【分享】 水利工程土石坝的工程施工

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%.

　　因土石坝的施工所用材料一般采用就地开采，同时在施工中充分利用各种开挖料，包括当地土料、石料或混合料，土石坝的施工即是将这些材料经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝，故土石坝又称作当地材料坝，对于坝体材料以土和砂砾为主时，称土坝；以石渣、卵石、爆破石料为主时，称堆石坝；当两类当地材料均占相当比例时，称土石混合坝。
　　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。

　　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。

　　渗流控制的控制理论是在工程实践中的发展和运用起来的，是实践反馈的结果，其中渗流的基本原理、渗流场的分析方法、土体渗透稳定性三大部分，是渗流控制理论的基础。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。

　　总结起来产生异常渗流的原因有以下几个方面：①坝体填土与排水体之间的反滤层设计不正确，层间系数过大，或施工时有错断混层现象，或填土不够密实，过大的渗流使填土向排水体流失，都会造成反滤层破坏失效。反滤层在整个防渗体系中是尤为关键的环节，即使前面的防渗体裂缝或出现渗漏通道，只要反滤层工作正常，排水降压，渗漏破坏就不会扩大。②防渗体没有直达基岩或底部连续可靠的粘土层，在开挖截水槽时，因施工困难，半途而废，从而留下隐患。③土石坝两岸岸坡产生台阶状。应该开抢成较平顺的坡度，为减少开挖可以变坡，在上下两坡度转折处，两坡角之差不应大于15°～20°，若有平台，则平台处填土高度与平台的两端的填土高度，高差悬殊沉陷量突变，容易产生裂缝，导致渗透破坏。

　　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。我认为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。