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1、第四章土石坝工程重要提示重要提示:本章的重点和本章的重点和难点是土石点是土石坝的料的料场规划、土石划、土石坝的的坝面作面作业。主要的知。主要的知识点包括：点包括：料料场空空间规划和划和时间规划；流水作划；流水作业；工段数；工段数和工序数的关系；和工序数的关系；进退退错距法；距法；转圈套圈套压法；法；结合部位的施工；土料合部位的施工；土料压实标准。准。概述n土石坝包括各种碾压式土坝、堆石坝和土石混合坝，是一种充分利用当地材料的坝型。n分类（根据施工方法的不同）干填碾压、水中填土、水力冲填（包括水坠坝）和定向爆破修筑等。n碾石式土石坝的施工 包括准备作业、基本作业、辅助作业和附加作业。n准备作业准
2、备作业：三通一平，架设通讯线路，修建生产、生活、办公用房、排水清基等。基本作业：基本作业：料场土石料开采，挖、装、运、卸和坝面铺平、压实、质检。辅助作业：辅助作业：清除施工场地及料场的覆盖，从上坝土料中剔除超径石块、杂物，坝面排水、层间刨毛和加水等。附加作业：附加作业：坝坡修整，铺砌护面块石及铺植草皮等。第一节第一节坝体材料与料场规划坝体材料与料场规划一坝体材料及其要求一坝体材料及其要求防渗料防渗料防渗的土料最基本的要求：防渗性：渗透系数不大于110-5cm/s时，一般即可满足要求。施工性：土料的天然含水量在最优含水量附近，无影响压实的超径材料，压实后的坝面有较高的承载力坝壳料坝壳料工程实践中
3、，堆石、砂砾石及风化料等均可作为坝壳料。堆石:按其型式可分为抛填、分层碾压、手工干砌石、机械干砌石等；按其材料及来源可分为采石场玄武岩、变质安山岩、砂岩、砾岩、采石场花岗岩、片麻岩、石灰岩、冲击的漂卵石、石渣料等。堆石是最好的筑坝材料，现广泛用于高土石坝的坝壳料。砂砾石:碾压砂砾石压缩性低，抗剪强度高，但易冲蚀、易管涌。风化料:属于抗压强度小于30MPa的软岩类，往往存在湿陷问题。反滤料和过渡料反滤料一般要满足坚固度要求，要求级配严格，一般采用混凝土砂石料生产系统生产，但不要求冲洗。二空间规划二空间规划料场位置、高程的恰当的选择1高程上有利于重车下坡，低料低用，高料高用；2易于排除地面水和地下
4、水；3坝的上下游、左右岸最好都选有料场；4近料场不应因取料影响坝的防渗稳定和上坝运输。二时间规划二时间规划考虑施工强度和坝体填筑部位的变化，随季节及坝前蓄水情况的变化，料场的工作条件在变化。1近料先用，远料后用；2上游易淹的料场先用，下游不易淹的料场后用；3含水量高的料场旱季用，含水量低的料场雨季用；4上坝强度高时用近料场，低时用较远的料场。n三质量和数量的规划三质量和数量的规划质量方面要对料场的地质成因、产状以及各种物理力学指标进行全面勘探和试验。数量方面：主要料场备用料场四料场体积比坝体体积大的原因四料场体积比坝体体积大的原因1大坝比重比料场土料比重大；2料场中的废料要挖除；3开挖、运输、
5、填筑、削坡的损耗；4施工道路、废料占地不能开采；5施工中如遇雨天，要将填好的土料挖除。五、料场优化五、料场优化土石方平衡的原则：充分而合理地利用建筑物开挖料。1.填挖料平衡计算2.土石方调度优化第二节第二节土石料的开挖与运输土石料的开挖与运输一、土石料的开采与加工一、土石料的开采与加工料场开采前的准备工作：划定料场范围；分期分区清理覆盖层；设置排水系统；修建施工道路；修建辅助设施。1土料的开采土料的开采土料开采一般有立采和平采立采和平采两种。立面开采方法适用于土层较厚，天然含水量接近填筑含水量，土料层次较多，各层土质差异较大时。平面开采方法适用于土层较薄，土料层次少且相对均质、天然含水量偏高需
6、翻晒减水的情况下，宜采用。规划中应将料场划分成数区，进行流水作业。2土料加工土料加工调整土料含水量调整土料含水量降低土料含水量的方法有挖装运卸中的自然蒸发、翻晒、掺料、烘烤等方法。提高土料含水量的方法有在料场加水，料堆加水，在开挖、装料、运输过程中加水。n掺合、超径料处理掺合、超径料处理一般掺合办法有：水平互层铺料立面(斜面)开采掺合法；土料场水平单层铺放掺料立面开采掺合法；在填筑面堆放掺合法；漏斗带式输送机掺合法。第、种方法采用较多。砾质土中超径石含量不多时，常用装耙的堆土机先在料场中初步清除，然后在坝体填筑面上进行填筑平整时再作进一步清除；当超径石的含量较多时，可用料斗加设蓖条筛（格筛）或
7、其他简单筛分装置加以筛除，还可采用从高坡下料，造成粗细分离的方法清除粗粒径。粗粒径较大的过渡料宜直接采用控制爆破技术开采，对于较细的、质量要求高的反滤料，垫层料则可用破碎、筛分、掺和工艺加工。n3砂砾石料和堆石料开采砂砾石料和堆石料开采砂砾石料开采陆上开采：一般挖运设备即可。水下开采：采用采砂船和索铲开采。当水下开采砂砾石料含水量高时，需加以堆放排水。块石料开采：结合建筑物开挖或由石料场开采，开采的布置要形成多工作面流水作业方式。开采方法一般采用深孔梯段爆破，特定目的使用洞室爆破。4超径处理超径块石料的处理方法主要有浅孔爆破法和机械破碎法两种。浅孔爆破法：指采用手持式风动凿岩机对超径石进行钻孔
8、爆破。机械破碎法：指采用风动和振冲破石、锤破碎超径块石，也可利用吊车起吊重锤，利用重锤自由下落破碎超径块石。二、挖运机械二、挖运机械（一）挖掘机械(教材：P106)1单斗式挖掘机以正向铲和反向铲挖掘机为代表的单斗式挖掘机，有柴油或电力驱动两类，后者又称电铲。挖掘机有回转、行使和挖掘三个装置。正向铲挖掘机有强力的推力装置，能挖掘级土和破碎后的岩石。主要挖掘停机地面以上的土石方，也可以挖掘停机地面以下不深的地方。机型常根据挖斗容量来区分。正向铲反向铲n2多斗式挖掘机斗轮式挖掘机是陆上使用较普遍的一种多斗连续式挖掘机。斗轮式挖掘机（二）挖运组合机械能同时担负开挖、运输、卸土、铺土任务的有推土机和铲运
9、机。1推土机以拖拉机为原动机械，另加切土片的推土器，既可薄层切土又能短距离推运。它又按推土器在平面能否转动分为固定式和万能式，前者结构简单而牢固，应用普遍，多用液压操作。若长距离推土，土料从推土器两侧散失较多，有效推土量大为减少。推土机的经济运距为60100m。为了减少推土过程中土料的散失，可在推土器两侧加挡板，或先推成槽，然后在槽中推土，或多台并列推土推土机2铲运机按行驶方式，铲运机分为牵引式和自行式。前者用拖拉机牵引铲斗，后者自身有行驶动力装置。铲运机的经济运距与铲斗容量有关，一般在几百米至几公里以内。在一个作业循环中可完成挖土、运土、卸土、平整和压实等作业。铲运机三、土石料开挖运输方案三
10、、土石料开挖运输方案坝料的开挖与运输，是保证上坝强度的重要环节之一。开挖运输方案主要根据坝体结构布置特点、坝料性质、填筑强度、料场特性、运距远近、可供选择的机械设备型号等多种因素，综合分析比较确定。土石坝施工设备的选型对坝的施工进度、施工质量以及经济效益产生重大影响。（一）设备选型的基本原则：1所选机械的技术性能能适应工作的要求、施工对象的性质和施工场地特征，保证施工质量，能充分发挥机械效率，生产能力满足整个施工过程的要求。2所选施工机械应技术先进、生产效率高，操作灵活、机动性好，安全可靠，结构简单，易于检修保养；3类型比较单一，通用性好；4工艺流程中各供需所用机械应成龙配套，各类设备应能充分
11、发挥效率，特别应注意充分发挥主导机械的效率。5设备购置费和运行费用较低，易于获得零、配件，便于维修、保养、管理和调度，经济效果好。对于关键的、数量少且不能替代的设备，应使用新购置的，以保证施工质量，避免在一条龙生产中卡壳影响进度。（二）土石坝施工中开挖运输方案主要有以下几种：1.正向铲开挖，自卸汽车运输上坝正向铲开挖，自卸汽车运输上坝正向铲开挖、装载，自卸汽车运输直接上坝，通常运距小于10km。自卸汽车可运各种坝料，运输能力高，设备通用，能直接铺料，机动灵活，转弯半径小，爬坡能力较强，管理方便，设备易于获得。在施工布置上，正向铲一般都采用立面开挖，汽车运输道路可布置成循环路线，装料时停在挖掘机
12、一侧的同一平面上，即汽车鱼贯式地装料与行驶。2.正向铲开挖、胶带机运输正向铲开挖、胶带机运输国内外水利水电工程施工中，广泛采用了胶带机运输土、砂石料。胶带机的爬坡能力大，架设简易，运输费用较低，比自卸汽车可降低运输费用1/31/2，运输能力也较高。胶带机合理运距小于10km，可直接从料场运输上坝；也可与自卸汽车配合，作长距离运输，在坝前经漏斗由汽车转运上坝；与有轨机车配合，用胶带机转运上坝作短距离运输。3斗轮式挖掘机开挖，胶带机运输，转自卸汽车斗轮式挖掘机开挖，胶带机运输，转自卸汽车上坝上坝对于填筑方量大、上坝强度高的土石坝，若料场储量大而集中，可采用斗轮式挖掘机开挖，其生产率高，具有连续挖掘
13、、装料的特点。斗轮式挖掘机将料转入移动式胶带机，其后接长距离的固定式胶带机至坝面或坝面附近经自卸汽车运至填筑面。这种布置方案，可使挖、装、运连续进行，简化了施工工艺，提高了机械化水平和生产率。4采砂船开挖，有轨机车运输，转胶带机采砂船开挖，有轨机车运输，转胶带机（或自卸汽车）上坝（或自卸汽车）上坝有轨机车具有机械结构简单、修配容易的优点。当料场集中，运输量大，运距较远（大于10km）时，可用有轨机车进行水平运输。有轨机车运输的临建工程量大，设备投资较高，对线路坡度、转弯半径等的要求也较高。有轨机车不能直接上坝，在坝脚经卸料装置至胶带机或自卸汽车转运上坝。坝料的开挖运输方案很多，但无论采用何种方
14、案，都应结合工程施工的具体条件，提高机械利用率；减少坝料的转运次数；各种坝料铺筑方法及设备应尽量一致，减少辅助设施；充分利用地形条件，统筹规划和布置。例题1n已知砂砾开挖强度为4966.25m3/d。用1m3正铲挖土，10t自卸汽车运土。正铲挖装土的循环时间为26s，土斗的充盈系数为1，土的松散影响系数为0.75。求所需挖掘机的台数。解：例题2：n土坝施工，粘性土的上坝强度为4992m3/d。已知设计干容量为1.65t/m3，料场土料干容重1.35t/m3，土料松散干容重为1.28t/m3。土料开挖损失系数为0.95，运输损失系数为0.98，求开挖强度与运输强度。n开挖强度n运输强度第三节第三
15、节土石坝坝面作业土石坝坝面作业一坝面作业程序一坝面作业程序请看坝面填筑图铺土、平土洒水、压实、质检刨毛工段数m，工序数n1工段数与工序数的关系m=n，工段数与工序数相等，人、机、地不闲；mn，工段数大于工序数，人、机不闲，地闲；mn，工段数小于工序数，人、机闲，地不闲，流水作业不能正常进行。2拟定流水作业程序拟定工序数目n拟定流水作业单位时间t（h）：t=T/nT一个班内有效工作时间，h/班；n工序数；同一工段各工序循环一次所用的班数，一般11.5。n计算工作段面积=qt/hTq坝体填筑相应高程的松土上坝m3/班；h每层铺松土厚度；计算工段数目m=S/S坝体相应高程的填筑面积m2二卸料和平料二
16、卸料和平料通常采用自卸汽车、皮带机卸料，由推土机平铺成要求的厚度。自卸汽车卸料自卸汽车卸料卸料方式：后卸、底卸、侧卸。底卸式汽车可边行驶边卸料，但不能运输大粒径块石或漂石；侧卸式汽车适用于运输反滤料及有固定卸料点的运输。进占法卸料，如图汽车进占法后退法卸料，如图汽车后退法堆石料三压实方法三压实方法1注意事项防渗土料的压实方向应平行坝轴线方向进行，不得垂直于坝轴线方向碾压，避免局部漏压形成横穿坝体的集中渗流带；碾压机械行驶的行与行之间必须重叠2030cm，以免漏压；坝料分区之间的边界容易形成漏压的薄弱带，必须注意互相重叠碾压。2压实方法进退错距法：碾压长度一般40100m，错距容易保证，获得广泛
17、采用。转圈套压法：要求工作面积较大适用于均质坝，生产效率高，碾压区两端容易过压，四角漏压严重。转弯半径小易造成剪切破坏。3判断压实效果质检及现场压实作业状态分析现场压实作业状态分析：羊足碾在碾压过程中，只要土料不发生侧移和被踢翻松，就应以较高的速度碾压，直到经几次碾压后，一般滚筒提高到离土面23cm，表明土料压实；若不出现“升起”现象，表明土料未被压实，其原因可能是接触应力过大而产生了剪力破坏或土料含水量过高。n气胎碾压时可根据轮胎的陷入程度作大体的判断，轮胎一点也没有陷入土中表示含水量过低；过分陷入表示含水量过高或碾重过大。n4.压实机械：羊足碾、气胎碾、夯板、震动碾请看录像羊足碾、轮胎碾、
18、震动碾四结合部位施工四结合部位施工1坝基结合面对于基础部位的填土，一般用薄层、轻碾的方法，不允许用重型夯或重型碾。不同地基的处理：粘性土、砾质土坝基，应将其表层含水量调节至施工含水量上限范围，用与防渗土料相同的碾压参数压实，然后刨毛深35cm，再铺土压实。非粘性土地基应先压实，再铺第一层土料，含水量为施工含水量的上限，采用轻型机械碾压，压实表面密度可略低于设计要求。岩基，应先把局部凹凸不平的岩石修整，封闭岩基表面节理、裂缝。若岩基干燥可适当洒水并使用含水量略高的土料，岩基凹陷处应用人工填土夯实。无论何种坝基，当填筑厚度达2m后才可使用重型机械。2与岸坡及砼结合面填土前，先将结合面的污物冲洗，清
19、除松动岩石，在结合面上洒水湿润，边涂刷一层厚约5cm的浓粘土浆或浓水泥粘土浆或水泥砂浆，边涂刷边铺土边碾压；防渗体与岸坡结合处，宽度1.52.0m范围内或边角处不得使用羊角碾、夯板等重型机械，并保证坝体碾压搭接宽度1m以上；混凝土齿墙或坝下埋管两侧及顶部0.5m范围内填土，必须用小型机具压实；岸坡、混凝土与砾质土、掺合土结合处，应填12m宽塑性较高而透水性低的土料，避免直接与粗料接触。n3坝体纵横向接坡及接缝防渗体及均质坝的横向接坡不应陡于1:3，高差不超过15m。均质坝的纵向接缝宜采用不同高度的斜坡和平台相间形式，坡度及平台宽度根据施工，并满足稳定要求，平台高度不大于15m。坝体接坡面可用推
20、土机自上而下削坡，适当保留保护层坝体施工临时设置的接缝因高差较小，时间短，没有稳定问题，通常高差不超过铺土厚12倍为宜，分缝在高程上应适当错开。五反滤层施工五反滤层施工土、砂松坡接触平起法1先土后砂法：如图，先填23层土料，压实时边缘留3050cm宽松土带，一次铺反滤料与粘土齐平，压实反滤料，并用气胎碾压实土砂接缝带。此法易排除坝面雨水；因填土料无侧面限制，施工中有超坡，且接缝处不便压实。当反滤料上坝强度赶不上土料填筑时，可用此法。2先砂后土法：如上图先在反滤料设计线内用反滤料筑一小堤，再填筑23层土料与反滤料齐平，然后压实反滤料及土料接缝带。此法填土料时有反滤料作侧限，便于控制防渗土体边线，
21、接缝处土料便于压实，宜优先用此法。坝面填筑图汽车进占法汽车后退法堆石料震动碾图羊足碾轮胎碾震动碾先土后砂法第四节第四节土石料压实标准及质量控制土石料压实标准及质量控制一土石料的压实标准一土石料的压实标准土料压实越好，物理力学性能指标越高，坝体填筑质量就越有保证。但土料的过分压实会产生剪力破坏又提高了压实费用。1粘性土料：压实标准的指标为干容重、含水量。2非粘性土：压实标准的指标为相对密度D，对于填方，一级建筑物可取0.70.75，二级建筑物可取0.650.7。二质量控制二质量控制1料场的质量检验和控制：土质情况、土块大小、杂质含量、含水量应符合规定，其中含水量尤为重要。2坝面的质量检验和控制：
22、铺土厚度、填土块度、含水量大小、压实后的干容重，对粘性土含水量是关键，对砂土干容重是关键。n三事故处理三事故处理土石坝在施工期失事频率较高，常见的事故是土石坝的防渗土体发生裂缝、滑坡、坝体及坝基漏水等。n1干缩、冻融裂缝干缩裂缝多发生在施工期上下游坝坡或坝顶的填筑面，呈龟裂状。将加速水力劈裂或不均匀沉降。防止方法是及时作好护坡和保护层。对已出现的裂缝可采用开挖回填或将裂缝全部铲除重新回填。对均质坝，缝长不超过0.5m，缝宽不超过5mm，也可不处理。2沉陷裂缝由于岸坡过陡或坡率变差大，地基沉降不均匀，黄土湿陷变形，坝体施工期填筑高差过大及坝体压实不够产生沉陷裂缝。对横向裂缝不论大小都应严格处理，防止贯穿坝体漏水失事。可采用的办法开挖回填或灌浆处理。3滑坡裂缝如施工质量不好、设计边坡陡于稳定边坡、填筑土料含水量过大或地基有含水量大的淤泥层。一般可采取坝脚压重或放缓边坡；或采取防渗、导渗措施。滑坡抢护的基本原则是：上部减载，下部加压。4坝体及坝基异常渗漏因施工不当，土坝渗漏处理原则是：上截，下排。基本措施可归纳为垂直防渗和水平防渗两种形式。