土石坝施工技术要点

土石坝是水利工程中应用最广泛的坝型之一。本文围绕施工碾压试验、填筑施工方法及质量控制三个核心环节，系统梳理土石坝施工的关键技术要点。

一.土石坝填筑的施工碾压试验

1.1 压实机械的三种类型

根据作用力机理，压实机械分为以下三类：

• 静压碾压：作用力为静压力，大小不随时间变化，设备包括羊足碾（压实中对表层土有翻松作用，无需刨毛即可保证层间结合）和气胎碾
• 振动碾压：作用力为周期性重复动力，与静压碾压相比具有重量轻、体积小、碾压遍数少、深度大、效率高的优点
• 夯击：作用力为瞬时脉冲动力，大小随时间和落高变化，设备包括夯板、强夯机等

1.2 土料填筑的两类标准

• 黏性土的填筑标准：以压实度和最优含水率为设计控制指标。设计最大干密度由击实最大干密度乘以压实度求得。1级、2级坝和高坝的压实度为98%～100%，3级中低坝及以下的中坝压实度为96%～98%。地震烈度8度、9度地区宜取大值。
• 非黏性土的填筑标准：以相对密度为设计控制指标。砂砾石的相对密度不应低于0.75，砂不应低于0.7，反滤料宜为0.7。

1.3 压实参数的确定方法

• 主要参数：包括碾压机具重量、含水量、碾压遍数、铺土厚度，振动碾还需考虑振动频率及行走速率
• 黏性土试验：取三种含水量（w1=wp+2%、w2=wp、w3=wp-2%，wp为塑限）分别试验，绘制铺土厚度—碾压遍数—干密度关系曲线，以单位压实遍数的压实厚度最大者为最经济、合理
• 非黏性土试验：不存在最优含水量，含水量不作专门控制（与黏性土的根本区别），仅需做铺土厚度—碾压遍数—干密度关系曲线，同样以单位压实遍数的压实厚度最大者为最经济、合理

二.土石坝填筑的施工方法

2.1 施工作业的五大类别

根据施工方法，土石坝分为干填碾压（碾压式）、水中填土、水力冲填和定向爆破修筑等类型，其中碾压式土石坝最为普遍。其施工作业包括：

• 准备作业：四通一平（通车、通水、通电、通信、平整场地）、修建用房、排水清基
• 基本作业：料场土石料开采，挖、装、运及坝面作业
• 辅助作业：清除覆盖层、剔除超径石块杂物、坝面排水、层间刨毛和加水
• 附加作业：坝坡修整、铺砌护面块石、铺植草皮
• 坝面作业：卸料、铺料、整平、洒水、压实、质量检验

2.2 三类坝料的开采方式

• 土料开采：
• 立面开采：适用于土层较厚、料层分布不均的情况，含水率和土温损失小，雨期影响小，适用正铲、反铲、装载机
• 平面开采：适用于地形平坦、薄层开挖，含水率损失大（适合有降低含水率要求的土料），冬期土温易散失，适用推土机、铲运机
• 砂砾料开采：
• 水上开采：适用于阶地或水上砂砾料，冬期施工不受影响
• 水下开采：适用于水下砂砾料且无坚硬胶结或大漂石，冬期结冰厚时不宜施工，汛期一般停产
• 石料开采：坝体堆石料采用深孔梯段微差爆破；护坡及排水棱体块石料采用浅孔爆破法开采

2.3 坝面作业的关键要求

• 卸料与铺料：
• 卸料方式有进占法、后退法和混合法，一般用进占法（厚度易控制、易平整、压实设备工作条件好）
• 铺料宜平行坝轴线进行，自卸汽车宜用进占法倒退铺土，避免在压实土层上开行造成超压和剪力破坏
• 黏性土料含水量偏低应在料场加水，坝面加水应力求**"少、勤、匀"；石渣料和砂砾料压实前应充分加水**
• 汽车上坝或光面机具压实的土层应刨毛3～5cm以利于层间结合
• 压实（碾压）方式：
• 进退错距法：操作简便，便于分段流水作业，质量易保证，错距宽度b=B/n（B为碾滚净宽，n为碾压遍数）
• 圈转套压法：适合多碾滚组合碾压，效率高，但转弯处易超压，小半径时易引起土层扭曲和剪力破坏

2.4 四个结合部位的施工要求

• 坝体层间接头：分段接头错开一定距离，条带平行坝轴线，接坡坡比缓于1:3
• 土砂结合部位：采用土砂平起施工（先土后砂法或先砂后土法），结合部用气胎碾或夯实机具压实
• 坝身与混凝土结构物连接：清除混凝土表面乳皮、粉尘→洒水湿润→涂刷3～5mm厚黏性土浆或水泥砂浆→边涂边铺边压。结构物两侧及顶部0.5m范围内用小型机械或人工夯实
• 坝基结合面：采用薄层、轻碾方法，填筑厚度达到2m以上后方可使用重型压实机械

三.土石坝的施工质量控制

3.1 料场质量控制的四项措施

• 含水量检查：常用"手检"（手握成团、手指搓可成碎块即合格），精确方法用含水量测定仪即插即读
• 含水量偏高处理：改善排水防雨、翻晒处理、轮换掌子面，或采用机械烘干法
• 含水量偏低处理：黏性土料采用分块筑畦埂、灌水浸渍、轮换取土或喷灌机喷洒；非黏性土料用洒水车在坝面喷洒
• 含水量不均匀处理：堆筑**"土牛"**（大土堆）使含水量均匀后再外运

3.2 坝面质量控制的四种检测方法

• 干密度检测：
• 黏性土：200～500cm³环刀取样
• 砂：500cm³环刀取样
• 砾质土、砂砾料、反滤料：灌水法或灌砂法
• 堆石：灌水法（空隙大，砂料架空时也用此法）
• 取样试验：沿坝高5～10m取试样（总数不少于30个），进行室内物理力学性能试验
• 反滤层质量控制：每层在25m×25m内取样1～2个，条形反滤层每隔50m设取样断面（每层不少于4个），通过颗粒分析检查层间系数D50/d50和颗粒不均匀系数d60/d10
• 堆石体检查：检查石料质量、风化程度、石块尺寸形状、有无离析架空，分层埋设沉降管定期观测

3.3 负温施工的三项规定

• 黏性土：含水量略低于塑限，防渗体含水率不大于塑限的90%，压实土料温度应在-1℃以上，采用重型碾压机械，结合处不得有冻土层和冰块
• 砂砾料：含水率小于4%，不得加水，填筑保持正温，冻料含量控制在10%以下，冻块粒径不超过10cm且均匀分布
• 暖棚施工：当日最低气温低于-10℃时，可搭建暖棚施工

总结

土石坝施工技术围绕碾压试验、填筑施工和质量控制三大环节展开。碾压试验需根据土料性质确定压实标准和参数；填筑施工涵盖坝料开采、坝面作业和结合部位处理，各工序需紧密衔接；质量控制贯穿料场管理、坝面检测和负温施工全过程，通过含水量测定、干密度检测和沉降观测等手段确保坝体填筑质量。掌握上述关键技术，是保证土石坝施工安全与质量的基础。