土石坝的快速施工概要

1、作者：唐海北时间： 2007-11-25 12:26:00摘要：近几十来年，土质心墙堆石坝已逐渐成为世界上高坝建设的主流坝型之 一，随着新型土石方机械的大量投入及填筑施工工艺水平不断提高，同时筑坝 材料试验研究的深入，极大地拓宽了土石坝的用料范围和用料模式，为土石坝 更广泛地应用提供了有利条件，改变了土石坝长期存在着建设工期长、填筑强 度低的不足，进一步加快了施工进度，在确保填筑施工质量及安全运行的前提 下探讨土石坝的快速施工很有必要的事情。关键词：土石坝 快速 施工1、概述土石坝又称当地材料坝，所需土石料一般就地开采，同时还可充分利用各 种开挖料，且具有对基础要求低、适应基础变形强的特点，根

2、据填筑施工方 法，一般可分为碾压式土石坝、抛填式堆石坝、定向爆破堆石坝、水力冲填 坝、水中填土坝及砌石坝几种，其中抛填式堆石坝目前基本不用，定向爆破堆 石坝存在着后期沉降大、不能在坝内埋设原型观测设备等不足，目前也用的很 少，水力冲填坝、水中填土主要用在特殊地区的坝高较低的中小型工程，砌石 坝严格说应属于圬工坝类，目前广泛运用的是薄层铺筑并分层压实的碾压式土 石坝。根据资料统计，近几十来年，土质心墙堆石坝已逐渐成为世界上高坝建设 的主流坝型之一，随着新型土石方机械的大量投入及填筑施工工艺水平不断提 高，同时筑坝材料试验研究的深入，极大地拓宽了土石坝的用料范围和用料模 式，为土石坝更广泛地应用提

3、供了有利条件，改变了土石坝长期存在着建设工 期长、填筑强度低的不足，笔者就参加了不少土石坝的填筑的经验与体会，浅 析在确保填筑施工质量及安全运行的前提下探讨土石坝的快速施工。2、快速施工的必要性随着坝工技术的发展，砼重力坝、拱坝的技术不断提高，同时橡胶坝等新型坝 型不断的运用，传统土石坝存在着填筑量大带来的建设时间长的缺点显得极为突出， 如何在充分发挥土石坝本身的技术要求低、对坝基适应性强、当地材料使用充分的传 统优势下加快施工进度，成为坝型选择的重要方面，在确保填筑施工质量及安全运行 的前提下快速施工是各方均关心的问题。2.1 快速施工，可以使大坝提前发挥经济效益，对建设单位来说至关重要随着

4、水利工程投资多元化的发展，水利建设的投资逐渐以企业为主，无需置 疑，从企业追求利润最大化及提高内部收益率的考虑，大坝加快施工进度，缩短建设 周期，提前发挥效益，是每个业主考虑的重点，如像小浪底这样的大坝，坝体总填筑 量约5185万m,如不采取有效加快填筑施工措施，维持在每月2030万m的水平,那建设周期则长达172260个月，那是任何业主都无法承受的，而实际上，小浪底大 坝实际平均填筑强度约 150万斥/月，最高强度达到200万m/月以上，有效的减少了 建设周期,确保了施工的顺利进行。因此,在招标标文件中,均可以看见对工期的要求极为严格,并要求在加快施工进度方面提出严密而详细的措施,而在工程开

5、工后,业主对施工单位在工期上提出 了更高的要求,作为施工单位,从满足业主的需要角度出发,往往承诺比招投标文件 更短的工期,因此,在工程报道中经常出现“三年工期、两年完成”、“根据工程需 要，业主要求提前工期XX月，施工单位采取特殊措施”等字眼，如何提高施工强 度、快速施工成了施工单位为赢得市场从而生存的法宝。2.2 、基础处理的不确定性,也需要采用加快施工进度等措施随着水电开发的进展,在基础不良的地方也开始修建大型土石坝,而为了满足 坝基承载力及基础防渗的需要,往往在完成基础处理后方可进行填筑施工,然而,地 基情况较为复杂,特别是在深覆盖层上修建工程,基础处理工程量大、不可预见因素 多,经常需

6、要防渗墙、振冲、帷幕灌浆、固结灌浆等对地基进行综合处理,处理难度 大、检查复杂,根据对多个工程的资料分析,基础处理完工及交面时间往往较开工时 所制定计划时间滞后,造成填筑开工时间拖延,而下闸蓄水或竣工期往往却不予以调 整,造成有效填筑时间缩短,施工单位也不得不采用快速施工措施,才能按合同按期 （甚至提前）完成工程。2.3 、水文气象的影响，对填筑强度提出新的标准土石坝对水文气象的因素极为敏感，在雨季，土料的含水量影响极大，直 接制约着大坝填筑，施工强度将受到影响；冬季，土料上冻，如不采取积极措 施，也无法进行填筑，且冬雨季填筑施工，存在着高投入、低产出的窘境，往 往是施工单位不愿意承担的，因此

7、，充分利用填筑的“黄金季节”，尽量避免 冬雨季施工（或减少冬雨季填筑量），是施工单位首选的，相对应，在“黄金 季节”填筑的工程量也往往极为可观，能否快速施工成为避免冬雨季大方量填 筑的首要问题。2.4 、度汛的施工特点，也需要施工单位采用快速施工等措施由于土石坝的特点，一般不允许漫顶过流（随着技术的发展，虽然可以采取在坝 顶及下游侧进行必要防护后也可实现漫顶过流甚至度汛，但防护投入费用高，且也需 要施工时间，在度汛后又需拆除时间），故土石坝工程“施工高峰期”一般发生在工 程实施截流后第一个汛前达到拦洪度汛断面挡水这一阶段，截流后均需加快施工进 度，以期在汛前将坝体全断面或度汛小断面填筑至拦洪度

8、汛高程，然而，修建土石坝 一般位于山区，而山区的洪水具有来水大、时间短、突涨突落的特点，为确保工程安 全，需在汛期来临前将围堰或坝体的一部分填筑至拦水高程，根据我国的水文情况， 北方乃至南方大部分地区，河水呈季节性变化，一般在 6 月份进入汛期，南方一些地 区受梅雨季节影响，会更早（ 4 月中下旬或 5 月初）地进入汛期； 9 月份以后，河水流 量逐渐变小，河道截流一般选在汛期末枯水期初，具体时间多在10或 11月份，北方地区根据流量大小有些也可提前至 9 月份，所以拦洪度汛期总的施工工期很短，北方 地区一般为68个月，南方地区一般为 57个月。在除去基坑排水、坝基开挖和处 理的时间外，而给坝

9、体填筑的施工时间就非常有限，在冬季施工，月平均气温在0C以下，有些地区河流结冰、土层冻结，对开挖工程、混凝土工程、灌浆工程以及填筑工 程均有不利的影响，施工条件恶劣，加上基础处理等项目的施工干扰，有效填筑时间 不足，需提高月填筑强度方能按安全渡汛的要求按期达到拦河高程。2.5 新型施工设备的大量投入和材料适用范围的拓展，是快速施工的基础 随着机械化程度的提高，大容量的土石方设备运用到施工中，提高了工效，从 而为快速施工打下了必要的物质基础，填筑材料适用范围的拓展，原来不适合作坝料 的材料也可作为填筑料，这也为土石坝快速填筑提供了新的支撑点。3、快速施工的主要方法简介根据笔者参建土石坝工程的体会

10、，土石坝如需快速施工，固然一方面重视设备及 人力源的投入，但是，在正式填筑前的准备工作情况及坝面填筑控制方面，也是必然 要高度引起重视，才能达到快速施工的目的，否则，容易造成欲速则不达的不良后 果。3.1 快速施工需作的准备工作3.1.1 计划的编制虽然计划编制是每个施工单位都需进行的一项日常工作，但对于土石高坝，存在 着一系列相互干扰、相互影响的工作，如只凭经验或简单的分析，往往无法有效的把 握施工中出现的新情况、新干扰，计划完成评价、关键线路的确定及对工期的影响因 模糊而无法进行科学的判断和分析，而计算机的运用，极大的提高了计划编制水平和 计划的智能性，能够自动进行工期分析、关键线路的分析

11、，在发生干扰事件后，也能 迅速进行调整和辅助决策，避免手足无措及盲目施工的现象。平心而论，像二滩大坝、三峡工程、水口水电站等这样的大型工程采用计算机仿 真技术，基于可视化技术及计算机图形、图像技术、多媒体技术等，对工程进行动态 实时控制、三维动态显示等，在现阶段，对大多数工程而言，存在着技术难度大、投 入资源多的困难，并不是每个施工单位（甚至业主）能承担的，但是，利用工程进度 控制软件进行施工进度控制和自动分析，利用线性代数方法进行料场及开挖最优平衡 等，却是容易实现的，实际效果也能满足施工需要，进度控制及分析软件较多，如微 软的 project 、P3 进度控制软件、梦龙网络管理系统等，在调

12、度及平衡上，如西北角 法、鸟瞰法等线性分析等方法，均可胜任上述任务，均能够对计划进行适时调整和分 析，避免人为主观上的局限。应该说，在快速施工中，计算机辅助技术及统计分析用 的越深入，对工程的整体把握上就会做的越好，越能在错综复杂的情况下抓住主线， 从而有的放矢，为工程顺利施工及改进提供针对性的决策。3.1.2 料场的开采料场对土石坝的重要性不言而喻，却也是最容易影响大坝顺利填筑的软肋，根据 工程实践，一般而言，料场的地质勘探工作深度远不如坝址，特别是填筑量最大的堆 石料，往往仅靠几个探洞或地形勘查进行地质描述，进场后，与招标文件发生变化的 可能性很大，要么地质条件发生重大变化，招标文件中有用

13、料变成无用料，要么就是 开采面积变小，无法形成大规模开采（或台阶开采）条件，不利于大规模机械开采， 直接制约大坝能否按期填筑，同时级配是否良好，也是影响大坝能否快速填筑的关 键，在防渗土料方面，含水量的高低也成为大坝能否快速填筑的关键，因此，完善而 慎重地进行料场复查及复勘工作显得尤为重要，搞好料场复查和储量计算，做到心中 有数。如具备条件，最好在大坝填筑前储备一部分成品料来削峰平谷。需要强调指出的是，在施工单位进场后，根据自身的能力和对坝址周围的环境熟 悉，可能在招标文件提供的料场外距坝址很近的地方，存在着开采条件相对较好的料 场，或存在着经论证后可作为坝料的新料场，如笔者目前正在施工的百米

14、级工程，原 设计采用距坝址 6 公里的堆石料场爆破后经生产作为反滤料及过渡料，由于料场发生 重大变化，不具备出料条件，而在坝址上下游2 公里范围内存在着大片砂卵石料，经施工单位积极努力，采取施工措施及送相关部门进行复核后，认为指标满足反滤料及 过渡料的需要，从而节约了大量投入，缓解了堆石料场迟迟不出料带来的严重后果； 四川凉山州瓦都水库利用洪积扇碎石土及堆石料场开工后揭露的风化岩，经论证后作 为大坝下游坝壳填料，从而加快了施工进度、降低了工程造价，在晃桥水库中施工 中，在堆石料场发现有宽约 45 m 的挤压破碎带，通过对破碎带的全面研究，得出破碎 带石渣符合用作反滤过渡料质量的技术要求，从而确

15、定取代原设计采用之人工破碎反 滤过渡料。破碎带石渣单价约为人工破碎料的14 ，因此而节省了资金。因此，料场的工作，早重视、早研究，是解决快速施工、降低工程造价不可忽视的因素。3.1.3 施工道路为满足快速施工的需要，大量的机械设备投入是不可避免的，而目前运输汽车越 来越向大吨位发展趋势，运输车辆数量也要求相应增多，对道路的要求越来越高，工 程实践证明，道路越好，运输车辆出勤率越高，填筑效率也相应提高，俗话说“修路 就是修车、修路就是进度”就是这个道理，一般工程上均采用泥结石路面，如果具备 条件，在局部车流量大的地段采用砼路面，将会极大的提高运输效率，在道路布置 上，应尽量根据实际情况布置成环行

16、双车道，避免车辆的相互干扰，提高单车效率。3.1.4 碾压试验工作对土石坝而言，碾压试验是填筑前最为重要的技术参数论证工作，也是确定大坝 能否顺利填筑及确保大坝安全的重要环节，一般而言，在招标文件中或填筑技术要求 中，提出的指标是建议性，均要求在碾压试验中进行复核和验证。碾压试验根据工程 类比法拟定施工参数进行试验，试验得出的参数，是控制大坝能否快速填筑的重要因 素，如指标定的过高，在正式填筑中如不易达到，造成增加补压次数过多及采取更重 型碾压设备进行施工，效率会降低，如指标定的低，为确保大坝安全，可能将增加许 多工程量，也不利于工程快速施工，如碾压试验工作不细致，有可能在填筑过程中不 得不暂

17、停施工重新进行碾压试验，直接影响坝体的填筑。防渗土料的含水量确定及调节工作也需要在碾压试验中予以确定，堆石料洒水、 洒多少水，也是另一种需要关注的问题，一般而言，认为洒水有利用细粒冲填、软化 棱角、便于碾压密实及降低蓄水后大坝沉降，故提出3050%勺洒水量，但在工程实践中，也有不少工程认为洒水效果并不明显，如小浪底工程，专门进行了两次加水与 不加水勺填筑对比试验。试验结果表明，堆石料在填筑中加水量在50%左右，比不加水时干密度增加 0.006 0.013t/m 3，影响甚微，经过综合比较采用了不加水勺方法施工 简化施工工序 , 加快了填筑进度，很多工程坝料性质不一样，不可同一而论，均需通过 试

18、验及论证方能确定最优勺施工参数。另外，为确保土石坝填筑质量，一般均要求进行试坑取样，只有在填筑面碾压合 格并能过验收后方可进行上一层填筑，故现场试验能否快速得出碾压结果也是影响快 速施工勺因素，特别是防渗土料，按传统勺酒精燃烧法、干炒法、烘箱烘、红外线灯 烘烤等方法，试样数量少，含水量测定时间长，至少需要 1 个多小时，而在甘肃昌马 水库中，采用微波炉烘取试样，确定干容得仅需要 30 分钟，如四川平武水牛家工程采 用核子密度仪进行防渗土料取样，结果当场出来，平均时间不足 10分钟，可大大缩短 取样时间，为快速填筑提供依据。3.1.5 其它因素勺影响为确保土石坝快速施工，须充分考虑外部施工环境，

19、没有一个良好勺外部环境， 也无法进行快速施工。3.2.3 大型设备的投入在坝体填筑量一定的情况下，要缩短填筑时间，必然要增大填筑强度，而填筑强 度的能否达到预期目的，设备的投入是极为重要的方面，虽然目前新型设备、大型设 备不断投入到工程中，但在目前水利建设整体属于恶性竞争、低价中标的大环境下， 要在一个工程中投入大量新型设备、大型设备进行高强度的施工也比较困难，因此， 我们可以看到，在许多工程，均拿着施工中小型工程的设备去完成大型工程的修建， 实践证明，这种小马拉大车的情况并不能保证大坝快速、正常的施工，比如先进的碾 压设备，堆石料铺料厚度就可以达到1.5m甚至2m而常使用的16t平面碾仅能碾

20、压0.81.0m 左右，明显地看出设备对填筑进度的影响。在这种情况下，许多单位已进行了积极的探讨，一个最重要的方面就是充分发挥 社会资源，组织社会上的设备进场，实践证明，这是解决施工单位自身设备不足的良 好办法，通过社会引进的设备，设备新、数量多，可挑选的余地大，能够最大限度满 足施工需要，同时利用当地设备，可以减少很多不必要的麻烦和协调工作，如在道路 上运输坝料，如由施工单位自身设备去运输，就会与很多管理部门存在着协调问题， 而采用当地车辆进行运输，可以利用这层关系让他们自身去协调而集中精力进行坝体 填筑，这不失为设备投入的选择方向，但社会上设备的引进，对施工单位管理水平提 出更高的要求，搞

21、好了，可以节省投资、加快施工进度，如管理不好，将施工寄希望 在协作单位，如协作单位不能按有关要求进行作业，则欲速则不达，反正影响了快速 施工，因此，施工单位应吸取经验教训，逐步完善管理机制，才能达到快速施工、经 济节约的目的。3.2.4 加强冬季施工研究和组织，是加快坝体填筑的一个方向23由于受冬季的影响，大坝填筑（特别是防渗土料部位）往往在该阶段不能填筑或 填筑强度极低，致使坝体填筑受到影响，一般而言，在我国南方，冬季施工影响为 个月，而北方，冬季施工影响比南方更长，如何在冬季保持正常施工，是加快坝体填 筑的一个方向性问题，如该问题得到突破性进展，将对土石坝快速填筑带来质的飞 跃。对土石坝，在冬季施工原则上要求进行保温，说到保温，一般均指搭设暖棚进行 施工，实践证明，搭设暖棚准备期长、投入大、效率低，根据资料，大伙房水库为了争取工期， 195