中小型水库土石坝填筑施工技术

土石坝填筑是中小型水利水电工程中施工中的主要部分,是决定大坝使用寿命的关键部分;本文结合工程实例,主要探讨了中小型水库土坝的填筑施工技术。

某水库枢纽工程是一座以发电为主,结合灌溉的中型水利枢纽工程。其中主坝为壤土心墙砂壳坝,坝高为42m,库容198万m2,坝顶宽6米,坝顶路面为C20砼路面,不设防浪墙,坝体坡比按1:3放坡,坝体填筑量为45.6万m3。

1坝体填筑料的选择

1、1土料选择

经天然建筑材料勘察,坝体土料采用粘性土,控制干密度大于1.55g/cm3,渗透系数k=1.0×10-4cm/s。土料场距坝址3km。

1、2砂砾石料的选择

选择经检测含泥量小于15%,级配良好,粒径均匀的石料。

2施工工序

2、1施工前准备工作

按照施工图纸进行测量放样,各施工人员熟悉图纸,做好临时供电供水,铺筑施工道路及安全标志等。

2、2坝基清理

将坝基范围内的草皮、树木、乱石、淤泥、有机质含量大于2%的表层土、自然容重小于1.48t/m3的细砂和极细砂彻底清除,清除深度0.6m。挖除低强度、高压缩性软土及地震时易液化的粉质土层,清除岩石坝基表面松动石块。对地道、水井、试坑等,应把积水与杂物全部清理干净,并用筑坝土料分层回填夯实。

2、3土坝填筑

清基完成后,从最低洼处开始坝体的填筑工作。先把坝面填平,再将坝面划分为几个区段进行流水作业施工。坝体分层进行填筑,土料用自卸汽车运到坝面以后,经过铺土、平土、压实等主要工序,完成一个填筑层施工。

(1)坝面填筑施工要求。

①铺土。铺土沿坝轴线方向进行,土料铺填均匀以减少平土工作量。把超径不合格的土块打碎,石块应剔除。自卸汽车进入防渗体填筑区铺土工作时,用进占法倒退铺土,防止土料超过压实功而发生剪切破坏,在坝面上每隔50m设专用道口,以免汽车因穿越反滤层将反滤料带入防渗体内,造成土料反滤料边线混淆而影响坝体质量。为了保证设计断面,在上下游边坡铺土时,预留1.0m的富裕宽度。

②平土。平土按设计厚度分层进行平整,可用拉线控制平土厚度。采用人工或机械平土。自卸汽车集中卸料时,用推土机平整;塑性心墙坝或塑性斜墙坝铺筑面应向上游倾斜1%~2%的坡度,均质坝可铺成中部凸起分别向上、下游倾斜1%~2%的坡度,以利施工期间的雨水排泄。铺填的土层应平整好,以免雨后积水影响施工。经插钎检查厚度符合设计要求后进行压实。

③压实。压实时碾压机具的开行方向平行于坝轴线方向。用拖拉机拖带各种类型的滚碾进行碾压时,碾压方法采用进退错距法;碾压遍数应严格控制,避免漏压或过压,对已经发生剪切破坏的“橡皮土”,全部清除,重新铺填压实。分段碾压,顺碾压方向的搭接长度不小于0.3m~0.5m。坝面边缘地带与混凝土结合区和岸坡接合部位,采用小型夯实机具夯实。④洒水及刨毛。当黏性土含水量偏低或偏高,要进行洒水或晾晒。洒水或晾晒工作主要在料场内进行。坝面加水,为了使水分能尽快分布到填筑土层的填筑厚度内,在铺土时洒1/3的水量,其余2/3待铺好后洒。洒水后停歇一段时间,使水分在土层中均匀分布,再进行碾压。刨毛是在汽车上坝或压实机具压实后的土料表层形成光面进行的处理,以确保层间结合良好。

(2)心墙反滤料施工。

①先放样确定反滤料位置,铺料时挖掘机配合人工铺料,反滤料呈梯形铺设,高45cm,下宽65cm,上宽45cm,上下层搭接宽度不得小于50cm。先骑缝碾压反滤料和附近的土料,再碾压土或砂壳。在心墙施工中,要注意使心墙与砂壳平衡上升,心墙上升太快,易干裂影响质量;砂壳上升太快,则会造成施工困难。②防渗体土料与反滤料每次填压的层厚都会不同,需采取一定的措施来保证其平起施工。目前,多采用土砂平起施工法。根据土料与反滤料填筑的先后顺序不同,土砂平起施工法分为先土后砂和先砂后土法。采用先砂后土法,第一层土超宽70cm,第二层土超宽40cm,第二层土铺筑完后,先碾压土的上下游边线处,同时进行人工削坡,再铺反滤料。施工的土料边沿会有一定宽度未压实合格,所以每填三层土料用夯实机具夯实一次土砂边。在夯实土砂结合部位时,宜先夯土边一侧,待合格后再夯反滤料。③砂壳填筑厚度经实验为50cm,砂砾石铺土方法为“进占法”和“后退法”,砂砾粒径较大的用“进占法”,砂砾粒径较小的用“后退法”,平料容易,坝面平整,可以避免块石集中、架空现象。在铺料同时进行人工洒水,砂砾区填筑根据壤土填筑进度分区填筑,区之间连接采用“台阶收坡法”,每层宽度预留1米的台阶,便于结合处压实。边角处用小型平夯分层夯实,厚度为25cm~30cm之间,夯实8遍,宽度2m。④塑性斜墙坝施工,当砂壳修筑到一定高度甚至达到设计高程后,再填筑斜墙土料,以便使砂壳有较大的沉陷,避免因砂壳沉陷不均匀而造成斜墙裂缝。斜墙应留余量0.3m~0.5m,以便削坡。已筑好的斜墙应立即在其上游面铺好保护层,保护层随斜墙增高而增高,其相差高度不大于2m,以防止斜墙土料干裂。

(3)接缝处理。

①坝体分段分期施工时,坝体内将出现横向和纵向施工接缝。接缝面要认真处理,保证结合良好,防止形成渗水通道和因坝体不均匀沉降导致开裂。②为了保证防渗体要求的整理性,一般不设纵向接缝。对于横向接缝,当两边坝面高差在1m以上时,其结合坡度不应陡于1:3,并在坡面上加设结合槽,以增加防渗效果。结合槽一般深0.25m,底宽0.5m,两侧边坡1:1,其间距约5m左右。

3坝体质量检查、养护与修理技术

土料场应经常检查所取土料的土质情况、土块大小、含水量和杂质含量是否符合填筑要求。对于黏性土,当含水量较大时,则采取截水和排水措施;当含水量偏低,则考虑在料场加水,以提高含水量。

石料场要经常检查石质、风化程度、石料大小及形状等是否符合填筑要求。如发现不合格,应查明原因,并及时处理。

土料填筑过程中,应对铺土厚度、填土块度、含水量、压实后的干密度等进行检查。土料压实后,黏土或壤土的干密度不低于1.55t/m3~1.65t/m3,砂砾料和堆石不低于1.75t/m3~1.85t/m3。经常检查可以掌握其变化和工作状况,及时调整,合理调度运用。检查时详细观察坝体表面有无冲蚀、裂缝、坍陷、滑坡现象;坝基有无管漏、流土,渗水量有无骤增大或减少或出现浑浊现象;护坡块石有无被翻起、松动、风化等现象。取样时,每个土样应代表一定的部位和方量,当土料含水量过高、土质可疑、碾压不足、铺土超厚等工程特征部位要增加取样数量。堆石体应对堆石的级配、空隙率大小,进行分层分段取样检查,结果应符合设计要求。并对所有质量检查的记录,随时整理编号归档。在检查时如发现有上述现象时,应随时进行养护修理。必要时应向上级主管部门报告。

在中、小型水利水电工程中,土石坝被广泛应用。土坝的填筑施工不仅要严格按照设计文件和规程规范进行,而且应根据工程的地质、地形等条件制定具体的施工处理措施。

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