在水利施工中土石坝施工技术的运用

摘要：随着我国经济的迅速发展，水利工程项目的数量也逐年增加。然而，在水利工程施工中土石坝施工却起着至关重要的作用。本文主要探讨水利施工中土石坝施工技术的应用。以供同行参考。

关键词：水利施工；土石坝施工；运用

中图分类号： TV 文献标识码： A

前言

所谓土石坝， 就是指用泥土、 石块为原材料， 经过碾压、 堆砌等方式形成具有拦截水流能力的坝体。这种坝体具有取材方便、 施工方便、 造价低等诸多优点， 并且对坝基的地质条件没有过高的要求，适用于大多数的坝基条件， 因而在坝工建设中土石坝的应用最为广泛。 尤其是近年来工程施工机械化的发展以及坝体防渗材料的不断研发更新， 都为土石坝的发展提供了有利的条件。但是需要注意的是， 土石坝也具有一定的缺点， 如施工导流不便、 易沉陷等等， 因此在施工设计中， 必须要充分考虑到各方面因素， 尽量避免这些缺陷，以提高土石坝的整体性能。

1、土石方明挖技术发展分析

随着我国爆破机械以及凿岩机等机械的研发的进步，这些科研成果对于我国的施工爆破技术做出了很大贡献。 例如我国的微差爆破技术、预裂爆破技术都发展到了成熟阶段。 凿岩机具和爆破器材的研发与进步带动了我国梯段爆破技术的发展创新，梯段爆破布孔。而且当前我国预裂爆破技术、光面爆破技术和微差爆破技术日臻完善，基本已经处于成熟应用阶段。 并且随着工程施工机具的不断研发，工程施工方法和工艺也在持续提升、完善。 据相关统计，我国当前在建或者已建大型水电站有 51 座，已开发土石方总面积达 4.45 亿 m 3 ，每年土石方开挖量大于 4400 万 m 3 。

1. 1 土石方明挖施工机械发展

解放初期建设的部分大型水电站，基本上都经历了从半机械化到机械化的土石方明挖施工技术转变过程，这是因为我国的土石方明挖施工机械化起步较晚。 60 年代末期，低水平的机械化土石方开挖施工技术才逐渐形成， 这个阶段自卸汽车、斗容挖掘机和手风钻是主要的施工设备。 如果遇到大型的土石方工程，这些设备基本无法施工，只能大量引进国外先进设备。70年代后期到 80 年代， 是我国土石方施工机械化水平快速发展阶段，主要常用的机械设备也出现了变化，主要有辅助机械、挖装机械、运输机械和钻孔机械，并且当时已经可以构成配套的开挖设备了。

近几年，我国大型水电项目施工的过程中高陡边坡施工较多， 根据笔者对近几年施工项目的统计来看在 100m 之上的就有十几座。 其中边坡最高的高达 380m 。 例如在我国某工程的船闸闸室施工中，其中直立墙的高度高达 70m 左右，通过在中间保留岩石来保证开挖精度，同时还可以有效地确保稳定性。

1. 3 控制爆破技术分析

在我国基岩保护层的开挖工程中，从之前的分层开挖逐步向目前的水平预裂或是光面预裂爆破方式进步，在一些工程中开始使用更为先进的在孔底铺设柔性垫层爆破方式来进行拆除。 这种先进技术的应用不仅可以保证质量还可以加快施工进度。 在针对基岩层的一些特殊区域进行爆破工作时，也可以同时对于之前的混凝土结果以及灌浆区难题等进行解决。 控制爆破的基本原理为等能原理，即使介质只产生一定宽度的裂缝或原地松动破碎，而无剩余的能量造成危害。 单位爆炸能 A 可用下式进行计算：

式中： Q v ―― ― 单位炸药爆热， J/kg ；

T 1 ―― ― 爆炸反应终了瞬间爆炸气体的温度；

T 2 ―― ― 爆炸气体膨胀后的温度。

如果设介质裂纹表面能为ф， 则裂纹扩展单位面积所需能量 2ф，若介质破坏后形成的裂纹表面积为F，则需的能量总和为：2Fф。

等能原理可用下式表示：

式中： Q ―― ― 炮孔装药量，kg ；

η ―― ― 爆炸能量利用系数

1. 4 土石方平衡

对于较为大型的水利水电工程来说，科学合理利用开挖料是非常重要的一个环节， 对于保持挖填的平衡具有良好效果。比如说在我国多个项目施工过程中都曾有效使用开挖料来对

大江进行截留以及工作面的填筑等。 某工程开挖的土石方体积达到了 700 万 m 3 ，而开挖料的利用率达到了 9 成以上，做到了完美的土石方平衡与利用，这些案例都对我国土石方挖填的平衡起了很大作用。 土石方平衡的计算有两种，一种是方格网法，另外一种是断面法。

目前在我国建设完毕的坝高在 30m 之上的多种坝型之中，其中土石类的大坝占据了 8 成以上，自从 20 世纪 90 年代以来我国在建设中的高土石坝数量迅速增加，待建的工程项目数量则更多。 在众多工程中土石坝施工技术得到了很大进步。 在 20世纪 70～80 年代中期我国开始自主研发大型的施工机械，这对于高土石坝的发展来说起到了很大的推进作用。 例如我国心墙土石坝以及混凝土堆石坝等因为工程的成本较低以及施工日期较短等，让这些技术等得到了很大进步。

2、地下工程施工

在近几年的发展中，出现了大量的水电站建设项目以及蓄能电站建设项目，这些水利工程建设让地下洞室的数量和规模等都在不断增加。 在 20 世纪 60 年代，我国地下开挖工程都是采用手风钻爆破为主要方式，机械化水平较低，并且存在施工速度较慢等很多问题。 在之后的电站建设过程中应用了锚杆支护技术，起到了很好的效果。在我国的西南部分区域，其岩溶发育不好，但雨量充沛，水资源极其丰富，在对当地水电站等工程进行施工的过程中，对不良地段进行施工技术研究探讨，大大提高了洞室施工技术的发展。 从这些例子可以看出我国在针对土石方施工中的各种问题方面已经达到了先进水平。

3、土石坝施工技术

土石坝是我国当前水利水电工程当中主要的坝型，在我国已经建成的坝高 30m 以上的坝型中大约占 80% 左右，尤其是从20 世纪 90 年代开始， 在待建和正建工程中土石坝坝型逐渐增多。 随着高土石坝坝型修建工程的不断增多，土石坝工程施工技术也得到了较快的发展。 尤其是随着新型和大型工程施工机械的出现与应用， 直接推动了高土石坝的建设及其技术发展。此外，由于沥青混凝土面板堆石坝、混凝土面板堆石坝和心墙土石坝工程造价比较低，而且工期相对也比较短，所以这些技术也得到了业界人士的关注与肯定。 当前，我国土石坝的施工规模、施工技术和管理水平等与国外先进水平相比还有一定的差距，但是随着更多工程的实施和相关工作人员的不断努力研发，在不久的将来我国土石坝施工技术水平必将得到快速的发展与提高。

4.1碾压式土坝施工

碾压式土坝是一种施工简单方便，易于操作的土石坝施工方式， 在一些中小型水利工程中的应用较为广泛。碾压式土坝施工流程主要包括准备工作和填筑压实工作。 其中准备工作包括实现施工场地的 “三通一平” ， 修建临时用房， 规划料场， 做好基坑清理和排水设施工作等等。 当一切准备就绪后， 就可以进行基本作业， 即开挖土料、 装运土料， 最后再填筑并压实， 完成土坝施工。其中填筑和压实是碾压式土坝最重要也是最关键的施工环节， 因此本文着重对这两个环节的施工方法进行分析。

与碾压式土石坝相比， 面板堆石坝是近期才开始广泛应用的坝体形式， 这种坝体在施工时所需时间较短， 成本较低， 且施工也很简便， 并且完成后的坝体性能更加安全稳定， 因而也备受欢迎。 在实际的工程施工中， 堆石坝的填筑方式、 所需设备、 工艺技术以及压实参数等问题都与碾压式土坝相差无几，以下我们就针对其填筑工艺、压实参数和质量控制等问题进行简单探讨。

结束语

随着改革开放的进程，我国开始逐渐重视并且引进购买了一批先进的施工机械技术，购置了大型土石方机械及相关的配套， 这些准备工作使我国的水利水电工程技术发展不断进步，并取得了理想的成绩。 土石方施工就是对岩石等进行必要的破碎、松动、卸料、装运、压实、加固和填筑等处理，为建筑工程施工做好先期准备工作。 当前我国土石方施工技术发展良好，在施工水平、工期、工程规模、机械化水平、施工强度和爆破技术等各个方面都可以和在国际市场上进行比较，特别是在面对复杂地质、险峻地形等施工难度比较高的工程项目中取得的成绩更令人瞩目。 在未来的工程建设中还会面临更加复杂的地质地形条件，对当前的技术水平提出更高的要求，所以，广大工程建设者还需不断努力，进行持续不断的创新与研究，以解决不断出现的新难题，将我国的水利水电工程土石方施工技术推向更高的台阶。