1.3 碾压式土石坝施工的技术进步

（1）因地制宜制定河道水流控制方案。21世纪以来修建的高坝，相当重视坝体施工中对河道水流的控制，各个项目都能根据环境和自身条件采取适宜的水流控制度汛方式，以期取得最优的技术经济效果。

（2）深覆盖层处理技术不断步上新台阶。用混凝土防渗墙、帷幕灌浆等手段进行一般深度覆盖层的防渗处理，我国已有多年的经验积累。20世纪90年代以后，高坝深覆盖层处理技术水平快速提高（包括灌浆自动记录仪和灌浆强度值法、稳定浆液法控制技术的应用）；另外还有新型防渗墙用混凝土配比研制及优质泥浆的采用；冲击反循环钻机的研制；防渗墙快速施工工艺研究及液压双轮铣的引进消化的研制等。防渗墙的施工机械已由单一的钢绳冲击钻机发展为冲击反循环钻机、抓斗、液压铣槽机等，创造了钻-抓、铣-抓、铣-抓-钻等新的施工方法，在我国西部不断创造着防渗墙深度的新纪录和上墙下幕方式截断深厚覆盖层的新成果。我国的土石坝防渗墙施工技术已达到世界领先水平。

（3）对土石坝施工分期分区的认识有所提高。施工实践表明，坝体分期填筑其高差不宜过大，过大的高差不利于坝体的协调变形。根据《混凝土面板堆石坝施工规范》（DL/T 5128—2009）的要求，坝体堆石区纵、横向分期填筑高差不宜大于40m。公伯峡面板堆石坝等工程采取多种措施，实现了坝体全断面均衡上升的平起施工，水布垭面板坝分区最大高差为32m，洪家渡坝最大高差小于40m；三板溪面板堆石坝经反复论证后，采用分区填筑高差最大为45m。水布垭坝采用先行填筑下游区的施工安排（又称“反抬法”），这对提高坝体的抗变形能力也有利。总之，填筑施工应尽量平起连续，宜从上游往下游依次填筑，可以后高前低。

有数座高于150m的高坝，在综合协调度汛、关键工期节点等因素前提下，采取相应措施，将坝体分期填筑高差尽量控制在较小幅度（30m左右）。分区填筑高差不能减小时，可增设层次，其增设平台的宽度不小于30m。面板分期施工时，先期施工的面板顶部填筑应有一定超高，这可减少后期坝体沉降对面板的不利影响。这一超高许多工程都控制在10m以上。

（4） 成功开发应用土石方调配动态平衡系统。经过优化的土石方调配方案不仅有利于降低施工成本、加快施工进度，同时通过提高直接上坝率、减少弃料和料场开挖量等途径，有利于保护生态环境。在以往的土石方调配实践中，多是凭借管理者经验进行规划和管理，存在一些考虑不周而影响工程进度和成本的现象，难以达到优化调配的效果；目前这一定性模型已经提出，并得到初步应用。

（5）连续均衡地进行坝体填筑施工。如何有效地控制坝体沉降是面板堆石坝施工的一个难点，尤其是如何防范坝体不均匀沉降对混凝土面板、坝体内部应力分布和止水系统的不利影响更是难点中的难点。因此，尽可能实现均衡连续上升则是施工管理工作的重点。21世纪以来，修建的高面板坝均对此给予了足够的重视，并取得了良好的效果。狭窄河谷、不对称河谷的土石坝填筑都给予均衡施工以足够的重视。

（6）优选重型碾压设备，坝体压实质量逐步提高。当前土石坝施工中，重视优选重型振动碾压设备，其工作质量都不小于10t，自身质量为18～26t的牵引式振动碾和总质量为26t的自行式振动碾得到较多应用。近年来修建的100～200m级高面板坝，由于采用了大吨位且激振力较高的振动碾以及相关配套措施，压实孔隙率已普遍优于20世纪末期发布的面板坝设计规范中建议的填筑标准。其中，200m级几座高坝堆石体的压实孔隙率都控制在20%以内，在天生桥坝（高178m）的基础上降低了2%。也有高面板坝对3C区次堆石料应用重型振动碾和冲击碾组合压实，以达到和3B区同量级的密实度（孔隙率、压缩模量），力求改善坝体变形性能。

洪家渡工程经现场碾压试验和慎重论证，将冲击碾压技术首先应用于下游堆石。鉴于压实效果明显，在坝体主堆石区局部区域也采用了冲击碾压工艺。实践表明，冲击碾压具有铺填厚度大、工作效率高等优点，土石坝填筑施工中针对部分坝料和特定区域有一定的应用价值，其应用前景还有待实践的进一步检验。

32t及以上级的超重自行式振动碾在超高土石坝和个别特殊坝料的压实施工中也得到使用，应用前景被看好。

（7）砾质土料施工技术进入新阶段。超高心墙堆石坝对防渗土料的性能要求很高，不仅要求有较好的防渗性能和抗渗稳定性，还要有比一般高坝要求更高的力学性能。近20年来，对碎石土风化料、宽级配砾质土作为防渗土料的应用，研究实践了不同的开采、加工、碾压施工方法，拓宽了防渗土料的范围，开始了超高坝心墙料施工技术的新阶段。

（8）坝体堆石填筑质量控制采用新的技术手段。附加质量法（也称“激振波测量法”）检测堆石体密度是一种快速、无损检测新方法，能适用于不同粒径组成的堆石体。该方法在小浪底土斜墙堆石坝、洪家渡面板堆石坝、水布垭面板堆石坝、糯扎渡心墙堆石坝等工程中运用的结果表明，测试精度能够满足堆石体密度检测工作需要，并能做到单元工程的全过程控制。

基于GPS、GIS的实时过程监控系统，对碾压机械行走轨迹、行进速度以及激振力指标进行监控，实现坝体填筑碾压适时、连续和自动控制，良好的可视化界面，在减少现场施工和监理人员工作量、提高施工效率的同时，有效地保障了坝体填筑质量。水布垭面板坝、糯扎渡心墙坝、瀑布沟心墙坝、黔中面板坝、毛尔盖心墙坝等工程都采用这一监控系统进行质量管理。

全质量检测法（也称“压实变形检测法”）在洪家渡、泰安等工程中用于填筑质量检测，效果不错。这是一种在坝料碾压后，按方格网测量节点部位的压实沉降量（取平均值），与事先试验率定数据对比，以检测碾压质量的方法。

公伯峡等面板堆石坝用K30（K50）小型载荷板法辅助检测坝体填筑质量，其测试数据可以和变形模量相关联，对掌握施工期坝体变形有一定效果。

落球检测技术是一项新的现场测试技术，和K30（K50）法原理有相似之处，它效率高，适应面广，不仅可以直接测试岩土体的变形特性，还可以测试其强度指标。通过标定，还可以测试坝料（特别是粗粒土）的干密度等指标。这在土石坝填筑的质量控制中有一定的应用前景。

（9）质地不均匀的土料和砾质土的压实度监测普遍采用三点击实法。高土质心墙堆石坝采用砾质土作为心墙料已是发展趋势，而砾质土的压实质量已成为施工控制的重点。近年来，数个项目对压实效果的检测实践了几种控制方法，普遍认可用三点击实法检测粒径小于20mm细料的压实度作为控制标准，全料的压实度作为复核标准。实践证明，用细料的压实度来控制填筑砾质土体的压实质量是合适的。

砾质土料压实度监测目前有3种办法可供选择：即全料控制法、细料控制法、质量补偿法等；质量补偿法又可分为全料质量补偿法和细料质量补偿法。

（10）在总结经验教训的基础上，在建设的各个阶段都十分重视料场的勘察和相关试验工作。

（11）坝料填筑碾压试验、坝料掺合试验工作水平在工程实践中不断提高。跷碛、瀑布沟、毛尔盖、糯扎渡、两河口、双江口等砾质土心墙坝在掺合试验、碾压试验中已经积累了丰富的经验，有的工程还做了平铺立采和拌和机掺配砾质土料的试验。当前业界已对各阶段相关试验的要求达成共识。

填筑土料调整含水量的工作，在地质勘探设计、施工及有关方面共同努力下，基本上明确了建设各阶段应该进行的工作深度，并总结出在不同土料缺水程度不一的情况下，应进行的配水试验和施工配水程序。高含水土料降低含水量工艺也有了大量的施工实践，并积累了一定的经验。

坝体堆石料填筑适量加水碾压，在激振力作用下，可提高压实密度，减少坝体运行期沉降量。加水量可通过碾压试验分析确定。对于软化系数大的新鲜坚硬岩石，加水效果确实不明显时，也可不加水。这是土石坝建设的一个新经验。

（12）爆破开采坝料和爆破开挖岩基技术取得长足进展。当前，设计方一般都能按规范要求在招标设计之前进行料场的勘察试验工作，并进行相应阶段坝料开采和碾压试验，提供推荐的爆破方式、参数以及碾压施工参数。

现阶段，堆石坝料爆破开采一般采用梯段爆破和洞室爆破两种形式，前一种方式使用较多。梯段爆破方式以深孔毫秒微差挤压爆破为主，包括排间和孔间两个方向。为了取得适当的级配和经济效果并控制超径石的产生，还对不同条件下梯段高度、超钻量和堵塞结构进行了有益的探索。

坝工界已开始进行电子数码雷管的堆石开采试验，以进一步降低爆破振动强度，减少对周边环境的影响，并改善物料级配。

在开挖岩石坝基界面、料场边界处，普遍采用了减震效果好、外观形象佳的预裂爆破和光面爆破技术，聚能爆破工艺的采用进一步提高了预裂和光面爆破技术的效果。

许多施工企业经过丰富的实践和专业培训，已经成立了有资质、有水平的爆破专业队伍，这是爆破技术得以提高和发展的有力保证。

先进钻孔设备、装药设备的出现，炸药品质的提高和相关先进爆破器材的应用，促进了坝工爆破作业的不断进步。

（13）混凝土面板堆石坝垫层料上游面固坡技术创新多、推广快。我国在面板堆石坝建设初期的一二十年里，垫层料上游坡面的固坡施工基本上采用的是削坡法，即垫层料向上游超宽铺填、碾压，超宽部分用人工或反铲削坡，坡面采用斜坡振动碾或液压平板振动器压实，垫层坡面压实合格后，用水泥砂浆或乳化沥青等实施固坡，然后浇筑混凝土面板。鉴于削坡法施工比较繁琐，加之雨季施工时，坡面会被流水冲蚀等原因，垫层料固坡一直在寻求更为经济、安全的施工方法。经过论证，公伯峡工程在借鉴巴西筑坝经验的基础上，于2002年用研制的挤压边墙机实现了混凝土边墙固坡方法的施工。挤压式边墙施工法以其能够保证垫层料的压实质量和提高上游坡面的防护能力，以及施工简便等特点，很快得到了广泛认可，并迅速得到推广。双沟混凝土面板堆石坝采用的翻模固坡技术，察汗乌苏面板坝使用的移动边墙固坡技术，都取得了不错的效果。

（14）面板施工时坝体预沉降期的选择更加理性。《混凝土面板堆石坝施工规范》（DL/T 5128—2009）提出：坝体预沉降期宜为3～6个月，面板分期施工时，其上部填筑应有一定超高，这是对面板坝施工经验教训的总结。

目前，对于预沉降期的控制还有几种不同的辅助控制手段：①按面板顶部处坝体沉降速率3~5mm/月控制；②在对应坝体主沉降压缩变形完成以后（由沉降过程线可知），安排面板混凝土施工。坝基混凝土防渗墙与趾板间的连接板混凝土浇筑，安排在施工期基本完成变形后进行。坝顶防浪墙的施工时段一般也在面板施工完成后延缓一段时间安排。

（15）新的技术措施为混凝土施工和混凝土质量控制提供有力支持。对于面板混凝土的温度裂缝和干缩裂缝的控制，许多工程都在优化采用高效减水剂、引气剂、减缩剂、增密剂等外加剂，还掺加聚丙烯类纤维或钢纤维、添加粉煤灰、硅粉等改性措施以改善混凝土的性能。混凝土配合比的设计水平不断提高，混凝土养护措施不断改进和创新，使混凝土面板裂缝趋于减少，尤其是在高寒干旱地区效果更为明显。

水泥基渗透结晶型防渗材料的使用，对于减少及弥合混凝土裂缝、提高混凝土后期强度有积极作用，这一新材料在心墙坝混凝土底板、面板堆石坝混凝土面板的补强、防裂和防渗控制中都有使用，而且也形成了具有各自特点的施工工艺。

混凝土拌和站在坝顶附近或坝面布置也成为提高混凝土质量、减少裂缝发生的一个手段。由于混凝土运输距离缩短，运输过程可以简化，混凝土在浇筑仓面具备同样工作性能前提下，水泥用量和水灰比能够减少。

在严寒地区，有的工程在面板水位变动区用真空作业法施工混凝土，由于水灰比明显减少，抗冻性能、耐久性能得以提高。

（16）混凝土面板坝重视实施有效的反渗排水。我国面板坝施工中曾出现过多次因下游水位高于上游水位而导致的反向渗水破坏垫层、固坡层甚至混凝土面板的事故；也有因反渗排水管冻结及附加防渗体施工不当而造成的反渗破坏，反渗问题的预防和处理引起了各方面的普遍重视。经过多年来的不断实践和经验总结，解决这一问题的方法已经成熟，有关要求也已纳入相关规范中。

（17）坝坡防护形式和施工方法有了进步，许多工程十分注意和努力实现护坡与坝面填筑作业的平起施工，并尽可能使用施工机械高效、安全地实施作业。

（18）普遍重视料区、坝区及上坝道路的规划、施工以及运行维护，道路标准明显提升。带式输送机运输坝料方式初显生机。

（19）土石坝的安全检测工作在20世纪70年代、特别是进入20世纪80年代以后得到了较大的发展，自动化检测仪器和检测管理在20世纪90年代得到了逐步推广应用。从小浪底土石坝开始，跷碛、瀑布沟、毛尔盖、糯扎渡等高土石坝均采用了比较先进的安全观测系统。现在，各个工程都十分重视观测仪器的埋设工作，并注意协调填筑施工与埋设工作的矛盾，以确保仪器的安装埋设质量；同时，对施工期的观测也予以关注，以期使用观测资料指导施工和辅助控制填筑施工质量。

（20）沥青混凝土防渗体试验技术和施工工艺基本成熟，施工配合比优化水平不断提高，我国研制生产的一系列有中国特色的施工设备在建设中发挥了积极作用。

近20年来，经过数个大、中型工程的建设实践，在有关单位通力合作攻关下，沥青混凝土材料优化控制技术、沥青混凝土施工工艺技术和沥青混凝土施工机械设备配套等方面，取得重大进展，解决了沥青混凝土机械化施工、沥青混凝土面板低温抗裂、沥青混凝土面板斜坡稳定性以及沥青混凝土的环境影响等问题。随着技术进步和一批大、中型工程的建设，沥青混凝土防渗体施工技术及其工程质量将会进一步提高，沥青混凝土防渗体土石坝的数量会不断增加，筑坝高度也会不断提升。

（21）土石坝的除险加固和加高培厚工程相关施工技术有所创新，在大量实践的基础上，积累了一套行之有效的施工经验。

（22）高原高寒干旱条件下堆石坝快速施工技术取得突破。我国西部、北部多座沥青混凝土堆石坝和高混凝土面板堆石坝、土心墙堆石坝的建成和开工建设，为高原高寒区土石坝的快速施工积累了经验。在一定的负温条件下，就水泥混凝土施工、沥青混凝土浇筑和各种坝料填筑等施工工艺进行了大量的试验研究和实践，取得了丰硕成果。施工过程中，还就环境对施工人员的负面影响和设备效率的不利影响进行了研究分析，对如何减少恶劣条件下施工人员数量和均衡安排施工人员进行了一些尝试，积累了丰富的高原高寒区土石坝施工经验。