翟耀武

(武警水電九支隊,成都,610036)

土石壩具有對基礎要求低、適應基礎變形強的特點,根據(jù)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,目前廣泛運用的是薄層鋪筑并分層壓實的碾壓式土石壩。土石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作為填筑料。

隨著壩工技術(shù)的發(fā)展,混凝土重力壩、拱壩的施工技術(shù)不斷提高,同時橡膠壩等新型壩型也在不斷運用。與此相比,傳統(tǒng)土石壩存在著填筑量大所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(shù)要求低、對壩基適應性強、當?shù)夭牧鲜褂贸浞值膫鹘y(tǒng)優(yōu)勢下加快施工進度,成為土石壩壩型選擇的重要方面。本文就土石壩的快速施工問題進行探討。

1 快速施工的必要性

1.1 快速施工,可以使大壩提前發(fā)揮經(jīng)濟效益

隨著水利工程投資的多元化發(fā)展,水利建設的投資逐漸以企業(yè)為主。從企業(yè)追求利潤最大化及提高內(nèi)部收益率考慮,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。因此在招標文件中,可以看見對工期的要求極為嚴格,并要求投標者在加快施工進度方面提出嚴密而詳細的措施;在工程開工后,業(yè)主對施工單位在工期上的要求更高。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,如何提高施工強度、加快施工進度,成了施工單位贏得市場從而生存的法寶。

1.2 基礎處理的不確定性,需要采用快速施工措施加快進度

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,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,當?shù)鼗闆r較為復雜,特別是在深覆蓋層上修建工程時,基礎處理工程量大、不可預見因素多,經(jīng)常需要采用防滲墻、振沖、帷幕灌漿、固結(jié)灌漿等措施對地基進行綜合處理,處理難度大、檢查復雜,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,而下閘蓄水期往往卻不予調(diào)整,造成有效填筑時間縮短,施工單位不得不采用快速施工措施,才能按期完成工程。

1.3 水文氣象的影響,對填筑強度提出新的標準

土石壩填筑對水文氣象因素極為敏感。在雨季,土料的含水量較大,下雨后往往要重新翻曬,清除不合格土料。經(jīng)常出現(xiàn)的土石壩越填越低的怪圈,直接制約著大壩填筑,施工強度受到影響。冬季,土料上凍,如不采取積極措施,也無法進行填筑,而且冬雨季填筑施工,存在著高投入、低產(chǎn)出的情況,施工單位往往不愿意承擔。因此,充分利用填筑的“黃金季節(jié)”,盡量避免冬雨季施工,是施工單位的首選。同時,在“黃金季節(jié)”填筑的工程量也極大,能否快速施工,成為避免冬雨季大方量填筑的首要問題。

1.4 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(shù)的發(fā)展,土石壩在其壩頂及下游側(cè)進行必要防護后,也可實現(xiàn)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。因此,需提高壩體的月填筑強度,方能按安全渡汛的要求按期達到攔河高程。

1.5 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(zhì)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,從而為快速施工創(chuàng)造了條件。

2 快速施工的主要方法簡介

首先是計劃控制。通過計劃對關(guān)鍵線路進行科學的判斷和分析,在發(fā)生變化時,也能迅速進行調(diào)整和輔助決策,避免手足無措或盲目施工。

其次,打開料場工作面。料場對土石壩的重要性不言而喻,卻也是最容易影響大壩填筑的因素,因此,需要慎重地進行料場復查及復勘工作。搞好料場復查和儲量計算,做到心中有數(shù),最好在大壩填筑期間儲備部分成品料以減緩高峰強度。

填筑前期還有一個重要因素,那就是施工道路。目前,為加快施工進度,需要大量的機械設備和運輸車輛,對道路的要求越來越高。道路條件好,將會極大地提高運輸效率。在道路布置上,應盡量根據(jù)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。

為保證現(xiàn)場施工效率,需要提前進行碾壓試驗,確定快速、節(jié)省的碾壓參數(shù),上壩以后根據(jù)實際情況調(diào)整?？焖俚贸瞿雺航Y(jié)果,將有效提高施工強度。

大壩施工存在著極為復雜的外部環(huán)境,社會、治安環(huán)境、移民征地均可制約工程施工,均需提前根據(jù)市場環(huán)境予以評估,提前化解風險,為正常施工創(chuàng)造一個相對寬松的作業(yè)環(huán)境。

一個工程要達到預期目標,需要業(yè)主、監(jiān)理單位、設計單位及施工單位共同努力,如果配合得好、群策群力,工程就能順利施工,遇見困難也能較順利的解決,相反,則可能陷入漫長的解決問題困窘,工程自然是想快也快不起來。

在完成各項準備,具備填筑條件后,加強各工序的銜接、減少中間環(huán)節(jié),是快速施工的重中之重。由于土石壩體型較大,為壩面分區(qū)流水作業(yè)提供了必要的場面,一般將填筑工序分為鋪料、攤鋪、灑水、壓實、質(zhì)檢等工作。在壩面分區(qū)流水作業(yè)中,特別是防滲土料的施工,受多方面的影響,防滲土料直接制約大壩整體的上升。在防滲土料填筑流水作業(yè)中,根據(jù)填筑的需要,應依據(jù)實際情況合理劃分填筑區(qū)域和進行流水作業(yè)分析,并根據(jù)機械設備及填筑情況及時調(diào)整。

為加快施工進度,一般采用平起填筑施工。平起施工有以下幾個優(yōu)點:減少了接縫、接坡、削坡等工序,保證了填筑質(zhì)量;保證有盡可能大的堆石填筑面,利于大機械化施工;有利于在以后繼續(xù)填筑時布置進入防滲料區(qū)的施工道路;運輸反濾料及過渡料的大型自卸汽車不橫穿防滲料區(qū);有利于減小料界偏差和相鄰料平起填筑時的跨縫碾壓。

雖然平起填筑施工有很多優(yōu)點,但是,在越來越多的工程實踐中,為滿足渡汛及分期蓄水提前發(fā)電的要求,施工單位均需要在短時間內(nèi)將大壩心墻和迎水面上升到某一高程。為此,全斷面填筑一般要采用臨時擋水斷面填筑施工方法。在冬雨季,心墻部位不能進行填筑的情況下,只得進行堆石料填筑時也只能進行臨時斷面的填筑。

在壩體填筑量一定的情況下,要縮短填筑時間,必然要增大填筑強度,而填筑強度能否達到預期目的,設備的投入是極為重要的方面,應通過多個渠道,包括本單位、協(xié)作隊伍或通過社會引進設備。這樣,采用的設備新、數(shù)量多,可挑選的余地大,能夠最大限度滿足施工需要。同時,利用當?shù)卦O備,還可以減少很多不必要的麻煩和協(xié)調(diào)工作。但也不能將施工寄希望在協(xié)作單位,如協(xié)作單位不能按有關(guān)要求作業(yè),則欲速則不達,反而影響快速施工。

歸根到底,能不能保證快速施工,主要取決于人的能動性和創(chuàng)造力。由于土石壩具有填筑壩料多、工序銜接多、機械設備投入多等特點,壩面(包括料場)協(xié)調(diào)范圍廣、事情繁瑣,需要成立強有力的協(xié)調(diào)機構(gòu),根據(jù)壩體填筑的需要從整體上把握全局,合理進行設備調(diào)配和場面調(diào)配,可以起到事半功倍、節(jié)約很多時間的效果。否則的話,場面協(xié)調(diào)不靈,相互干擾影響,快速填筑將會非常困難。

3 快速施工需認真對待的幾個問題

雖然土石壩快速施工已成為未來發(fā)展的方向,但從多個已施工或完建工程的情況看,土石壩的快速施工水平,應依據(jù)壩高、填筑工程量、實際施工工期、平均月升高速度及平均月上壩強度等施工技術(shù)指標來綜合分析、評價,而不是簡單地一味求快及追求上升速度?？焖偈┕け仨氃诳茖W論證及安全評審后方可實施,否則,將有可能帶來不可預料的后果。

由于施工速度過快,大壩投入運行后,堆石壩沉降變形必然較大,造成本應在施工期完成的沉降而留在了運行期來完成。大壩蓄水后,增加的附加沉降量及附加水平位移量亦較大,由于防滲土料與堆石料在沉降速率與時間方面的不同步,同時空隙水壓力消散較慢,在防滲土料易形成低應力區(qū),可能形成拱效率,可能造成心墻開裂等潛在的安全隱患。

由于短時間內(nèi)追求過高的施工強度,一味將填筑量和大壩上升速度指標作為考核目標,同樣給施工單位帶來巨大的壓力和不便。一方面,前期設備投入數(shù)量較大,但在施工高峰期一過,造成設備閑置;另一方面,由于施工高峰期出現(xiàn)在整個工程施工的前期,施工單位要在很短時間內(nèi)調(diào)配大量的設備進場,無論從人力、物力和財力上,對施工單位都造成了巨大的壓力。

因此,快速施工,應是業(yè)主及施工單位正確看待的問題,如沉降及拱效應問題,可采用有限元分析及埋設原型觀測儀器進行實際量測,以監(jiān)控大壩應力及變形;做好壩料級配控制,良好的級配能夠在施工期盡量沖填密實,降低后期沉降;采用大型、重型的振動碾壓機具,可以提高壓實度,降低孔隙率等。但要做到均衡施工,就需要各方均應從科學的角度,全面、正確地分析合理工期,以實現(xiàn)資源利用最大化的目標;簡單地求高、求快、求效益,是不能達到快速施工、業(yè)主及施工單位“雙贏“的目標的。