土壩填筑施工技術經驗談

摘　要:  土壩填筑施工方法與場施工條件, 制定施工方案, 施工簡便, 進度快, 順利完成了壩體填筑任務, 節約了大量的工程資金, 能為同類壩體填筑提供有益的施工經驗，樞紐建筑物由攔河壩、導流排砂泄洪洞、溢洪道、輸水洞防滲灌漿，進行一下論述。

關鍵詞: 水利工程；施工技術；探討

1 施工總體方案

1.1　施工渡汛方案的確定

經過統籌規劃, 多方論證, 確定施工渡汛方案為:上游過水圍堰一次性斷流, 導流洞過水, 汛期采用壩體小斷面攔洪。與壩面過流渡汛方案比較, 可以節約投資。缺點是填筑強度增大。根據大壩設計圖, 結合施工場地和填筑強度,盡量減小填筑量, 確定大壩360 m 高程以下全斷面填筑, 360 m 高程以上只填筑攔洪小斷面, 頂高程為395 m , 頂寬10 m , 頂長120 m , 上游坡為設計壩體上游坡, 下游坡1∶1. 3, 并在攔洪小斷面下游坡修筑“之”字型上壩路, 路面寬6 m , 坡降為12%～ 14% , 轉彎半徑12 m , 填筑方量28. 5 萬m 3。

1.2　壩體填筑

由于采用小斷面攔洪渡汛方案, 壩體填筑分兩期進行。第一期包括360m 高程以下全斷面填筑和360 m 高程以上小斷面填筑兩部分; 第二期施工時, 先填筑小斷面后壩體, 與小斷面頂齊平后, 壩體全斷面填筑上升。兩岸坡趾板砼澆筑均以壩面為工作面, 始終比填筑壩面高或稍低1m。為了減少干擾, 將攔洪小斷面填筑到395 m 高程后, 一次性上游壩坡碾壓和防護。

截流后, 根據施工場地和施工工序將壩區分為上、中、下三個施工區, 各工區平行作業。上游段是制約壩體填筑的關鍵項目, 包括河床以下趾板基礎開挖和處理、趾板砼澆筑, 以及壩基砂卵石開挖等, 且起始填筑面要比中游段壩基低6 m , 施工歷時最長。其次是中游段河床基礎開挖至密實處,用20 t 振動碾壓實后做為主堆石料碾壓試驗場地, 其試驗成果是壩體填筑質量控制的重要施工參數。最后是下游段堆石棱體基礎開挖至基巖, 比中游段壩基面低7 m , 是大壩填筑的起始段; 為了不影響施工機械進出壩區, 下游斷開挖和填筑又分為左、右兩部分依次施工。

中、下游段壩體同時填筑到360 m 高程, 此時上游段才具備了填筑條件, 已填筑壩料7 萬m 3, 相當于提前填筑一個月, 比上游段壩基高出12 m。所以集中精力搶填上游段預留壩體,半個月后與中下游壩面齊平, 然后繼續填筑攔洪小斷面壩體。

2　土壩填筑施工方法

　施工強度的確定大壩施工強度主要是指填筑強度, 必須按照施工進度要求來確定, 然后, 根據填筑強度制定總體施工方案, 修筑上壩路和規劃壩料開采方案, 選擇機械設備類型和數量等, 使各個工序的生產能力配套, 形成“一條龍”流水作業的良好局面。但是, 壩料填筑強度又受到壩面作業場地、道路和施工成本等影響, 要經過反復綜合分析后確定, 力求經濟合理。大壩汛前壩體填筑量為28. 5 萬m 3,

歷時100 天, 計算出日填筑強度為3 420m 3, 日供料強度為2 858 m 3 (自然方) ; 汛期后日填筑強度為3 384 m 3, 略小于汛前填筑強度。所以, 大壩日填筑強度為3 420 m 3。有兩個石料場開采主堆石料和過渡料, 開采強度能滿足供料要求。

然而, 為了盡早填筑壩體, 降低填筑強度, 確保實現攔洪目標, 壩體360 m 高程以下是分四個小區填筑的, 380 m 高程以上又形成了狹長壩面,機械作業難度大, 干擾多, 填筑強度明顯降低。

2.1　施工機械設備配置

2.1．1　  運輸設備：

運輸道路為砂卵石路面, 寬6 m , 轉彎多、急,是單向循環路, 總長22 km , 但河床路在汛期受洪水影響較大, 往返一趟需70 m in, 車速為25 kmöh , 實行兩班制, 每車裝料11 m 3。經過計算, 技術生產率為6. 53 m 3öh (壓實方) , 實際生產率為62. 7 m 3ö班, 汽車出勤率為70% , 需投入汽車總數為40 輛。施工中24 輛新車出勤率在80%以上, 且外協車在85% 以上; 20 輛舊車出勤率僅有50% , 運料成本高出合同價, 攔洪渡汛目標實現后, 80% 的舊車停置。由于施工組織得力, 汛前實際有效施工天數為93 d, 比計劃天數多10 d, 實現了小斷面攔洪渡汛目標。

2.1．2   鋪料碾壓設備：

公司有YZT 20 和YZT 18 型各1 臺牽引式振動碾, 經計算每1 臺生產率為3 888m 3öd , 大于日填筑強度, 所以壩面碾壓只配備了1 臺YZT 20 振動碾和一臺120A 21 推土機(牽引振動碾) , 碾壓不到的邊角部位, 用2 臺自行式YZT 2 振動碾和2 臺電動夯壓實。根據以往經驗, 1 臺220HP 推土機在壩面上鋪料強度為4 200 m 3öd , 大于日填筑強度3 420m 3, 能滿足大壩填筑要求。為了攤鋪墊層料和過渡料, 挖除超徑石和邊角大石, 以及處理接茬松坡, 還配備了1 臺反鏟。但是, 考慮到大壩填筑需要高強度連續進行,以上機械設備都是“單個兒”, 需要維修保養時間,很難保證鋪料、碾壓能連續施工, 所以又配置了備用設備, YZT 18 振動碾、120A 推土機和220HP推土機各1 臺。實踐證明這樣做是正確的, 缺點是這三臺設備利用率很低。1.3　2.1.3   開采裝料設備：

石料開采以小洞室爆破為主, 鉆孔爆破為輔,配備了1 臺露天液壓潛孔鉆和5 臺3 m 3öm in 油動空壓機。裝料選用1 臺4 m 3 液壓正鏟和1 臺ZL 50 裝載機, 生產率分別為3 529 m 3öd 和524m 3öd , 可以滿足大壩填筑強度的要求。但是, 考慮到墊層料的加工和正鏟維修保養的停置, 以及覆蓋層剝離、不合格料清除等, 還配備了2 臺ZL 50裝載機、1 臺220HP 推土機和1 臺1 m 3反鏟。

2.2　大壩填筑工序和方法

壩面作業主要有鋪料、灑水和碾壓3 道工序,還有下游坡干砌石鋪設和上游墊層坡面修整、斜坡碾壓和防護, 以及與岸坡結合部分處理等工序。壩料填筑采用流水作業法組織施工, 即把填筑壩面劃分成3 個填筑塊, 在填筑塊內依次完成鋪料、灑水和碾壓等工序, 使各個填筑塊上的所有工序都能連續進行, 并盡量保持平齊上升, 使壩面平整、寬敞, 有利于機械化施工。當填筑壩面狹長窄小時, 也可以把壩面劃分成左右兩個填筑塊, 使鋪料、碾壓連續進行, 灑水在鋪料過程中穿插完成。

壩體填筑工序流程為: 壩面測量分區—→壩料運輸上壩—→鋪料—→灑水—→碾壓—→檢測—→驗收。

2.2.1　壩料鋪填：

壩體填筑前必須先進行各種壩料碾壓試驗,工程結合生產進行了各種筑壩材料碾壓試驗, 成果見表1, 作為控制填筑質量的施工參數。壩料鋪填時, 先攤鋪、碾壓兩層墊層料和過渡料, 再緊接著過渡料填鋪主堆石料, 從上游向下游鋪填到次堆石區, 然后鋪填次堆石區。墊層料、過渡料采用后退法卸料, 避免石料分離, 反鏟攤鋪,人工整平。主堆石料、次堆石料采用進占法卸料,有利于控制鋪料厚度和壩面平整度, 但卸料必須到位, 攤鋪要及時, 決不允許堆積, 盡量避免石料分離。與岸坡和過渡料相接處提前采用后退法卸料, 并且攤鋪2m 厚的過渡料, 搶占死角, 使大石

不能集中于邊角, 便于整平壓實。

由于汛前搶填攔洪小斷面, 墊層料的填筑強度相對較高, 運距又遠, 反鏟鋪料太慢, 只好與主堆石一樣, 用20t 自卸車運料, 220HP 推土機鋪料, 人工整平。墊層料鋪料寬平均為4m (設計為3m ) , 再用裝載機清理; 散料滑落到上游坡面, 鋪料時超填5 cm (法線方向) , 當進行坡面修整時, 墊層料超填平均為15 cm , 因此, 墊層料浪費較大,削坡費用高。汛期后, 用竹板架在坡面上臨時攔擋滾落墊層料, 采用反鏟攤鋪, 每升高2～ 3 m , 進行一次人工削坡, 墊層料浪費較小, 削坡費用也明顯

降低了。

表1  筑壩材料碾壓實驗成果表

名   稱	碾壓機具	鋪料厚度(a n）	碾壓遍數（次）	加水量（%）
主堆石料 過渡料 墊層料 墊層小區料	18t牽引式振動碾	100	8	10
		50	6	10
		50	8	9
		40	8	9
墊層小區料 邊角	電動夯	15	8	9

 

2.2.2　壩料灑水碾壓：

壩料鋪填完成一塊且不影響運輸車輛行駛時, 盡快利用兩岸的壓力水管給壩料均勻灑水, 最好再用一輛灑水車配合灑水。用120A 推土機牽引20 t 振動碾碾壓, 采用進退錯距法, 每次錯距為碾輪寬的八分之一。墊層料可以碾壓到距上游計要求; 壩面下游邊線2 m 以內區域, 因大石集中, 攤鋪平整度差, 很難碾壓到位, 即干砌石表面垂直向下最多有2. 0 m 厚沒有壓實, 但經過一年多的觀測, 砌石表面平整無凹陷。

2.2.3　 接合部的壩料填筑：

(1)  壩體與岸坡接合部的填筑岸坡不允許有倒坡, 坡比不陡于1∶0. 3, 有利于壩料和岸坡結合密實。同一填筑層應采用后退法先攤鋪與兩岸坡結合處的過渡料, 寬為2. 5m , 待本層全部攤鋪完成后, 采用振動碾盡量沿岸坡方向碾壓, 壓不到的局部小區, 使用YZT 2 型手扶式自行振動碾碾壓; 趾板處墊層小區邊角用電動夯壓實。

(2)  壩體分期填筑結合部的填筑

對一坡到頂的結合部, 靠近外坡都有一定厚度的松散料無法壓實, 在后期填筑時需逐層削坡處理。即在每層鋪新料前, 利用反鏟將松坡石料挖運攤鋪, 直至壓石壩料露出, 與新鋪料一起碾壓,這樣逐層處理松坡。并一定要預防滾石和滑坡, 如發現應極早處理對臺階式的結合部, 每層預留2 m 寬的臺階, 與后期填筑層齊平相接, 并同時碾壓。臺階式接合部施工簡單, 施工質量好控制, 但占用場地較大, 平均坡比為1∶2; 一坡到頂接合部施工麻煩, 施工質量難以控制, 但占用場地小,攔洪選斷面工程量最小, 坡比不陡于1∶1. 2。

2.2.4　大壩上游坡碾壓和防護：

由于大壩分兩期填筑, 壩面場地較小, 各工序之間干擾較大, 所以決定在攔洪前和封頂后各進行一次上游壩坡碾壓, 坡面碾壓前要人工削坡, 碾壓后要防護。修整坡面前, 一定要有坡面放樣基線, 力爭一次性修整完成, 二次修整時, 人工作業非常困難。預留壓縮沉降值比墊層料水平碾壓沉降值小1～ 2 cm。斜坡碾壓都利用壩面作業機械, 距上游坡邊線1 m 處設置1 臺30 t 重的反鏟, 作為活動地錨, 將牽引振動碾的鋼絲繩導向輪, 掛在反鏟的行走大梁上, 用1 臺120A 推土機和通過導向輪的< 20 鋼絲繩, 牽引10 t 振動碾上下碾壓。斜坡碾壓前, 結合生產進行了碾壓試驗, 確定用10 t 振動碾振碾6 遍, 加水量為9% , 即碾壓時不沾碾,就能達到設計要求。碾壓時要提前1 h 以上灑水, 使坡面內外層含水量都符合要求, 采用錯距重復碾壓綜合法施工, 上下全振, 但錯距始端要位于下端, 反鏟沿錯距方向慢慢移動, 每次為0. 5 m , 使碾壓過程能連續進行, 既保證了質量, 又提高了生產效率。

碾壓結束后, 用M 10 砂漿和乳化瀝青防護坡面, 全部采用人工抹面和涂刷, 砂漿厚5～ 8 cm ,乳化瀝青厚3～ 5 mm。

3　筑壩材料的開采和加工

兩個主堆石料場都是溝谷型地貌單元, 巖性為中生代侵入輝長巖, 塊狀構造, 節理裂隙發育,節理間距為0. 4～ 0. 5 m , 最大一處為1. 5～3. 0 m。周圍都有村莊, 最近的民房距料場只有70 m。由于兩個石料場開采面都只有150 m 長, 山勢陡峭, 場地較小, 開采量僅有75 多萬m 3, 臨建費用又較高, 所以壩料采用小洞室爆破開采, 過渡料在巖石裂隙較發育的地方開采。

3.1　爆破參數的確定和藥包布置：

首先, 要根據巖石性質和巖石結構估測石料的自然級配, 按照“小抵抗線、條形藥包、大間距、單藥包起爆”的原則, 確定爆破的主要參數: 最小抵抗線W 值和爆破作用指數n。W 值太大將造成外部巖體破碎減弱, 安全防護要求高;W 值太小,施工成本增大, 本工程以12～ 16m 為宜。因山勢陡峭, 為崩塌爆破, n = 0. 75～ 1. 15。這樣就可以根據藥包間距、埋深高度和地形,綜合考慮藥包布置方式, 本工程為兩排兩層或兩排單層, 藥包為長條形, 每米裝藥440～ 480 kg,使爆破巖石受到均勻破壞。

3.2　裝藥量計算和起爆網絡：

為使硬質巖石充分破碎, 得到良好級配和平緩爆堆, 同時考慮到周圍民房安全防護要求, 裝藥時外排藥室采用加強松動爆破, 內排藥室采用拋擲爆破。并使用毫秒微差塑料導爆管和導爆索延時起爆各藥包, 微差間隔時段為50～ 200 m s。控制堆料方向, 且利用塊石拋出的功能, 互相擠壓碰撞, 再次破碎巖石。

3.3　墊層料加工：

墊層料和墊層小區料原計劃用人工碎石和人工砂摻配加工, 但因人工砂加工困難, 改用漢江河砂摻配, 摻入量為25%～ 30% , 而漢江砂中1～5 mm 的含量較少, 0. 1～ 1 mm 的含量較多, 致使摻配后的墊層料、墊層小區料在1～ 5 mm 位置處

的級配曲線平緩, 超出設計包絡線, 后送到南京水利科學研究所進行試驗, 在無保護情況下, 墊層滲透坡降達到124. 6 時, 試樣沒有破壞; 在組合體試驗中, 墊層料的滲透坡降為154, 沒有發生滲透破壞, 足以證明用該墊層料、墊層小區料填筑75. 6 m 高的堆石壩應該是安全可靠的。

4  填筑質量評價

大壩壩體填筑共完成112 個單元, 合格率100% , 其中優良102 個, 優良率91. 1%。填筑施工質量按照“碾壓參數和干密度”兩項指標監控,經過多次檢驗, 只要嚴格控制好碾壓參數, 干密度都符合要求。大壩填筑時, 在380 m 和400 m 高程壩體內分別埋設了一套四點式和一套兩點式水管式沉降儀和引張線式水平位移計, 壩頂420. 43 m 高程埋設了三個表面觀測點。截止2003 年9 月30 日,埋設時間最長的已有506 d, 最短的132 d, 從壩體沉降過程線中可以看出, 壩體各處沉降在3 個月后趨于平緩, 6 個月后基本穩定, 最大沉降值為318 mm , 壩體表面沒有裂縫, 混凝土面板澆筑6個月后也沒有裂縫, 填筑質量良好。另外, 壩體沉降值受分期填筑、觀測點上下厚度等影響。

5  結束語

綜上所述，土壩工程施工，可以采用多種方法，針對小型土壩工程的特點，設備簡單，施工簡便，工效高，料源廣，造價低，對臨近建筑物影響小的優點，更為適用。