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1、第四章 土石坝工程.txt54就让昨日成流水，就让往事随风飞，今日的杯中别再盛着昨日的残痕；唯有珍惜现在，才能收获明天。第四章 土石坝工程本章重点：料场规划内容和选用的原则；土方工程挖运机械的类型及适用条件；挖运机械配套方案的选择与计算；坝面作业有的关问题；土石坝施工的质量控制。其中、是本章的重点和难点。第一节 土石料场的规划本节重点了解料场规划的内容和选用的基本原则。料场的规划分为时间上的规划、空间上的规划、质与量的规划等。一、时间上的规划所谓时间规划,就是要考虑施工强度和坝体填筑部位的变化。随着季节及坝前蓄水情况的变化,料场的工作条件也在变化。在用料规划上应力求做到上坝强度高时用近料场,低
2、时用较远的料场,使运输任务比较均衡。对近料和上游易淹的料场应先用,远料和下游不易淹的料场后用；含水量高的料场旱季用,含水量低的料场雨季用。在料场使用规划中,还一部分近料场供合龙段填筑和拦洪渡汛高峰强度时使用。此外,还应对时间和空间否则会产生事与愿违的后果。二、空间上的规划所谓空间规划,系指对料场位置、高程的恰当选择,合理布置。土石料的上坝运距尽可能短些,高程上有利于重车下坡,减少运输机械功率的消耗。近料场不应因取料影响坝的防渗稳定和上坝运输；也不应使道路坡度过陡引起运输事故。坝的上下游、左右岸最好都选有料场,这样有利于上下游左右岸同时供料,减少施工干扰,保证坝体均衡上升。用料时原则上应低料低用
3、,高料高用,当高料场储量有余裕时,亦可高料低用。同时料场的位置应有利于布置开采设备、交通及排水通畅。对石料场尚应考虑与重要建筑物、构筑物、机械设备等保持足够的防爆、防震安全距离。三、质与量上的规划料场质与量的规划,是料场规划最基本的要求,也是决定料场取舍的重要因素。在选择和规划使用料场时,应对料场的地质成因、产状、埋深、储量以及各种物理力学指标进行全面勘探和试验。勘探精度应随设计深度加深而提高。在施工组织设计中,进行用料规划,不仅应使料场的总储量满足坝体总方量的要求,而且应满足施工各个阶段最大上坝强度的要求。料尽其用,充分利用永久和临时建筑物基础开挖碴料是土石坝料场规划的又一重要原则。为此应增
4、加必要的施工技术组织措施,确保碴料的充分利用。第二节 土石料挖运方案本节重点：组织土石方工程施工综合机械化的基本原则的原则；土方工程挖运机械的类型及适用条件；常见挖运方案及其使用条件；挖土机和汽车生产能力计算；挖运强度和挖运机械数量的确定。其中是本节的难点。一、综合机械化施工的基本原则1、充分发挥主要机械的作用2、挖运机械应根据工作特点配套选择3、机械配套要有利于使用、维修和管理4、加强维修管理工作，充分发挥机械联合作业的生产力，提高其时间利用系数。5、合理布置工作面、改善道路条件，减少继续的运转时间。二、挖运机械1、挖掘机（1）单斗挖掘机按用途分：建筑用；专用按行走装置分：履带式、汽车式、轮
5、胎式和步行式按传动装置分：机械传动、液压传动和液力机械传动按工作装置分：正向铲、反向铲、拉（索）铲、抓铲按动力装置分：内燃机驱动、电力驱动按斗容量分：0.5m3、1m3、2m3等（2）多斗式挖掘机有采砂船和斗轮式挖掘机等2、挖运组合机械（1）推土机以拖拉机为原动机械，另加切土刀片的推土器，既可薄层切土又能短距离推运。（2）铲运机按行走方式，铲运机分为牵引式和自行式。前者用拖拉机牵引铲斗，后者自身有形式动力装置。现在多用自行式。3、运输机械运输机械有循环式和连续式两种。循环式有有轨机车和机动灵活的汽车。一般工程自卸汽车的吨位是1035t，汽车吨位的大小应根据需要并结合路涵条件来考虑。最常用的连续
6、式运输机械是带式运输机。根据有无行驶装置，分为移动式和固定式两种。前者多用于短途运输和散料的装卸堆存，后者常用于长距离的运输。三、挖运设备生产能力1、挖掘机小时生产率： 式中 q土料的集合容积，m3；n对单斗挖掘机系指每分钟循环工作次数，对于多斗挖掘机系指每分钟倾倒的土斗数量； 土斗的充盈系数，表示实际装料容积与土斗几何容积的比值，对于正向铲可取1，对于反向铲可取0.9； 土的松散系数，系指挖土前的实土与挖后松土的体积比值，其大小与土料的等级有关，对于级土为0.9130.83，级土为0.880.78，土为0.810.71，土为0.790.73； 时间利用系数，表示挖掘机时间利用程度，可取0.8
7、0.9； 联合作业延误系数，考虑运输工具影响挖掘机的工作时间，有运输工具配合时，可取0.9，无运输工具配合时应取1。2、运输机械循环式运输机械数量确定 式中 QT运输强度；q运输工具装载的有效方量；T1 一昼夜或一班的时间，min；T2 一昼夜或一班内运输工具的非工作的时间，min；t运输工具周转一次的循环时间min。连续式运输机械 四、挖运强度和挖运机械数量的确定1、挖运强度的确定（1）上坝强度 式中 V分期完成的坝体设计方量（m3），以压实方计； Kd坝体沉陷影响系数，可取1.031.05；K施工部均衡系数，可取1.21.3；Kt坝面作业土料损失系数，可驱0.90.95；T施工分期的有效工
8、作日数。（2）运输强度 式中 KC压实影响系数， ， 为坝体设计干容重，t/ m3， 为土料运输的松散容重，t/ m3；K2运输损失系数，可取0.950.99。（3）开挖强度 式中 压实系数，为坝体设计干容重 与土料天然容重 的比值；K3土料开挖损失系数。一般取0.920.97。2、挖运机械数量确定挖掘机装车斗数： 式中 Q自卸汽车的载重量，t；q选定挖掘机的斗容量，m3；配套一台挖掘机所需自卸汽车数量n： 式中 Pa 一辆汽车的生产率，m3 /h；PC 一台挖掘机的生产率，m3/h。满足施工高峰期上坝强度的挖掘机数量： 满足施工高峰期上坝强度的汽车的数量： 五、综合机械化方案选择综合机械化方
9、案选择土石坝工程量巨大,挖、运、填、压等多个工艺环节环环相扣。提高劳动生产率,改善工程质量,降低工程成本的有效措施是采用综合机械化施工。选择机械化施工方案通常应考虑如下原则:1、适应当地条件，保证施工质量，生产能力满足整个施工过程的要求；2、机械设备性能机动、灵活、高效、低耗、运行安全、耐久可靠；3、通用性强,能承担先后施工的工程项目,设备利用率高；4、机械设备要配套,各类设备均能充分发挥效率,特别应注意充分发挥主导机械的效率,譬如在挖、运、填、压作业中,应充分发挥龙头机械挖掘机的效率,以期为其他作业设备效率的提高,提供必要的前提和保证；5、设备购置及运行费用低,易于获得零、配件,便于维修、保
10、养、管理和调度；6、应从采料工作面、回车场地、路桥等级、卸料位置、坝面条件等方面创造相适应的条件，以便充分发挥挖、运、填、压各种机械的效能。第三节 坝面作业本节内容、要求：坝面作业的施工程序、特点和要求；土方压实的基本理论；压实机械和压实方法；压实标准和压实参数；坝面流水作业组织原理和方法；土料压实的现场实验。以上至是本节的重点和难点。一、坝面作业施工组织规划坝面作业施工程序包括：铺土、平土、洒水、压实（对于粘性土采用平碾，压实后尚须刨毛以保证层间结合的质量）、质检等工序。二、压实机械及其生产能力的计算1、压实机械及其压实方法（1）羊脚碾羊脚碾的羊脚插入土中，不仅使羊脚端部的土料受到压实，而且
11、使侧向土料受到挤压，从而达到均匀压实的效果。在压实过程中，羊脚对土有翻松作用，无需刨毛就能保证土料层间结合。（2）震动碾是一种震动与压实相结合的机械。震动碾结构简单,制作方便,成本低廉,生产率高,是压实非粘性土石料的高效压实机械。（3）气胎碾气胎碾在碾压土料时,气胎随土体的变形而变形。随着土体压实密度的增加,气胎的变形也相应增加,从而使气胎与土体的接触面积随之增大,始终能保持较为均匀的压实效果,它与刚性碾比较,气胎不仅对土体的接触压力分布均匀而且作用时间长,压实效果好,压实土料厚度大,生产效率高。气胎碾可根据压实土料的特性调整其内压力,使气胎对土体的压力始终保持在土料的极限强度内。通常气胎的内
12、压力,对粘性土以(56)105Pa、非粘性土以(24)105Pa最好。平碾碾滚是刚性的,不能适应土体的变形,荷载过大就会使碾滚的接分布图触应力超过土体极限强度,这就限制了这类碾朝重型方向发展。气胎碾却不然,因着清我的增加,气后与土体的接他面增大,接触应力仍不致超过土体的极限强度。所以只要牵引力能满足要求,就不妨碍气胎碾朝重型高效方向发展。（4）夯板及其压实方法夯板可以吊装在去掉土斗的挖掘机的臂杆上,借助卷扬机操纵绳索系统使穷板上升。夯击土料时将索具放松,使夯板自由下落,夯实土料,其压实铺土厚度可达1m,生产效率较高。对于大颗粒填料可用夯板夯实,其破碎率比用碾压机械压实大得多。为了提高夯实效果,
13、适应夯实土料特性,在夯击粘性土料或略受冰冻的土料时,尚可将夯板装上羊脚,即成羊脚夯。2、压实机械生产率（1）碾压机械生产率 式中 n碾压遍数； 碾的行驶速度，m/h；B碾压带宽度，m；C碾压带搭接宽度，m；h碾压层厚度，m。（2）夯实机械生产率 式中 n夯实遍数； 每分钟夯击次数，m/h；B夯板底宽，m；C夯迹重叠宽度，m；h夯实厚度 m。3、压实机械的选择择压实机械的原则：选能取得的设备类型；可够满足设计压实标准；能土料的物理力学性质相适应；与足施工强度要求；满备类型、规格与工作面的大小、压实部位相适应；设施工队伍现有装备和施工经验等。三、压实标准与压实参数1、土料压实标准粘性土用干容重 来
14、控制；非粘性土用相对密度D来控制。在实际工程中用相对干容重控制。 2、压实参数的确定通过压实试验确定。第四节 土石坝施工的质量控制本节重点：掌握坝面质量检查内容和要求。一、料场的质量检查和控制对土料场应经常检查所取土料的土质情况、土块大小、杂质含量和含水量是否符合规范规定。其中含水量的检查和控制尤为重要。经测定,若土料的含水量偏高,一方面应改善料场的排水条件和采取防雨措施,另一方面需将含水量偏高的土料进行翻晒处理,或采取轮换掌子面的办法,使土料含水量降低到规定范围再开挖。倘以上方法仍难满足要求,可以采用机械烘干法烘干。当土料含水量不均匀时,应考虑堆筑“土牛”(大土堆),使含水量均匀后再外运。当
15、含水量偏低时,对于粘性土料应考虑在料场加水。料场加水量。可按下式计算: 二、坝面的质量检查和控制在坝面作业中,而对铺土厚度、填土块度、含水量大小，压实后的干容重等进行检查,并提出质量控制措施。对粘性土,含水量的检测是关键。干容重取样试验结果,其合格率应不小于90%,不合格干容重不得低于设计干容重的98%,且不合格样不得集中。干容重的测定,粘性土一般可用体积为200500cm3的环刀测定；砂可用体积为500cm3的环刀测定；砾质土、砂砾料、反滤料用灌水法或灌砂法测定；堆石因其空隙大,一般用灌水法测定。当砂砾料因缺乏细料而架空时,也用灌水法测定。根据地形、地质、坝料特性等因素,在施工特征部位和防渗
16、体中,选定一些固定取样断面,沿坝高510m,取代表性试样(总数不宜少于30个)进行室内物理力学性能试验,作为核对设计及工程管理之根据。此外,还须对坝面、坝基、削坡、坝肩接合部、与刚性建筑物连接处以及各种土料的过渡带进行检查。对土层层间结合处是否出现光面和剪力破坏应引起足够重视,认真检查。对施工中发现的可疑问题,如上坝土料的土质、含水量不合要求,漏压或碾压遍数不够,超压或碾压遍数过多,铺土厚度不均匀及坑洼部位等应进行重点抽查,不合格者返工。对于反滤层、过渡层、坝壳等非粘性土的填筑,主要应控制压实参数,如不符要求,施工人员应及时纠正。在填筑排水反滤层过程中,每层在2525m2的面积内取样12个；对
17、条形反滤层,每隔50m设一取样断面,每个取样断面每层取样不得少于4个,均匀分布在断面的不同部位,且层间取样位置应彼此对应。对于反滤层铺填的厚度、是否混有杂物、填料的质量及颗粒级配等应全面检查。通过颗粒分析,查明反滤层的层间系数(D50/d50)和每层的颗粒不均匀系数（d60/d10）是否符合设计要求。如不符要求,应重新筛选,重新铺填。土坝的堆石棱体与堆石体的质量检查大体相同。主要应检查上坝石料的质量、风化程度、石块的重量、尺寸、形状、堆筑过程有无离析架空现象发生等。对于堆石的级配、孔隙率大小，应分层分段取样,检查是否符合规范要求。随坝体的填筑应分层埋设沉降管,对工过程中坝体的沉陷进行定期观测,
18、并作出沉陷随时间的变化过程线。对于填筑土料、反滤料、堆石等的质量检查记录,应及时整理,分别编号存档,编制数据库。第五节 面板堆石坝施工本节重点：面板堆石坝施工质量控制要点。-、堆石材料质量要求和坝体材料分区面板堆石坝上游面有薄层面板,面板可以是刚性钢筋混凝土的,也可以是柔性沥青混凝土的。坝身主要是堆石结构。良好的堆石材料,尽量减少堆石体的变形,为面板正常工作创造条件,是坝体安全运行的基础。1、堆石材料的质量要求.1为保证堆石体的坚固、稳定,主要部位石料的抗压强度不应低于7800104Pa,当抗压强度只有49005900104Pa时,只能布置在坝体的次要部位。2)石料硬度不应低于莫氏硬度表中的第
19、三级,其韧性不应低于2kg?m/cm2。3)石料的天然容重不应低于2.2t/m3,石料的容重越大,堆石体的稳定性越好。4）石料应具有抗风化能力,其软化系数水上不低于0.8,水下不应低于0.85。5)堆石体碾压后应有较大的密实度和内摩擦角,且具有一定渗透能力。堆石体的边坡取决于填筑石料的特性与荷载大小,对于优质石料,坝坡一般在1：1.3左右。2、面板堆后坝的坝体分区坝体部位不同,受力状况不同,对填筑材料的要求也不同,所以应对坝体进行分区。1）垫层区垫层区的主要作用在于为面板提供平整、密实的基础,将面板承受的水压力均匀传递给主堆石体。为防止因面板裂缝、接缝漏水在寒冷季节产生冻涨现象,故采用最大粒径
20、150、级配良好、石质新鲜的碎石，粒径小于0.1的含量部大于5%，渗透系数部小于10-3cm/s，压实后的平均孔隙率小于21%，垫层去的水平宽度为4m。2）过渡区位于垫层区和主堆区之间，其主要作用是保护垫层区在高水头作用下部产生破坏。3）主堆区是坝体维持稳定的主体，其质量好坏、密度、沉降量大小，直接影响面板的安危。4）下游堆石区起保护主堆区及下游边破稳定的作用。二、堆石坝填筑工艺、压实参数和质量控制1、填筑工艺堆石体填筑可采用自卸汽车后退法或进占法卸料,推土机摊平。后退法的优点是可在压平的坝面上行驶,减轻轮胎磨损；缺点是推土机摊平工作量大,且影响施工进度。进占法卸料,虽料物稍有分离,但对坝料质
21、量无明显影响,并且显著减轻了推土机的摊平工作量,使堆石填筑速度加快。垫层料的摊铺多用后退法,以减轻物料的分离。当压实层厚度大时,可采用混合法卸料,即先用后退法卸料呈分散堆状,再用进占法卸料铺平,以减轻物料的分离。垫层料粒径较粗,又处于倾斜部位,通常采用斜坡振动压实。2、堆石体的压实参数和质量控制（1）堆石体的压实参数堆石体最大粒径一般为600700mm,用震动碾压实,压实层厚为60100cm,少数也有达到130160cm者；压实遍数一般为46遍,个别达8遍；垫层料的最大粒径为150300cm,用震动碾压实,层厚2545cm,碾压遍数通常为4遍,个别68遍；堆石坝壳最大粒径10001500mm,
22、压实层厚一般为100cm左右,最大达200cm,压实遍数24遍,有些坝采用68遍；总的看来,压实干容重以垫层料及内部堆石较大,坝壳堆石次之,三者的 大部分在2.102.30g/cm3范围内。和土石坝一样,面板堆石坝堆石体的压实参数、碾重、铺层厚和碾压遍数仍应通过碾压试验确定,其取值大小与设计压实干容重、石质、填料形状、尺寸和级配等因素有关,应在不同料场取料试验,以优化参数作为质控的依据。（2）堆石体施工质量控制取样深度应等于填筑层厚度；试坑应呈圆柱形；坑壁若有大的凹陷和空隙，应用粘土砂浆堵塞，以消除因塑料薄膜架空使所侧密实度加大的误差；试坑直径与材料最大粒径比应符合有关试验规程的规定。第六节
23、土石坝冬、雨季施工本节重点：土石坝采取冬、雨季施工的意义和方法。一、土石坝的冬季作业寒冬时土料冻结会给施工造成极大困难,故规范规定:当日平均气温低于0时,粘性土按低温季节施工；当日平均气温低于-10时,一般不宜填筑土料,否则应进行技术经济论证。土料按低温季节施工的关键是防冻。土石坝的冬季作业可采取防冻、保温、加热等措施,三者虽有区别,却又相互补充。1、防冻首先是降低土料的含水量。对砂砾料,在入冬前应挖排水沟和截水沟以降低地下水位,使砂砾料的含水量降到最低限度； 对粘性土,将含水量降到塑限的0.9倍,且在施工中不再加水。若土料中混有冻土块,其含量不得超过15%,且不能在填土中集中,冻土块的直径不
24、能超过铺土层厚的1/31/2。防冻的另一措施是降低土料的冻结温度。加拿大的肯尼坝在斜墙填筑时,土料中掺入1%的食盐,使填筑工作在一12的低温下仍能继续进行,保证施工的连续作业和快速施工,有利于防冻。2、保温保温也是为了防冻,但保温的特点在于隔热,土料的隔热方法有：1)覆盖隔热材料,对采掘面积不大的料场可覆盖树校、树叶、干草、锯末等保温隔热。2)覆盖积雪,积雪是天然的隔热保温材料,在土层上覆盖一定厚度的积雪,有一定保温效果。3)冰层保温,在开挖土料上面留0.5m高的瞪埂,每隔1.5m设支承柱,入冬后在瞪埂内充水,待结成1015cm的冰层后,将冰层下的水放出,于是在冰层下形成隔热保温的空气夹层。4
25、）松土保温,在寒潮来前将拟开采的料场表层翻松、击碎,并平整至2535cm厚度,利用松土内的空气隔热保温。以上四种保温措施简单易行,节约经费,效果显著,常在冬季作业中采用。总的说来,只要采料温度不低于5100C,碾压温度不低于2,均能保证土料的压实效果。3、加热当气温过低、风速过大,一般保温措施不能满足要求时,则需采用加热和保温结合的暖棚作业,在棚内用蒸气和火炉升温。蒸气可以通过暖气管和暖气包放热。暖棚作业的费用较高,搭盖的空间也不能太大,只有在冬季较长,工期特紧,质量要求高,工作面狭长,例如截水槽齿墙回填部位,才搭建暖棚。二、土石坝的雨季作业在雨季,因防渗体的粘土含水量太高,直接影响压实质量和施工进度。雨季作业通常采取如下三种措施。1、改造粘性土料特性,使之适应雨季作业；2、合理安排施工，改进施工方法：采用合理的取土方式；采用合理堆存方式；采用合理的施工安排。3、增加防雨措施，保证更多有效工作日；4、合理利用土料。-