土壩填筑施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)談
摘 要: 土壩填筑施工方法與場(chǎng)施工條件, 制定施工方案, 施工簡(jiǎn)便, 進(jìn)度快, 順利完成了壩體填筑任務(wù), 節(jié)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(jīng)驗(yàn)，樞紐建筑物由攔河壩、導(dǎo)流排砂泄洪洞、溢洪道、輸水洞防滲灌漿，進(jìn)行一下論述。
關(guān)鍵詞: 水利工程；施工技術(shù)；探討
1 施工總體方案
1.1 施工渡汛方案的確定
經(jīng)過(guò)統(tǒng)籌規(guī)劃, 多方論證, 確定施工渡汛方案為:上游過(guò)水圍堰一次性斷流, 導(dǎo)流洞過(guò)水, 汛期采用壩體小斷面攔洪。與壩面過(guò)流渡汛方案比較, 可以節(jié)約投資。缺點(diǎn)是填筑強(qiáng)度增大。根據(jù)大壩設(shè)計(jì)圖, 結(jié)合施工場(chǎng)地和填筑強(qiáng)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(zhǎng)120 m , 上游坡為設(shè)計(jì)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(zhuǎn)彎半徑12 m , 填筑方量28.
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(jìn)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(shí), 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(hù)。
截流后, 根據(jù)施工場(chǎng)地和施工工序?qū)螀^(qū)分為上、中、下三個(gè)施工區(qū), 各工區(qū)平行作業(yè)。上游段是制約壩體填筑的關(guān)鍵項(xiàng)目, 包括河床以下趾板基礎(chǔ)開(kāi)挖和處理、趾板砼澆筑, 以及壩基砂卵石開(kāi)挖等, 且起始填筑面要比中游段壩基低6 m , 施工歷時(shí)最長(zhǎng)。其次是中游段河床基礎(chǔ)開(kāi)挖至密實(shí)處,用20 t 振動(dòng)碾壓實(shí)后做為主堆石料碾壓試驗(yàn)場(chǎng)地, 其試驗(yàn)成果是壩體填筑質(zhì)量控制的重要施工參數(shù)。最后是下游段堆石棱體基礎(chǔ)開(kāi)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(jī)械進(jìn)出壩區(qū), 下游斷開(kāi)挖和填筑又分為左、右兩部分依次施工。
中、下游段壩體同時(shí)填筑到360 m 高程, 此時(shí)上游段才具備了填筑條件, 已填筑壩料
2 土壩填筑施工方法
施工強(qiáng)度的確定大壩施工強(qiáng)度主要是指填筑強(qiáng)度, 必須按照施工進(jìn)度要求來(lái)確定, 然后, 根據(jù)填筑強(qiáng)度制定總體施工方案, 修筑上壩路和規(guī)劃壩料開(kāi)采方案, 選擇機(jī)械設(shè)備類型和數(shù)量等, 使各個(gè)工序的生產(chǎn)能力配套, 形成“一條龍”流水作業(yè)的良好局面。但是, 壩料填筑強(qiáng)度又受到壩面作業(yè)場(chǎng)地、道路和施工成本等影響, 要經(jīng)過(guò)反復(fù)綜合分析后確定, 力求經(jīng)濟(jì)合理。大壩汛前壩體填筑量為28.
歷時(shí)100 天, 計(jì)算出日填筑強(qiáng)度為3 420m 3, 日供料強(qiáng)度為2 858 m 3 (自然方) ; 汛期后日填筑強(qiáng)度為3 384 m 3, 略小于汛前填筑強(qiáng)度。所以, 大壩日填筑強(qiáng)度為3 420 m 3。有兩個(gè)石料場(chǎng)開(kāi)采主堆石料和過(guò)渡料, 開(kāi)采強(qiáng)度能滿足供料要求。
然而, 為了盡早填筑壩體, 降低填筑強(qiáng)度, 確保實(shí)現(xiàn)攔洪目標(biāo), 壩體360 m 高程以下是分四個(gè)小區(qū)填筑的, 380 m 高程以上又形成了狹長(zhǎng)壩面,機(jī)械作業(yè)難度大, 干擾多, 填筑強(qiáng)度明顯降低。
2.1 施工機(jī)械設(shè)備配置
2.1．1 運(yùn)輸設(shè)備：
運(yùn)輸?shù)缆窞樯奥咽访?/SPAN>, 寬6 m , 轉(zhuǎn)彎多、急,是單向循環(huán)路, 總長(zhǎng)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(shí)行兩班制, 每車裝料
2.1．2 鋪料碾壓設(shè)備：
公司有YZT 20 和YZT 18 型各1 臺(tái)牽引式振動(dòng)碾, 經(jīng)計(jì)算每1 臺(tái)生產(chǎn)率為3 888m 3öd , 大于日填筑強(qiáng)度, 所以壩面碾壓只配備了1 臺(tái)YZT 20 振動(dòng)碾和一臺(tái)120A 21 推土機(jī)(牽引振動(dòng)碾) , 碾壓不到的邊角部位, 用2 臺(tái)自行式YZT 2 振動(dòng)碾和2 臺(tái)電動(dòng)夯壓實(shí)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn), 1 臺(tái)220HP 推土機(jī)在壩面上鋪料強(qiáng)度為4
石料開(kāi)采以小洞室爆破為主, 鉆孔爆破為輔,配備了1 臺(tái)露天液壓潛孔鉆和5 臺(tái)3 m 3öm in 油動(dòng)空壓機(jī)。裝料選用1 臺(tái)4 m 3 液壓正鏟和1 臺(tái)ZL 50 裝載機(jī), 生產(chǎn)率分別為3
2.2 大壩填筑工序和方法
壩面作業(yè)主要有鋪料、灑水和碾壓3 道工序,還有下游坡干砌石鋪設(shè)和上游墊層坡面修整、斜坡碾壓和防護(hù), 以及與岸坡結(jié)合部分處理等工序。壩料填筑采用流水作業(yè)法組織施工, 即把填筑壩面劃分成3 個(gè)填筑塊, 在填筑塊內(nèi)依次完成鋪料、灑水和碾壓等工序, 使各個(gè)填筑塊上的所有工序都能連續(xù)進(jìn)行, 并盡量保持平齊上升, 使壩面平整、寬敞, 有利于機(jī)械化施工。當(dāng)填筑壩面狹長(zhǎng)窄小時(shí), 也可以把壩面劃分成左右兩個(gè)填筑塊, 使鋪料、碾壓連續(xù)進(jìn)行, 灑水在鋪料過(guò)程中穿插完成。
壩體填筑工序流程為: 壩面測(cè)量分區(qū)—→壩料運(yùn)輸上壩—→鋪料—→灑水—→碾壓—→檢測(cè)—→驗(yàn)收。
壩體填筑前必須先進(jìn)行各種壩料碾壓試驗(yàn),工程結(jié)合生產(chǎn)進(jìn)行了各種筑壩材料碾壓試驗(yàn), 成果見(jiàn)表1, 作為控制填筑質(zhì)量的施工參數(shù)。壩料鋪填時(shí), 先攤鋪、碾壓兩層墊層料和過(guò)渡料, 再緊接著過(guò)渡料填鋪主堆石料, 從上游向下游鋪填到次堆石區(qū), 然后鋪填次堆石區(qū)。墊層料、過(guò)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(jìn)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(shí), 決不允許堆積, 盡量避免石料分離。與岸坡和過(guò)渡料相接處提前采用后退法卸料, 并且攤鋪2m 厚的過(guò)渡料, 搶占死角, 使大石
不能集中于邊角, 便于整平壓實(shí)。
由于汛前搶填攔洪小斷面, 墊層料的填筑強(qiáng)度相對(duì)較高, 運(yùn)距又遠(yuǎn), 反鏟鋪料太慢, 只好與主堆石一樣, 用20t 自卸車運(yùn)料, 220HP 推土機(jī)鋪料, 人工整平。墊層料鋪料寬平均為4m (設(shè)計(jì)為3m ) , 再用裝載機(jī)清理; 散料滑落到上游坡面, 鋪料時(shí)超填5 cm (法線方向) , 當(dāng)進(jìn)行坡面修整時(shí), 墊層料超填平均為15 cm , 因此, 墊層料浪費(fèi)較大,削坡費(fèi)用高。汛期后, 用竹板架在坡面上臨時(shí)攔擋滾落墊層料, 采用反鏟攤鋪, 每升高2～ 3 m , 進(jìn)行一次人工削坡, 墊層料浪費(fèi)較小, 削坡費(fèi)用也明顯
降低了。
表1 筑壩材料碾壓實(shí)驗(yàn)成果表
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名 稱 |
碾壓機(jī)具 |
鋪料厚度(a n） |
碾壓遍數(shù)（次） |
加水量（%） |
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主堆石料 過(guò)渡料 墊層料 墊層小區(qū)料 |
18t牽引式振動(dòng)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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墊層小區(qū)料 邊角 |
電動(dòng)夯 |
15 |
8 |
9 |
壩料鋪填完成一塊且不影響運(yùn)輸車輛行駛時(shí), 盡快利用兩岸的壓力水管給壩料均勻?yàn)⑺?/SPAN>, 最好再用一輛灑水車配合灑水。用120A 推土機(jī)牽引20 t 振動(dòng)碾碾壓, 采用進(jìn)退錯(cuò)距法, 每次錯(cuò)距為碾輪寬的八分之一。墊層料可以碾壓到距上游計(jì)要求; 壩面下游邊線2 m 以內(nèi)區(qū)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(méi)有壓實(shí), 但經(jīng)過(guò)一年多的觀測(cè), 砌石表面平整無(wú)凹陷。
(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(jié)合密實(shí)。同一填筑層應(yīng)采用后退法先攤鋪與兩岸坡結(jié)合處的過(guò)渡料, 寬為2.
(2) 壩體分期填筑結(jié)合部的填筑
對(duì)一坡到頂?shù)慕Y(jié)合部, 靠近外坡都有一定厚度的松散料無(wú)法壓實(shí), 在后期填筑時(shí)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(yùn)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(yù)防滾石和滑坡, 如發(fā)現(xiàn)應(yīng)極早處理對(duì)臺(tái)階式的結(jié)合部, 每層預(yù)留2 m 寬的臺(tái)階, 與后期填筑層齊平相接, 并同時(shí)碾壓。臺(tái)階式接合部施工簡(jiǎn)單, 施工質(zhì)量好控制, 但占用場(chǎng)地較大, 平均坡比為1∶2; 一坡到頂接合部施工麻煩, 施工質(zhì)量難以控制, 但占用場(chǎng)地小,攔洪選斷面工程量最小, 坡比不陡于1∶1. 2。
由于大壩分兩期填筑, 壩面場(chǎng)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(jìn)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(hù)。修整坡面前, 一定要有坡面放樣基線, 力爭(zhēng)一次性修整完成, 二次修整時(shí), 人工作業(yè)非常困難。預(yù)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(yè)機(jī)械, 距上游坡邊線1 m 處設(shè)置1 臺(tái)30 t 重的反鏟, 作為活動(dòng)地錨, 將牽引振動(dòng)碾的鋼絲繩導(dǎo)向輪, 掛在反鏟的行走大梁上, 用1 臺(tái)120A 推土機(jī)和通過(guò)導(dǎo)向輪的< 20 鋼絲繩, 牽引10 t 振動(dòng)碾上下碾壓。斜坡碾壓前, 結(jié)合生產(chǎn)進(jìn)行了碾壓試驗(yàn), 確定用10 t 振動(dòng)碾振碾6 遍, 加水量為9% , 即碾壓時(shí)不沾碾,就能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。碾壓時(shí)要提前1 h 以上灑水, 使坡面內(nèi)外層含水量都符合要求, 采用錯(cuò)距重復(fù)碾壓綜合法施工, 上下全振, 但錯(cuò)距始端要位于下端, 反鏟沿錯(cuò)距方向慢慢移動(dòng), 每次為0. 5 m , 使碾壓過(guò)程能連續(xù)進(jìn)行, 既保證了質(zhì)量, 又提高了生產(chǎn)效率。
碾壓結(jié)束后, 用M 10 砂漿和乳化瀝青防護(hù)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(kāi)采和加工
兩個(gè)主堆石料場(chǎng)都是溝谷型地貌單元, 巖性為中生代侵入輝長(zhǎng)巖, 塊狀構(gòu)造, 節(jié)理裂隙發(fā)育,節(jié)理間距為0. 4～ 0.
3.1 爆破參數(shù)的確定和藥包布置：
首先, 要根據(jù)巖石性質(zhì)和巖石結(jié)構(gòu)估測(cè)石料的自然級(jí)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(shù): 最小抵抗線W 值和爆破作用指數(shù)n。W 值太大將造成外部巖體破碎減弱, 安全防護(hù)要求高;W 值太小,施工成本增大, 本工程以12～ 16m 為宜。因山勢(shì)陡峭, 為崩塌爆破, n = 0. 75～ 1. 15。這樣就可以根據(jù)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(zhǎng)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(jì)算和起爆網(wǎng)絡(luò)：
為使硬質(zhì)巖石充分破碎, 得到良好級(jí)配和平緩爆堆, 同時(shí)考慮到周圍民房安全防護(hù)要求, 裝藥時(shí)外排藥室采用加強(qiáng)松動(dòng)爆破, 內(nèi)排藥室采用拋擲爆破。并使用毫秒微差塑料導(dǎo)爆管和導(dǎo)爆索延時(shí)起爆各藥包, 微差間隔時(shí)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(qū)料原計(jì)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～
的級(jí)配曲線平緩, 超出設(shè)計(jì)包絡(luò)線, 后送到南京水利科學(xué)研究所進(jìn)行試驗(yàn), 在無(wú)保護(hù)情況下, 墊層滲透坡降達(dá)到124. 6 時(shí), 試樣沒(méi)有破壞; 在組合體試驗(yàn)中, 墊層料的滲透坡降為154, 沒(méi)有發(fā)生滲透破壞, 足以證明用該墊層料、墊層小區(qū)料填筑75.
4 填筑質(zhì)量評(píng)價(jià)
大壩壩體填筑共完成112 個(gè)單元, 合格率100% , 其中優(yōu)良102 個(gè), 優(yōu)良率91. 1%。填筑施工質(zhì)量按照“碾壓參數(shù)和干密度”兩項(xiàng)指標(biāo)監(jiān)控,經(jīng)過(guò)多次檢驗(yàn), 只要嚴(yán)格控制好碾壓參數(shù), 干密度都符合要求。大壩填筑時(shí), 在380 m 和400 m 高程壩體內(nèi)分別埋設(shè)了一套四點(diǎn)式和一套兩點(diǎn)式水管式沉降儀和引張線式水平位移計(jì), 壩頂420. 43 m 高程埋設(shè)了三個(gè)表面觀測(cè)點(diǎn)。截止2003 年9 月30 日,埋設(shè)時(shí)間最長(zhǎng)的已有506 d, 最短的132 d, 從壩體沉降過(guò)程線中可以看出, 壩體各處沉降在3 個(gè)月后趨于平緩, 6 個(gè)月后基本穩(wěn)定, 最大沉降值為
5 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，土壩工程施工，可以采用多種方法，針對(duì)小型土壩工程的特點(diǎn)，設(shè)備簡(jiǎn)單，施工簡(jiǎn)便，工效高，料源廣，造價(jià)低，對(duì)臨近建筑物影響小的優(yōu)點(diǎn)，更為適用。