本文对现阶段我国土石坝施工技术进行了分析,详细论述了此技术的优点及缺点,并对土石坝施工进程中对工程质量及工程进度影响较大的料场选取与坝基处理开展探讨,旨在促进我国土石坝施工不断向科学化、严谨化方向发展,提升我国水利工程质量。

【关键词】水利水电工程;土石坝施工技术;料场选取

引言

土石坝施工具有工程技术简单、工期短、工程成本低等优点,虽存在一定功能上的缺陷,但在我国水利工程中仍得到了广泛的应用。对土石坝施工技术进行详细的分析,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。

1水利水电工程中的土石坝施工技术的优点

1.1施工成本较低

土石坝施工进程中,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。是防水坝修建进程中经济效益较高的技术方案[1]。

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。因此,在土石坝技术施工进程中,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。

1.3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。另外,由于设备担当施工的主力,施工人员的安全也能得到保障。

1.4改建过程较为便捷

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[2]。此外,如工程需要,对坝体进行局部的破坏,其稳定性也不会受到较大的影响。

2水利水电工程总土石坝施工技术的缺点

2.1坝体自重较大

如图1所示,土石坝为传统技术堆砌而成的坝体,其功能与坝体的体积有直接关联,因此现阶段水利工程中的土石坝均具有自重较大的特点。且土石坝施工进程中往往不会对地基进行深度处理,在施工结束后一段时间内,土石坝会发生一定的沉降。

2.2无溢洪功能

受施工原料与施工技术简单的影响,土石坝结构较为单一,常在溢洪功能上由较大的缺失,需在工程后期修建专业的溢洪通道确保其洪水拦截功能的完善性。

2.3工程受气候影响较大

由于施工技术的简单,其常不具备排除外界干扰的能力。尤其在土石坝施工阶段,其受气候控制明显,如南方梅雨时期常不会进行土石坝施工,避免大量降水使原料的含水量过高而影响土石坝的稳定性。在北方土壤封冻时期,土石坝施工也无法正常开展:①土壤封冻使原材料采集较为困难;②冷冻的石料与土料均会产生不规则的体积变化,此时修建土石坝在气候转暖时会出现明显的渗水现象,坝体将无法正常发挥其效用,如图1所示。

3水利水电工程中的土石坝施工技术应用

3.1土石坝施工进程中料场的分析

3.1.1料场的选择土石坝施工进程中,料场常设置在作业现场的周边。但距离并非料场位置选择的唯一标准,要综合考虑多方面因素进行选取[3]。首先,原材料性质的考量。土石坝建设虽然施工技术较为简单,但其依据不同的施工环境,会选取不同种类的材料且建设性质存在一定区别的土石坝。如在径流较小,仅用于简单防水的坝体会选取土壤与沙粒进行修建;而针对于有洪水暴发可能的区域,为保证坝体的稳定性,常会在原材料中加入大量的石料。此外,因季节与气候的不同,原材料使用也存在差异性。因此,在料场选取的进程中,需要优先对施工环境进行分析,并制定完善的用料计划。其次,料场空间选择。料场空间选择需要注重的因素较多,通常可从以下几个方面进行分析:①料场选择进程中要保证其对周边已有建筑物无影响。一般处于建筑物轮廓线的300m之外,避免取土进程中破坏建筑物原有的地基防水措施。此外,因材料开掘进程中,常采用爆破手段,若周边存在居民区,需保证爆破对居民正常生活无影响。②料场选择过程中,应充分考虑原材料运送的便捷性。除较为常规的距离控制外,料场要通常要具有比施工地点更大的高程,避免质量较大的原材料运输时在陡坡出现运输困难,甚至出现后翻的现象,最大程度保证施工的安全。为保证施工效率,除主料场外,上下游及两岸都需选取辅料场,确保不同施工段坝体同步上升,避免工程内部相互干扰的情形出现。最后,料场的质量与数量规划。料场的质量主要指原材料采集的难易程度,料场选取前,需要先进行详细的勘探,勘探内容包括地质成因、产状、埋藏深度等,保证主料场原材料采集的便捷,并且原材料开采进程中不会造成大规模的地质扰动,保证施工效率与施工安全性。对原材料的物理性质进行分析,包括石料的成分、凝聚力,土壤材料的含水量、渗透系数等,保证原材料满足工程质量的要求。此外,要对主料场的储藏量开展分析。常规施工进程中,为保证突发事件的应对能力,主料场的储量应在工程使用总量的两倍以上。主料场选取进程中还应避免过早被坝体修建造成水位上升淹没,保证其满足施工全程的需求。

3.1.2料场的使用时间规划土石坝施工进程中常会准备多个辅料场,为保证资源的最大使用效率与工程的顺畅开展,辅料场使用时间上也要有详细的规划,常见的规划原则有:(1)优先使用较易被淹没区域的料场,避免料场在使用之前已经被淹没。从而导致最终原材料不足。(2)优先使用上游的料场。土石坝施工进程中对上游环境影响较大,避免上游料场在使用之前已经遭受破坏。(3)优先使用距离较远的料场。该措施主要为保证近距离料场储备的丰富,在土石坝修建进程中,越到后期,施工强度越大,此时近距离料场充足的储备与及时供料就成了工程顺利实施的保障,尤其在大坝合龙阶段,必须保证原材料的充足供给。(4)合理季节性调配。当坝体修建部分时间处于雨季时要预备充足的干料,即优先使用含水量较高的料场,确保土石坝施工的质量。

3.2土石施工进程中坝基处理

土石坝施工进程中,坝基的处理较为简单,更多的集中于表层土壤挖掘。由于水利工程中坝基常位于河岸,其上通常含有较多的杂草、树根、乱石、水井等,表面土壤有机质较为丰富,甚至部分地区存在大量地下土壤表层排水通道,如不进行深入挖掘,土石坝在修建完成后难以具备较高的防水性质与稳定性,工程质量无法得到保证。坝基处理进程宏通常要注重以下几点:

3.2.1挖掘顺序坝基处理进程中,通常以自上而下的顺序进行挖掘。这种挖掘顺序原因有:①施工进程中不会造成土壤的塌方,最大程度上保证施工人员的安全;②若从下部开始挖掘,将会产生施工进程内部干扰,上部土壤将会不断对已挖掘区域进行掩埋,下部挖掘效果得不到保证,同时,上部土壤自由陷落不利于后期岸坡的修理。

3.2.2岸坡处理(1)岸坡处理进程中要保证足够的深度,即挖掘进程中需要看到不透水层为止。避免坝体防渗体搭建深度过浅,在其下端留下渗水通道,使土石坝的防水效果无法得到保障。(2)岸坡的坡度控制。岸坡坡度是坝体与防渗体结合紧密性的重要保障,对于土石坝修建的工程质量有重大意义。坡度的控制与土壤的性质关联性较大,需要结合实际情况进行针对处理。若岸坡为岩石,其坡度需控制在1:0.75以下,且岩石无法与防渗体进行有效结合,需要在连接处充填粘土浆液,保证土石坝施工质量;若岸坡土壤为粘土,其坡度应控制在1:1.5以下,并要对岸坡进行休整,保证其表面的平整;若岸坡为非粘土壤,其坡度需要依据当地情况确定,基本原则为不能高于当地土壤饱和状态最大稳定坡度。

3.3坝基处理

覆盖层比较浅的,一般开挖成截水槽,并回填与坝体的防渗体相同的土料;覆盖层比较深的,一般用灌浆法法处理。对于断层、破碎带、节理裂隙、泉眼等特殊问题,要采取具有较强针对性的方法进行修复,最大程度上保证坝基的稳定性,进而实现工程整体质量的保障。

4结论

土石坝在我国水利工程中应用较为广泛,占据我国坝体修建的80%以上。为保证我国水利工程整体的修建质量,设计人员与施工人员需依据施工环境的不同进行针对性的材料选择与施工方案设计,确保土石坝正确地发挥其防洪、防渗的作用,促进我国水利工程不断进步。

参考文献

[1]陈庆宇.水利水电工程中的土石坝施工技术研究[J].科技风,2020(2):117.

[2]王友春.水利水电工程中土石坝施工技术的相关研究[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2019(12):171-172.

[3]陈瑞林.水利水电工程中土石坝施工技术分析[J].建材世界,2019,40(3):89-91.

作者:朴吉星单位:中国水利水电第七工程局有限公司试验检测研究院