水利水电工程土石坝施工组织设计浅析

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　　摘要：水利水电工程土石坝施工中，料场的规划，填筑过程、压实度的控制标准，针对土石坝施工现状及存在的问题提出处理办法和合理化建议。
　　关键词：水利水电；水工建筑物；土石坝；施工组织设计
　　随着大型高效机具的采用及坝体防渗结构和材料的改进，当今国内外水利水电工程，土石坝被广泛采用。其优越性主要体现在以下几方面：
　　1．可以就近取材，节省大量水泥、木材和钢材，减少工地的外线运输量。
　　2．能适应各种不同的地形、地质条件。
　　3．大容量、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝的施工质量，加快了施工进度，从而降低了工程造价。
　　4．高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等土石坝配套工程设计和施工技术的综合发展对建筑土石坝十分有利。
　　5．由于岩土力学理论、试验手段和计算技术的发展，提高了大坝分析计算的水平，进一步保障了大坝设计的安全可靠性。
　　土石坝工程的大坝设计理论现今已相当成熟，工程成功与否关键在于对筑坝材料的选择及施工工艺，在工程设计阶段，应对料场的选择、上坝料特性及压实标准、平仓及碾压方法等作充分论证，对土石坝施工现状及存在的问题提出处理办法和合理化建议。
　　1． 料场规划
　　土石坝施工中，料场的合理规划和使用，是土石坝施工中的关键技术之一，它不仅关系到坝体的施工质量、工期和工程造价，甚至还会影响到周围的农林业生产。施工组织设计时，应对各类料场作勘探和总体规划、分期开采计划。使各种坝料能有计划、有次序地开采，以满足坝体施工的要求。所选料场的物理性质应能满足坝体设计的质量要求，可供开采量应不少于设计需要量的2 倍。在储量集中的主要料区，布置大型开采设备，避免经常性的转移；另应选定至少1个备用就近料场，作为坝体合龙以及抢筑拦洪高程用。在库区料场的使用时间及程序上，应考虑施工期河水位的变化及施工导流使上游水位抬高的影响。供料规划上要近料、上游易淹料先用；远料，下游不淹料后用。含水量高料场夏季用；含水量低料场雨季用。施工强度高时利用近料，强度低时利用远料，平衡运输强度，避免窝工。对料场高程与相应的填筑部位，应选择恰当，布置合理，有利于重车下坡。作到就近取料，低料低用，高料高用；避免上下游料过坝的交叉运输，减少干扰。充分合理地利用开挖弃渣料，对降低工程造价和保证施工质量具有重要的意义。作到弃渣无隐患，不影响环保。在料场规划中应考虑到挖、填各种坝料的综合平衡，作好土石方的调度规划，合理用料。减少料物堆存、倒运，作好料场的防洪、排水、防止料物污染和分离。不占或少占农业耕地，作到占地还地、占田还田。总之，料场的规划和开采、供料方案的设计应根据工程所在地的实际情况尽量优化调整，以取得最佳的技术经济效果。
　　
　　2．土石料开挖运输
　　土石坝施工中，从料场的开挖、运输，到坝面的平料和压实等各项工序，都可由互相配套的工程机械来完成，构成“一条龙”式的施工工艺流程，即综合机械化施工。在大中型土石坝，尤其在高土石坝中，实现综合机械化施工，对提高施工技术水平，加快土石坝工程建设速度方面有着十分重要的意义。
　　2.1 开挖
　　开挖分为立面开挖、平面开挖。
　　2.2 运输
　　坝料的运输，是保证上坝强度的重要环节之一。运输方案，主要具坝体结构布置特点、坝料性质、填筑强度、料场特性、运距远近、可供选择的机械型号等多种因素，综合分析比较确定。土石坝施工中开挖运输方案主要有以下几种。
　　正向铲开挖，自卸汽车运输上坝；正向铲开挖、胶带机运输；斗轮式挖掘机开挖，胶带机运输，转自卸汽车上坝；采砂船开挖，有轨机车运输，转胶带机（或自卸汽车）上坝。
　　
　　3 . 土石料压实
　　土石料的压实，是土石坝施工质量的关键。维持土石坝自身稳定的土料内部主力（粘结力和摩擦力）、土料的防渗性能等，都是随土料密实度的增加而提高。
　　3.1 土石料压实特性
　　土石料压实特性，与土石料自身的性质，颗粒组成情况、级配特点、含水量大小以及压实功能等有关。对于土坝而言，粘性土和非粘性土的压实有显著的差别。一般粘性土的粘结力较大，摩擦力较小，具有较大的压缩性，但由于它的透水性小，排水困难，压缩过程慢，所以很难达到固结压实。而非粘性土则相反，它的粘结力小，摩擦力大，具有较小的压缩性，但由于它的透水性大，排水容易，压缩过程快，能很快达到压实。另上料颗粒粗细也影响压实效果。颗粒愈细，空隙比就愈大，含水量矿物分散度愈大，就愈不容易压实。所以粘性土的压实干表观密度低于非粘性土的压实干表观密度。颗粒不均匀的砂砾料，比颗粒均匀的细砂可能达到的干表观密度要大一些。
　　土料的含水量是影响压实效果的重要因素之一。用原南京水利实验处击实仪（南实仪）对粘性土的击实试验，得到一组击实次数、干表观密度与含水量的关系曲线。非粘性土料的透水性大，排水容易，压实过程快，能够很快达到压实，不存在最优含水量，含水量不做专门控制这是非粘性土料与粘性土料压实特性的根本区别。压实功能大小，也影响着土料干表观密度的大小，击实次数增加，干表观密度也随之增大，而最优含水量则随之减小。说明同一种土料的最优含水量和最大干表观密度并不是一个恒定值，而是随压实功能的不同而异。一般来说，增加压实功能可增加干表观密度，这种特性，对于含水量较低（小于最优含水量）的土料比对于含水量较高（大于最优含水量）的土料更为显著。
　　3.2 土石料的压实标准
　　土石料压实得越好，物理力学性能指标就越高，坝体填筑质量就越有保证。但土石料的过分压实，不仅提高了压实费用，而且会产生剪力破坏，反而达不到应有的技术经济效果。可见对坝料的压实应有一定的标准，由于坝料性质不同，因而压实的标准也各异。
　　
　　4. 坝体填筑
　　土石坝填筑必须严密组织，保证各工序的衔接，设计中通常采用分段流水作业。分段流水作业，是根据施工工序数目，将坝面分段，组织各工种的专业队伍，依次进入各工段施工。进行流水作业，有利于施工队伍技术水平的提高，保证施工过程中人、地和机具的充分利用，避免施工干扰，有利于坝面连续有序的施工。
　　
　　4.1 卸料及平料
　　通常采用自卸汽车卸料，由推土机平铺成要求的厚度。为配合碾压施工，防渗体土料铺筑应平行于坝轴线方向进行。
　　4.2 碾压方法
　　坝面的填筑压实，应按一定的次序进行，避免发生漏压与超压。防渗体土料的碾压方向，应平行坝轴线方向进行，不得垂直于坝轴线方向碾压，避免局部漏压形成横穿坝体的集中渗流带。碾压机械行驶的行与行之间必须重叠20～30cm 左右，以免产生漏压。此外，坝料分区之间的边界也容易成为漏压的薄弱带，必须特别注意要互相重叠碾压。羊脚碾、气胎碾可采用进退错距法或转圈套压法两种。
　　
　　5. 雨季施工
　　土石坝防渗体土料，在雨季施工总的原则是“避开、适应和保护”。一般情况下应尽量避免在雨季进行土料施工；选择对含水量不敏感的非粘性土料适应雨季施工，争取小雨日施工，以增加施工天数；运输道路也是雨季施工的关键之一。一般的泥结碎石路面，当遇雨水侵泡时，路面容易破坏，即使天晴坝面可复工，但因道路影响了运输而不能即时复工，不少工程有过此教训。所以应加强雨季路面维护和排水措施，在多雨地区的主要运输道路，可考虑采用砼路面。
　　
　　6. 冬季施工
　　寒冷地区，当日平均气温低于0°C 时，粘性土料按低温季节施工。日平均气温低于-10°C 时，一般不宜填筑土料。冬季施工的主要问题在于土的冻结使土体强度增高，不易压实，而冻土的融化却使土体的强度和土坡的强度和土坡的稳定性降低，处理不好，将使土体产生渗漏或塑流滑动。
　　
　　7. 结束语：
　　基于土石坝对地形地质条件的要求较低，节约水泥、钢材从而减少工程投资等优点，同时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，使得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。砼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”。 在土石坝的施工组织设计中，应尽量考虑合理的施工方法和施工技术，在满足使用要求的同时，尽量做到节约材料，降低造价。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。
　　

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