土坝填筑施工技术经验谈
摘 要: 土坝填筑施工方法与场施工条件, 制定施工方案, 施工简便, 进度快, 顺利完成了坝体填筑任务, 节约了大量的工程资金, 能为同类坝体填筑提供有益的施工经验，枢纽建筑物由拦河坝、导流排砂泄洪洞、溢洪道、输水洞防渗灌浆，进行一下论述。
关键词: 水利工程；施工技术；探讨
1 施工总体方案
1.1 施工渡汛方案的确定
经过统筹规划, 多方论证, 确定施工渡汛方案为:上游过水围堰一次性断流, 导流洞过水, 汛期采用坝体小断面拦洪。与坝面过流渡汛方案比较, 可以节约投资。缺点是填筑强度增大。根据大坝设计图, 结合施工场地和填筑强度,尽量减小填筑量, 确定大坝360 m 高程以下全断面填筑, 360 m 高程以上只填筑拦洪小断面, 顶高程为395 m , 顶宽10 m , 顶长120 m , 上游坡为设计坝体上游坡, 下游坡1∶1. 3, 并在拦洪小断面下游坡修筑“之”字型上坝路, 路面宽6 m , 坡降为12%～ 14% , 转弯半径12 m , 填筑方量28.
1.2 坝体填筑
由于采用小断面拦洪渡汛方案, 坝体填筑分两期进行。第一期包括360m 高程以下全断面填筑和360 m 高程以上小断面填筑两部分; 第二期施工时, 先填筑小断面后坝体, 与小断面顶齐平后, 坝体全断面填筑上升。两岸坡趾板砼浇筑均以坝面为工作面, 始终比填筑坝面高或稍低1m。为了减少干扰, 将拦洪小断面填筑到395 m 高程后, 一次性上游坝坡碾压和防护。
截流后, 根据施工场地和施工工序将坝区分为上、中、下三个施工区, 各工区平行作业。上游段是制约坝体填筑的关键项目, 包括河床以下趾板基础开挖和处理、趾板砼浇筑, 以及坝基砂卵石开挖等, 且起始填筑面要比中游段坝基低6 m , 施工历时最长。其次是中游段河床基础开挖至密实处,用20 t 振动碾压实后做为主堆石料碾压试验场地, 其试验成果是坝体填筑质量控制的重要施工参数。最后是下游段堆石棱体基础开挖至基岩, 比中游段坝基面低7 m , 是大坝填筑的起始段; 为了不影响施工机械进出坝区, 下游断开挖和填筑又分为左、右两部分依次施工。
中、下游段坝体同时填筑到360 m 高程, 此时上游段才具备了填筑条件, 已填筑坝料
2 土坝填筑施工方法
施工强度的确定大坝施工强度主要是指填筑强度, 必须按照施工进度要求来确定, 然后, 根据填筑强度制定总体施工方案, 修筑上坝路和规划坝料开采方案, 选择机械设备类型和数量等, 使各个工序的生产能力配套, 形成“一条龙”流水作业的良好局面。但是, 坝料填筑强度又受到坝面作业场地、道路和施工成本等影响, 要经过反复综合分析后确定, 力求经济合理。大坝汛前坝体填筑量为28.
历时100 天, 计算出日填筑强度为3 420m 3, 日供料强度为2 858 m 3 (自然方) ; 汛期后日填筑强度为3 384 m 3, 略小于汛前填筑强度。所以, 大坝日填筑强度为3 420 m 3。有两个石料场开采主堆石料和过渡料, 开采强度能满足供料要求。
然而, 为了尽早填筑坝体, 降低填筑强度, 确保实现拦洪目标, 坝体360 m 高程以下是分四个小区填筑的, 380 m 高程以上又形成了狭长坝面,机械作业难度大, 干扰多, 填筑强度明显降低。
2.1 施工机械设备配置
2.1．1 运输设备：
运输道路为砂卵石路面, 宽6 m , 转弯多、急,是单向循环路, 总长22 km , 但河床路在汛期受洪水影响较大, 往返一趟需70 m in, 车速为25 kmöh , 实行两班制, 每车装料
2.1．2 铺料碾压设备：
公司有YZT 20 和YZT 18 型各1 台牵引式振动碾, 经计算每1 台生产率为3 888m 3öd , 大于日填筑强度, 所以坝面碾压只配备了1 台YZT 20 振动碾和一台120A 21 推土机(牵引振动碾) , 碾压不到的边角部位, 用2 台自行式YZT 2 振动碾和2 台电动夯压实。根据以往经验, 1 台220HP 推土机在坝面上铺料强度为4
石料开采以小洞室爆破为主, 钻孔爆破为辅,配备了1 台露天液压潜孔钻和5 台3 m 3öm in 油动空压机。装料选用1 台4 m 3 液压正铲和1 台ZL 50 装载机, 生产率分别为3
2.2 大坝填筑工序和方法
坝面作业主要有铺料、洒水和碾压3 道工序,还有下游坡干砌石铺设和上游垫层坡面修整、斜坡碾压和防护, 以及与岸坡结合部分处理等工序。坝料填筑采用流水作业法组织施工, 即把填筑坝面划分成3 个填筑块, 在填筑块内依次完成铺料、洒水和碾压等工序, 使各个填筑块上的所有工序都能连续进行, 并尽量保持平齐上升, 使坝面平整、宽敞, 有利于机械化施工。当填筑坝面狭长窄小时, 也可以把坝面划分成左右两个填筑块, 使铺料、碾压连续进行, 洒水在铺料过程中穿插完成。
坝体填筑工序流程为: 坝面测量分区—→坝料运输上坝—→铺料—→洒水—→碾压—→检测—→验收。
坝体填筑前必须先进行各种坝料碾压试验,工程结合生产进行了各种筑坝材料碾压试验, 成果见表1, 作为控制填筑质量的施工参数。坝料铺填时, 先摊铺、碾压两层垫层料和过渡料, 再紧接着过渡料填铺主堆石料, 从上游向下游铺填到次堆石区, 然后铺填次堆石区。垫层料、过渡料采用后退法卸料, 避免石料分离, 反铲摊铺,人工整平。主堆石料、次堆石料采用进占法卸料,有利于控制铺料厚度和坝面平整度, 但卸料必须到位, 摊铺要及时, 决不允许堆积, 尽量避免石料分离。与岸坡和过渡料相接处提前采用后退法卸料, 并且摊铺2m 厚的过渡料, 抢占死角, 使大石
不能集中于边角, 便于整平压实。
由于汛前抢填拦洪小断面, 垫层料的填筑强度相对较高, 运距又远, 反铲铺料太慢, 只好与主堆石一样, 用20t 自卸车运料, 220HP 推土机铺料, 人工整平。垫层料铺料宽平均为4m (设计为3m ) , 再用装载机清理; 散料滑落到上游坡面, 铺料时超填5 cm (法线方向) , 当进行坡面修整时, 垫层料超填平均为15 cm , 因此, 垫层料浪费较大,削坡费用高。汛期后, 用竹板架在坡面上临时拦挡滚落垫层料, 采用反铲摊铺, 每升高2～ 3 m , 进行一次人工削坡, 垫层料浪费较小, 削坡费用也明显
降低了。
表1 筑坝材料碾压实验成果表
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名 称 |
碾压机具 |
铺料厚度(a n） |
碾压遍数（次） |
加水量（%） |
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主堆石料 过渡料 垫层料 垫层小区料 |
18t牵引式振动碾 |
100 |
8 |
10 |
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50 |
6 |
10 | ||
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50 |
8 |
9 | ||
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40 |
8 |
9 | ||
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垫层小区料 边角 |
电动夯 |
15 |
8 |
9 |
坝料铺填完成一块且不影响运输车辆行驶时, 尽快利用两岸的压力水管给坝料均匀洒水, 最好再用一辆洒水车配合洒水。用120A 推土机牵引20 t 振动碾碾压, 采用进退错距法, 每次错距为碾轮宽的八分之一。垫层料可以碾压到距上游计要求; 坝面下游边线2 m 以内区域, 因大石集中, 摊铺平整度差, 很难碾压到位, 即干砌石表面垂直向下最多有2. 0 m 厚没有压实, 但经过一年多的观测, 砌石表面平整无凹陷。
(1) 坝体与岸坡接合部的填筑岸坡不允许有倒坡, 坡比不陡于1∶0. 3, 有利于坝料和岸坡结合密实。同一填筑层应采用后退法先摊铺与两岸坡结合处的过渡料, 宽为2.
(2) 坝体分期填筑结合部的填筑
对一坡到顶的结合部, 靠近外坡都有一定厚度的松散料无法压实, 在后期填筑时需逐层削坡处理。即在每层铺新料前, 利用反铲将松坡石料挖运摊铺, 直至压石坝料露出, 与新铺料一起碾压,这样逐层处理松坡。并一定要预防滚石和滑坡, 如发现应极早处理对台阶式的结合部, 每层预留2 m 宽的台阶, 与后期填筑层齐平相接, 并同时碾压。台阶式接合部施工简单, 施工质量好控制, 但占用场地较大, 平均坡比为1∶2; 一坡到顶接合部施工麻烦, 施工质量难以控制, 但占用场地小,拦洪选断面工程量最小, 坡比不陡于1∶1. 2。
由于大坝分两期填筑, 坝面场地较小, 各工序之间干扰较大, 所以决定在拦洪前和封顶后各进行一次上游坝坡碾压, 坡面碾压前要人工削坡, 碾压后要防护。修整坡面前, 一定要有坡面放样基线, 力争一次性修整完成, 二次修整时, 人工作业非常困难。预留压缩沉降值比垫层料水平碾压沉降值小1～ 2 cm。斜坡碾压都利用坝面作业机械, 距上游坡边线1 m 处设置1 台30 t 重的反铲, 作为活动地锚, 将牵引振动碾的钢丝绳导向轮, 挂在反铲的行走大梁上, 用1 台120A 推土机和通过导向轮的< 20 钢丝绳, 牵引10 t 振动碾上下碾压。斜坡碾压前, 结合生产进行了碾压试验, 确定用10 t 振动碾振碾6 遍, 加水量为9% , 即碾压时不沾碾,就能达到设计要求。碾压时要提前1 h 以上洒水, 使坡面内外层含水量都符合要求, 采用错距重复碾压综合法施工, 上下全振, 但错距始端要位于下端, 反铲沿错距方向慢慢移动, 每次为0. 5 m , 使碾压过程能连续进行, 既保证了质量, 又提高了生产效率。
碾压结束后, 用M 10 砂浆和乳化沥青防护坡面, 全部采用人工抹面和涂刷, 砂浆厚5～ 8 cm ,乳化沥青厚3～ 5 mm。
3 筑坝材料的开采和加工
两个主堆石料场都是沟谷型地貌单元, 岩性为中生代侵入辉长岩, 块状构造, 节理裂隙发育,节理间距为0. 4～ 0.
3.1 爆破参数的确定和药包布置：
首先, 要根据岩石性质和岩石结构估测石料的自然级配, 按照“小抵抗线、条形药包、大间距、单药包起爆”的原则, 确定爆破的主要参数: 最小抵抗线W 值和爆破作用指数n。W 值太大将造成外部岩体破碎减弱, 安全防护要求高;W 值太小,施工成本增大, 本工程以12～ 16m 为宜。因山势陡峭, 为崩塌爆破, n = 0. 75～ 1. 15。这样就可以根据药包间距、埋深高度和地形,综合考虑药包布置方式, 本工程为两排两层或两排单层, 药包为长条形, 每米装药440～ 480 kg,使爆破岩石受到均匀破坏。
3.2 装药量计算和起爆网络：
为使硬质岩石充分破碎, 得到良好级配和平缓爆堆, 同时考虑到周围民房安全防护要求, 装药时外排药室采用加强松动爆破, 内排药室采用抛掷爆破。并使用毫秒微差塑料导爆管和导爆索延时起爆各药包, 微差间隔时段为50～ 200 m s。控制堆料方向, 且利用块石抛出的功能, 互相挤压碰撞, 再次破碎岩石。
3.3 垫层料加工：
垫层料和垫层小区料原计划用人工碎石和人工砂掺配加工, 但因人工砂加工困难, 改用汉江河砂掺配, 掺入量为25%～ 30% , 而汉江砂中1～
的级配曲线平缓, 超出设计包络线, 后送到南京水利科学研究所进行试验, 在无保护情况下, 垫层渗透坡降达到124. 6 时, 试样没有破坏; 在组合体试验中, 垫层料的渗透坡降为154, 没有发生渗透破坏, 足以证明用该垫层料、垫层小区料填筑75.
4 填筑质量评价
大坝坝体填筑共完成112 个单元, 合格率100% , 其中优良102 个, 优良率91. 1%。填筑施工质量按照“碾压参数和干密度”两项指标监控,经过多次检验, 只要严格控制好碾压参数, 干密度都符合要求。大坝填筑时, 在380 m 和400 m 高程坝体内分别埋设了一套四点式和一套两点式水管式沉降仪和引张线式水平位移计, 坝顶420. 43 m 高程埋设了三个表面观测点。截止2003 年9 月30 日,埋设时间最长的已有506 d, 最短的132 d, 从坝体沉降过程线中可以看出, 坝体各处沉降在3 个月后趋于平缓, 6 个月后基本稳定, 最大沉降值为
5 结束语
综上所述，土坝工程施工，可以采用多种方法，针对小型土坝工程的特点，设备简单，施工简便，工效高，料源广，造价低，对临近建筑物影响小的优点，更为适用。