简述小浪底坝体填筑施工技术

小浪底坝体填筑施工技术

小浪底水利枢纽工程拦河坝为壤土斜心墙堆石坝,施工实际最大坝高154M,坝顶长1667M,坝顶宽度15M,上,下游坝坡分别为1:2:6(下部上游围堰为1:3.5)和1:1.75。上游围堰为大坝的一部分。大坝填筑材料多达17种,坝体总填筑量约5185万M3,其中心墙防渗土料820万M3。反滤料261万M3,过渡料320万M3,堆石料2980万M3,其余为下游压戗料,上游不透水铺盖料,混合不透水料和护坡料。土石坝的施工期渡汛是控制进度的关键。大坝监时断面须在汛前修建到拦洪水位以上，以保证大坝的安全。大坝填筑工期短，工程理大，施工强度高。填筑高峰期为截流后至1999年底．平均填筑强度约110万M3/月，最高强度达到130万M3/月以上，要求采用高强度施工，汛前填至渡汛高程。填筑中针对大坝的特点和技术规范的要求，结合所拥有的先进施工机械，设备，制定了切实可行的施工措施和方法，并通过现代化的施工管理和监理工程师严格的质量控制，使坝体施工进度安排得以成功初实施。

1. 坝体施工分期

在各类坝料中,4区堆石料,防渗土料均需由指定料场开采,反滤料,过渡料,掺合料,护坡料则需要由料场开采后进一步加工式配制,其他材料均从指定堆料场获得。

1.1 石料场位于黄河南岸石门沟，南北长1KM，东西长0.5KM，经2号公路至大坝平均运距为5KM。施工中，沿NW-SE方向布置不同高程的爆破台阶，每个爆破台阶高度约10M，台阶宽度约45-50M，形成了钻孔，装药，挖运互不干扰的施工场面，利于大型机械作业。

1.2 土料场

心墙防渗土料场位于黄河南岸寺院坡，南北长3KM，东西宽0.6KM，经2号公路上坝平均运距5.5KM。料场土料属中，重粉质壤土，平均粘粒含量约31%，天然含水量19%-22%，最优含水量17%-19%，平均塑性指数约19.6。出于土料的天然含水量接近最优含水量，故可以直接开采上坝填筑。

1.3 反滤料与过渡料的开采和加工

反滤料毛料场位于坝下游黄河南岸的东河清河滩上，加工位于料场附近的马粪滩，至大坝平均运距7KM。加工厂系统总设计生产能力为1600t/h, 过渡料设计生产能力为1.100t/h,反滤料设计生产能力为750t/h,以满足反滤料和过渡料综合最大填筑强度26.9万M3/月的要求。反滤料加工系统工艺流程合理，系统布置紧凑，设备性能可靠，控制系统先进，该系统设置5台不同规格的旋回式破碎机和2台棒磨制砂机，加工工艺为全闭路流程，采用计算机控制系统，通过重量传感器和速度传感器传来的重量，速度信息，自动调节振动给料器的振动频率，从而掺合出各种级配要求的反滤料，过渡料和其他料。

1.4 混合不透水料加工

通过配比，掺和试验，确定采用河床开挖的砂砾石料经加工筛分，重新组合成符合级配要求的填筑料。混合不透水料在指定的堆料场按砂砾石和土料以透当比例薄层相间的“三明治”方法堆料。上坝前用推土机以斜坡方式置料，装载机拌和均匀后装车上坝。

2. 坝体填筑

2.1 机械化流水作业

填筑中采用了全机械流水作业方式：堆石料采用10.3m3挖掘机装料→65t自卸汽车运输上坝→42tCATD9N推土机平料→17t光面振动碾碾压；反滤料及过渡料，采用10.3m3挖掘机装料→65t自卸汽车供料→加工→65t（或36t）自卸汽车运输上坝→2.2m3反铲平料→17t 光面振动碾碾压；防渗料，采用37.5tCATD8N推土机集料→10.7m3或5.9m3装载机装料→65t （或36t）自卸汽车运输上坝→CATD8N推土机平料→CAT14G平地机配合耙松、平整→17t 凸块振动碾碾压。

2.2 坝区交通布置

主要施工道路位于坝区右岸。对外交通公路均和石门沟石料场、寺院坡土料场及坝区相

连；并从坝区直通位于坝下游的马粪滩反滤料料场；坝区内还修建了多条临时施工道路与大坝基坑及施工区相连。这些施工道路均随着不同填筑阶段随时进行改道、调整，以顺利到达各个填筑区域，同时临时道路不穿越坝体心墙区，从而保证了各种施工机械各行其道，互不干扰。

2.3 各种填筑料施工方法

2.3.1 堆石料及砂砾石料施工方法。堆石料及砂砾石料按填筑分区采用进占法铺料。4区堆石填筑层厚为1m，碾压6遍；坝体8区压戗料填筑层厚为1m，碾压4遍；9区基础砂砾石料填筑层厚为0.8m，碾压8遍。预留施工横缝坡度不陡于1:1.75，新填筑堆石料时，必须对先前填筑形成的施工横缝水平向里挖除1m松散料使露出一新的坡面，并清除缝边较大石块，逐层填筑、跨缝碾压。堆石料与过渡料相邻边界处需用反铲清除集中大块石，回填较细的堆石，便于跨缝碾压，并满足材料层间过渡要求。填筑坝体护坡堆石料时，每隔10m 测量放出标明填料边界和坡度的示坡桩，对照桩子采用反铲修理堆石料坡面；摊料时反铲将大小石块均匀铺开，充填缝隙，并沿垂直坡面方向击打护坡料，以压实、挤密堆石，做到坡面平整，填筑误差小。

2.3.2 不加水填筑堆石料。堆石料填筑过程中加水与否涉及施工方法、质量、进度及合同等重大问题，为此，专门进行了两次加水与不加水的填筑对比试验。试验结果表明，堆石料在填筑中加水量在50%左右，比不加水时干密度增加0.006～0.013t/m3，影响甚微。同时，由于大量加水还会带来其它不利于施工的因素。经过综合比较采用了不加水的方法施工以简化施工工序,并大大地加快了填筑进度。

2.3.3 反滤料和过渡料施工方法。反滤料填筑层厚为25cm，碾压2遍；过渡料填筑层厚50cm，碾压4遍。测量放出每一层填料边界桩后，再进行卸料、铺填。坝体反滤料、过渡料的宽度较窄，因此采用反铲摊料和修理边界。进入心墙区的各个道路口的填料容易被污染，因此每填筑完1～2层心墙土料后，及时用反铲清除污染料，再重新回填、碾压。

2.3.4 防渗土料的施工方法。施工工序主要包括料场开采、水分调节、运输、铺料、压实、质量检测等。

(1) 水分调节。心墙区土料填筑时含水量限制在最优含水量的-11～+2%范围内；心墙区基础面上1m厚的填土含水量要求比最优含水量高出+1～+3%。填筑料在上坝之前,在料场进行水分调节。坝面上的水分调节限制为运输过程填土料较小的水分损失或增加所必须的含水量的最小调节。

(2) 路口及填筑区域布置。由于心墙区作业面大，加上多种料同时施工等的相互制约，因此，如何合理布置进入作业面的临时道路口极为重要。

根据作业面的具体情况及施工机械工作效率高等特点，一般将心墙区作业面分为三1～四个小区，每个小区沿坝轴线长50~80m，每区上、下游设置11～2个临时道路口，从堆石区跨越过渡料与反滤料条带，垂直进入施工小区；上、下游堆石区各有施工道路不横穿防渗料区，以避免路口处工作繁忙发生剪切破坏。

(3) 填筑及流水作业。防渗料的施工按分区进行铺料、水分调节、碾压、质量检测等基本工序流水作业，以适应机械化施工，加快施工进度。铺料采用进占法。一般以6～8辆65t Perlini自卸汽车（运输能力为31m3/车）或36tPerlini自卸汽车（运输能力为20m3/车）为一运输单元，配置一台D8N履带式重型推土机平料。规定压实方向平行于坝轴线方向，岸坡附近结合带则按平行于接坡方向的路线压实。防渗土料填筑层厚25cm，凸块振动碾碾压6遍；混合不透水料填筑层厚为25cm，光面振动碾碾压4遍。碾压后用核子密度仪检测每一填筑层的压实度及含水量，要求压实度应等于或大于由标准普氏击实试验获得最大干密度的100%。特殊部位防渗料的填筑作业包括对基础混凝土面的清理及洒水湿润、刷泥浆、刨毛、铺料、蛙夯击实、质量检测等工序，按此进行流水作业。采用带有电动机、夯重39kg

的国产小型蛙夯机械夯实。筑层厚13cm，夯实8遍。承包商专门加工制作了电动制浆机，生产出来的泥浆均匀，稠度好，制浆速度快。

(4) 雨后处理及施工缝处理。雨天影响到水分调节要求时，停止填筑防渗料。大雨之前，用光面振动碾将已填筑防渗料压成光滑面，以减小表面材料吸水率。恢复填筑前，对原已压实完毕的填筑层，先刮除表面不合格湿土，再用核子密度仪测试已压实土料的压实度及含水量，符合原来的要求并对填筑面刨毛后才批准上料填筑。施工中不留施工纵缝，施工横缝作成不陡于1:3的坡度，且达到每20m坡高时需预留一20m宽的平台。接缝填筑前采用反铲对先前预留横向施工缝沿水平方向往里至少挖除最小1m，露出一个新的坡面，大致平行于原来坡面。削坡后填筑每一层防渗料前，需对原填筑料测试每一层的干密度、含水量，符合要求后才允许铺料覆盖、压实。

2.4 多种料施工

小浪底坝体填筑材料达17种之多，有时同一高程上有时达20多种料。结合大型机械化施工工艺、方法及施工进度安排等，提出了以下多种料施工方法。

(1) 平起填筑

均衡坝体各区的填筑速度，使其平起填筑，相邻区协调上升。采取这样的施工方法有几个优点：减少了接缝、接坡、削坡等工序；保证有尽可能大的堆石填筑面，利于大机械化的施工；有利于在以后继续填筑时布置进入防渗料区的施工道路；运输反滤料及过渡料的大型自卸汽车不横穿防渗料区；有利于减小料界偏差和相邻料平起填筑时的跨缝碾压；均衡坝体的施工强度。

(2) 填筑次序

施工时按照材料分区的不同坡向，确定各种料填筑的先后次序。反滤料与防渗料按“犬牙交错”先砂后土或先土后砂的方法施工，其余料按正常次序即先细料后粗料逐层平起填筑，各区协调上升。堆石区面积较大时，可允许由外向里分成21～3个台阶填筑，但邻近过渡料的堆石面只能与过渡料齐平填筑，并预留不小于10m的结合带，以利于布置进入心墙区的临时施工道路。先砂后土的方法很适合大机械施工，施工速度快，容易控制边界偏差，可保证填筑质量。

(3) 控制边界偏差

采用先进的测量仪器测量放样，快速、及时、准确。每一层填料边界均放样测量，每隔10~20m设一放样桩。在反铲摊料的同时，对照测量桩修理边界，确保填筑断面的准确。

(4) 跨缝碾压

要求多种料平起填筑的同时,一律采取跨缝碾压的方法。跨缝碾压前，须保证填料边界的准确性，同时用反铲清除堆石施工缝处和堆石与过渡料边界处的集中大块石，回填较小粒径的石块，平整后才跨缝碾压。

2.5 冬季施工方法。影响小浪底冬季施工的月份为每年的12月至翌年的2月份。冬季日气温变化较大，夜间周围气温均在0℃以下，最低气温达到-11℃左右。小浪底大坝防渗土料填筑要经历五个冬季，特别是1997年10月底截流后的3个冬季均为填筑高峰期，按施工进度安排月填筑量均在110万m3以上，其中防渗土料填筑量均超过20万m3，最高时将达到30万m3。虽然小浪底每个冬季施工工期较短，但如果忽视了冬季施工容易出现的质量问题，将会影响到大坝的填筑质量。为此，依据技术规范关于冬季施工的要求，制定了符合小浪底大坝施工情况的冬季施工措施，并在几年来的冬季施工中成功实施。

2.5.1 防渗料的施工。（1）在料场应优先在向阳、背风处取土。开采前应清除表面的冻土，保证装料时的土料为正温。同时，有专人在料场定期进行土温、含水量的测试。（2）含水量应符合规定要求，上坝土料含水量在规范允许范围内,并且不大于塑限含水量的90％。（3）对表面风干冻土必须进行剔除处理。含水量合适无风干的轻微冻土，迅速翻耙、

整平，并用凸块碾击碎后，快速铺料。接坡处，基础面以上1m厚填土范围（蛙夯区）不允许含有冻土。在任何情况下不允许含有冰雪。（4）施工温度应符合规定.碾压前的松土温度不得低于－1°C。（5）施工温度应符合规定.气温低于－10°C，或0°C以下而风速超过10m/s时，停止施工。（6）加强施工管理.合理分区填筑，加强现场施工管理，集中施工设备，搞好流水作业，做到快铺、快压、快检。（7）做好雪后复工.如因下雪停工，复工前须将坝面积雪、不合格土层清理干净，检查合格后方可复工。（8）注意防寒防冻.随时掌握气温变化，作好寒潮预报，在寒潮到来之前，作好压实土的防冻工作。

2.5.2 反滤料的施工。（1）控制上坝反滤料的含水量不大于4％。（2）控制冻块粒径小于15cm。如出现整层结冻，应首先用凸块碾击碎，再用平碾碾压。（3）任何情况下反滤料中不允许含有冰雪。

2.5.3 实施结果。上坝土料温度在最寒冷时也保持在31～5℃，土料含水量均控制在规范允许范围内。现场填筑作业做到了快速铺料及碾压，特别是当气温低于0℃时,蛙夯区停止施工，且采用松土覆盖已夯实表面予以保护，以防冻结。实施结果，冬季填筑防渗土料的填筑量不但不下降，1998年12月份还创造了开工以来填筑强度38.5万m3/月的最高记录；1997年元月份还创造了坝体上升高度达12.5m的记录；现场质量检测结果表明,冬季施工土料的压实干密度平均值 1.710g/cm3，每一层土料的压实度及含水量均满足规范要求；按规定多次在坝面上挖坑取样试验，经坑内检查，层间结合良好，没有发现干、松土层现象。

3. 填筑强度及快速施工水平

土石坝的快速施工水平，主要依据坝高、填筑工程量、实际施工工期、平均月升高速度及平均月上坝强度等施工技术指标来综合分析、评价。

表1为大坝填筑强度特性。

从表中，我们可以看到小浪底工程大坝填筑通过实施机械化施工和科学的现场施工管理，其填筑强度不断创新，施工进度一再提前，土石坝施工已达到世界先进水平。截至2000年6月底填筑至坝顶，预计整个大坝工程将提前14个月于2000年10月底全部完工。

4. 几点体会

(1) 先进的施工设备、成功的施工管理经验值得借鉴. 要实现高强度的施工，除实行严格的施工管理外，还必须要依靠先进的、大容量的、性能好的成套施工机械设备。小浪底大坝施工的承包商施工机械是一流的，施工效率是高的，各项施工技术参数均达到了国际先进水平，反映出承包商在施工组织设计及现场施工管理方面经验丰富，值得我们借鉴。

(2) 制订切实可行的施工技术方案和施工方法是完成工程任务的保证.土石坝施工工序繁多、复杂，因此必须围绕着合同目标施工总计划，结合采用的施工机械设备和较高的施工技术管理水平，重视制定切实可行的施工技术和施工方法，并且在施工过程中不断加以完善。

(3) 监理工程师的有效监督与指导值得学习.承包商各个项目的实施过程都离不开监理工程师的监督和指导。监理工程师要凭借具有较高的技术水平和管理水平等方面的优势，积极参与管理,且起主导作用.如在坝体多种料及冬季施工方法的制定、堆石料不加水施工方法的确定等问题的处理上，监理工程师以丰富的工程经验和对合同及技术规范较深的理解，提出了具体的措施和方法，及时指导和帮助承包商解决了施工过程中遇到的技术难题，保证了施工质量，加快了施工进度。

(4) 小浪底工程的实践经验有利于缩小我国与国外的差距.通过小浪底高土石坝工程的建设,不但能积累有益的工程实践经验，而且对缩小我国与国外高土石坝发展的差距和促进我国的工程建设监理制的实施，并与国际工程管理全方位接轨等方面都将起到积极的作用。