水利水电工程土石坝施工技术

水利水电工程土石坝施工技术

张丹

宜宾安帛达建设工程有限公司 四川省 644000

摘要：土石坝作为水利水电工程的一项基础设施，其施工技术直接关联到整个工程的安全性和功能性。本文深入探讨了土石坝施工的关键技术环节，包括坝基处理技术、土石料的选择与处理、坝体施工技术，以及坝顶及附属设施的施工。文章还分析了环境因素对施工过程的影响，并提出了相应的应对策略。通过这些技术的综合应用，可以显著提高土石坝的结构稳定性和操作安全。本文旨在为水利水电工程中土石坝的施工提供一套完整的技术参考和实践指南。

关键词：水利水电工程；土石坝；施工技术

引言

土石坝的建设是水利水电工程中一个复杂而关键的任务，其结构的稳定性和功能性直接影响到工程的成功与否。随着技术的发展和工程需求的增加，传统的土石坝施工技术已经发生了显著的变化和进步。施工技术的革新不仅能提高工程效率，还能增强坝体的安全性。因此，掌握土石坝施工的关键技术和环节，对于指导实际工程建设具有重要的实践意义和应用价值。

1.土石坝的基本构造与分类

土石坝是水利水电工程中常见的一种坝型，主要由土料、砾石及岩石等自然材料通过人工填筑而成，其结构稳定性高，能有效适应基础变形。根据坝体材料的组成及其主要功能，土石坝可分为均质坝和分带坝两大类。均质坝由相同或相似性质的材料构成，结构简单，施工技术要求较低，主要用于中小型水库。分带坝则根据材料性质及功能不同，将坝体划分为几个不同的区域，如防渗核心区、过滤区、排水区和支撑体区，每个区域选用的材料和压实标准各不相同，适用于大型或重要度较高的水利工程。核心区常用黏土或其它低渗材料以确保防渗性能，过滤区和排水区则用以防止坝体内部渗透水压力过大，支撑体则主要由碎石、砂砾等构成，以增强坝体的整体稳定性。

2.土石坝施工技术的主要环节

2.1 坝基处理技术

坝基处理技术是土石坝施工的关键环节，其目的是确保坝体与坝基之间的稳定性和防渗效果。首先，进行地质勘察以评估坝基的承载能力和渗透特性，通常要求坝基的承载力达到200kPa以上，渗透系数不超过1×10-6 cm/s。针对不同地质条件，采取相应的处理措施，如在砂质或碎石层坝基上进行振动夯实或动态压实，以提高其密实度和承载力。对于含有细颗粒土壤的坝基，需要进行置换或加固，如采用灌浆技术填充地基裂隙，增强其整体稳定性和抗渗性。此外，坝基的水平和垂直排水系统也需合理设计，以确保在坝体运行过程中有效控制渗流和降低水压。排水系统包括深井泵和排水沟，其设计应考虑最大预计渗流量，并保证排水管的直径与布置能够及时有效地引导渗水。

2.2 土石料的选择与处理

土石料的选择与处理是确保土石坝质量和功能的基础步骤，涉及到材料的筛选、测试和加工。首先，根据土石坝设计要求，选择合适的土石料，这些材料通常需满足一定的物理和机械特性，如粒度分布、压缩强度和抗蚀性。粒度分布应有足够的级配，以保证坝体的密实度和稳定性，理想的粒度分布通常为15%-30%的粘土和细粒土，40%-60%的砂粒，及20%-30%的粗粒料。对采集的原材料进行严格的质量检测，包括湿筛分析和压实试验，以确保其满足设计参数，如最大干密度应达到1.9 g/cm3，最小干密度不低于1.7 g/cm3。在处理过程中，对土石料进行必要的破碎和分级，移除过大或不符合规格的颗粒，确保材料的均一性和施工的顺利进行。同时，施工前需对土石料进行适量的加湿或风干，调整含水率至设计要求的最优值，通常在12%-16%之间，以提升其压实性能和施工后的结构稳定性。

2.3 坝体施工技术

坝体施工技术关键在于确保材料的均匀分布和严格的压实控制。施工开始前，设计精确的施工图和作业指导书是必需的，以指导整个填筑过程。在施工过程中，土石料需按照设计的分区和分层进行填筑，每层厚度控制在0.5~1m，以便于压实机械操作。采用振动或静压方法对每一层进行压实，压实度必须达到设计要求的95%以上的相对密实度，以确保坝体的整体稳定性和防渗性能。此外，对于核心防渗区域，使用低渗透性材料，如黏土或特殊合成材料，确保其渗透系数低于1×10-7 cm/s。施工中，使用现场测试如标准贯入试验和平板载荷试验，监控压实质量和土体的承载能力。同时，施工期间应持续监测坝体沉降和水平位移，使用测量站和倾斜仪等精确仪器进行，确保坝体在允许的变形范围内，及时调整施工方案应对可能的结构问题。

2.4 坝顶及附属设施施工

坝顶及其附属设施的施工是确保土石坝功能完整性和安全性的重要环节。坝顶施工首先确保坝顶平整与加固，坝顶宽度通常设计为5~10m，以适应检修道路和紧急情况下的车辆通行需求。同时，坝顶需设有足够的排水斜度，一般为1%~2%，以快速排除雨水或溢流，防止水体在坝顶积存对坝体造成侵蚀。关于附属设施，包括溢流面、泄洪道和观测站等，其施工需严格按照工程设计规范执行。泄洪道设计应能承受预计的最大流量，一般流量参数为每秒数百立方米，确保极端气候下的安全排水。观测站安装在关键位置，配备必要的监测设备如位移计和压力计，实时监测坝体的应力和变形情况。此外，坝顶及附属设施的建材需选用耐侵蚀和抗冲击的材料，如加固混凝土和耐腐蚀钢材，以提高结构的耐久性和减少维护成本。

3.土石坝施工技术中的关键问题与解决措施

3.1 施工过程中的常见问题分析

在土石坝施工过程中，面临的常见问题主要包括材料不均、压实度不足及渗漏等，这些问题直接影响到坝体的稳定性和安全性。首先，材料不均可以通过加强原材料的质量控制和严格的施工监督来解决，确保每批材料均符合工程标准，特别是粒度分布和含水率。对于压实度不足的问题，应采用现场试验方法如回弹法或密度计测试，监控每层填土的压实情况，必要时调整使用的压实设备或压实参数，如振动频率和滚压次数，确保压实度达到设计要求的95%以上。渗漏问题则需通过设置高效的防渗层和完善的排水系统来控制，核心防渗区使用低渗透性材料，并通过定期的渗透测试和渗流监测系统来评估其效果。此外，加强施工期间的质量控制记录和数据分析，及时发现趋势性问题并进行调整，是预防和解决施工问题的关键措施。通过实施这些综合性解决方案，可以有效地提高土石坝的施工质量和长期运行的可靠性。

3.2 环境因素对施工的影响与应对策略

环境因素在土石坝施工中起着决定性作用，尤其是气候条件和地质环境对施工进度和质量具有直接影响。极端气候条件如暴雨和干旱会导致材料湿度不符合施工要求，从而影响土石料的压实效果和坝体的稳定性。应对策略包括采用灵活的施工计划和适时调整作业时间，如在雨季增设临时排水措施和防水覆盖，以控制场地湿度，并在干燥季节集中进行压实作业。此外，对于地质环境的挑战，如不稳定的土层和活动断层，应通过地质勘探获取详细数据，并设计特定的施工方案，如采用深基础加固或特殊的防渗处理，确保坝基的稳固。同时，建立环境监测系统，实时监控环境变化对施工的影响，及时采取补救措施。通过以上策略，不仅可以保证施工质量，还可以防范由环境因素引起的潜在风险，确保土石坝工程的顺利进行和长期安全运营。

4.结语

总而言之，土石坝施工技术在水利水电工程中具有至关重要的作用。精确的坝基处理、严格的材料选择与处理、细致的坝体施工及坝顶及附属设施的建设都是确保土石坝质量和功能的关键环节。此外，有效应对环境因素的挑战同样不可忽视。通过对这些技术环节的持续优化与创新，以及采取有效的问题解决措施，可以极大地提高土石坝的安全性和可靠性，确保水利水电项目的成功实施和持久效益。

参考文献

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