水利工程施工的施工技术

水利工程施工有着悠久的历史。中国远在公元前 256 ～前 251 年修建的都江堰，不仅体现了规划设计方面的成就，在施工技术方面也有许多创造，如离堆的开凿、鱼嘴及飞沙堰的竹笼卵石砌护以及杩槎围堰的应用等。其中有的施工方法如卵石砌护沿用至今。又如黄河大堤、 钱塘江海塘、灵渠及京杭运河等工程都显示出古代水利工程施工技术的成就。特别在河工方面，中国有几千年防御与治理洪水的历史，在处理险工和堵口截流等施工技术方面积累了丰富的经验。

随着现代科学技术的发展，新型建筑材料和大型专用施工机械的不断出现与日益改进，水利工程已逐步由传统的人力施工转向机械化施工。工业发达国家于 20 世纪 30 年代，中国于 50 年代以来，在水利工程施工技术中逐步显示出这种变化。 常用的处理方法是把覆盖层及风化破碎的岩石挖掉，这是比较彻底而能保证工程质量的措施。但如覆盖层较深或风化层较厚时，完全挖掉有困难或不经济，且影响造价、工期，这就需要采取其他的技术措施。如：①灌浆，包括用以防渗的帷幕灌浆，加固岩石的固结灌浆，防止接触冲刷的接触灌浆以及填补岩基与混凝土之间空隙的回填灌浆等。大坝岩基的防渗处理多用水泥帷幕灌浆；砂砾石地基有用水泥或水泥粘土帷幕灌浆的；对于某些用水泥灌浆不能解决问题的可用化学灌浆处理。②采用混凝土防渗墙，可有效地截断地下渗流。施工工艺基本程序是：用冲击钻钻孔成槽孔形式，泥浆固壁，在泥浆中浇筑混凝土并将各槽孔连接成墙。造孔技术已由冲击钻发展到无钻杆反循环钻机、液压导板抓斗、回转冲击钻机、多轮钻机等，适用于各类地层。采用高速锤式制浆机，可连续制浆，工效高，体积小。

由于地基处理技术的不断提高及建筑物基础设计的日益完善，在许多地质条件较差的地基上也能修建高坝。例如中国乌江渡水电站的拱形重力坝，坝高 165m ，建在石灰岩地区，溶洞分布深、规模大，溶蚀裂隙发育。该工程采用水泥灌浆帷幕，总面积 18.7 万立方米，灌浆压力 60kg/c ㎡，帷幕平均单位吸水率小于 0.001L/(min · m · m) 满足了设计要求，这项岩溶处理获得成功。又如埃及阿斯旺高坝坝高 111m ，覆盖层最大深度 225m ，采用水泥粘土灌浆帷幕，最大灌浆压力 60kg/c ㎡。 利用土、砂、石等当地材料填筑堤坝，有着悠久的历史，施工经验也相当丰富。土石坝的施工方法很多，应用最早，采用最广泛的是分层压实法（见图），以后又相继应用水力冲填法筑坝、振动碾压法筑坝以及定向爆破筑坝等。由于岩土力学理论的发展和新技术、新设备的采用，土石坝的施工技术不断提高。主要表现在：①施工机械化程度日益提高，许多工程从料场开采、运输、上坝到铺散、压实的全过程实现了机械化联合作业，上坝强度高，用人少，工期短，填筑质量可以保证；②筑坝材料使用范围扩大，重型压实机具的采用使劣质当地材料得到合理利用；③充分利用溢洪道、水工隧洞等开挖出来的土石料筑坝，尽量做到挖填平衡，降低造价；④高土石坝的比重逐步上升。 20 世纪 70 年代，在新建的高度超过 100m 的高坝当中，土石坝占 65% 。世界上已建成的最高土石坝为苏联的罗贡坝。该坝坝高 335m ，坝体方量 7550 万立方米。修建比较快的为美国奥罗维尔斜心墙土石坝，坝高 235m ，坝体方量 5960 万立方米，施工人数 500 人，工期 4 年 (1963 ～ 1967) ，日上坝 6.1 ～ 7.6 万立方米，最高年上坝 1728 万立方米。　中国土石坝的发展不均衡。在已建的水库中，土石坝居大多数，但截至 1982 年坝高超过 100m 的 19 座高坝中，土石坝仅有 5 座。由于施工机械不配套，用人较多，工期较长，加上其他因素，造价较高。中国的最大体积土坝为岳城水库土坝，坝体方量 2600 万立方米；最高的土石坝为台湾的曾文坝，坝高 133m ；填筑较快是密云水库粘土斜墙土坝，坝高 66.4m ，主副坝坝体方量 2012 万立方米，两年建成 (1958 ～ 1960) ，最高月上坝 235.5 万立方米，最高日上坝 11.8 万立方米。 60 年代南水水电站采用定向爆破法施工修建粘土斜墙堆石坝，坝高 81.3m 。 80 年代关门山水库和西北口水库采用混凝土面板堆石坝，坝高分别为 58.5m 和 95m 。混凝土面板堆石坝是具有竞争力的坝型。

中国水利资源大部分集中在西部，大多处于交通不便，地质条件复杂的地区，开发水电的自然条件和施工条件越来越差。土石坝较易适应复杂的地质条件，能就地取材，节约水泥，且减少场外运输，降低工程造价。需要解决的技术问题是：①深覆盖层的处理；②施工导流及渡汛措施；③大流量、高流速的泄洪设施；④在缺乏粘土或多雨地区，采用混凝土面板或沥青混凝土等防渗措施。 20 世纪初开始用混凝土修建重力坝。到 30 年代美国修建胡佛坝时发展起来的混凝土坝施工方法，为各国广泛采用，并经逐步改进，形成一套常规的施工方法。其主要内容是：①采用柱状浇筑法；②采用低热水泥、 降低水泥用量、 预冷骨料、加冰拌和、通水冷却、对混凝土表面进行保护等一系列混凝土温度控制措施；③根据坝体各部位工作和受力特点，采用不同标号的混凝土；④混凝土分层浇筑的施工缝需凿毛冲洗处理，并铺设一层水泥砂浆或细骨料混凝土；纵缝和横缝设键槽，待坝体温度降到稳定温度后进行接缝灌浆；⑤采用四级配或三级配骨料拌制混凝土，用平仓机平仓和强力振捣器或振捣器组振捣；⑥发展钢悬臂模板和预制混凝土模板， 70 年代初又发展自升式模板。常规的施工方法由于受到分缝分块、温度控制措施和接缝灌浆等影响，在施工进度和工程造价方面难以有突破性的进展。虽然有的工程混凝土年浇筑强度达到 200 ～ 300 万立方米的较高水平，但平均每月坝体升高速度一般仅 4 ～ 5m ，少数超过 6m 。 60 ～ 70 年代，各国陆续对常规方法进行了一些改进，如：取消纵缝、通仓浇筑、取消接缝灌浆、严格温控措施、采用薄层浇筑以及采用高速缆机等高效大型施工机械设备等。

中国绝大部分混凝土坝的施工方法基本上沿袭 30 年代的柱状浇筑法，只是在部分工艺上有所进展，如：①在混凝土内掺粉煤灰和外加剂以降低水泥用量，减少水化热；②使用组合钢模板，减少木材用量和减少模板安装工时；③人工生产砂石骨料，优化混凝土级配；④引进和研制混凝土施工专用设备。在中国混凝土坝施工中，投产较快的是新安江水电站，坝高 105m ，坝体方量 175 立方米，从开工到第一台机组发电仅用 3 年时间 (1957 ～ 1960) ；浇筑强度最大的是葛洲坝水利枢纽，年最大浇筑强度 203 万立方米，最高月浇 26 万立方米。 1986 年在福建修建的坑口坝，是中国第一座全碾压式混凝土坝，坝高 56.8m 。