留在了运行期来完成，大坝蓄水后增加的附加沉降量及附加水平位移量亦较大，由于防渗土料与堆石料在沉降速率与时间方面均不同步, 同时空隙水压力消散较慢，在防渗土料易形成低应力区, 可能形成拱效率，可能造成心墙开裂等潜在的安全隐患。
5.3短期的快速施工，不利于均衡施工，对施工单位存在着巨大的压力
由于短时间内追求过高的施工强度，一味将填筑量和大坝上升速度指标作为施工单位考核目标，给施工带来了巨大的压力和不便，特别是在为度汛及分期蓄水填筑上表现的更为明显，在一般情况下，施工单位考虑进场施工设备时多从施工高峰期着手，以此阶段的施工强度来配备机械数量，因此设备数量较大，但是，一方面在施工高峰期（度汛断面填筑等临时断面）一过，造成设备的闲置，使富余的施工机械不能完全发挥它的经济效益，造成浪费；另一方面由于施工高峰期出现在整个工程施工的前期，施工单位要在很短时间内，调配大量的设备进场，无论从人力、物力和财力上，对施工单位都造成了巨大的压力。
6、结束语
加强土石坝工程施工、地质、试验专业间的密切合作，共同研究坝料勘察选择工作，是搞好土石坝工程建设的保证条件，必将提高土石坝设计、勘察及研究水平，推动土石坝工程建设的进一步发展。
参考文献：
[2] 《土石坝拦洪度汛期的施工特点及施工强度的缓解措施 》 李 兵