水利工程施工中土方填筑施工技術探析

李煒

（甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，蘭州 730030）

1 影響水利工程中土方填筑施工技術效果的主要因素

1.1 機械設備

在一般的水利工程施工期間，如果有土方填筑作業，需要選用施工機械對土方進行開挖、填筑以及碾壓，在此過程中，施工設備的選擇會在一定程度上影響施工效率和質量，致使土方填筑施工作業取得不同的施工結果。以碾壓施工環節為例，在選用機械設備進行土方碾壓時，施工單位通常會從靜壓碾壓、振動碾壓以及夯擊3 種作業類型的施工機械中進行選擇。但是如果機械設備的選型存在問題，最終建造的填筑體密度、含水量都會受到不同程度的影響，從而影響填筑體結構的穩定性。其典型的表現有：采用靜壓碾壓設備處理黏性土時，由于黏性土的干密度小于非黏性土，填筑而成的筑體孔隙比相對較大，最終導致出現難以壓實的現象。

1.2 填筑工藝缺少適配性

不同的施工工藝在土方填筑施工中會產生不同的適配效果，如果水利工程土方填筑施工采用的施工工藝缺少適配性，則施工后填筑體的質量通常無法達到標準。例如，常見的土方填筑施工技術可以搭配均勻填筑法、分堆積填筑法、加筋填筑法等工藝技術，但不同工藝技術適用的施工領域大不相同，典型的表現有，在水利工程的土方開挖后，填筑平面經常出現大面積坑洞或凹陷等情況，這就導致如果繼續在施工中采用均勻填筑法進行填筑施工，新的土料逐層積累，會大幅度增加填筑后的土石料的空隙比。因此，填筑工藝的工藝屬性以及適配性會在一定程度上限制土方填筑施工技術的使用效果，在缺少定量的施工條件和控制手段的情況下，使施工作業難以真正發揮出土方填筑施工技術的優勢[1]。

2 土方填筑施工技術的應用要點分析

2.1 施工準備階段的技術要點

在土方填筑施工前的準備工作階段，施工單位需要根據土方填筑施工技術的使用需求完善施工現場的作業條件，以便制訂完善的土方填筑施工技術方案，保障后續施工能夠常態化進行，可參考某施工單位總結的技術要點，詳述如下。

1）根據土方填筑施工技術的規范要求，施工單位明確要求施工中采用的土料符合土質情況、表觀密度等指標的要求，因此，該施工單位在施工準備階段提前對土料進行質量控制，采用的技術方法有：針對含水量偏高的土料，應用分散處理以及輪換掌子面的方法進行排干處理；針對含水量偏低的土料，采用灌水浸漬的方法加濕，控制最終的土料干密度在1.3～1.6 g/cm3，保障其符合土方填筑施工技術設計要求。

2）在施工準備環節，施工單位秉承施工場地工作清理的專業化原則，對施工場地進行“四通一平”，剔除施工場地中的超徑石塊、雜物以及積水，將控制作業平面完整度、平整度作為土方填筑施工技術的應用要點之一，對于保障的作業效果起到關鍵性作用。

2.2 鋪料階段的施工技術要點

鋪料施工是在挖掘原有土方的基礎上，重新填筑土料以形成設施基底的一項關鍵施工作業。在施工過程中，施工單位根據施工設計中的填筑鋪料厚度、鋪料方法，把控好施工技術方法，使填筑后的土方筑體能夠進行后續施工。在此期間，施工人員需要關注的土方填筑鋪料施工技術要點包含以下方面。

1）在鋪料的布局上，一些常見的堤防工程、水壩施工都需要控制鋪料與壩軸線保持平行位置進行鋪設，并在鋪料過程中重復采用進占法等方式進行倒退式鋪土，以此保障鋪土的均勻性。典型的例子有，某施工單位采用分層鋪土的方式進行土料鋪設，控制每層鋪土厚度在25～40 cm，并且避免了反濾料與防滲料出現混雜的情況。

2）在確定填筑鋪料厚度的過程中，施工單位需提前了解地基的承載能力，并采用有效方法計算出其承載力系數，根據最終的極限值確定填筑材料的壓實度及總重等施工參數。施工中可通過式（1），得出作業面能夠承載的填筑鋪料總重，再根據鋪料的荷載單位計算鋪料體積，從而保障土方填筑施工鋪料的合理性。

式中，T 為填筑鋪料的設計厚度，mm；Q 為土方填筑施工中地基承受荷載，kN；K 為地基承載能力系數（可選用CBR 值計算）；C 為填筑土料的抗壓強度，kN/mm。

2.3 填筑壓實的施工技術要點

在完成土方施工場地的土料鋪料環節之后，由于土料顆粒之間存在孔隙，不能完全用于土基，需要施工人員采用壓實的方法進一步優化填筑施工效果。在該施工環節中，施工人員需要關注的技術要點包括壓實施工的設計、設備與工藝的選擇。在壓實施工的設計方面，施工單位主要應當考慮壓實遍數和壓實過程中的受力系數，通過控制以上施工設計因素，有效控制土方鋪料在壓實過后的總密度，保證已經完成施工的土方能夠正式用于其他環節施工。

如表1 所示，某施工單位根據壓實器具的選擇，對土方填筑施工壓實環節的壓實遍數進行施工設計。通過控制壓實效率與壓實效果之間的平衡關系，不僅能夠避免施工中出現因碾壓不足而造成的土壤孔隙率較大的情況，還能保障碾壓施工在預期的施工標準時間內完成，保障施工的整體效率[2]。

表1 填筑壓實遍數設計

3 優化土方填筑施工技術的有效方法

3.1 定期對土料進行試驗分析

水利工程施工當中的土料質量以及性能是否符合標準，決定著土方填筑施工技術是否能夠正常使用，因此，在施工期間，施工單位需對料場的土料進行試驗檢測，獲取土料的施工數據與信息，為土方填筑施工技術的實施提供完善的施工條件。首先，施工單位應當對土料多種情況下的含水量情況進行測定，選擇其中符合施工需求的土料類型進行施工。施工單位在土方填筑施工之前，對料場土料的最大干密度及最佳含水率進行試驗，最終選擇出平均含水率及土壤干密度更符合施工質量要求的土料進行施工，不僅大幅度降低了壓實施工的難度，同時能夠保障鋪料后的土方穩定性。其次，在對土料濕密度進行測試時，施工人員應當根據環刀質量等數據獲取土料的濕密度信息，取其中平行差值較小的土料進行施工，保障后續填筑的土方能夠順利壓實，保障技術使用過程中具備充足且優質的材料條件，從而優化技術的使用效果。

3.2 施工過程需計算土方工程量

土方工程量是土方填筑施工中需進行填筑施工的實際工程量，在土方填筑施工技術的使用期間，施工人員需要采用有效的方法，對土方工程量進行精細計算，這不僅有利于合理分配土方填筑施工的技術資源，施工單位還能就此制訂詳細的工程進度計劃，保障土方填筑施工項目按時進行。為了保障土方工程量計算的準確性，施工單位需要合理選擇計算方法、明確計算路徑，保證計算數據來源的可靠性與真實性。

1）在計算方法的選擇上，能夠適用于水利工程土方填筑施工計算工程量的方法有方格網計算法。該計算方法通過將填筑的平面劃分為多個區塊，利用各區塊填筑的標高精準計算出土方工程總量。盡管施工中需要填筑的土方平面并不規則，但采用網格法統計土方工程量能有效控制總量計算的偏差，為土方填筑施工技術的應用與決策制定提供參考。

2）在計算路徑的選擇上，施工人員可以將土方相鄰兩角點作為挖方或填方工程量的參考點，再根據工程的填方或挖方屬性（如一點填方、二點填方、三點填方或四點填方）選取相應的計算路徑。用此方法計算得出土方開挖量，施工單位按照計算的土方工程量制備材料或填筑，保障土方填筑施工技術的正常應用。

3.3 采用模型技術處理施工數據信息

在土方填筑施工中，一些施工單位常因施工數據計算錯誤，導致按照施工計劃用于填方的土料不足，最終出現土方凹陷的現象，影響了土方填筑施工技術的使用效果。為了有效預防該問題，施工單位可采用信息化模型技術，提前通過建模來獲取土方填筑施工中的可視化信息，明確土料用量、鋪設厚度及碾壓次數等，保障土方填筑施工質量與效率?？梢越Y合土方填筑施工的實際需求，基于BIM 技術的施工數據進行分析。在土方填筑施工中，具體的應用方法為：（1）在一些水利工程的土方填筑施工中，填方與挖方的工程量并非始終保持一致，因此，施工單位可采用BIM 信息模型下的模擬插件，對預定施工地點的土方挖填量進行模擬計算，以此使填挖量趨于平衡。（2）信息化模型可以較為精準地模擬出土方填筑施工的土壤類型、密度、含水量及顆粒大小等數據，通過利用模型還原最真實的施工場景，有利于施工期間對土方填筑施工技術方案進行有效調整。例如，根據可視化模型提供的土壤數據，確定填筑后的土方采用靜壓碾壓或振動碾壓等技術方法，以此來保障碾壓后的土方壓實度能夠達到施工質量設計標準。

3.4 有序開展結合部位的處理施工作業

水利工程結合部位的處理與修復是土方填筑施工作業的一項重要工作環節。在實際施工中，施工人員需要著重關注施工作業的落實，并采用有效的技術對結合部位進行保護處理，以優化土方填筑施工技術的使用效果。（1）對于水利工程壩身以及混凝土結構物的連接部位，采用土方填筑施工技術作業時，施工人員應當將結合面表面的污物沖洗干凈，并采用68%濃黏性漿或者水泥砂漿鋪設厚度低于5 mm 的保護層來保護結合面。（2）在黏性土、礫質土壩基的結合部位處理上，土方填筑施工中應優先處理表面積水，再采用防滲體土料覆蓋50～80 mm 厚度的填筑層，應用輕型機械壓實方法提高土料鋪設的密實度。

4 結語

綜上所述，土方填筑施工技術的應用效果與水利工程施工的質量及效率息息相關，在大力倡導可持續化工程理念的背景下，研究并應用創新型的土方填筑施工技術已成為水利工程行業的一項重點發展任務。因此，施工單位應將土方填筑施工技術應用到場地準備、施工計算及土方填筑等多個施工環節，打造出具有前瞻性、適應性、務實性的土方填筑施工技術方案，保障水利工程中填筑體及設施建設的質量。