堆石填筑和垫层料施工技巧分享

（一）施工准备填筑料生产

1.料场规划

（1）堆石材料的质量要求：

1）主要部位的石料抗压强度不低于78MPa，次要部位石料抗压强度应在50～60MPa之间。

2）石料硬度不应低于莫氏硬度表中的第三级，其韧性不应低于2kg/cm2。

3）石料的天然密度不应低于2.29g/cm3。

4）石料应具有抗风化能力，其软化系数水上不低于0.8，水下不低于0.85。

（2）面板堆石坝的坝体分区。根据面板堆石坝不同部位的受力情况，将坝体进行分区。

1）垫层区。垫层区的主要作用是为面板提供平整、密实的基础，将面板承受的水压力均匀传递给主堆石体，要求用石质新鲜、级配良好的碎石料填筑。

2）过渡区。过渡区的主要作用是保护垫层区在高水头作用下不产生破坏，填筑料粒径、级配要求符合垫层料与主堆石料间的反滤要求，一般最大粒径不超过350～400mm。

3）主堆石区。主堆石的区主要作用是维持坝体稳定，要求石质坚硬，级配良好，允许存在少量分散的风化料，该区粒径一般为600～800mm。

4）次堆石区。次堆石区的主要作用是保护主堆石体和下游边坡的稳定，要求采用较大石料填筑，允许有少量分散的风化石料，粒径一般为1000～1200mm。由于该区的沉陷对面板的影响很小，故对填筑石料的要求可放宽一些。

为保证料源的质量和储量，施工单位在进入现场后，应对设计给工程提出的料场进行复查，确定料场的质量和储量是否满足施工要求，并在料场复查和设计资料的基础上，依据工程施工总进度的安排，做好料场开采规划，如料场开采顺序，梯段开采高度，掌子面分块分段长度，堆、弃料场地，风、水、电设施，火工材料库，运输道路，排水系统的布置，以及钻爆、挖、运设备的配备等。

2.坝料开采与加工

面板坝主堆石料及过渡料，由于粒径较大，常由料石场直接开采，为获得较好级配坝料及较大的开采强度，绝大部分已建和在建面板坝工程，采用了深孔梯段微差挤压爆破技术，采用100型钻机，梯段高度为12～15m。

垫层料颗粒设计较粗时，如经爆破试验可以满足垫层料设计级配要求，可以由采石场直接开采，可以使造价大幅度降低。

砂砾石料场大多分布在河床附近，施工受河水及地下水影响较大。对寒冷地区，冬季冻深较大，而冻结后的砂砾石料会使机械开采困难。因此，为保证冬季正常施工，必须储备足够的坝料，以降低砂砾石的含水量，供冬季坝体填筑使用。

可用料的开挖应按照坝料的要求进行，并满足级配要求。

料场开采结束后，不稳定的边坡和危岩应及时处理，减少事故隐患。料场的开采破坏了周围的农田和植被，因此，为保护周围环境，防止水土流失，也应采取一些环保措施予以处理；即使在库内淹没线以下的料场，进行适当处理也将有利于养殖业生产。

3.道路与运输

在现代土石坝施工中，自卸汽车运输占主导地位，国内90%以上的土石坝施工，均采用了正铲装车、自卸汽车运输的方式。堆石料以采用较大吨位自卸汽车为宜；砂砾石料既可用自卸汽车也可用皮带运输机，但宜经过技术经济比较后选定。

布置运输线路应重视以下问题：优先考虑单向循环线路，使轻型、重型汽车互不干扰；同时，还需合理确定路面等级，尽量降低纵坡坡率，以提高行车速度。

面板坝坝址常位于河流的中上游，由于山谷狭窄，公路大都顺河流走向修建，如把防洪标准定得过高，势必抬高路面、加大桥涵，使筑路费用加大。另外，临时公路即使遭到损坏，恢复也较容易，因此，防洪标准可以较低。根据国内外建坝经验，其防洪标准以不低于5年一遇为宜。

一般山区公路的标准较低，大都不能满足大型施工运输机械的运行要求，因此，施工队伍进场后，应对可利用的永久公路路段进行安全复校，施工道路技术参数要求应按照SL 667—2014的规定执行。

在面板坝施工中，运输线路难免跨越趾板和垫层区，需要采取保护措施：有的采用钢栈桥跨越，但大多数工程是采取在趾板上垫以一定厚度的石渣来保护的，位于垫层区或其他部位的坝内道路，要求按坝体规定的物料填筑并进行压实，不允许以浮渣筑路。

（二）坝体填筑

1.坝体填筑技术要求

（1）为保证堆石坝体的填筑质量，保证坝基、坝头岸坡处理以及趾板浇筑的质量，避免大坝填筑和趾板施工交叉进行，尽力在堆石填筑开始之前完成全部趾板施工，以利施工安全。交叉施工在西北口工程中已有教训：当时左岸坝基处理未结束，河床段趾板正施工，而大坝填筑已进行，为了留出邻近趾板的填筑工作面，大坝填筑不得已采用了先填主堆石区，后填过渡层、垫层区的做法，结果形成了大坝上游低、下游高的“梯田式”填筑，梯田台阶层次最多达6层，大大影响了填筑质量与施工效率。

然而，当坝底较宽、较长，或有专门施工安排时，经过周密规划、组织，也允许坝体填筑在相应部位的趾板完成后提前进行。此种安排，有时也是保证安全度汛或缩短工期所必需的。

（2）堆石的填筑与碾压是控制施工质量的关键工序，也是加快工程进度的重要环节。由于每一工程的规模、坝体设计要求、填筑坝料的性质、施工单位的技术装备和技术水平等各不相同，填筑与压实的参数也有差别，因此，在堆石坝填筑开始之前应对坝料进行碾压试验，其目的在于根据工地具体条件，对设计提出的压实标准进行复核，选择合适的施工机械和确定合理的施工参数（铺料厚度、碾压遍数、加水量等），并提出完善的施工工艺和措施。

对于大型、重要或特殊情况（如高地震区等）的工程，都应进行碾压试验；而对于中小型工程或坝不高的情况，则可根据压实机械、工程经验采用类比法选定压实参数，并结合施工在坝的下游部位进行检验性试验。

（3）坝体填筑平起、均衡上升，是一般土石坝施工的总要求，对于面板堆石坝来说，垫层、过渡层与相邻主堆石区的填筑尤应如此。坝面的平起、均衡填筑指有计划的，各分区、各部位相互呼应的连续填筑，并非一定是全断面的平起填筑，特别是在坝的底部或坝较高、断面较大时。在后一情况下，除抢筑临时断面的安排外，允许在下游部位预先填筑堆石以争取进度。但是，绝不能形成“梯田式”或“鱼背式”的填筑坝面。按照国外经验，面板下游30m以内的坝面应保证连续平起、均衡上升，垫层、过渡层、主堆石区之间的填筑面高差，规定层差不超过一层，其目的在于保证各分区之间的良好结合，以及面板下游一定范围内的堆石体达到较高的密实度。

（4）观测仪器、设施的埋设是坝体施工的组成部分，特别需要注意观测设施的施工保护。(www.xing528.com)

（5）垫层料、过渡料、主堆石料，其各个颗粒间只有单纯的接触联系，不同粒径与质量的颗粒，在卸料、铺筑、推平过程中，由于重力的作用，会产生不同程度的颗粒分离。这是迄今面板堆石坝施工中普遍存在的问题。然而垫层与过渡层对面板的变形以至渗流性质至关重要，不允许在填筑过程中产生严重的颗粒分离。为了减少颗粒分离现象，一般有两个途径可循，即改善材料的级配和采取相应的有效施工方法。级配改善主要是增加细颗粒的成分，使其起一种包裹、挟持的作用，以阻滞较大颗粒的分选、集中。根据J.谢拉德（J.Sherard）1985年的研究成果，当小于5mm的颗粒含量少于20%时，施工时不可能避免分离，但如增加到40%或更多，则有可能避免分离。从施工角度来说，为了减少颗粒分离可采用以下方法：

1）跳堆法，即在已压实的坝面上，按铺筑一层料需要的数量，跳隔一定距离卸料，然后推平成连续层的方法。

2）润湿坝料法，即使材料在运输车内润湿，以增加颗粒之间的团聚力，阻滞颗粒彼此分离。

3）掺混法，即对已分离集中的大颗粒区掺混较细坝料的方法。国外曾用此法。

（6）为保证碾压后的上游坡面满足设计要求。坝体填筑时要有一定的超填宽度，关于超填宽度，巴坦艾（Batang Ai）坝为10cm，特劳湖（Terror Lake）坝为15cm。国外较多的工程，规定碾压前的坡面不平整度为0～15cm或5～15cm，结合国内情况，一般取其较大值。

（7）堆石坝填筑时要加水碾压，目的在于使材料浸湿，软化细粒并降低粗粒的抗压强度，以提高压实密度和效率，减少竣工后的后期沉降。加水的作用效果与堆石母岩的岩性与岩质、堆石的粒径与形状等因素有关。一般来说，新鲜、坚质、浑圆形的堆石、砂卵石，加水对其压实的效果不明显，这方面已有不少实例和试验资料，如奥罗维尔（Oroville）、首取川、横山坝等；但对于湿单轴抗压强度显著降低的岩石、砂粒和细粒含量较高的堆石，其加水效果较好。堆石的加水量，一般依堆石料的类型、性质、填筑部位、坝的高度等条件并通过碾压试验分析确定。

（8）面板堆石坝主要的设计原则是控制堆石坝体的变形，尽量使堆石坝料碾压密实，根据规定坝料必须采用振动碾碾压，因为只有振动压实才能保证堆石的高密度。

（9）由于堆石填筑包括卸料、铺料、洒水、压实等多道工序，在垫层坡面上还需要进行修整、斜坡碾压和堆石保护。由于工序较多，为避免混乱和出现安全事故，坝面填筑应分区分段进行，宜适当划分工作面，在各填筑块上依次完成各道工序。

（10）振动碾的减振轮胎压力、振动轮的转数等，会随振动碾的工作而逐渐降低或衰减，从而影响其工作功能与效率，因而必须定时检查，及时调整、处理。为了确保压实质量，应保持振动碾的规定工作参数。

2.垫层坡面碾压与防护技术

垫层为堆石体坡面最上游部分，可用人工碎石料或级配良好的砂砾料填筑。为减少面板混凝土超浇量，改善面板的应力条件，对上游垫层坡面必须修整和压实。一般水平填筑时向外超填15～30cm，斜坡长度达到10～15m时修整、压实一次。在多雨地区，尤其当垫层料为砂卵石时，尚应缩短这一填筑与防护的周期。

修整可采用人工或激光制导反铲（天生桥一级水电站面板堆石坝采用）进行。修整后的坡面不平整度，国内尚无资料，国外一些工程的规定则不甚相同：塞沙那（Cethana）、比曼（Pieman）为5～15cm，高兰（Khao Laem）为0～15cm，温尼克（Winneke）为0～15cm。参照这些规定，结合我国的施工情况，从偏严的方面考虑，垫层坡面不高于设计线5～10cm。

当垫层材料为砂卵（砾）石时，由于此种材料较易受雨水冲蚀，应采用较薄的填筑层，以便及时进行坡面碾压与防护。对于较重要的工程或雨水较大时，也可采用加设细铁丝网表层防护法，即随垫层填筑随时在其坡面铺设细铁丝网进行防护。

坡面碾压，是由于已压实合格的垫层，其上游邻坡边缘带（含超填部分）无法进行平面碾压，为使混凝土面板有一个坚实的支撑面，而在垫层上游坡面上进行的专门碾压，这也是面板堆石坝特有的碾压工序。在坡面修整后即进行斜坡碾压，一般可利用为填筑坝顶布置的索吊牵引振动碾上下往返运行，也可使用平板式振动压实器进行斜坡压实。

未浇筑面板之前的上游坡面，尽管经斜坡碾压后具有较高的密实度，但其抗冲蚀和抗人为因素破坏的性能很差，一般须进行垫层坡面的防护处理。垫层坡面的防护，是在面板浇筑之前的临时措施。防护的作用，一是防止雨水冲刷垫层坡面，二是为面板混凝土施工提供良好的工作面，三是利用堆石坝体挡水或过水时垫层护面可起临时防渗和保护作用。垫层防护一般采用喷洒乳化沥青、喷射混凝土或摊铺和碾压水泥砂浆。混凝土面板或面板浇筑前的垫层料，施工期不允许承受反向水压力。

防护层的敷设，调整、补偿了垫层坡面的表面不平整度与材料分布的不均一程度。但防护层的表面仍然不可能十分平整，因而从施工上讲，仍需有不平整度的规定。对于水泥砂浆层，在5m范围内的起伏差不应高于设计线5cm，低于设计线8cm；对于喷射混凝土层，与设计线偏差不大于5cm。对于阳离子乳化沥青层，由于层厚很薄，可通过试验确定。

3.混凝土挤压边墙

垫层面处理近年来也采用混凝土挤压边墙的方法。挤压式混凝土边墙位于大坝上游过渡层与混凝土面板之间，图4-17所示为某混凝土挤压边墙施工示意图。

图4-17　某混凝土挤压边墙施工示意图

面板堆石坝在每填筑一层过渡料之前，用挤压式边墙机制作出一个半透水的混凝土墙（挤压墙施工根据混凝土运料车所走路线从左岸往右岸施工），然后在其内侧按设计铺填坝料，碾压合格后再制作上层边墙，重复以上工序。

混凝土挤压式边墙护坡技术是混凝土面板堆石坝上游坡面施工的新方法，相对于其他施工方法来说，有以下优点：

（1）简化了垫层料的施工工序；保证和提高了垫层的施工质量；降低了施工成本。

（2）施工简单方便，各工序衔接比较紧密，加快了施工进度，确保了坝体的安全度汛。

（3）避免了填筑过程中上游边坡滚石和斜坡碾压高边坡作业，提高了施工安全性。

4.混凝土面板施工

钢筋混凝土面板是刚性面板堆石坝的主要防渗结构，厚度薄、面积大，在满足抗渗性和耐久性条件下，要求具有一定的柔性，以适应堆石体的变形。

面板浇筑一般在堆石坝体填筑完成或至某一高度后，气温适当的季节内集中进行，由于汛期限制，工期往往很紧。面板由起始板及主面板组成。起始板可以采用固定模板或翻转模板浇筑，也可用滑模浇筑。当起始板不采用滑模浇筑时，应尽量在坝体填筑时创造条件提前浇筑。中等高度以下的坝，面板混凝土不宜设置水平缝，高坝和要求施工期蓄水的坝，面板可以设1～2条水平工作缝，分期浇筑。垂直缝分缝宽度应根据滑模结构，以易于操作、便于仓面组织等原则确定，一般为12～16m。面板混凝土浇筑应保持连续性，如特殊原因中止浇筑且超过允许间歇时间，应按施工缝处理。超过允许间歇时间的混凝土拌和物应按废料处理，不得强行加水重新拌和入仓，混凝土浇筑允许间歇时间应通过试验确定。

钢筋混凝土面板一般采用滑模法施工，滑模分有轨滑模和无轨滑模两种。滑模利用两侧的轨道、侧模或已浇完的面板来支撑、导向和控制混凝土面板的浇注厚度。在浇注过程中，混凝土的浮拖力由模板自重和附加配重来克服，振捣密实的混凝土由滑动模板或抹面平台压抹成形。无轨滑模是近几年来在面板坝施工实践中提出来的，它克服了有轨滑模的缺点，减轻了滑动模板自身重量，提高了工效，节约了投资，在国内广泛使用。滑模上升速度一般为1～2.5m/h，最高可达6m/h。

混凝土场外运输主要采用混凝土搅拌运输车、自卸汽车等，坝面输送主要采用溜槽和混凝土泵。

钢筋的架设一般采用现场绑扎、焊接或预制钢筋网片和现场拼接的方法，用人工或钢筋台车将钢筋送至坡面，高坝宜采用钢筋台车运送钢筋，以节省人工。台车由坝顶卷扬机牵引。

金属止水片的成型主要有冷挤压成型、热加工成型或手工成型。一般成型后应进行退火处理。现场拼接方式有搭接、咬接、对接；对接一般用在止水接头异型处，应在加工厂内施焊，以保证质量。止水带安装应确保中线与缝中线重合，允许偏差应为±10mm，安装完毕后，经验收合格，才可进行下道工序施工。

混凝土施工时，由于侧模不仅要承担混凝土的侧压力，而且又要作为滑模的支承和滑移轨道，因此，侧模的设计、安装必须牢固、安全且能保证所浇筑的混凝土外形几何尺寸符合设计要求。滑模牵引设备一般采用卷扬机牵引提升滑模，卷扬机的锚固采用预埋地锚的方法，当坝体填筑接近坝顶面时，将地锚埋入坝体内。