土壩填筑施工技術(shù)經(jīng)驗談
摘 要: 土壩填筑施工方法與場施工條件, 制定施工方案, 施工簡便, 進度快, 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，樞紐建筑物由攔河壩、導流排砂泄洪洞、溢洪道、輸水洞防滲灌漿，進行一下論述。
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)過統(tǒng)籌規(guī)劃, 多方論證, 確定施工渡汛方案為:上游過水圍堰一次性斷流, 導流洞過水, 汛期采用壩體小斷面攔洪。與壩面過流渡汛方案比較, 可以節(jié)約投資。缺點是填筑強度增大。根據(jù)大壩設(shè)計圖, 結(jié)合施工場地和填筑強度,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120 m , 上游坡為設(shè)計壩體上游坡, 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, 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。
截流后, 根據(jù)施工場地和施工工序?qū)螀^(qū)分為上、中、下三個施工區(qū), 各工區(qū)平行作業(yè)。上游段是制約壩體填筑的關(guān)鍵項目, 包括河床以下趾板基礎(chǔ)開挖和處理、趾板砼澆筑, 以及壩基砂卵石開挖等, 且起始填筑面要比中游段壩基低6 m , 施工歷時最長。其次是中游段河床基礎(chǔ)開挖至密實處,用20 t 振動碾壓實后做為主堆石料碾壓試驗場地, 其試驗成果是壩體填筑質(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; 為了不影響施工機械進出壩區(qū), 下游斷開挖和填筑又分為左、右兩部分依次施工。
中、下游段壩體同時填筑到360 m 高程, 此時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
施工強度的確定大壩施工強度主要是指填筑強度, 必須按照施工進度要求來確定, 然后, 根據(jù)填筑強度制定總體施工方案, 修筑上壩路和規(guī)劃壩料開采方案, 選擇機械設(shè)備類型和數(shù)量等, 使各個工序的生產(chǎn)能力配套, 形成“一條龍”流水作業(yè)的良好局面。但是, 壩料填筑強度又受到壩面作業(yè)場地、道路和施工成本等影響, 要經(jīng)過反復綜合分析后確定, 力求經(jīng)濟合理。大壩汛前壩體填筑量為28.
歷時100 天, 計算出日填筑強度為3 420m 3, 日供料強度為2 858 m 3 (自然方) ; 汛期后日填筑強度為3 384 m 3, 略小于汛前填筑強度。所以, 大壩日填筑強度為3 420 m 3。有兩個石料場開采主堆石料和過渡料, 開采強度能滿足供料要求。
然而, 為了盡早填筑壩體, 降低填筑強度, 確保實現(xiàn)攔洪目標, 壩體360 m 高程以下是分四個小區(qū)填筑的, 380 m 高程以上又形成了狹長壩面,機械作業(yè)難度大, 干擾多, 填筑強度明顯降低。
2.1 施工機械設(shè)備配置
2.1．1 運輸設(shè)備：
運輸?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 臺牽引式振動碾, 經(jīng)計算每1 臺生產(chǎn)率為3 888m 3öd , 大于日填筑強度, 所以壩面碾壓只配備了1 臺YZT 20 振動碾和一臺120A 21 推土機(牽引振動碾) , 碾壓不到的邊角部位, 用2 臺自行式YZT 2 振動碾和2 臺電動夯壓實。根據(jù)以往經(jīng)驗, 1 臺220HP 推土機在壩面上鋪料強度為4
石料開采以小洞室爆破為主, 鉆孔爆破為輔,配備了1 臺露天液壓潛孔鉆和5 臺3 m 3öm in 油動空壓機。裝料選用1 臺4 m 3 液壓正鏟和1 臺ZL 50 裝載機, 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, 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, 使各個填筑塊上的所有工序都能連續(xù)進行, 并盡量保持平齊上升, 使壩面平整、寬敞, 有利于機械化施工。當填筑壩面狹長窄小時, 也可以把壩面劃分成左右兩個填筑塊, 使鋪料、碾壓連續(xù)進行, 灑水在鋪料過程中穿插完成。
壩體填筑工序流程為: 壩面測量分區(qū)—→壩料運輸上壩—→鋪料—→灑水—→碾壓—→檢測—→驗收。
壩體填筑前必須先進行各種壩料碾壓試驗,工程結(jié)合生產(chǎn)進行了各種筑壩材料碾壓試驗, 成果見表1, 作為控制填筑質(zhì)量的施工參數(shù)。壩料鋪填時, 先攤鋪、碾壓兩層墊層料和過渡料, 再緊接著過渡料填鋪主堆石料, 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, 決不允許堆積, 盡量避免石料分離。與岸坡和過渡料相接處提前采用后退法卸料, 并且攤鋪2m 厚的過渡料, 搶占死角, 使大石
不能集中于邊角, 便于整平壓實。
由于汛前搶填攔洪小斷面, 墊層料的填筑強度相對較高, 運距又遠, 反鏟鋪料太慢, 只好與主堆石一樣, 用20t 自卸車運料, 220HP 推土機鋪料, 人工整平。墊層料鋪料寬平均為4m (設(shè)計為3m ) , 再用裝載機清理; 散料滑落到上游坡面, 鋪料時超填5 cm (法線方向) , 當進行坡面修整時, 墊層料超填平均為15 cm , 因此, 墊層料浪費較大,削坡費用高。汛期后, 用竹板架在坡面上臨時攔擋滾落墊層料, 采用反鏟攤鋪, 每升高2～ 3 m , 進行一次人工削坡, 墊層料浪費較小, 削坡費用也明顯
降低了。
表1 筑壩材料碾壓實驗成果表
|
名 稱 |
碾壓機具 |
鋪料厚度(a n） |
碾壓遍數(shù)（次） |
加水量（%） |
|
主堆石料 過渡料 墊層料 墊層小區(qū)料 |
18t牽引式振動碾 |
100 |
8 |
10 |
|
50 |
6 |
10 | ||
|
50 |
8 |
9 | ||
|
40 |
8 |
9 | ||
|
墊層小區(qū)料 邊角 |
電動夯 |
15 |
8 |
9 |
壩料鋪填完成一塊且不影響運輸車輛行駛時, 盡快利用兩岸的壓力水管給壩料均勻灑水, 最好再用一輛灑水車配合灑水。用120A 推土機牽引20 t 振動碾碾壓, 采用進退錯距法, 每次錯距為碾輪寬的八分之一。墊層料可以碾壓到距上游計要求; 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 厚沒有壓實, 但經(jīng)過一年多的觀測, 砌石表面平整無凹陷。
(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。同一填筑層應(yīng)采用后退法先攤鋪與兩岸坡結(jié)合處的過渡料, 寬為2.
(2) 壩體分期填筑結(jié)合部的填筑
對一坡到頂?shù)慕Y(jié)合部, 靠近外坡都有一定厚度的松散料無法壓實, 在后期填筑時需逐層削坡處理。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。并一定要預防滾石和滑坡, 如發(fā)現(xiàn)應(yīng)極早處理對臺階式的結(jié)合部, 每層預留2 m 寬的臺階, 與后期填筑層齊平相接, 并同時碾壓。臺階式接合部施工簡單, 施工質(zhì)量好控制, 但占用場地較大, 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。修整坡面前, 一定要有坡面放樣基線, 力爭一次性修整完成, 二次修整時, 人工作業(yè)非常困難。預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)機械, 距上游坡邊線1 m 處設(shè)置1 臺30 t 重的反鏟, 作為活動地錨, 將牽引振動碾的鋼絲繩導向輪, 掛在反鏟的行走大梁上, 用1 臺120A 推土機和通過導向輪的< 20 鋼絲繩, 牽引10 t 振動碾上下碾壓。斜坡碾壓前, 結(jié)合生產(chǎn)進行了碾壓試驗, 確定用10 t 振動碾振碾6 遍, 加水量為9% , 即碾壓時不沾碾,就能達到設(shè)計要求。碾壓時要提前1 h 以上灑水, 使坡面內(nèi)外層含水量都符合要求, 采用錯距重復碾壓綜合法施工, 上下全振, 但錯距始端要位于下端, 反鏟沿錯距方向慢慢移動, 每次為0. 5 m , 使碾壓過程能連續(xù)進行, 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 筑壩材料的開采和加工
兩個主堆石料場都是溝谷型地貌單元, 巖性為中生代侵入輝長巖, 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)估測石料的自然級配, 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, 安全防護要求高;W 值太小,施工成本增大, 本工程以12～ 16m 為宜。因山勢陡峭, 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 裝藥量計算和起爆網(wǎng)絡(luò)：
為使硬質(zhì)巖石充分破碎, 得到良好級配和平緩爆堆, 同時考慮到周圍民房安全防護要求, 裝藥時外排藥室采用加強松動爆破, 內(nèi)排藥室采用拋擲爆破。并使用毫秒微差塑料導爆管和導爆索延時起爆各藥包, 微差間隔時段為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～
的級配曲線平緩, 超出設(shè)計包絡(luò)線, 后送到南京水利科學研究所進行試驗, 在無保護情況下, 墊層滲透坡降達到124. 6 時, 試樣沒有破壞; 在組合體試驗中, 墊層料的滲透坡降為154, 沒有發(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)量評價
大壩壩體填筑共完成112 個單元, 合格率100% , 其中優(yōu)良102 個, 優(yōu)良率91. 1%。填筑施工質(zhì)量按照“碾壓參數(shù)和干密度”兩項指標監(jiān)控,經(jīng)過多次檢驗, 只要嚴格控制好碾壓參數(shù), 干密度都符合要求。大壩填筑時, 在380 m 和400 m 高程壩體內(nèi)分別埋設(shè)了一套四點式和一套兩點式水管式沉降儀和引張線式水平位移計, 壩頂420. 43 m 高程埋設(shè)了三個表面觀測點。截止2003 年9 月30 日,埋設(shè)時間最長的已有506 d, 最短的132 d, 從壩體沉降過程線中可以看出, 壩體各處沉降在3 個月后趨于平緩, 6 個月后基本穩(wěn)定, 最大沉降值為
5 結(jié)束語
綜上所述，土壩工程施工，可以采用多種方法，針對小型土壩工程的特點，設(shè)備簡單，施工簡便，工效高，料源廣，造價低，對臨近建筑物影響小的優(yōu)點，更為適用。