湖北省水利厅

小型水库建设中土石坝施工与管理 

湖北省石首市水利和湖泊局   王广文

前言

土石坝是一种以土、石混合材料为原材料，通过填充、碾压等方式修建而成的挡水坝，本文以吕家湾水库为例，介绍了小型水库建设中土石坝施工管理的意义、方法及实例，以期提升土石坝施工管理质量，小型水库的正常运转提供有效的支持。

土石坝施工作业质量与小型水库建设质量之间存在着直接的联系，现阶段为避免人为或者自然因素对土石坝作业工作产生不利影响，在小型水库的建设过程中，应用合适的施工技术，加强对整个工程项目活动的管理，成为切实降低安全事故出现概率，保证小型水库建设活动高效、有序进行的重要举措之一。

1.小型水库建设中土石坝施工管理的意义

在当前的社会发展背景下，为进一步提升水利资源的利用率，人们对水库建设工作的关注度不断提升，截止至2020年，我国已经建成的水库个数超过了9.8万座，大中型水库与小型水库的占比如图1所示。现阶段，小型水库作为我国水库建设管理过程中较为常见的水库形式，在灌溉、抗旱、防洪、发电等方面均发挥了极为重要的作用，其个数在我国水库总体数量中约占96％。对小型水库建设情况进行分析后，可以发现土石坝施工作为一种较为普遍的施工方式，其施工质量与小型水库的总体工作质量存在着极为密切的联系。现阶段为保证小型水库的使用寿命、使用安全性均满足预期建设需要，加强土石坝的施工建设管理成为一项极为必要的工作。具体来说，土石坝作为小型水库的重要组成部分，承担着挡水、防渗等工作任务，在建设过程中，加强对土石坝建设的管理，不仅是切实提升水库建设品质的重要环节之一，还能有效降低后续小型水库的维护成本。同时，在当前的水库建设过程中，土石坝建设耗资占总体建设耗资的比例较高，在实际施工过程中加强对土石坝施工的管理，还可以有效实现土石坝建设过程中的资金管控，降低小型水库总体建设成本口。

图1  大中型水库与小型水库的占比

2.小型水库建设中土石坝施工管理方法

2.1施工技术管理

为降低后续施工管理的难度，在小型水库土石坝施工建设过程中，明确小型水库建设区域的实际情况，并以此为基础编制科学、合理的施工计划，已经成为保证土石坝施工活动有序进行的重要举措之一。需要注意的是，由于土石坝施工时间较短，而对土石坝施工质量造成影响的因素较多，如果单纯采用人工管理的方式，那么不仅会增大土石坝施工管理工作的难度、消耗大量的时间，还可能会导致土石坝的实际建设情况无法切实满足当前小型水库的建设需要。现阶段，为了切实减小上述问题造成的不利影响，在土石坝施工前，相关工作人员可以通过合理应用计算机系统对土石坝施工技术、施工管理方案进行编制的方式，进一步提升土石坝施工管理活动,为后续施工活动的顺利推进提供有效的支持。同时在土石坝施工过程中，为尽可能缩短工期，降低工程施工成本，相关工作人员可以在土石坝施工活动开展之前对小型水库周边环境进行细致勘察，选择适合土石坝建设的料厂。在选择料厂的过程中，一方面需要保证料厂的土石质量符合土石坝建设的要求，并且料厂具备大规模开采土石的条件；另一方面需要尽可能缩短土石运输成本，在此过程中，如果料场与土石坝建设区间存在导流，那么需要对道路承载力、周边居民通行需要等情况进行细致调查，尽可能减少土石运输对周边居民正常出行造成的不利影响；若料场与土石坝之间不存在道路，那么在正式施工前，相关工作人员应当进行道路规划与建设，并且应在后续施工过程中通过加强道路管理的方式，提升土石运输工作的稳定性。

2.2施工质量管理

施工质量管理是当前小型水库土石坝施工质量管控工作的重点内容之一，通过加强质量管理的方式，提升土石坝施工的实际质量成为一项极为必要的工作。①在进行坝体压实施工的过程中，施工人员应保证防渗土料压实方向与土石坝的轴线方向平行，严禁压实过程中的碾压方向与坝轴线的方向垂直，以便减少因局部渗漏压力形成的、横穿坝体的集中渗流带。②对于防渗体土料的压实，最好采用振动碾压技术进行碾压施工，并且在施工过程中应保证碾压机行与行之间的碾压重叠范围在25cm左右，同时为进一步提升土料压实效果，可以利用进退错距法对土料进行碾压。③为保证土石坝碾压施工质量符合施工建设标准的要求，在开展坝基结合面施工的过程中，应合理应用薄层轻压法进行施工，尽量提升基础部位填土工作的质量。需要注意的是，在土石坝的坝基结合施工过程中，地基土壤黏性与后续施工活动的施工方法存在着一定的联系。举例来说，若土石坝的地基土壤主要成分为砾石，那么在实际施工过程中，应尽量将土石坝坝基表层含水量调节至最大，再用与防渗土料相同的碾压参数对其进行压实处理，然后刨4cm左右的埋深，对其进行铺土压实操作。若土石坝的地基土壤为非黏性土壤，那么在进行坝基结合施工时，可以先压实地基，再铺第一层土料，此时土料的含水量应为施工含水量的最大值，然后用轻型碾压机对土料进行碾压操作，此时碾压后的土料压实表面密度可以比设计要求略低。若土石坝的地基为岩基，那么在进行坝基结合施工前，应先将地基凹凸不平的岩石修整平整，然后对岩基表面的裂缝进行封闭处理，若在施工过程中，岩基表面较为干燥，则可以适度洒水，并在碾压过程中使用含水量较高的土料，为后续施工活动的顺利进行提供有效的支持。④在进行土石坝岸坡及混凝土结构结合面的施工时，在正式填土前，需要将结合面的表面冲洗干净，清除松动的岩石，并在结合面上撒适量的水，保证结合面湿润，然后涂刷一层5cm厚的浓黏土浆、水泥砂浆或浓水泥黏土浆，在刷的过程中可以同时进行碾压操作。需要注意的是，在进行防渗体与岸坡结合处的碾压操作时，避免用羊角碾压边角处，而在对混凝土齿墙、坝下埋管两侧与顶部0.5m范围内的土体进行碾压操作时，可以应用小型机具。⑤在进行岸坡、混凝土与砾土部分的碾压操作前，应当先填装1～2m塑性较高、透水性较低的土料，以便上述部分的土壤直接与粗料接触，从而达到提升防渗效果的目的。⑥在开展坝体接坡面的施工时，可以用推土机自上而下进行削坡处理，并且通过适当保留保护层的方式，减小坝体施工临时设置的接缝高差。

2.3施工过程管理

在当前的土石坝施工过程中，建立健全的管理体系，加强对施工过程的管理，是保证土石坝施工质量的关键点之一。工作人员在实际工作过程中应以施工单位设备施工的实际情况、工程项目具体要求等内容为基础，设置合理的施工管理体系，并通过明确施工管理部门职能的方式，保证施工管理体系顺利落实。具体来说，一方面，在开展土石坝施工质量管理工作时，应明确土石坝施工建材、施工设备、施工人员等因素会对施工管理质量造成的影响，然后通过对小型水库施工建设地点的实际情况进行勘察、对料厂土石料的实际品质进行检查，制定具有针对性的、科学的质量管理体系，以便为后续管理工作的顺利推进提供有效的支持。另一方面，为了在保证土石坝质量的基础上，尽可能节约工程施工时间，相关工作人员应当加强施工单位、监管单位等部门之间的协调性，通过在施工过程中加强对建材、设备、人力等方面资源的调控管理，加强施工各工序之间的衔接，保证土石坝施工建设活动能够顺利推进。

3.小型水库建设中土石坝施工管理实例

3.1项目概况

吕家湾水库位于石首市石华堰村，全长为353m，主坝长度为200m，副坝长度为153m，总库容为127.5万㎡，设计灌溉面积为0.6万亩，是一座兼具灌溉、防洪功能的小型水库。该水库三面环山，承雨面积约为2.65k㎡，下游为开阔的梯形水稻种植地，水库内有一条天然小溪。现阶段水库的顶高程为67.2m，防浪墙顶高程为67.5m，顶宽为5m，上游边坡1：3.2，下游边坡1：2.5。该水库的溢洪道建在大坝右侧，为开敞式宽顶堰，堰顶高程为65.2m，净宽为20m，总长达41m，最大泄洪量为70.5m／s。

图2  吕家湾水库

3.2土石坝加固设计

该水库的坝址位于水库与边坡的边缘处，平面分布上，土层厚度与岩心分布都不均匀，建筑场地属对建筑抗震不利的地段。同时考虑到该大坝存在坝体建筑质量较差，局部存在散浸状况以及大坝无完善的排水系统等问题，因此，该大坝的实际使用质量无法满足人们对水库工程的需要。现阶段为切实解决上述问题，对土石坝进行加固施工成为一项极为必要的工作。在正式开始加固施工前，对大坝的实际情况进行调查后发现：①经过钻探实验发现坝基一带的地层为中更新统可塑状粉质黏土、中元古代燕山期花岗岩，大坝坝基土层的承载力较高，可以达到大坝对地基土强度的要求。②该大坝的坝基、左坝肩和右坝肩较为稳定，在实际的施工过程中，以《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）为依据。③对坝体填筑土质的密实度进行室内击实试验，了解到填土的最大干密度为1.71g／cm，最优含水量为19.6％，在实际填筑过程中，坝体的填土压实密度取0.96。填土控制值为1.64g／cm，在实际的施工过程中，坝体的填土含水量应当按照最优含水量进行控制，其允许偏差范围为-2％～＋3％。④该大坝的填土实际干密度范围为1.53～1.64g／cm3，实际压实密度在0.9～0.96，天然含水量为2.23％～25.3％，将上述数据与设计规范进行对比，发现数据值均不能达到设计规范要求。为保证大坝的除险加固工作能够切实解决水库防洪能力不足的问题，在施工过程中可以通过对大坝坝体及坝坡进行加固、对大坝的排水设施进行整治、对溢洪道与输水管进行除险加固处理的方式， 保证该水库能够实现对当地洪水的有效调节。

3.3土石坝施工管理方法

在该大坝的实际施工过程中，相关工作人员需要依据相关规定，根据管理单位的实际情况选择该小型水库加固施工的具体设备、进行加工维护的管理用房以及堆放物料的平台，制定科学、合理的土石坝施工方案，并以此为基础制定相应的施工管理方法，以便为后续施工投资方案的制定，施工工期、施工各节点的进度规划制定等工作的开展提供有效的支持。在开展土石坝施工管理的过程中，管理重点包括土石原料的管理、施工设备的管理、施工人员的管理、施工成本的管控以及施工完成后对土石坝实际质量的监管等内容。

总而言之，在小型水库建设的过程中，土石坝具有适应能力强、结构简单、材料供应方便、地基要求偏低等优点。现阶段，为了保证土石坝的实际施工管理质量，切实满足小型水库的使用需要，应当在明确小型水库实际建设需要的基础上，应用合适的施工技术，提升对施工管理工作的关注度，从而达到切实提升小型水库施工质量的目的。