一、认识土石坝

（一）土石坝优点

（1）就地取材，造价低。

（2）对地基要求低。

（3）便于机械化施工。

（4）施工技术简单，易于掌握。

（二）土石坝分类

土石坝按施工方法分类，可分为碾压式、水中填土、水力冲填、定向爆破等。其中，以碾压式土石坝应用最广。

（三）土石坝作业内容

（1）准备作业：四通一平、临时房屋、清基、排水等。

（2）基本作业：料场开采、上坝运输、坝面作业等。

（3）辅助作业：料场覆盖层清除、坝面排水、刨毛等。

（4）附加作业：整修坝坡、铺砌护面、植草皮等。

（四）土石坝施工特点

（1）上坝高峰一般在合龙后的下一个汛期到来之前（因土坝坝顶一般不允许过水，施工导流较混凝土坝复杂）。

（2）要严格控制压实质量及坝体与岸坡或地基的连接处理。

二、土石坝施工作业内容

（一）料场规划与使用

1．规划与使用原则

（1）符合筑坝要求，质地均一。

（2）储量相对集中，料层厚。

（3）保留一定数量的近料区，以备合龙和拦洪时使用。

（4）合理使用料场，减少坝料加工。

（5）料场覆盖层薄，便于开采。

（6）采集工作面宽阔，运距较短，有足够废料堆场。

（7）料场应尽量少占用耕地、林场。

2．料场规划与使用

料场规划与使用影响设计与施工，关系施工质量、工期、造价，非常重要。

（1）空间规划：对料场的位置和高程恰当选择、合理布置。

①要求。a.土石料的上坝运距尽可能短，但应在坝区300m之外；b.高程有利于重车下坡；c.上、下游，左、右岸最好都有料场。

②使用：高料高用、低料低用，减少垂直运输。

（2）时间规划：考虑施工强度、季节和坝前蓄水等变化。

①近料先用，远料后用。

②易淹没先用，不易淹没后用。

③含水量高的旱季用，含水量低的雨季用。

④高强度上坝时利用近料场，低强度上坝时利用远料场。

⑤保留一部分近料场，供合龙后填筑到拦洪高程使用。

（3）质与量规划：料场规划的基本要求是决定料场取舍的前提。

①对其地质成因、产状埋深、储量及各种物理力学指标（如容重、含水量、颗粒级配等）进行全面勘探和试验，并对各阶段用量有统一规划。

a.主要料场特点：质量好、储量大，料场开采方便、运距近。一般主料场储量是设计方量的2.0～2.5倍（考虑自然方与压实方的差异，以及开挖、运输、占道、填筑等损耗）。

b.规划料场储量与填筑量之比为：土料2～2.5，砂砾料1.5～2，水下砂砾料2～3，石料1.5～2，反滤料3～4。

②备用料场：当主料场被淹、土料过湿或其他原因不能使用时启用。备用料场一般在淹没区以外，占主料场的20%～30%。

（4）利用弃渣：为降低成本，尽量使用永久建筑物和临时建筑物的挖方作为填料。

（二）挖运组织

1．综合机械化原则

土石坝施工挖、运、填等工序均由相互配套的施工机械来完成，组织“一条龙”的生产线，称为土石坝的综合机械化施工。

（1）充分发挥主要机械，特别是关键工序的主导机械的作用，可加快进度，降低成本。

（2）根据机械的工作特点，进行选择、配套。

（3）机械配套要利于使用、维修和管理。如配套机械的型号、规格尽量减少，一种机械尽可能完成多道工序，减少配套环节，简化维修管理工作。目前有向大型、高效机械发展的趋势。

（4）充分发挥配套机械的生产能力。配套机械的生产能力应略大一些。

（5）合理布置工作面，充分发挥机械的工作效率，减少机械的转运时间。

（6）设置必要的修配企业，严格执行保养制度和操作规程，确保机械的完好率和安全。

2．土石方挖运配套方案

（1）人工开挖，手推车、架子车、翻斗车运输。

（2）挖掘机挖装，自卸汽车运输。

（3）挖掘机、采砂船挖装，机车牵引，皮带机上坝。

（4）铲运机装运上坝。

3．挖运强度和机械数量的确定

（1）挖运强度。挖运强度是选择挖运设备数量的依据。

（2）上坝强度（填筑强度）：根据施工进度计划的要求，施工各阶段每日（班）需完成的上坝方量，按下式计算：

式中：

—填筑强度（压实方/日或班）；

V—坝体分期填筑方量（压实方）；

T—分期时段内有效施工时间（日或班）；

k_a—沉陷影响系数；1.03～1.05；

k₁—坝面土料损失系数；0.9～0.95；

k—施工不均衡系数；1.2～1.3。

（3）运输强度按下式计算。

式中：

——运输强度（松方/日或班）；

——填筑强度（压实方/日或班）；

k_c——压实方转松方的体积换算系数（>1，需根据土料试验确定）；

k_2——运输损失系数，取0.95～0.99，与土性及运输方式有关。

注：k_c是压实方与松方的体积比（例如：1m³压实方≈1.25m³松方，则k_c=1.25）。

（4）开挖强度按下式计算。

式中：

——开挖强度（自然方/日或班）；

——运输强度（松方/日或班）；

k_s——松方转自然方的松散系数（>1，需根据土料试验确定）；

k₃——土料开挖损失系数，取0.92～0.97。

注：k_s是自然方开挖后的松散膨胀系数（例如：1m³自然方开挖后变为1.3m³松方，则k_s=1.3）；公式逻辑：压实方→松方→自然方，需逐级转换。

（5）机械数量的确定，以自卸汽车配合挖掘机为例。

挖掘机给自卸汽车的装车斗数应控制在合理范围内。一般为3～5斗。m值过大，装车时间长，汽车等候时间长，降低汽车的效率；m值过小，汽车就位时间增多，降低挖掘机的效率。装车斗数按下式计算：

式中：

m——装车斗数；

Q——自卸汽车载重量（吨或 m³）；

q——挖掘机的斗容量（m³）；

k_充——挖掘机土斗充盈系数，取0.95～1.0；

注：计算结果需取整数（如m＝4.2，取4斗）。

（6）挖掘机的数量计算

式中：

N_挖——挖掘机数量（台）；

Q_挖——最大开挖强度（自然方/日或班）；

P_挖——单台挖掘机生产率（自然方/日或班）。

生产率公式：

式中：

P_挖——单台挖掘机生产率（自然方/日或班）；

q——挖掘机的斗容量；

k_充——挖掘机土斗充盈系数，取0.95～1.0；

k_时——时间利用系数（0.7～0.9）；

t_循——挖掘机单循环时间（s）。

（7）汽车数量计算。

①按汽车的生产率计算（与一台挖掘机配合）。

式中：

n——单台挖掘机配套的汽车数量（台）；

P_挖——单台挖掘机生产率（自然方/日或班）；

P_汽——单台汽车生产率（自然方/日或班）计算方法同；

注：n×P_汽≥P_挖，n台汽车的生产率应略大于一台挖掘机的生产率。

②按汽车的循环时间计算（与一台挖掘机配合）。

式中：

n——单台挖掘机配套的汽车数量（台）；

T_循——汽车循环总时间（分钟）（含装、运、卸、返）；

T_装——装车时间（min）；

T_挖——挖掘机工作一个循环所需的时间（min）。

T_装＝k_延·m·T_挖（m——装车斗数；k_延——装车时间延误系数）。

③汽车的总需要量。

式中：

N_汽——汽车的总需要量（台）；

n——单台挖掘机配套的汽车数量（台）；

N_挖——挖掘机数量（台）；

k_备——设备备用系数（1.2～1.3）。

（三）清基与坝基处理

1．清基

将坝基范围内的树木、草皮、乱石、淤泥、有机质含量大于2%的表土、自然容重小于1.48kg/cm³的细砂、高压缩土、湿陷黄土清除。对试坑等进行处理。

2．坝体与两岸的连接

（1）岸坡开挖原则。先岸坡后河槽，自上而下，分层开挖。

（2）山坡与塑性心墙、斜墙、均质坝连接部分应清理至不透水层。

①岩石岸坡。开挖坡度不陡于1:0.75；不得挖成台阶形或反坡，不允许有明显的折坡点；对于局部反坡应用混凝土回填，补成平顺坡面；回填土料前，在开挖面涂3～5mm黏土浆（水土重量比1:2.5～1:3）。

②黏土或非湿陷性黄土。开挖成不陡于1:1.5的缓坡，坡面平整；岸坡与非黏土连接部分，其清理坡度不得陡于山坡土壤在饱和情况下的稳定坡度。

3．坝基防渗处理

（1）覆盖层较薄，多用截水槽处理。

①截水槽的形式：底宽5～10m，深10～16m，边坡1:1.5～1:2.0。

②截水槽施工要求。开挖到基岩或不透水层；截水槽回填必须在地基处理和混凝土截水墙浇完达一定强度后进行（混凝土截水墙是处理基础岩石与截水槽层面间渗透的有效方法）；截水墙两侧回填应平起，高出截水墙0.5m后用机具碾压。

（2）覆盖层较厚，一般用混凝土防渗墙和灌浆处理。

（四）坝面作业

1．作业内容与特点

（1）内容：铺土、平土、洒水（或晾晒）、压实、质检、刨毛、整修边坡、修筑反滤层、排水体、护坡等。

（2）特点：工种多、工序多、机具多，工作面狭窄。所以易造成干扰、窝工，影响施工质量和进度。一般多用流水作业。

2．坝面流水作业及其划分

（1）流水作业：按照施工工序数目将坝面划分成若干区段，然后组织各工种的专业化施工队在不同的区段内同时进行施工。这样，对每个工种专业队来讲，按工序逐工段地连续完成本专业工作，实施平行流水作业。

（2）优点。

①施工专业化，有利于技术提高。

②保证人、地、机具三不闲。

③避免施工干扰，利于安全施工。

（3）各施工时段工作面的大小取决于各施工时段的上坝强度。流水区段的划分可按下式计算。

式中：

m——流水区段数量；

——坝体某高程工作面面积（单位：㎡）；

——要求流水单位时间（班）的铺土面积（单位：㎡）。

讨论：若流水工序数为m′

（1）m＝m′：流水作业正常进行。

（2）m＞m′：流水作业仍可以正常进行。

（3）m＜m′：流水作业不能正常进行。原因是坝面上升，工作面减小所致。调整方法如下。

①缩短流水作业单位时间。

②合并一些工序，减少流水工序数目m′。

③降低单位时间的上坝强度。

3．坝面填筑

（1）铺土。

①铺料沿坝轴线方向进行。

②厚度均匀，超径土块打碎，石块剔除。

③对黏土采用进占法卸料，使汽车在松土上行驶（防过分压实，引起剪切破坏）；对砂砾料可采用后退法卸料。

④坝面每隔40～60m设专用“道口”，填筑三四层后换一次路口（防汽车将反滤料带入防渗体或超压土体，设路口便于集中解决）。

⑤黏土料铺填压实应保持连续性，防含水量变化。铺上一层料前，应对下一层料进行洒水润湿，如下一层是光面还应进行刨毛处理，刨毛深度宜为3～5cm，并应覆盖整个压实面。

（2）平土。

①严格按设计要求掌握平土厚度，且厚度要均匀。

②塑性心墙、斜墙坝面应向上游倾斜1%～2%坡度，均质坝由中间分别向上下游倾斜1%～2%坡度，以利排水。

③平土应使表面平整，防止雨后积水。

④质量控制要点：“算方上土，定点卸料，随卸随平，定机定人，铺平把关，插钎检查。”

（3）压实（填筑作业中最重要工序）。

①压实按一定次序进行，防止漏压和超压，多采用进退错距法。

②碾压方向应平行于坝轴线，如果必须沿坝轴线方向分段，搭接长度不应小于0.5m。

（4）心墙、斜墙与砂壳的施工（按土砂填筑先后顺序）。

①先土后砂法。先土后砂法是指先填压2～3层土料，再铺一层砂料与之整平，然后对砂料和土料的边界进行压实。这种方法土料表面高于砂料，压实在无侧线条件下进行，易形成松散土带（宽度不宜超过50cm）。

②先砂后土法。先砂后土法是指先填筑砂料，形成一个砂槽，在槽中填压黏土，每填筑一层黏土，将砂槽收缩一次（防超填），以控制土砂边线。这种方法铺平、压实都在有侧限的条件下进行，松土边少（20～30cm）而密实，压实效果好。目前已被广泛采用。

③斜墙坝：可采用土砂平起法，亦可用先施工砂壳，然后再施工斜墙（可避免因砂壳的不均匀沉陷造成斜墙裂缝）。应注意斜墙保护层填筑应与斜墙同步上升，两者高差不宜超过0.5m。

（5）接缝的处理。

①施工接缝：当坝体分期施工或土坝分段填筑时会形成横向和纵向施工接缝。

②纵向接缝：为了保证防渗要求的整体性，一般不宜设纵向接缝（平行于坝轴线）。特别是防渗体不宽时，不允许有纵向接缝。均质坝允许有纵向接缝。

③横向接缝：横向接缝坡度不陡于1∶3，当接缝高度大于1.5m时，应设置结合槽。结合槽断面尺寸宜为深0.3m、底宽0.5m，边坡1∶1。

④流水作业区段之间的纵向接缝，压实土料应互相叠压0.5m以上，且各压实层的接缝应上下错开。

4．质量检查与控制

（1）料场检查。对土质、土块大小、含水量，防雨、防冻、排水措施进行检查。土料含水量控制一般在料场内进行。

（2）坝体填筑检查。铺平、压实、含水量等进行检查。

5．冬季施工

冬季，土开始冻结的温度总是低于0℃，即土体有过冷现象。土的过冷温度和持续时间与土的种类、含水量及温度梯度等有关。当日平均气温低于-1℃时，不宜进行黏土料填筑；若需施工，必须采取保温措施，确保土料在冻结前完成压实。

三、碾压式土石坝施工方案

熟悉土石坝施工的基本作业内容；指导学生从编制施工专项方案到组织实施。

（一）工程概况　

本工程位于××市××村，初期坝采用均质土坝，顶宽2.0m、坝高2.4m，均质土坝工程量约为1.55×10⁴m³。坝体填筑采用灰场内土料，坝外坡比为1∶2，内坡比为1∶2。

（二）引用标准

《碾压式土石坝施工规范》。

《堤防工程施工规范》。

《渠道防渗衬砌工程技术标准》。

《水利水电工程施工测量规范》。

《水电水利基本建设工程 单元工程质量等级评定标准 第7部分：碾压式土石坝工程》。

《水利水电工程单元工程施工质量验收标准 第4部分：堤防与河道警治工程》。

《土工合成材料 非织造布复合土工膜》。

（三）施工准备

（1）对合同及设计文件进行深入分析，具体条件编制施工组织设计。

（2）做好各项技术准备，并做好“四通一平”临建工程，各种设备和器材的准备工作。导流及引排水工程已完成。

（3）测量放样工作已验收合格，对主要测点已埋设牢固的标架、基石、坝（堤）身放样已按设计预留沉降量。

（4）对土料场进行现场核查，贮量应大于需用量的1.5～2.5倍。土质及天然含水量符合设计要求。

（5）施工机械、试验设备到位，已做防渗体土料碾压试验，基础清理已完成并经过验收。

（四）施工操作要求

1．土料开挖

（1）料场开挖前应划定开挖范围，清除树根乱石及妨碍施工的一切障碍物，排除场内积水，开好排水沟。

（2）土料的天然含水量接近施工控制下值时，采用立面开挖，含水量偏大时，采用平面开挖。

（3）当层状土料有须剔除的不合格料层时，用平面开挖，当层状土料允许掺混时，用立面开挖。

（4）冬季施工宜采用立面开挖方式。

（5）取土坑壁应稳定，立面开挖时严禁掏底施工。

2．铺料

（1）防渗体土料铺筑应平行堤轴线顺次进行，分段作业和长度不应小于100m，人工作业时应不小于50m。

（2）作业面宜分成铺土、碾压、检验三段，以利流水作业，应分层统一铺土、统一碾压，专人取样检验，严禁出现界沟。

（3）相邻施工段的作业面需均衡上升，若不可避免出现高差时，要以1∶3～1∶5的斜坡连接。

（4）土料宜用进占法卸料，用推土机或人工铺至规定部位，严禁将砂砾料或其他透水料与黏性土料混杂。

（5）铺土厚度和土块直径限制尺寸见表8-1。

表8-1　铺土厚度和土块直径限制尺寸表

（6）铺料至堤边时，应在设计边线外侧各留出一定余量，人工铺料为10cm，机械铺料为30cm。

（7）通过保持填土面平整，算方上料，及时检测厚度等措施控制铺土厚度。土厚度允许误差为0～+5cm。

3．碾压

（1）碾压机械行走方向应平行于提轴线。分段分片碾压时相邻作业面的碾压搭接宽度，平行提轴线方向不应小于0.5m，垂直堤线方向不应小于3m。

（2）碾压机械进行碾压时，采用进退错距法作业。碾压搭接宽度大于10cm。铲运机兼作压实机械时，采用轮迹排压法，轮迹搭压轮宽的1/3。

（3）机械碾压不到的部位，用蛙式打夯机或木夯机夯实，夯实采用连接环套打法，夯迹双向套压，夯压夯1/3，行压行1/3，分段分片夯实时，夯迹搭边重叠宽度应不小于1/3夯径。

（4）铺土碾压、检验连续作业，松土不过夜。用平碾碾压后，在上层土铺料前，需进行刨毛或用推土机再碾压一遍，以利上下两层土料连接。

（5）控制土料含水量，控制铺土厚度，控制碾压遍数来达到设计干容量。对土料含水量偏小的适当洒水翻拌，含水量过大的在料场开好排水沟，在现场进行翻晒后碾压，防止出现弹簧土。

（6）通过采用进占法卸料，减少载重车辆在坝面行驶距离等方法，防止填土产生剪力破坏，一经发现必须彻底返工处理。

4．干容量试验

（1）每层土料碾压后均需测定干容重，达到设计要求后才能进行上层铺土。

（2）干容重用环刀法测定，对环刀内径埋堤防工程不小于70㎜，水库工程不小于100㎜。

（3）每层取样数量控制在100～150m³取样一个，特别狭长的堤防加固按每20～30m取样一个，一般应均匀分布，取样位置在层厚的下部1/3处取样。

（4）环刀取样试验不合格的部位必须再碾压或作局部处理，至复验合格后方能继续下道工序。

5．雨季填筑

（1）心墙及斜墙的填筑面应稍向上游倾斜；均质坝可从中层凸起向上下游倾斜，以利排汇雨水。

（2）做好雨情预报，雨前用载重汽车，平碾等快速压实层松土；注意填筑面平整，以防积水。

（3）做好坝面保护，下雨或雨后不践踏坝面；禁止车辆通行；雨后应晾晒或处理合格才能复工。

（4）狭窄场面防雨覆盖塑料布；大型机械在雨前开出防渗体填筑面。

（5）做好坡面保护，防止雨水冲坏坡面。

6．冬季负温填筑

（1）负温施工时应取正温土料，装土、铺土、碾压、取样等工序都应快速连续作业，土料压实时的气温必须在-1℃以上。当日最低气温在-10℃以下或在0℃以下且风速大于10m/s时应停止施工。

（2）负温下施工时，黏性土含水量不大于极限的90%，砂砾料含水量应小于4%。

（3）冬季填筑应减小铺土厚度或加大压实功能，采用重型碾压机械。

（4）施工前必须将填筑面的冰雪清理干净，严禁填筑土料中夹带冰雪。

（5）做好心墙、斜墙防渗体的保温，防止已压实土层冻结。

（五）质量标准

（1）水库防渗体碾压后的干容重，其合格率不小于90%，且不合格不得集中，不合格干容重不得低于干容重的98%。

（2）土料碾压筑堤单元工程质量检测项目与标准见表8-2。

表8-2　土料碾压筑堤单元工程质量检测项目与标准

（3）土料碾压筑堤单元工程压实质量合格标准见表8-3。

表8-3　土料碾压筑堤单元工程压实质量合格标准

碾压土堤外观质量合格标准见表8-4。

表8-4　碾压土堤外观质量合格标准

（六）注意事项

（1）基础清理必须按设计进行，清理后请监理、设计部门派出的工程师现场确认并签证后才能开始填筑，对清基中发现的特殊情况必须根据设计要求进行处理，并做好相关记录。

（2）填筑分块顺序必须根据施工组织设计，对软土地基上的填筑遵循“薄层轮加，交叉填筑，均衡上升”的原则。

（3）做好地表沉降和水平位移观测点，严格控制回荷速率，防止失稳。

（4）按时保养，维修施工机械；持证上岗，严禁无证驾驶，确保施工安全。

（5）当料场发生变换时，及时会同设计、监理做好碾压试验，控制碾压质量。

（6）工程施工必须服从防汛，要组织好抢险队伍，确保防潮安全。

（七）复合土工膜

灰场内所有土工膜为PE复合土工膜（两布一膜），膜厚0.3mm，渗透系数不大于1×10^﹣7cm/s。

首先，要用料径较小的砂土或黏土找平基面，铺设土工膜（土工膜不要绷得太紧，两端埋入土体部分呈波纹状），再在所铺的土工膜上用碎石屑铺一层10cm过渡层，砌上30cm块石作防冲保护层；其次，施工时应尽力避免石块直接砸在土工膜上，最好边铺膜边进行保护层的施工；最后，复合土工膜与周边结构物连接应采用膨胀螺栓和钢板压条锚固，连接部位要涂刷乳化沥青（厚2mm）粘接，以防该处发生渗漏。

1．复合土工膜的施工方法

①复合土工膜在运输过程中不要拖拉、硬拽，避免被尖锐物刺伤。

②应从底部向高位延伸，不要拉得太紧，应留有1.5%的余幅，以备局部下沉拉伸（考虑到本工程的实际情况，边坡采取从上到下的铺设顺序）。

③相邻的纵向接头不应在一条水平线上，应相互错开1m以上。

④纵向接头应距离坝脚、弯脚处1.50m以上，应设在平面上。

⑤先边坡后场底。

⑥边坡铺设时，展膜方向应基本平行于最大坡度线。

2．复合土工膜的铺设方法

（1）复合土工膜铺设分渠底铺设、坡面铺设两个部分。

（2）铺设方法。

①沿渠道轴线方向水平滚铺。

②坡面铺设在坡面验收合格后，从顺坡面轴线方向滚铺，与渠底的复合土工膜连接采用丁字形连接。

3．铺设复合土工膜的注意事项

复合土工膜的铺设技术要求铺设应在干燥和暖天气进行；为了便于拼接，防止应力集中，复合土工膜铺设采用波浪形松弛方式，富余度约为1.5%，摊开后及时拉平，拉开，要求复合土工膜与坡面吻合平整，无突起褶皱；施工人员应穿平底布鞋或软胶鞋，严禁穿钉鞋，以免踩坏土工膜；施工时如发现土工膜损坏，应及时修补。

4．复合土工膜的拼接

本项目采用两布一膜复合土工膜，焊接采用热熔焊法施工，拼接包括土工布的缝接、土工膜的焊接，为了确保焊接质量，焊接应尽量在厂内进行，但为了施工方便，复合土工膜幅宽又不应太宽，必须在施工现场拼接。

复合土工膜焊接质量的好坏是复合土工膜防渗性能成败的关键，务必做好土工膜的焊接工作，确保焊接质量，因此土工膜焊接应由生产厂家派专业技术人员到现场操作、指导和培训，并采用土工膜专用焊接设备进行。