1.3 碾壓式土石壩施工的技術進步

（1）因地制宜制定河道水流控制方案。21世紀以來修建的高壩，相當重視壩體施工中對河道水流的控制，各個項目都能根據環境和自身條件采取適宜的水流控制度汛方式，以期取得最優的技術經濟效果。

（2）深覆蓋層處理技術不斷步上新臺階。用混凝土防滲墻、帷幕灌漿等手段進行一般深度覆蓋層的防滲處理，我國已有多年的經驗積累。20世紀90年代以后，高壩深覆蓋層處理技術水平快速提高（包括灌漿自動記錄儀和灌漿強度值法、穩定漿液法控制技術的應用）；另外還有新型防滲墻用混凝土配比研制及優質泥漿的采用；沖擊反循環鉆機的研制；防滲墻快速施工工藝研究及液壓雙輪銑的引進消化的研制等。防滲墻的施工機械已由單一的鋼繩沖擊鉆機發展為沖擊反循環鉆機、抓斗、液壓銑槽機等，創造了鉆-抓、銑-抓、銑-抓-鉆等新的施工方法，在我國西部不斷創造著防滲墻深度的新紀錄和上墻下幕方式截斷深厚覆蓋層的新成果。我國的土石壩防滲墻施工技術已達到世界領先水平。

（3）對土石壩施工分期分區的認識有所提高。施工實踐表明，壩體分期填筑其高差不宜過大，過大的高差不利于壩體的協調變形。根據《混凝土面板堆石壩施工規范》（DL/T 5128—2009）的要求，壩體堆石區縱、橫向分期填筑高差不宜大于40m。公伯峽面板堆石壩等工程采取多種措施，實現了壩體全斷面均衡上升的平起施工，水布埡面板壩分區最大高差為32m，洪家渡壩最大高差小于40m；三板溪面板堆石壩經反復論證后，采用分區填筑高差最大為45m。水布埡壩采用先行填筑下游區的施工安排（又稱“反抬法”），這對提高壩體的抗變形能力也有利。總之，填筑施工應盡量平起連續，宜從上游往下游依次填筑，可以后高前低。

有數座高于150m的高壩，在綜合協調度汛、關鍵工期節點等因素前提下，采取相應措施，將壩體分期填筑高差盡量控制在較小幅度（30m左右）。分區填筑高差不能減小時，可增設層次，其增設平臺的寬度不小于30m。面板分期施工時，先期施工的面板頂部填筑應有一定超高，這可減少后期壩體沉降對面板的不利影響。這一超高許多工程都控制在10m以上。

（4） 成功開發應用土石方調配動態平衡系統。經過優化的土石方調配方案不僅有利于降低施工成本、加快施工進度，同時通過提高直接上壩率、減少棄料和料場開挖量等途徑，有利于保護生態環境。在以往的土石方調配實踐中，多是憑借管理者經驗進行規劃和管理，存在一些考慮不周而影響工程進度和成本的現象，難以達到優化調配的效果；目前這一定性模型已經提出，并得到初步應用。

（5）連續均衡地進行壩體填筑施工。如何有效地控制壩體沉降是面板堆石壩施工的一個難點，尤其是如何防范壩體不均勻沉降對混凝土面板、壩體內部應力分布和止水系統的不利影響更是難點中的難點。因此，盡可能實現均衡連續上升則是施工管理工作的重點。21世紀以來，修建的高面板壩均對此給予了足夠的重視，并取得了良好的效果。狹窄河谷、不對稱河谷的土石壩填筑都給予均衡施工以足夠的重視。

（6）優選重型碾壓設備，壩體壓實質量逐步提高。當前土石壩施工中，重視優選重型振動碾壓設備，其工作質量都不小于10t，自身質量為18～26t的牽引式振動碾和總質量為26t的自行式振動碾得到較多應用。近年來修建的100～200m級高面板壩，由于采用了大噸位且激振力較高的振動碾以及相關配套措施，壓實孔隙率已普遍優于20世紀末期發布的面板壩設計規范中建議的填筑標準。其中，200m級幾座高壩堆石體的壓實孔隙率都控制在20%以內，在天生橋壩（高178m）的基礎上降低了2%。也有高面板壩對3C區次堆石料應用重型振動碾和沖擊碾組合壓實，以達到和3B區同量級的密實度（孔隙率、壓縮模量），力求改善壩體變形性能。

洪家渡工程經現場碾壓試驗和慎重論證，將沖擊碾壓技術首先應用于下游堆石。鑒于壓實效果明顯，在壩體主堆石區局部區域也采用了沖擊碾壓工藝。實踐表明，沖擊碾壓具有鋪填厚度大、工作效率高等優點，土石壩填筑施工中針對部分壩料和特定區域有一定的應用價值，其應用前景還有待實踐的進一步檢驗。

32t及以上級的超重自行式振動碾在超高土石壩和個別特殊壩料的壓實施工中也得到使用，應用前景被看好。

（7）礫質土料施工技術進入新階段。超高心墻堆石壩對防滲土料的性能要求很高，不僅要求有較好的防滲性能和抗滲穩定性，還要有比一般高壩要求更高的力學性能。近20年來，對碎石土風化料、寬級配礫質土作為防滲土料的應用，研究實踐了不同的開采、加工、碾壓施工方法，拓寬了防滲土料的范圍，開始了超高壩心墻料施工技術的新階段。

（8）壩體堆石填筑質量控制采用新的技術手段。附加質量法（也稱“激振波測量法”）檢測堆石體密度是一種快速、無損檢測新方法，能適用于不同粒徑組成的堆石體。該方法在小浪底土斜墻堆石壩、洪家渡面板堆石壩、水布埡面板堆石壩、糯扎渡心墻堆石壩等工程中運用的結果表明，測試精度能夠滿足堆石體密度檢測工作需要，并能做到單元工程的全過程控制。

基于GPS、GIS的實時過程監控系統，對碾壓機械行走軌跡、行進速度以及激振力指標進行監控，實現壩體填筑碾壓適時、連續和自動控制，良好的可視化界面，在減少現場施工和監理人員工作量、提高施工效率的同時，有效地保障了壩體填筑質量。水布埡面板壩、糯扎渡心墻壩、瀑布溝心墻壩、黔中面板壩、毛爾蓋心墻壩等工程都采用這一監控系統進行質量管理。

全質量檢測法（也稱“壓實變形檢測法”）在洪家渡、泰安等工程中用于填筑質量檢測，效果不錯。這是一種在壩料碾壓后，按方格網測量節點部位的壓實沉降量（取平均值），與事先試驗率定數據對比，以檢測碾壓質量的方法。

公伯峽等面板堆石壩用K30（K50）小型載荷板法輔助檢測壩體填筑質量，其測試數據可以和變形模量相關聯，對掌握施工期壩體變形有一定效果。

落球檢測技術是一項新的現場測試技術，和K30（K50）法原理有相似之處，它效率高，適應面廣，不僅可以直接測試巖土體的變形特性，還可以測試其強度指標。通過標定，還可以測試壩料（特別是粗粒土）的干密度等指標。這在土石壩填筑的質量控制中有一定的應用前景。

（9）質地不均勻的土料和礫質土的壓實度監測普遍采用三點擊實法。高土質心墻堆石壩采用礫質土作為心墻料已是發展趨勢，而礫質土的壓實質量已成為施工控制的重點。近年來，數個項目對壓實效果的檢測實踐了幾種控制方法，普遍認可用三點擊實法檢測粒徑小于20mm細料的壓實度作為控制標準，全料的壓實度作為復核標準。實踐證明，用細料的壓實度來控制填筑礫質土體的壓實質量是合適的。

礫質土料壓實度監測目前有3種辦法可供選擇：即全料控制法、細料控制法、質量補償法等；質量補償法又可分為全料質量補償法和細料質量補償法。

（10）在總結經驗教訓的基礎上，在建設的各個階段都十分重視料場的勘察和相關試驗工作。

（11）壩料填筑碾壓試驗、壩料摻合試驗工作水平在工程實踐中不斷提高。蹺磧、瀑布溝、毛爾蓋、糯扎渡、兩河口、雙江口等礫質土心墻壩在摻合試驗、碾壓試驗中已經積累了豐富的經驗，有的工程還做了平鋪立采和拌和機摻配礫質土料的試驗。當前業界已對各階段相關試驗的要求達成共識。

填筑土料調整含水量的工作，在地質勘探設計、施工及有關方面共同努力下，基本上明確了建設各階段應該進行的工作深度，并總結出在不同土料缺水程度不一的情況下，應進行的配水試驗和施工配水程序。高含水土料降低含水量工藝也有了大量的施工實踐，并積累了一定的經驗。

壩體堆石料填筑適量加水碾壓，在激振力作用下，可提高壓實密度，減少壩體運行期沉降量。加水量可通過碾壓試驗分析確定。對于軟化系數大的新鮮堅硬巖石，加水效果確實不明顯時，也可不加水。這是土石壩建設的一個新經驗。

（12）爆破開采壩料和爆破開挖巖基技術取得長足進展。當前，設計方一般都能按規范要求在招標設計之前進行料場的勘察試驗工作，并進行相應階段壩料開采和碾壓試驗，提供推薦的爆破方式、參數以及碾壓施工參數。

現階段，堆石壩料爆破開采一般采用梯段爆破和洞室爆破兩種形式，前一種方式使用較多。梯段爆破方式以深孔毫秒微差擠壓爆破為主，包括排間和孔間兩個方向。為了取得適當的級配和經濟效果并控制超徑石的產生，還對不同條件下梯段高度、超鉆量和堵塞結構進行了有益的探索。

壩工界已開始進行電子數碼雷管的堆石開采試驗，以進一步降低爆破振動強度，減少對周邊環境的影響，并改善物料級配。

在開挖巖石壩基界面、料場邊界處，普遍采用了減震效果好、外觀形象佳的預裂爆破和光面爆破技術，聚能爆破工藝的采用進一步提高了預裂和光面爆破技術的效果。

許多施工企業經過豐富的實踐和專業培訓，已經成立了有資質、有水平的爆破專業隊伍，這是爆破技術得以提高和發展的有力保證。

先進鉆孔設備、裝藥設備的出現，炸藥品質的提高和相關先進爆破器材的應用，促進了壩工爆破作業的不斷進步。

（13）混凝土面板堆石壩墊層料上游面固坡技術創新多、推廣快。我國在面板堆石壩建設初期的一二十年里，墊層料上游坡面的固坡施工基本上采用的是削坡法，即墊層料向上游超寬鋪填、碾壓，超寬部分用人工或反鏟削坡，坡面采用斜坡振動碾或液壓平板振動器壓實，墊層坡面壓實合格后，用水泥砂漿或乳化瀝青等實施固坡，然后澆筑混凝土面板。鑒于削坡法施工比較繁瑣，加之雨季施工時，坡面會被流水沖蝕等原因，墊層料固坡一直在尋求更為經濟、安全的施工方法。經過論證，公伯峽工程在借鑒巴西筑壩經驗的基礎上，于2002年用研制的擠壓邊墻機實現了混凝土邊墻固坡方法的施工。擠壓式邊墻施工法以其能夠保證墊層料的壓實質量和提高上游坡面的防護能力，以及施工簡便等特點，很快得到了廣泛認可，并迅速得到推廣。雙溝混凝土面板堆石壩采用的翻模固坡技術，察汗烏蘇面板壩使用的移動邊墻固坡技術，都取得了不錯的效果。

（14）面板施工時壩體預沉降期的選擇更加理性。《混凝土面板堆石壩施工規范》（DL/T 5128—2009）提出：壩體預沉降期宜為3～6個月，面板分期施工時，其上部填筑應有一定超高，這是對面板壩施工經驗教訓的總結。

目前，對于預沉降期的控制還有幾種不同的輔助控制手段：①按面板頂部處壩體沉降速率3~5mm/月控制；②在對應壩體主沉降壓縮變形完成以后（由沉降過程線可知），安排面板混凝土施工。壩基混凝土防滲墻與趾板間的連接板混凝土澆筑，安排在施工期基本完成變形后進行。壩頂防浪墻的施工時段一般也在面板施工完成后延緩一段時間安排。

（15）新的技術措施為混凝土施工和混凝土質量控制提供有力支持。對于面板混凝土的溫度裂縫和干縮裂縫的控制，許多工程都在優化采用高效減水劑、引氣劑、減縮劑、增密劑等外加劑，還摻加聚丙烯類纖維或鋼纖維、添加粉煤灰、硅粉等改性措施以改善混凝土的性能。混凝土配合比的設計水平不斷提高，混凝土養護措施不斷改進和創新，使混凝土面板裂縫趨于減少，尤其是在高寒干旱地區效果更為明顯。

水泥基滲透結晶型防滲材料的使用，對于減少及彌合混凝土裂縫、提高混凝土后期強度有積極作用，這一新材料在心墻壩混凝土底板、面板堆石壩混凝土面板的補強、防裂和防滲控制中都有使用，而且也形成了具有各自特點的施工工藝。

混凝土拌和站在壩頂附近或壩面布置也成為提高混凝土質量、減少裂縫發生的一個手段。由于混凝土運輸距離縮短，運輸過程可以簡化，混凝土在澆筑倉面具備同樣工作性能前提下，水泥用量和水灰比能夠減少。

在嚴寒地區，有的工程在面板水位變動區用真空作業法施工混凝土，由于水灰比明顯減少，抗凍性能、耐久性能得以提高。

（16）混凝土面板壩重視實施有效的反滲排水。我國面板壩施工中曾出現過多次因下游水位高于上游水位而導致的反向滲水破壞墊層、固坡層甚至混凝土面板的事故；也有因反滲排水管凍結及附加防滲體施工不當而造成的反滲破壞，反滲問題的預防和處理引起了各方面的普遍重視。經過多年來的不斷實踐和經驗總結，解決這一問題的方法已經成熟，有關要求也已納入相關規范中。

（17）壩坡防護形式和施工方法有了進步，許多工程十分注意和努力實現護坡與壩面填筑作業的平起施工，并盡可能使用施工機械高效、安全地實施作業。

（18）普遍重視料區、壩區及上壩道路的規劃、施工以及運行維護，道路標準明顯提升。帶式輸送機運輸壩料方式初顯生機。

（19）土石壩的安全檢測工作在20世紀70年代、特別是進入20世紀80年代以后得到了較大的發展，自動化檢測儀器和檢測管理在20世紀90年代得到了逐步推廣應用。從小浪底土石壩開始，蹺磧、瀑布溝、毛爾蓋、糯扎渡等高土石壩均采用了比較先進的安全觀測系統。現在，各個工程都十分重視觀測儀器的埋設工作，并注意協調填筑施工與埋設工作的矛盾，以確保儀器的安裝埋設質量；同時，對施工期的觀測也予以關注，以期使用觀測資料指導施工和輔助控制填筑施工質量。

（20）瀝青混凝土防滲體試驗技術和施工工藝基本成熟，施工配合比優化水平不斷提高，我國研制生產的一系列有中國特色的施工設備在建設中發揮了積極作用。

近20年來，經過數個大、中型工程的建設實踐，在有關單位通力合作攻關下，瀝青混凝土材料優化控制技術、瀝青混凝土施工工藝技術和瀝青混凝土施工機械設備配套等方面，取得重大進展，解決了瀝青混凝土機械化施工、瀝青混凝土面板低溫抗裂、瀝青混凝土面板斜坡穩定性以及瀝青混凝土的環境影響等問題。隨著技術進步和一批大、中型工程的建設，瀝青混凝土防滲體施工技術及其工程質量將會進一步提高，瀝青混凝土防滲體土石壩的數量會不斷增加，筑壩高度也會不斷提升。

（21）土石壩的除險加固和加高培厚工程相關施工技術有所創新，在大量實踐的基礎上，積累了一套行之有效的施工經驗。

（22）高原高寒干旱條件下堆石壩快速施工技術取得突破。我國西部、北部多座瀝青混凝土堆石壩和高混凝土面板堆石壩、土心墻堆石壩的建成和開工建設，為高原高寒區土石壩的快速施工積累了經驗。在一定的負溫條件下，就水泥混凝土施工、瀝青混凝土澆筑和各種壩料填筑等施工工藝進行了大量的試驗研究和實踐，取得了豐碩成果。施工過程中，還就環境對施工人員的負面影響和設備效率的不利影響進行了研究分析，對如何減少惡劣條件下施工人員數量和均衡安排施工人員進行了一些嘗試，積累了豐富的高原高寒區土石壩施工經驗。