水利工程土石施工的现代技术及科学管理初探

摘　要： 水利工程是一项造福人民的工程建设,而水利工程施工技术与管理是一项涉及面广、涉及学科范围大的课题,水利工程现代施工技术与科学管理的运用,直接影响到整个项目建设的质量、成本与进度。本文就如何加强水利工程施工现代技术与科学管理进行浅述。

关键词：水利工程 土石施工 现代技术 科学管理
　　引 言：水利工程承担挡水、蓄水和泄洪的任务，因而对水工建筑物的稳定、承压、防渗、抗冲、耐磨、抗冻、抗裂等性能都有特殊要求，需按照水利工程的技术规范，采取专门的施工方法和科学管理措施，确保工程质量。施工与社会和自然环境关系密切。水利工程要充分利用季节性和必要的施工强度，进行施工技术与管理的现代化科学性创新，以确保工程质量安全和效率。
　　以土石坝施工为例，说明现代施工技术的运用
　　土石坝在坝工建设中有着悠久的历史，随着社会的发展和科学技术的进步，土石坝以全新的观念和技术跃居坝工建设的榜首。本世纪初，土石坝的设计、施工和建设均落后于混凝土坝，但60年代以来，其建设数量、坝高都大大超过混凝土坝。当代土石坝的主要坝型有粘土心墙坝、混凝土面板堆石坝、沥青混凝土堆石坝、土工膜防渗土石坝和定向爆破堆石坝等。土石坝和堆石坝原来就没有明显的界限，尤其是近代用薄层碾压堆石取代古典的厚层抛填堆石以来，堆石坝的设计和施工技术与土坝已无太大差别，故可统称为土石坝。
一、碾压式土坝施工
　　碾压式土坝施工包括准备作业（如平整场地、修筑道路、架设水电线路、修建临时用房、清基、排水等）和基本作业（如土料的挖、装、运、卸、铺、压等）。
　　（一）料场的规划与使用
做好料场的时间规划及空间规划，即做到：“高料场高用”、“近料场先用”、“远料场后用”、“高含水量料场旱季使用，低含水量料场雨季使用”。
　　（二）坝体填筑与压实
　　1．清基与坝基处理。清基就是把坝基范围内的所有草皮、树木、坟墓、乱石、淤泥、有机质含量大于2%的表土，自然密度小于1.48kg/cm3的细沙和极细沙清除掉。暗坡与塑性心墙、斜墙或均值坝体连接部位，均应清除至不透水层，在截水槽施工中，必须随同挖深布置相应的排水系统。在浇筑混凝土截水墙及回填截水槽之前，需要进行岩面清理，将碎石、石渣或已松动的石块清除干净，再用水冲洗。
　　2．坝面铺土压实。塑性心墙坝或斜墙坝的施工，如何保证土料与反滤料平起，是一个十分重要的问题。我国最早采用的是销坡法，及先填土料，然后销坡，再填筑反滤料。在实践中又创造了土料与反滤料平起施工法。根据土料与反滤料填筑先后顺序的不同，又分为先土后砂（指反滤料）法和先砂后土法。先土后砂法事先填压三层土料，再铺一层反滤料与土料整平，然后对反滤料和土砂边沿部分进行压实。先砂后土法事先在反滤料的控制边线内，用反滤料堆筑一小堤。为了便于土料收坡，保证反滤料的宽度，每填一层土料，随即用反滤料补齐土料收坡留下的三角体，并进行人工捣实。土料的压实是坝面施工中的最重要的工作之一，其压实参数一般通过现场试验确定，碾压方向必须与坝轴线平行，相邻两次碾压必须有一定的重压压宽。对于汽车上坝或压实机具压实后的土料表面形成的光面，必须刨毛处理，以保证层间结合良好。
二、面板堆石坝施工
　　面板堆石坝是一种近期发展起来的新坝型。它具有工期短，投资省，施工简便，运行安全等突出的优点；也是一种工程量最小，投资最省的当地材料坝。
　　（一）堆石材料质量要求和坝体材料分区
　　面板堆石坝上游面有薄层面板，面板可以是刚性钢筋混凝土的，也可以是柔性沥青混凝土的。坝身主要是堆石结构。良好的堆石材料，尽量减少堆石体变形，为面板正常工作创造条件，是坝体安全运行的基础。
　　1．堆石材料的质量要求。（1）为保证堆石体的坚固、稳定，主要部位石料的抗压强度不应低于7800×104Pa时，只能布置在坝体的次要部位。（2）石料硬度不应低于莫氏硬度表面中的第三级，其韧性不应低于2kg.m/cm2。（3）石料的天然密度不低于2.2t/m3，石料的密度越大，堆石体的稳定性越好。（4）石料应具有抗风化能力，其软化系数水上不低于0.8，水下不应低于0.85。（5）堆石体碾压后应有较大的密实度和内摩擦角，且具有一定渗透能力。
堆石体的边坡取决于填筑石料的特性与荷载大小，对于优质石料，坝坡一般在1∶1.3左右。
　　2．面板堆石坝的坝体分区。坝体部位不同，受力状况不同，对填筑料的要求也不同，所以应对坝体进行分区。（1）垫层区。垫层区的主要作用在于为面板提供平整、密实的基础，将面板承受的水压力均匀传递给主推实体。（2）过渡区。过渡区位于垫层区和主堆区之间，其主要作用是保护垫层区在高水头作用下不产生破坏。（3）主堆石区。主堆石区是坝体维持稳定的主体，其实质的好坏、密度、沉降量大小，直接影响面板的安危。（4）下游堆石区。该区起保护主堆石体及下游边坡稳定作用。
　　（二）堆石坝填筑工艺、压实参数和质量控制
　　堆石坝填筑施工设备、工艺和压实参数的确定，就其主要方面和常规土石坝非黏性料施工没有本质区别，这里仅就与质量控制关系密切的问题解释如下：
　　1．填筑工艺问题。堆石体填筑可采用自卸汽车后退法或进占法卸料，推土机摊平。后退法的优点是汽车可在压平的坝面上行驶，减轻轮胎磨损；缺点是推土机摊平工作量大，且影响施工进度。进占法卸料，虽料物稍有分离，但对坝体质量无明显影响，并且显著减轻了推土机的摊平工作量，使堆石填筑速度加快。
垫层料的摊铺多用后退法，以减轻料物的分离。当压实厚度大时，可采用混合法卸料，即先用后退法卸料呈分散堆状，再用进占法卸料铺平，以减轻料物的分离。
　　垫层料粒径较粗，又处于倾斜部位，通常采用斜坡振动碾压实。压实过程中有时表层石块有失稳现象。为改善碾压质量，采用了斜坡碾压与砂浆固坡相结合的施工方法。
　　斜坡碾压与水泥砂浆固坡的优点是施工工艺和施工机械设备简单，既解决斜坡碾压中垫层表层块石震动失稳下滚，又在垫层上游面形成一坚固稳定的表面，可满足临时挡水防渗要求。碾压砂浆在垫层表面形成坚固的“结石层”，具有较小而均匀的压缩性和吸水性，对克服面板混凝土的塑性收缩和裂缝发生有积极作用。这样方法使固坡速度大为加快，对防洪度汛、 争取工期效果明显。
　　2．堆石体的压实参数和质量控制。堆石体的压实参数。堆石体最大粒径一般为600～700mm，用振动碾压实，压实层厚为60～100mm，少数也有达到130～160mm者。压实遍数一般为4～6遍，个别达8遍。压实干密度平均值yd为2.18g/cm3。垫层料的最大粒径为150～300cm，用振动碾压实，层厚24～45cm，碾压遍数通常为4遍，个别6～8遍。压实干密度平均值yd为2.19g/cm3。堆石坝壳最大粒径1000～1500mm，压实层厚一般为100cm左右，最大达200cm,压实遍数2～4遍，有些坝采用6～8遍。压实干密度平均值yd为2.09g/cm3。总的看来，压实干密度以垫层料及内部堆石较大，坝壳堆石次之，三者的yd大部分2.10～2.30g/cm3范围内。
　　和土石坝一样，面板堆石坝堆石体的压实参数、碾重、铺层厚和碾压遍数仍应通过碾压实验确定，其取值大小和设计压实干密度、石质、填料形状、尺寸和级配等因素有关，应在不同料场实验，以优化参数作为质控的依据。
　　结 语：
水利工程工作的系统性较强，涉及到的部门和人员较多，因此必须要通过各部门的协调和配合才能做好此项工作，施工者应不断深化现代化施工技术与科学化管理，建立现代化施工技术与科学管理模型，借鉴国内外成功的实例,采取切实有效的措施,不断提高施工者的技术与管理水平,从而达到提高水利工程建设质量的目标。
参考文献：
[1]唐荣桂，张友明.浅析水利工程现代化发展目标[J].水利发展研究，2010（5），133-133
[2]李利，翟伟奇.浅谈水利工程建设现代化管理模式[J].黑龙江科技信息，2010(31)，303-303.
[3]卢燕.浅谈水利工程管理工作[J].中国科技博览，2010(30)，43-43.