第四章土石坝工程.pdf

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1、1/8 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

2、高时用近料场,低时用较远的料场,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

3、时原则上应低料低用,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

4、一重要原则。为此应增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。2/8 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

5、筑用；专用 按行走装置分：履带式、汽车式、轮胎式和步行式 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 10

6、35t，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

7、，土为 0.790.73；时间利用系数，表示挖掘机时间利用程度，可取 0.80.9；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；3/8 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

8、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

9、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

10、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。4/8 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

11、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,整理方便,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

12、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

13、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,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 5/8 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

14、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

15、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

16、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。6/8 对于

17、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

18、、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,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

19、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

20、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 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。7/8 二、堆石坝填

21、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

22、,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,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

23、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 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

24、,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8/8 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

25、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）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

26、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。-文档可能无法思考全面，请浏览后下载，另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意!