水利工程論文-土石壩的快速施工.doc

水利工程論文-土石壩的快速施工摘要：近幾十來年，土質心墻堆石壩已逐漸成為世界上高壩建設的主流壩型之一，隨著新型土石方機械的大量投入及填筑施工工藝水平不斷提高，同時筑壩材料試驗研究的深入，極大地拓寬了土石壩的用料范圍和用料模式，為土石壩更廣泛地應用提供了有利條件，改變了土石壩長期存在著建設工期長、填筑強度低的不足，進一步加快了施工進度，在確保填筑施工質量及安全運行的前提下探討土石壩的快速施工很有必要的事情。關鍵詞：土石壩快速施工1、概述土石壩又稱當地材料壩，所需土石料一般就地開采，同時還可充分利用各種開挖料，且具有對基礎要求低、適應基礎變形強的特點，根據填筑施工方法，一般可分為碾壓式土石壩、拋填式堆石壩、定向爆破堆石壩、水力沖填壩、水中填土壩及砌石壩幾種，其中拋填式堆石壩目前基本不用，定向爆破堆石壩存在著后期沉降大、不能在壩內埋設原型觀測設備等不足，目前也用的很少，水力沖填壩、水中填土主要用在特殊地區(qū)的壩高較低的中小型工程，砌石壩嚴格說應屬于圬工壩類，目前廣泛運用的是薄層鋪筑并分層壓實的碾壓式土石壩。根據資料統(tǒng)計，近幾十來年，土質心墻堆石壩已逐漸成為世界上高壩建設的主流壩型之一，隨著新型土石方機械的大量投入及填筑施工工藝水平不斷提高，同時筑壩材料試驗研究的深入，極大地拓寬了土石壩的用料范圍和用料模式，為土石壩更廣泛地應用提供了有利條件，改變了土石壩長期存在著建設工期長、填筑強度低的不足，筆者就參加了不少土石壩的填筑的經驗與體會，淺析在確保填筑施工質量及安全運行的前提下探討土石壩的快速施工。2、快速施工的必要性隨著壩工技術的發(fā)展，砼重力壩、拱壩的技術不斷提高，同時橡膠壩等新型壩型不斷的運用，傳統(tǒng)土石壩存在著填筑量大帶來的建設時間長的缺點顯得極為突出，如何在充分發(fā)揮土石壩本身的技術要求低、對壩基適應性強、當地材料使用充分的傳統(tǒng)優(yōu)勢下加快施工進度，成為壩型選擇的重要方面，在確保填筑施工質量及安全運行的前提下快速施工是各方均關心的問題。2.1快速施工，可以使大壩提前發(fā)揮經濟效益，對建設單位來說至關重要隨著水利工程投資多元化的發(fā)展，水利建設的投資逐漸以企業(yè)為主，無需置疑，從企業(yè)追求利潤最大化及提高內部收益率的考慮，大壩加快施工進度，縮短建設周期，提前發(fā)揮效益，是每個業(yè)主考慮的重點，如像小浪底這樣的大壩，壩體總填筑量約5185萬m3，如不采取有效加快填筑施工措施，維持在每月2030萬m3的水平，那建設周期則長達172260個月，那是任何業(yè)主都無法承受的，而實際上，小浪底大壩實際平均填筑強度約150萬m3/月，最高強度達到200萬m3/月以上，有效的減少了建設周期，確保了施工的順利進行。因此，在招標標文件中，均可以看見對工期的要求極為嚴格，并要求在加快施工進度方面提出嚴密而詳細的措施，而在工程開工后，業(yè)主對施工單位在工期上提出了更高的要求，作為施工單位，從滿足業(yè)主的需要角度出發(fā)，往往承諾比招投標文件更短的工期，因此，在工程報道中經常出現“三年工期、兩年完成”、“根據工程需要，業(yè)主要求提前工期月，施工單位采取特殊措施”等字眼，如何提高施工強度、快速施工成了施工單位為贏得市場從而生存的法寶。2.2、基礎處理的不確定性，也需要采用加快施工進度等措施隨著水電開發(fā)的進展，在基礎不良的地方也開始修建大型土石壩，而為了滿足壩基承載力及基礎防滲的需要，往往在完成基礎處理后方可進行填筑施工，然而，地基情況較為復雜，特別是在深覆蓋層上修建工程，基礎處理工程量大、不可預見因素多，經常需要防滲墻、振沖、帷幕灌漿、固結灌漿等對地基進行綜合處理，處理難度大、檢查復雜，根據對多個工程的資料分析，基礎處理完工及交面時間往往較開工時所制定計劃時間滯后，造成填筑開工時間拖延，而下閘蓄水或竣工期往往卻不予以調整，造成有效填筑時間縮短，施工單位也不得不采用快速施工措施，才能按合同按期（甚至提前）完成工程。2.3、水文氣象的影響，對填筑強度提出新的標準土石壩對水文氣象的因素極為敏感，在雨季，土料的含水量影響極大，直接制約著大壩填筑，施工強度將受到影響；冬季，土料上凍，如不采取積極措施，也無法進行填筑，且冬雨季填筑施工，存在著高投入、低產出的窘境，往往是施工單位不愿意承擔的，因此，充分利用填筑的“黃金季節(jié)”，盡量避免冬雨季施工（或減少冬雨季填筑量），是施工單位首選的，相對應，在“黃金季節(jié)”填筑的工程量也往往極為可觀，能否快速施工成為避免冬雨季大方量填筑的首要問題。2.4、度汛的施工特點，也需要施工單位采用快速施工等措施由于土石壩的特點，一般不允許漫頂過流（隨著技術的發(fā)展，雖然可以采取在壩頂及下游側進行必要防護后也可實現漫頂過流甚至度汛，但防護投入費用高，且也需要施工時間，在度汛后又需拆除時間），故土石壩工程“施工高峰期”一般發(fā)生在工程實施截流后第一個汛前達到攔洪度汛斷面擋水這一階段，截流后均需加快施工進度，以期在汛前將壩體全斷面或度汛小斷面填筑至攔洪度汛高程，然而，修建土石壩一般位于山區(qū)，而山區(qū)的洪水具有來水大、時間短、突漲突落的特點，為確保工程安全，需在汛期來臨前將圍堰或壩體的一部分填筑至攔水高程，根據我國的水文情況，北方乃至南方大部分地區(qū)，河水呈季節(jié)性變化，一般在6月份進入汛期，南方一些地區(qū)受梅雨季節(jié)影響，會更早（4月中下旬或5月初）地進入汛期；9月份以后，河水流量逐漸變小，河道截流一般選在汛期末枯水期初，具體時間多在10或11月份，北方地區(qū)根據流量大小有些也可提前至9月份，所以攔洪度汛期總的施工工期很短，北方地區(qū)一般為68個月，南方地區(qū)一般為57個月。在除去基坑排水、壩基開挖和處理的時間外，而給壩體填筑的施工時間就非常有限，在冬季施工，月平均氣溫在0以下，有些地區(qū)河流結冰、土層凍結，對開挖工程、混凝土工程、灌漿工程以及填筑工程均有不利的影響，施工條件惡劣，加上基礎處理等項目的施工干擾，有效填筑時間不足，需提高月填筑強度方能按安全渡汛的要求按期達到攔河高程。2.5新型施工設備的大量投入和材料適用范圍的拓展，是快速施工的基礎隨著機械化程度的提高，大容量的土石方設備運用到施工中，提高了工效，從而為快速施工打下了必要的物質基礎，填筑材料適用范圍的拓展，原來不適合作壩料的材料也可作為填筑料，這也為土石壩快速填筑提供了新的支撐點。3、快速施工的主要方法簡介根據筆者參建土石壩工程的體會，土石壩如需快速施工，固然一方面重視設備及人力源的投入，但是，在正式填筑前的準備工作情況及壩面填筑控制方面，也是必然要高度引起重視，才能達到快速施工的目的，否則，容易造成欲速則不達的不良后果。3.1快速施工需作的準備工作3.1.1計劃的編制雖然計劃編制是每個施工單位都需進行的一項日常工作，但對于土石高壩，存在著一系列相互干擾、相互影響的工作，如只憑經驗或簡單的分析，往往無法有效的把握施工中出現的新情況、新干擾，計劃完成評價、關鍵線路的確定及對工期的影響因模糊而無法進行科學的判斷和分析，而計算機的運用，極大的提高了計劃編制水平和計劃的智能性，能夠自動進行工期分析、關鍵線路的分析，在發(fā)生干擾事件后，也能迅速進行調整和輔助決策，避免手足無措及盲目施工的現象。平心而論，像二灘大壩、三峽工程、水口水電站等這樣的大型工程采用計算機仿真技術，基于可視化技術及計算機圖形、圖像技術、多媒體技術等，對工程進行動態(tài)實時控制、三維動態(tài)顯示等，在現階段，對大多數工程而言，存在著技術難度大、投入資源多的困難，并不是每個施工單位（甚至業(yè)主）能承擔的，但是，利用工程進度控制軟件進行施工進度控制和自動分析，利用線性代數方法進行料場及開挖最優(yōu)平衡等，卻是容易實現的，實際效果也能滿足施工需要，進度控制及分析軟件較多，如微軟的project、P3進度控制軟件、夢龍網絡管理系統(tǒng)等，在調度及平衡上，如西北角法、鳥瞰法等線性分析等方法，均可勝任上述任務，均能夠對計劃進行適時調整和分析，避免人為主觀上的局限。應該說，在快速施工中，計算機輔助技術及統(tǒng)計分析用的越深入，對工程的整體把握上就會做的越好，越能在錯綜復雜的情況下抓住主線，從而有的放矢，為工程順利施工及改進提供針對性的決策。3.1.2料場的開采料場對土石壩的重要性不言而喻，卻也是最容易影響大壩順利填筑的軟肋，根據工程實踐，一般而言，料場的地質勘探工作深度遠不如壩址，特別是填筑量最大的堆石料，往往僅靠幾個探洞或地形勘查進行地質描述，進場后，與招標文件發(fā)生變化的可能性很大，要么地質條件發(fā)生重大變化，招標文件中有用料變成無用料，要么就是開采面積變小，無法形成大規(guī)模開采（或臺階開采）條件，不利于大規(guī)模機械開采，直接制約大壩能否按期填筑，同時級配是否良好，也是影響大壩能否快速填筑的關鍵，在防滲土料方面，含水量的高低也成為大壩能否快速填筑的關鍵，因此，完善而慎重地進行料場復查及復勘工作顯得尤為重要，搞好料場復查和儲量計算，做到心中有數。如具備條件，最好在大壩填筑前儲備一部分成品料來削峰平谷。需要強調指出的是，在施工單位進場后，根據自身的能力和對壩址周圍的環(huán)境熟悉，可能在招標文件提供的料場外距壩址很近的地方，存在著開采條件相對較好的料場，或存在著經論證后可作為壩料的新料場，如筆者目前正在施工的百米級工程，原設計采用距壩址6公里的堆石料場爆破后經生產作為反濾料及過渡料，由于料場發(fā)生重大變化，不具備出料條件，而在壩址上下游2公里范圍內存在著大片砂卵石料，經施工單位積極努力，采取施工措施及送相關部門進行復核后，認為指標滿足反濾料及過渡料的需要，從而節(jié)約了大量投入，緩解了堆石料場遲遲不出料帶來的嚴重后果；四川涼山州瓦都水庫利用洪積扇碎石土及堆石料場開工后揭露的風化巖，經論證后作為大壩下游壩殼填料，從而加快了施工進度、降低了工程造價，在晃橋水庫中施工中，在堆石料場發(fā)現有寬約45m的擠壓破碎帶，通過對破碎帶的全面研究，得出破碎帶石渣符合用作反濾過渡料質量的技術要求，從而確定取代原設計采用之人工破碎反濾過渡料。破碎帶石渣單價約為人工破碎料的14，因此而節(jié)省了資金。因此，料場的工作，早重視、早研究，是解決快速施工、降低工程造價不可忽視的因素。3.1.3施工道路為滿足快速施工的需要，大量的機械設備投入是不可避免的，而目前運輸汽車越來越向大噸位發(fā)展趨勢，運輸車輛數量也要求相應增多，對道路的要求越來越高，工程實踐證明，道路越好，運輸車輛出勤率越高，填筑效率也相應提高，俗話說“修路就是修車、修路就是進度”就是這個道理，一般工程上均采用泥結石路面，如果具備條件，在局部車流量大的地段采用砼路面，將會極大的提高運輸效率，在道路布置上，應盡量根據實際情況布置成環(huán)行雙車道，避免車輛的相互干擾，提高單車效率。3.1.4碾壓試驗工作對土石壩而言，碾壓試驗是填筑前最為重要的技術參數論證工作，也是確定大壩能否順利填筑及確保大壩安全的重要環(huán)節(jié)，一般而言，在招標文件中或填筑技術要求中，提出的指標是建議性，均要求在碾壓試驗中進行復核和驗證。碾壓試驗根據工程類比法擬定施工參數進行試驗，試驗得出的參數，是控制大壩能否快速填筑的重要因素，如指標定的過高，在正式填筑中如不易達到，造成增加補壓次數過多及采取更重型碾壓設備進行施工，效率會降低，如指標定的低，為確保大壩安全，可能將增加許多工程量，也不利于工程快速施工，如碾壓試驗工作不細致，有可能在填筑過程中不得不暫停施工重新進行碾壓試驗，直接影響壩體的填筑。防滲土料的含水量確定及調節(jié)工作也需要在碾壓試驗中予以確定，堆石料灑水、灑多少水，也是另一種需要關注的問題，一般而言，認為灑水有利用細粒沖填、軟化棱角、便于碾壓密實及降低蓄水后大壩沉降，故提出3050%的灑水量，但在