水利中的土石坝施工技术应用分析
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王必磊
（河海大学水利水电学院，江苏南京210098）
摘要：土石坝技术是水利水电工程施工中一项应用较为常见的施工技术，文章首先概述了土石坝施工的优缺点，随后结合相关经验，从多个方面对土石坝施工技术的工序流程与管理要点开展探讨，以提高工程施工的规范性与技术应用的合理性。
关键词：水利水电工程，土石坝施工技术，工序流程
Analysis on application of construction technology
of earth-rock dam in water conservancy
Bilei Wang
Abstract: the technology of earth-rockfill dam is an application of water resources and hydropower engineering construction is relatively common construction technology, this paper summarizes the advantages and disadvantages of earth and rockfill dam construction, then combined with relevant experience, from several aspects of earth and rockfill dam construction technology and key points of management to carry out the process flow, in order to improve the standardization of the construction and the rationality of the application of technology.
Key words: Water conservancy and hydropower project, Construction technology of earth-rock dam, Process flow
1引言
近年来，随着我国经济的快速发展与进步，我国政府加大了对于水利水电工程的投资建设力度，有效的促进了我国水利水电行业的发展与进步。在水利水电工程项目施工的过程中，土石坝施工技术是一种较为常见的施工技术，因此在全国范围内得到了极为广泛的的应用。
土石坝指的是采取抛填和碾压等方法将施工场地的石料和土料堆筑而成的挡水坝[1]。土石坝施工过程中，施工人员需要严格按照施工要求进行施工，并加强土石坝的施工质量管理，以获取更高社会效益和经济效益，为水利水电行业的发展提供支持。对土石坝施工技术进行详细的分析，有利于施工团队更加合理的选取施工方案，具有重要的现实意义，所以文章对水利水电工程中的土石坝施工技术进行了研究。
2土石坝工程施工技术的特点
2.1土石坝施工技术的优点
2.1.1施工成本低
土石坝主要用到的材料是土体和砾石，所以在土石坝的施工进程中，施工原料主要在施工地采集而得，相较于混凝土施工节省了大量的原材料购买成本。此外，由于就地采集原材料，避免了大型施工中原材料的运输而产生的巨大成本，是经济效益较高的技术方案[2]。
2.1.2工程技术简单
土石坝施工技术仅包含原料采集、坝基处理、石料抛填及固定等，施工中无精度或难度较高的步骤，且原料地的选取与采集方式的选择均由施工设计人员控制[3]。因此，在土石坝的技术施工进程中，相较于其他施工技术，施工单位不必雇佣大量的技术型人员，可节省工程建设的用人成本。
2.1.3维修和改建较方便
从施工技术上进行分析，土石坝为土料、石料等简单堆积而成，结构较为简单，内部受力均匀。后期因环境变化或者工程需求进行扩建时，仅需以现有结构为基础向上或者两侧继续延伸，土石坝整体施工质量依旧可以得到保证[4]。此外，如工程需要对坝体进行局部的改造，其稳定性也不会受到较大的影响。
2.1.4施工时间较短
土石坝施工技术因其就地采集原料的特点，常无需大量的前期准备工作。同时，施工技术决定了坝体中无法进行复杂的结构设计，在土石坝施工中，大型机械设备可以贯穿工程的始终，工程时间相较于混凝土等其它施工方案有明显的优势[5]。
2.2土石坝施工技术的缺点。
2.2.1容易变形
土石坝主要使用的材料是土体，在施工的时候如果压实的工作没有做好，那么在后期就很容易会出现变形的问题。土石料之间利用自身粘性和挤压力形成一个整体，在受到水流冲击和长期浸泡影响后，可能会影响到坝身的稳定性。因此，土石坝在使用一定年限后，需要投入一定的人力、物力和财力进行维护，增加了成本支出。
2.2.2容易受到环境的影响
土石坝会受到材料方面因素的影响，许多土料为粘性物质，在溢洪道施工过程中容易受到气候、湿度等因素的干扰影响，可能会对工程质量造成负面影响：如在投入使用的过程中周围环境潮湿，土石坝在吸水之后就容易发生形变[6]。
2.2.3坝身不能溢流
和其他的坝体不同的是，土石坝是一个有机的整体，它是不可分割的，主要的任务就是储水，不能够进行坝体的泄洪。为了满足水利水电工程泄洪的需要，在施工过程中需要专门修建溢洪道。
2.2.4容易沉陷
土石坝由于自重较大，受到各种因素的影响后相较其他坝更易发生沉陷，对坝体的稳定性产生不利的影响。
3水利水电工程中土石坝的施工技术
3.1施工前做好相关准备工作
施工质量以施工前的准备工作为保证，一方面应对施工进度及工期安排合理，对土石坝施工过程中可能产生的变化影响施工效率的程度进行充分考虑。另一方面是应合理规划空间布局，提前勘察施工现场附近的地质、环境及地形等情况，使建筑材料、施工设备的具体位置最合理，在协同工作、运输等与施工现场有关的方面做好，避免浪费过多时间。第三方面是应对施工现场加强监控，使施工现场中的不合理情况得到及时发现，并分析以上具体情况，提出相应措施进行修正，进而使施工的顺利开展得到有效保证。
3.2土石方施工质量控制
首先，工程队伍要做好技术交底。由于水电水利工程的内容较多、施工周期也较长，所以往往需要多个施工队伍共同助力完成工程，因此在各项工作的交接过程之中，要做好技术交底的相关任务，尤其是作为基础性环节的土石方施工，更需要明确各项参数，以此夯实其他施工的进行基础[7]。
其次，由于土石方工程需要大量的施工人员共同进行，所以普遍工人的文化素质水平相对较低，这就需求施工队伍对其加强教育培训工作，确保明确的施工方案与技术条件，做好安全规范的普及工作，使其能够又快又好地落实相关工作。
最后，施工队伍内部还需要做好严格的检查工作。施工队伍应当专门组建一支监察队伍，其中人员必须包括工程技术人员、拥有多年实践经验的员工，采用定期检查与不定期抽查的方式展开监管工作，从根本上保证施工的安全性与施工质量。
3.3土石坝筑坝施工材料
实际施工时，对施工材料的合理把控非常重要，只有这样才能有效提高水利水电工程的施工质量，同时保证工程施工进度。为了达到严格控制施工材料的目的，实际施工前需要根据具体的施工标准，合理地选择施工材料挖掘场地，只有保证该位置具有足够的、性质优良的施工材料，才能保证整个水利水电项目施工顺利、有序进行。
土石坝是由土和石料组成的，是土石坝的基本施工材料。土石坝的施工对施工材料有着相当严格的要求，首先对土料的质量有相当严格的要求，除了含有大量有机物质和水溶盐的土料、干硬性粘土、分散性粘土及软黏土不能使用以外，一般的土料都可以用来筑坝。如果土料中有机盐的含量过高，则易造成土坝的渗漏和沉降[8～9]，要使土坝不渗漏就要对土料进行透水性实验，对土料的具体要求是根据施工需求而定的，并使其符合国家相关的检验标准。对石料的要求是需要采用抗压强度高和耐风化的石料，石料的选择应满足坝体的稳定性和排水功能等具体要求。
3.4土石坝的填筑与压实
对于土石坝施工来说，土石坝的填筑和压实虽然是最后一个步骤，但是却非常关键。进行石料填筑时，首先需要做好铺土作业，提高作业面的平整性，要对土料进行筛选，把一些体积大的土料进行剔除或粉碎，保证土料的质量。随后开展平土工作，应用拉线的方式确认平土层的厚度，平土作业需要结合人工平土和机械平土两种方式共同进行。原因在于，人工平土作业灵活性较高但是效率较低，而机械平土施工虽然灵活性较差但是施工效率较高，两种平土方法配合应用，不仅保证了平土灵活性，还保证了平土的效率[10]。铺料时必须要使用平行的作业方式，使各种辅料的填筑均匀的上升，不能出现明显的高低差。土料的填筑要按顺序逐一进行，一般的铺筑方法采用倒退法，具体的施工中，施工单位应派专人进行现场监督和指挥，使各车之间有序的进行倾卸，使土料均匀平整的铺倒在施工现场。最后就是土石坝压实作业，土石坝压实效果会直接对整个土石坝工程的稳定性产生影响，所以做好土石坝的压实工作非常重要。要对土石坝分层碾压，在施工时我们要严格按照要求进行逐层压实避免发生漏压与过压[11]，使土石料的压实密度均匀。压实作业需要应用到的设备为碾压机，在实际操作过程中，为了避免漏压的现象发生，需要不间断地进行碾压，同时注意处理好碾压接缝。
3.5冬、雨季做好各项施工工作
土石坝在冬季施工时，因降低气温，土石料易发生冻结现象，使施工难度增大，施工企业需根据我国水利施工有关规定采取诸如加热、保温等相应防护措施，避免土石料发生冻结。土石坝在雨季施工时，对防雨措施应结合施工情况及方法选择最为合适的，若土石坝施工未达到较大的作业面，可采用塑料薄膜、帆布等在下雨前覆盖好施工区域，进而对稳定有序地施工提供重要保证。
3.6土石料的加工
对土石料的表层进行清理，剔除不合格的土石料材料，再将合格的土石料应用到土石坝施工过程中。实际施工时，因为土料面积较大，吸水能力较强，土料含水量一旦超出一定的范围就会对实际的施工效果产生影响，所以需要应用有效的方法降低土料中的含水量，如烘烤或者翻晒等。如果项目有特殊要求，需要适当地提高施工材料的含水量，那么可以采用加水的方式来实现。
在筛选土石料时，如果超径石比重较小，可以应用推土机将其清除；若土石料中超径石比重较大，则可以利用料斗过滤筛选的方法进行筛选清除。另外，高坡下料的方式也可以实现粗细料的分离，从而有效去除大粒径石料。块石料不仅可以由现场开采获得，还可以在开挖建筑物时获得[12]。
3.7砂砾石料与堆石料的开采
自然界中，砂砾石料的分布较为广泛，而且多数都是可以开采的。不同的地区，石料的分布特点也不同，有的分布在陆地上，有的分布在水下，开采时需要根据石料的分布情况选择最为合理的开采方式。
堆石料的开采过程较为复杂，一般需要应用深孔阶梯式的爆破方法进行开采，但爆破开采获得的石料规格是大小不一的，所以要根据实际施工的需要，对超大径石料应用潜孔爆破进行处理。
3.8反滤层施工
反滤层填筑方法主要分为3种形式，分别为削坡体、挡板法和沙松坡接触平起法[13]。其中，沙松坡接触平起法更加适合机械化施工，应用范围最大，该方法填筑强度较高，优势也十分明显，主要可以依靠填筑强度高来实现反滤料、防渗体和坝壳料平起的填筑，可以应用到防渗体的填筑。
在进行防渗土料反滤层填筑的时候，主要有两种方式，分别是先土后砂、先砂后土，不管应用哪一种方法进行填筑，土和砂之间都会出现交错的现象，所以反滤层的厚度一定要与相关标准一致，严禁出现过度削弱防渗体的情况[14]。反滤层填筑结束后，如果条件允许，还可以组织开展一次工程实验，检查反滤层的实际工作效果，如果达不到工程标准及时进行修整，确保反滤层的施工质量。
3.9结合部位施工
土石坝施工时，坝体的防渗土料会和岸坡或者周围的地基相互结合，并且考虑到实际施工会涉及分层填筑等方法的应用[15]，需要设置一个纵横向的接坡和接缝。结合部位的施工是整个坝体施工较为薄弱的环节，处理工序较为复杂，所以对施工技术的要求较高，在实际施工中，需要进行严格把控，控制好结合部位的施工质量。如果坝体接坡和接缝数量较多，也会对坝体整体填筑强度产生影响，特别是会对机械化施工产生较大的影响。因此，针对坝体结合部位的施工，必须采取科学合理的施工技术，同时合理控制接缝或接坡数量，保证坝体施工质量可以满足具体的设计要求。
4土石坝施工技术发展趋势
从目前的情况来看，我国现阶段的水利工程坝体施工过程当中，因为土石坝能够缩短施工的期限，并且有效地促进经济的发展，所以水利工程当中土石坝施工受到广泛的欢迎和应用。与此同时，因为人们的生活水平逐渐提高，对于水利工程施工的要求越来越严格，必须保证施工质量，这种情况之下，相关施工单位就应该做好充分的准备工作，选择科学合理的方法来提高土石坝施工质量。
从另一个角度上来看，近几年来，我国水利工程土石坝广泛应用，受到广泛欢迎，在一定程度上促进了相关技术的发展和更新，在许多新型土石坝建设过程中，对坝体填筑料的含水率控制、压实度、压实系数等的控制上均采用了新技术新方法[16]，与传统的施工工艺相比，不仅可以提供质量还可以加快进度，降低施工成本，所以施工单位必须提高土石坝的施工效率，并且缩短周期，才能与时俱进。我国经济飞速发展，现代科学技术不断提高，产生了许多种类的新型的施工材料，在今后的发展过程当中，这些新型的施工材料将得到有效应用，解决传统材料所带来的一些实际问题[17]。
从总体来看，水利工程土石坝施工技术发展趋势主要分为以下三点：
（1）施工更加科学
科学是确保技术得以快速、全面发展的核心基础，在当前的水利工程土石坝施工当中，先进的科学技术已经得到了广泛应用。在筛选土石坝填筑材料时，伴随材料科学的逐渐发展，各种新型材料将会一一面世，从而使渗漏等问题得到有效解决。总体而言，土石坝施工的技术必将越来越科学。
（2）快速化施工
当前我国水利工程规模逐年扩大，各种土石坝、拱坝、混凝土重力坝等越来越多的新形式坝体层出不穷，且各自发展也较为良好。为了确保部门自身在土石坝施工市场当中具备竞争力，部门应当致力于深入研究土石坝的施工技术，使其施工、结构简单、易得到建筑原料等优势充分发挥出来，进而使整体施工工期得到进一步缩短。
（3）机械化发展
要想在不对土石坝规模进行改变的基础上，对施工周期进行缩短、使施工速度逐渐变快，往往需要加强施工的整体强度。因此，在保证整体施工质量不被影响的前提下，为了使施工整体强度得到全面提升，有关部门应当引进更加先进的作业机械和设备。这些先进作业机械、设备的大量投入，可以帮助有关部门有效减少参与施工的劳动人数，使整体施工成本被科学降低，进而使此项施工机械化、标准化、规范化。
5小结
现如今我国经济持续快速发展的同时，水利工程已经越来越受到人们的关注，水利水电工程作为国民基础设施建设的重要组成部分，在发电、航运、蓄洪、养殖等多个方面发挥了巨大作用。
水利工程中应用土石坝的技术对于工程质量的提高具有着关键性的作用，土石坝施工作为水利水电工程施工中较为常见的一项技术，它有施工方便和成本低的优点，在水利工程中的应用十分的广泛。所以，在土石坝施工中，我们需要对各环节的质量都进行严格的控制，并采取有效的技术管理措施，杜绝工程质量隐患。只有这样，土石坝施工的水平才能够得到不断的提高，土石坝在水利工程中也就能更好的发挥作用。
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