土石坝无基坑筑坝施工技术研究

 　摘要： 在河床上修建土石坝，一般先要修筑施工围堰，然后进行基坑抽水和开挖，再进行坝基防渗处理和度汛堰体的填筑。传统的施工方法，在前期围堰、挖掘基坑的环节，需要占用河床枯水期较多时间，这样就导致后期的坝基防渗处理和度汛坝体填筑的工期十分紧张，如果遇上汛期较早的年份，就会给施工带来很大困难。在这种情况下，探索新的筑坝技术显得很有必要。本文就是通过对无基坑施工技术的现状、可行性和关键技术进行研究分析，从而得出无基坑施工技术将在未来的筑坝技术中有广阔的应用前景。 

　　关键词： 土石坝；无基坑筑坝；坝基；围堰 

　　中图分类号：TV641 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）19-0126-02 

　　0 引言 

　　很多大型的水利水电工程，在建设过程中，都需要修筑土石坝。而修筑土石坝的前提，通常是在河道上先修建围堰形成“基坑”，围护枢纽永久建筑物在干地上施工。同时要做好大坝基坑的挖掘工作，基坑的挖掘，是大坝地基工程的重点。在实际施工过程中，如果河床有水，则需要先对河床进行截流，并通过围堰填筑加高，在加高时，注意做好围堰的防渗闭气，否则容易导致河水的渗流，影响施工。基坑在挖掘过程中，底端会出现积水，在这种情况下，就需要用到抽水机，将水抽干，使得基坑形成旱地后，在对其进一步开挖和处理。总的来说，在修筑土石坝过程中，离不开必要的基坑。 

　　不过随着现代工程施工技术的进步，在堤坝修筑过程中，对于合适的地方，可以使用无基坑筑坝技术。简单地说就是不形成基坑筑坝，这样就不需要截流、围堰填筑、闭气、抽水，以及挖掘基坑等工作。这种施工方式，彻底突破了建坝必须先形成基坑、在基坑内施工的筑坝技术框框，开创了世界无基坑筑坝技术的先河。 

　　1 无基坑施工技术的可行性 

　　从世界范围内来看，土石坝施工技术发展十分迅速，并且由于其对地基的要求很低，所以在大部分国家和地区，均可以应用。从实际建设情况来看，只要能做好防渗处理，保证地基不渗水、漏水，就可以在上面修筑土石坝。不过，土石坝的导流功能，没有混凝土坝好。修筑土石坝，一个非常重要的问题就是，降低度汛风险。因为常规的施工做法，在施工时，首先要做的就是在拦河坝坝基开挖线以外，对施工围堰进行填充，并且围堰需要进行有效的防渗和闭气处理。如果是在砂砾石覆盖层较厚的河床上进行土坝施工，使用常规的施工方法，前期的，围堰防渗、抽水和基坑开挖等基础工程，通常会占去河床枯水期的大部分时间，在这种情况下，对坝体的施工作业时间，就会由于汛期的到来，而大大减少。这种情况，不仅增加施工的难度，同时对于坝体的填充作业，其质量不能得到有效保障，给后续的工程施工，埋线安全隐患。 

　　由于常规的施工方法，在中等厚度以上砂砾层河床填筑土石坝施工过程中，遇到的问题和困难，加大了施工难度，并且容易延误工期。在本文的研究中，根据对相关工程的实践和探索，提出了一种新的土石坝构筑方式，称为“土石坝无基坑水下筑坝技术”。这种筑坝技术，可以提高施工效率，缩短工期。具体来说，在河床枯水期间，选择合适的位置，在河床的上下游坝坡脚处抛填块石，从而形成戗堤，然后在往两戗堤之间，堆填粒径大小合适的砂砾或石渣料，让其浮出水面，在实际施工时，要对填料进行碾压，提高其密实性。这就形成了坝基平台，在这个平台上，可以对坝基做进一步防渗处理，如果汛期来临较早，也可以对大坝提前进行拦洪度汛施工。这种新的施工方法，使得堰坝的施工可以很好地结合起来，不需要再对河床坝基进行开挖，也减少了堰体的防渗施工环节和基坑抽水作业。可以说，这种施工作业程序更加简洁，作业效率更高。基本上可以在河床汛期来临之前完工，节能工程投资。 　　2 无基坑筑坝关键技术 

　　2.1 坝基平台确定及戗堤高程和位置的确定 

　　坝基水上施工平台（简称坝基平台）的施工一般选择在枯水时段进行，由于直接在坝基平台上施工作业的时段较短，且平台面与河床面的高差较小，坝基水上施工平台及戗堤高程的确定可选用枯水时段围堰正常应用时的洪水标准的下限。 

　　2.2 上下游戗堤内填料选择及施工方法 

　　上下游戗堤内填料选择原则应因地制宜，充分利用附近河床较丰富砂砾料和枢纽其他建筑物的开挖石渣料，以利于降低工程投资。 

　　戗堤施工方法主要采用动水中的抛投法。动水中抛投材料的稳定性，取决于流速、尺寸及停留位置的几何边界条件，如河底的不平整度和戗堤的边坡与几何形状。戗堤的几何形状是材料与水流相互作用的结果。因此，在确定材料尺寸和数量时，必须对截流中戗堤形状变化规律有所认识。 

　　正确的抛投方式，对于顺利截流有重要作用。我国许多截流工程曾创造了良好的经验，即根据不同水流条件和不同进占阶段，对不同材料采用不同抛投方式。例如流线型抛投法、上游角抛投法、下游角抛投法及上下游重点抛投法等。此法是将巨型抛投料沿上游角流速较小处抛下，以挑开水流，造成戗堤前沿中部及下游处的回流区，随即在其中抛投一般材料。为避免下游坡脚处产生淘刷，也可采用上下游角均突出的进占方法，随后在中部抛投一般材料。进行截流规划时，通常是根据经验，对预留龙口宽度（或合龙工程量）、截流历时以及可能达到的抛投强度全面研究后，再进行计算。 

　　国内外某些工程的实际抛投强度比设计强度大得多。由于抛投强度主要与汽车的平均载重量和工作面的大小有关，因此，真正反映抛投组织水平的指标是单位戗堤顶宽的小时平均抛投车次，或最大抛投车次。 

　　2.3 坝基平台加密处理及防渗设计 

　　坝基平台及河床覆盖层防渗一般采用防渗墙垂直防渗。坝基防渗线布置是水上坝基平台施工的关键，其布置原则为：一是满足在土防渗体上游坡脚起1/3～1/2的坝底宽度处；二是尽量不影响度汛临时挡水坝体的施工；三是防渗墙要与度汛临时挡水、坝体结合后具备挡施工设计洪水的功能。 

　　2.4 坝基填筑材料的加密 

　　坝基填筑材料加密方式主要采用振冲加密法。 

　　振冲加密指通过振冲法处理后地基土能获得比较明显的加密。适用于振冲加密的土层有卵（碎）石类土、砂类土、砂质粉土、粉煤灰及由该类土组成的填土。 

　　振冲法于20世纪30年代始创于德国，我国在20世纪70年代中期引进，目前广泛应用于水利水电、火力发电厂、公路、铁路及石油、化工等工业和民用建筑工程的地基处理。振冲法处理技术在水利水电工程应用具有广阔的前景，可以处理土石堤坝及其松软地基，可以用于新建水利水电工程，也可用于已建病险堤坝加固，提高堤坝及构筑物的强度和抗滑、抗震稳定性。水利水电系统是我国最早引进振冲技术的行业，早在1978年采用振冲法成功处理了北京官厅水库主坝坝基的中细砂层，使该层砂土达到了Ⅸ度（烈度）地震时防止液化的要求。1982年北京向阳闸闸基处理是我国新建水利工程中最早应用振冲法的。 

　　3 无基坑施工技术的实例运用 

　　前苏联在1983年修建的马亚水利枢纽土坝首次采用了此项技术。按照河床土坝无基坑施工方案的规定，开始采用卵一砾石土抛填上下游围堰，然后利用水下抛填法采用粘性土抛填中间区域。大坝采用无基坑施工方案大大简化了施工艺，并缩短了第一台机组和后两台机组发电的期限。 

　　在国内，自上世纪90年代至今10多年间，广东北江白石窑水电站和北江飞来峡水利枢纽以及海南宁远河大隆水利枢纽等工程的土石坝设计施工中采用无基坑水下筑坝技术，取得了良好的效果。 

　　大隆水利枢纽位于海南省三亚市西部的宁远河中下游，是海南省南部水资源调配的重点工程。其工程任务是防洪、供水、灌溉为主，结合发电。工程等级为Ⅱ等大（2）型工程。工程建设单位为三亚大隆水库有限责任公司，设计单位为中水珠江规划勘测设计有限公司，承建单位为中国葛洲坝集团股份有限公司。采用无基坑筑坝技术，对河床软弱砂卵石和填砂基础进行振冲密实处理后作为坝体的一部分，堰坝结合，以坝体代替施工围堰，不设堰体防渗，不设基坑抽水，不用开挖河床覆盖层，简化了施工程序，加快了施工进度，使施工中的大坝安全度汛，并成功抵御了2005年“达维”超强台风产生的超百年洪水，发挥了防洪效益。 

　　4 结论 

　　通过对已建工程的各项监测数据和施工方法上来看，无基坑筑坝技术在技术上是可行性，并不会产生不良的后果，完全可以满足工程需要。它彻底突破了必须先形成基坑、在基坑内施工的筑坝不做围堰；由于不做围堰，不需要进行基坑抽水；不需要进行大量的基坑开挖；该技术可以节约大量的投资和极大地加快施工速度、缩短工程的施工工期。该技术将会在更多的工程中得到运用，也将有更多，更好的改进和完善。 

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