浅谈水利水电工程土石方施工技术及发展

浅谈水利水电工程土石方施工技术及发展

万勇军

中国水利水电第五工程局有限公司四川成都610066

摘要：随着我国科学技术的不断发展，我国水利水电工程中土石方施工技术也有了很大的突破，土石方施工技术是我水利水电工程中重要的技术之一，对水利水电工程质量有着重要的影响。本文对水利水电工程土石方施工技术及发展进行了分析。

关键词：水利施工；土方填筑碾压；施工控制

引言

水电工程是重要的利民工程，其根本目的就是方便人们的生活，然而在水利水电工程的建设中，经常存在一些问题，影响了人们的生活水平和健康情况，因此人们在水利电力广泛的应用了土石方技术。

一、水利水电工程中土石方施工技术

1.1爆破技术

在土石方施工技术体系当中，爆破技术是十分重要的构成，从其技术命名不难看出，这项技术是一项利用火药进行爆破的技术，爆破相关技术需要以炸药作为主要材料的，我国作为火药发明国，对于火药成分与技术的研究始终没有间断，因此爆破技术也得到了更迅速的发展。这项爆破技术一言蔽之是利用潜风钻替代传统手风钻，并配合定点引爆完成爆破开挖过程的施工技术。爆破施工能够在短时间开拓大片区域，潜风钻较比手风钻更具自动化操作特点，钻孔施工效率更高，整体结合起来，会使施工效率得到更大程度的提升。潜风钻的钻孔直径更大，而且更加规范，不存在手工操作可能出现的较大误差，这会使钻孔操作的精密度更高，结合爆破措施，一片区域的开挖与开孔操作很快便能够完成，施工进程更快。加之近年来，由于国内引进了先进的混装炸药车爆破技术，爆破操作更加精准，这样的炸药车会使爆破操作更倾向自动化、精准化，进而使得施工现场炸药装药也更倾向自动化，进一步提升了整体施工的效率与质量，这样的技术创新，使得爆破施工的可行性更高，施工成果也会有质的飞跃，在水利水电工程施工过程中加以利用，是十分有利的，利用这样的技术进行施工，洞室的爆破开挖以及开孔会变得更加迅速便捷，施工安全性也会大幅度提升，整体来说是有利无害的。

1.2土石方的明挖技术

近年来，为满足工程施工需求，许多施工技术及设备都在更新，包括凿岩施工的相关设备以及土石方明挖技术等都得到了一定的改进，为确保土方开挖的准确性，在水利工程建设施工过程中使用土石方明挖技术是最为适宜的们也是十分必要的。这样的开挖技术，不同于耗时耗力的传统分层开挖方式，能够使土方开挖的安全性及安全性得到更大幅度的提升，配合新型的小梯段爆破施工技术，能够更加有效的提升工作效率以及实际施工质量，并同时达到削减整体施工成本的目标，同时也不会影响施工的进程。可以说在水利工程的施工过程当中，土石方明挖技术的利用，大大提升了土石方的实际利用率。但由于我国土石方明挖技术的机械化研究起步时间相对较晚，开始阶段是以半机械化的施工为主，后续虽然开始逐渐向着全面机械化施工局面迈进，但开始更多是引用进口设备进行施工，可以选择的使用的设备少之又少，而后由于机械化发展趋势日渐明显，才有了更完善的配套开挖设备。所以当前在土石方开挖施工过程当中，最需要注意的依然是设备的开发，除此以外还有开挖料的利用，因为如果开挖料质量不过关，便自然没有办法维持挖填的平衡，这也会使施工进度、质量及安全性受到严重的、无法挽回的影响。

1.3土石坝施工技术

水利工程当中的土石坝设施，一言蔽之主要是利用沥青混凝土面板以及钢筋等多种复合材料所堆砌起来的石坝设施，其主要的作用，是用来抵御洪水带来的袭击。当前我国各个地区水利施工过程当中建立起的坝型是十分复杂的，多种多样的，而且当前还有许多不同类型的高土石坝正处于建设阶段，这也一定程度上说明了我国土石坝工程技术的发展速度是很快的。在水利工程的实际施工过程中，企业如果能够不断积累经验，注重细节分析，并引入更先进的施工设备，土石坝工程施工的质量还会得到进一步提升，类型也会越来越多，分类会更加细化，例如当前的心墙土石坝、沥青混凝土面板土石坝、混凝土面板堆石坝等等，都是最为常见的机种土石坝类型，但也是通过不断的研究优化，才开发出来的，这些新兴的土石坝结构类型，由于工程造价偏低，施工时间较短，所以其应用有着很大的优势。在步入八十年代之前，我国对于水利工程土石坝的设计与施工要点都缺乏了解，许多方面都存在严重的不足，但在八十年代后期，我国对于施工相关技术的研究有了更大的进展，得到了更加可观的开发成果，所以土石坝的质量也得到了提升，类型得到了拓展，特别是随着定向爆破坝施工技术的迅猛发展，在兼具天时地利人和的时代背景下，土石坝的施工效率也得到了进一步提升。这其中所谈及的天时、地利以及人和，主要包含比较合理的地质地形条件，先进的机械化技术开发平台、加上国家在资金、政策等多个方面的支持，会使施工技术的发展更上一层。虽然目前我国高土石坝施工技术的发展较比国外依然需要进行改进，有着一定的距离，但是我国水利工程土石坝的建设却始终在不断进步，持续缩小与其他国家的技术差距。

1.4水利工程地下洞室施工技术

水利工程地下部分的施工，主要是指工程地下洞室的建设施工，地下洞室的设置，主要是为达成抗洪减灾目标，并做到合理针对地表水及地下水进行调节调动，地下洞室的施工技术，是随着水利水电工程发展进程而不断革新的，特别是当前的洞室开挖技术有很大的发展空间，只要企业在施工过程当中不断积累施工经验，地下洞室施工必然还会有更进一步的发展，得到更好的施工成果，提升水利工程整体质量，其重要性毋庸置疑。

二、水利水电工程中土石方施工技术应用要点

开展水利水电工程施工，要从施工的各环节入手，做好施工质量的把控，以确保施工技术应用的效果。

2.1土石方量计算

在水利水电工程施工中，土石方施工技术的应用，若想确保工程的质量，最为重要的是准确计算土石方量。基于此，在施工前，要准确预算土石方量，来强化费用概算的控制，优选施工方案。目前，较为常用的计算方法如下：①断面法。对于地形复杂、挖填深度大等地段，应用横断面法，计算土石方量，能够确保计算的准确性。但此方法计算量较大，尤其是在精度要求高的工程中，其表现的尤为明显。总体来说，此方法在计算精度与速度等方面，还存在着缺陷。②方格网法。利用方格网法，计算工程土方量，按照实地测定的地面点坐标，即X、Y、Z，结合设计高程，生成方格网。接着计算各长方体填挖方量，接着累计，获得制定范围内的土方量，绘制填挖方分界线。此方法适用于大面积土石方估算与坡度变化相对平缓地区的土石方计算。计算流程为四棱柱体积计算表-汇总四棱柱体积，获得总土石方量。通常采取杨赤中法，同其它方法相比，其内插精度较好，如表1所示。总体来说，在计算土石方时，要结合工程实际情况，来选择计算方法，以确保计算的准确性。

表1杨赤中法和其它算法的内插精度对比分析

2.2土石料开采与加工

在土石方施工中，土石料开采与加工的质量，直接影响着工程施工质量。基于此，在前施工前，要做好料场分区工作，做好杂物清理，设置排水设施，建设施工道路，以确保土石料能够顺利运到现场。土料开采通常采取立采与平采方式，若土层较厚，多采取立采方式，确保原料含水量能够接近建筑含水量。若土层较薄，可采取平采方式，当含水量较高时，需要进行脱水处理。总体来说，开采时要做好区域划分，采取不同的方式，进行土料加工处理，以确保施工效率。

2.3合理选择设备类型

土石方施工主要分为两大项目，即爆破与开挖，在施工的过程中，需要使用大量的施工设备，为确保工程施工质量，要强化设备选型与管理环节的质量把控。结合施工场地实际情况，来选择施工设备。按照施工效率与质量要求，来选择设备型号。需要注意的是，施工人员在操作设备时，要严格按照操作规程，持证操作，避免发生安全事故。做好设备保养工作，确保其处于正常的工作状态下，发挥自身的性能。

2.4做好土石坝填筑与压实处理

在土石方施工作业环节，当完成清理基础工作后，要开展坝体填筑作业。先进行坝面填平处理，采取分区段作业的方式。坝体采取分层填筑的方式，按照以下工序进行：①铺土。铺土要沿着坝体轴线方向进行，土料的铺填要保证非常的均匀，这样能够减少平土的工作量。在铺土过程中，要将不符合直径要求的土块打碎，对出现的石块要进行剔除。自卸车在填筑区铺土作业时，要进行倒退铺土，避免土料出现超过压实功出现剪切破坏的情况，同时，避免汽车穿越反滤层将反滤料带入到防渗体内，因为其对坝体质量有着较大的影响。②压实。压实工作的开展，要在完成平土后开展。使用碾压机械设备，按照平行于坝轴线方向，开展碾压施工。在进行碾压作业时，要做好碾压遍数与速度的控制。若出现剪切破坏，则需要清除土体，重新铺填压实。

三、水利水电工程中土石方施工技术应用实例

3.1工程概况

某水利枢纽工程土石方开挖主要包括一期导流明渠、二期导流明渠、左岸厂房基础、开关站土建工程、左岸厂房基础等等。该水利工程土方开挖360.51万m3、石方开挖426.88万m3、填筑方30.15万m3。在实际施工过程中一期上下游横向围堰占压二期导流明渠和厂房尾水渠，必须在围堰填筑前开挖。工程土石方开挖需要的技术支撑包括：水下石方开挖、永久边坡开挖、结构基础岩石开挖、高强度大方量土石开挖等。本文将以水下石方开挖以及结构基础岩石开挖为研究对象，对土石方施工技术的应用方法进行详细探究。

图1左岸泄水闸闸坝基坑断面（单位：mm）

3.2水下开挖技术

3.2.1测量定位

在本工程中，钻爆船采用全站仪定位。施工前，记录好每排两端点坐标以利于下一次船舶驻位。根据轨道上刻度及孔间距定位每个钻孔的位置。

3.2.2震压套管及钻孔

钻孔通过定位准确后，将钻机架上的套管下放到水中并震动压实。根据套管上刻度及水位推算出岩面标高，配备相应长度钻杆，然后将钻杆顺套管下放直至钻头接触到岩面，钻杆带动合金钻头在套管内旋转冲击钻孔。

3.2.3制作药卷

根据套管上刻度及施工水位计算出岩面标高，再根据设计孔底标高及岩面标高计算出该炮孔孔深，孔深确定好后根据爆破设计方案制作药卷。该工程使用的是乳化炸药，规格为32×180mm，外包塑料薄膜可捏成各种形状。根据孔深确定药卷长度，分包装在同直径的化纤袋中，装好导爆索及非电导爆管雷管，用防水胶布密封好并系好炮绳。

3.2.4清孔测深、提起钻杆

根据施工水位和下至岩面的钻杆长度计算出岩面高程，并计算出钻孔深度。钻至预定深度后，来回提升钻杆，使用高风压空压机将孔内岩屑气举排出。钻孔清理干净后提起钻杆，使用测绳复测钻孔深度。

3.2.5装药填塞、拔管移动钻机

钻孔深度满足设计要求后，将提前制作好的药卷顺套管下到孔内。装药过程中，在炮绳上打个节以便检查炸药是否到达孔底，若未到达，则用炮棍压送到孔底。装药完毕后用碎石填塞把炸药压实。导爆管与炮绳间隔1m用胶布捆在一起，拔起套管，通过套管上孔将炮绳引至船上安全位置并系好。

3.2.6连接网络与起爆

根据设计要求及钻爆船施工特点，每个船位打1～4排孔，根据爆破设计要求，将每排孔进行分段联网，保证单段最大药量满足设计要求。每排分段好后再使用不同段号的雷管将各排联结成网络，由低段号到高段号排列，实现孔外、排间微差爆破。每个船位完成后，将各段号的雷管用4～5枚引爆雷管分别连接，最后用起爆雷管（导爆管雷管）连接。为防止起爆雷管在引爆时雷管碎片将导爆管炸断，影响起爆效果甚至造成炸药拒爆，起爆雷管聚能穴方向与导爆管传爆方向要相反连接并用一定的防水胶布缠紧。起爆网络全部联结好后，将钻爆船100m的安全距离外，用起爆器击发导爆管起爆雷管进行起爆。

3.2.7水下开挖出渣

采用填渣退挖法。爆破作业从上游边缘逐步向下游方向作业，沿开挖区已经爆破的上游边缘填筑渣堤，PC650反铲挖掘机从渣堤外缘退挖，渣土挖填至后方，逐步向下游、岸边退挖。当集渣量积累太多时，用20t汽车运输出渣，直至全区域开挖完毕。在后退开挖渣土期间，需要紧密监测水下地形，对未达设计要求的部位，及时补挖。

3.3结构基础岩石开挖

岩石开挖从上至下分层进行梯段爆破，爆破分层高度6m；主开挖区采用分段微差松动爆破。所有斜面基础均采用预裂爆破法开挖，同时斜面3m范围内设置为爆破缓冲区，并按照缓冲区的开挖工艺进行爆破开挖，缓冲区采用密孔少药量微差爆破；斜坡面采用预裂爆破，水平建基面采用手风钻钻孔预裂爆破。在水平基底附近，保留大于2m厚的保护层，保护层采用手风钻水平孔光面爆破开挖。建基面的预裂或光面爆破、缓冲区爆破前需进行爆破试验，以满足建基面质量要求为前提，获取可行的爆破参数。斜坡面预裂孔、主爆破孔采用液压钻机钻孔，进行深孔爆破开挖；大型设备难以到达的部位，采用手风钻钻孔，进行浅孔爆破开挖。

四、水利水电土石方工程施工技术的发展方向

就我国目前的水利水电施工技术来说，为了更好的适应新形势发展的需求，我认为新土石方技术应朝以下方向发展：

4.1创新土方开挖技术

要及时掌握施工区域的地形地貌及交通设施，作出全面的土方挖方施工方案，从而根据掌握的地质条件和作出的挖方施工方案，建设地表面的排水系统，以加固地基土结构，降低地下水水位，以保证工程的稳固性。

4.2发展土壤加固技术

除了现有的硅化土壤加固、电化学土壤加固及高分子土壤加固的方法之外，我们还应该加大创新，利用更多的化学方式加固土壤。通过各种物质之间的化学反应形成胶凝物，活化土颗粒的表面，提高土层连接力度和荷载强度，已达到稳固水利水电土石方工程、提高水利水电工程的作用效果。

4.3创新土石方建设新材料

随着科学技术的发展，人们的研究水平越来越高，对新物质的研究成就也越来越突出，比如化学锚栓，它在水利水电工程中的作用比传统的膨胀锚栓更有优势，利用空间也更广泛，今后我们一定要加强对水利水电工程建设新材料的研究和使用。

五、结束语

水利水电工程是满足人们日常需求的重要基础设施之一，近几年来，随着我国经济的飞速发展，人们对基础设施工程的水平要求越来越高，为了更好的满足广大人民发展的需求，我国在不断的增强对水利水电工程施工质量的监管，确保每一项工程都能满足人们的需求，促进社会的发展，土石方施工作为水利水电工程的基础工程之一，在整体之中具有着重要的作用。

参考文献：

[1]曹宇，唐结齐.简析水利水电工程土石方的标准施工技术要点[J].中国标准化，2016（17）：170.

[2]邓超明.水利水电工程土石方施工技术探究[J].江西建材，2016（20）：130+132.

[3]罗炜.浅谈水利水电工程土石方施工技术的发展[J].城市建设理论研究（电子版），2016（30）：78-79.

[4]兰宁.水利水电工程中土石方施工技术的分析[J].绿色环保建材，2016（09）：132.

[5]张远雄.浅析水利水电工程土石方施工技术发展[J].建材与装饰，2016（33）：249-250.