第四章土石壩工程

1、 土石壩包括碾壓式土壩、堆石壩和土石混合壩，是一種充分利用當?shù)夭牧系膲涡汀?根據(jù)施工方法的不同，可分：干填碾壓、水中填土、水力沖填（包括水墜壩）和定向爆破修筑等。以碾壓式土石壩最多。碾壓式土石壩的施工包括準備作業(yè)、基本作業(yè)、輔助作業(yè)和附加作業(yè)。 準備作業(yè)：四通一平，架設通訊線路，修建生產、生活、辦公用房、排水清基等。 基本作業(yè)：料場土石料開采，挖、裝、運、卸和壩面鋪平、壓實、質檢。 輔助作業(yè)：清除施工場地及料場的覆蓋，從上壩土料中剔除超徑石塊、雜物，壩面排水、層間刨毛和加水等。 附加作業(yè)：壩坡修整，鋪砌護面塊石及鋪植草皮等。一、土石壩（當?shù)夭牧蠅危┲尾牧霞捌湟笠弧⑼潦瘔危ó數(shù)夭牧蠅危┲尾?/p>

2、料及其要求在選壩階段應從空間與時間、質與量等方面進行全面規(guī)劃。 料場土料的儲量一般要求是設計工程量的1.52.0倍，并要求提供備用料場。 粘性土料采用鉆探或坑探取樣。 礫石類土用坑探取樣，布孔間距50100m。 防滲料的勘探要仔細按深度查明天然含水量。 堆石料的勘探可以采用鉆探及洞探。 防滲料防滲料防滲性：滲透系數(shù)不大于110-5cm/s時，一般即可滿足要求 。施工性：土料的天然含水量在最優(yōu)含水量附近，無影響壓實的超徑材料，壓實后的壩面有較高的承載力。 抗剪強度，滲流穩(wěn)定性，低壓縮性 壩殼料壩殼料工程實踐中，堆石、砂礫石及風化料等均可作為壩殼料。堆石堆石: 按其型式可分為拋填、分層碾壓、手工干

3、砌石、機械干砌石等；按其材料及來源可分為采石場玄武巖、變質安山巖、砂巖、礫巖、采石場花崗巖、片麻巖、石灰?guī)r、沖積的漂卵石、石渣料等。 堆石是最好的筑壩材料，現(xiàn)廣泛用于高土石壩的壩殼料。砂礫石砂礫石: 碾壓砂礫石壓縮性低，抗剪強度高，但易沖蝕、易管涌 。需加強滲流控制措施。風化料風化料: 屬于抗壓強度小于30MPa的軟巖類，往往存在濕陷問題。需壓實到最大密度，填筑含水量必須大于濕陷含水量。 反濾料反濾料 反濾料一般要滿足堅固度要求，一般采用混凝土砂石料生產系統(tǒng)生產，也可由天然砂礫石經篩分生產。二、料場規(guī)劃的原則二、料場規(guī)劃的原則料場的合理規(guī)劃與使用關系到壩體的施工質量、工期和工程投資，而且還會影

4、響到工程的生態(tài)環(huán)境和國民經濟其他部門。 施工前應從空間、時間、質與量等方面進行全面規(guī)劃。空間規(guī)劃空間規(guī)劃，系指對料場位置、高程的恰當選擇，合理布置。 1高程上有利于重車下坡，低料低用，高料高用；2易于排除地面水和地下水；3壩的上下游、左右岸最好都選有料場；4近料場不應因取料影響壩的防滲穩(wěn)定和上壩運輸。 時間規(guī)劃時間規(guī)劃，是要考慮施工強度和壩體填筑部位的變化，隨季節(jié)及壩前蓄水情況的變化，料場的工作條件在變化。 1近料先用，遠料后用；2上游易淹的料場先用，下游不易淹的料場后用；3含水量高的料場旱季用，含水量低的料場雨季用；4上壩強度高時用近料場，低時用較遠的料場。 料場質與量的規(guī)劃料場質與量的規(guī)劃

5、，應對地質成因、產狀、埋深、儲量以及各種物理力學指標進行全面勘探和試驗。不僅應使料場的總儲量滿足壩體總方量的要求，而且應滿足施工各個階段最大上壩強度的要求。主要料場， 質好、量大、運距近，且有利于常年開采；備用料場通常在淹沒區(qū)外，做主要料場之備用。 主要料場主要料場 備用料場備用料場料場體積比壩體體積大的原因料場體積比壩體體積大的原因1大壩比重比料場土料比重大；2料場中的廢料要挖除；3開挖、運輸、填筑、削坡的損耗；4施工道路、廢料占地不能開采；5施工中如遇雨天，要將填好的土料挖除。1.5 2.0VV主0.2 0.3VV主 料盡其用，充分利用永久和臨時建筑物基礎開挖碴料是土石壩料場規(guī)劃的又一重要

6、原則，為此應增加必要的施工技術組織措施，確保碴料的充分利用。為了緊縮壩體設計斷面和充分利用碴料，采用人工篩分控制填料的級配。料場規(guī)劃還應對主要料場和備用料場分別加以考慮。在規(guī)劃料場時，實際可開采總量與壩體填筑量之比一般為：土料225；砂礫料152；水下砂礫料23；石料152；反濾料應根據(jù)篩后有效方量確定，一般不宜小于3。 料場選擇還應與施工總體布置結合考慮，應根據(jù)運輸方式、強度來研究運輸線路的規(guī)劃和裝料面的布置。三、料場優(yōu)化的基本方法三、料場優(yōu)化的基本方法既有大量開挖，又有大量填筑。 土石方平衡的原則：充分而合理地利用建筑物開挖料。 1填挖料平衡計算2土石方調度優(yōu)化3棄料處理土方工程施工前應進

7、行挖、填方的平衡計算，綜合考慮土方運距最短、運程合理和各個工程項目的合理施工順序等，做好土方平衡調配，減少重復挖運。同時，土方平衡調配應盡可能與施工總體規(guī)劃相結合將余土一次性運送到指定棄土場。附：土石方量計算的基本方法附：土石方量計算的基本方法 土石方量計算的基本方法主要有平均高度法和平均斷面法兩種。1. 平均高度法 （1）四方棱柱體法 四方棱柱體法，是將施工區(qū)域劃分為若干個邊長為a的方格網(wǎng)，每個方格網(wǎng)的土方體積V等于底面積a2乘四個角點高度的平均值，即（2）三角棱柱體法。 三角棱柱體法，是將每一個方格順地形的等高線沿對角線劃分成兩個三角形，然后分別計算每一個三角棱柱體的土方量。(a)全挖或全

8、填( b) 有填有挖當三角形為全挖或全填時方格類別計算圖形計算公式全挖(全填)半挖半填三挖一填(三填一挖)注：表中a為方格邊長，b、c為計算圖形相應的兩個邊長； h1、h2、h3、h4分別為方格各角點的施工高度； h為各計算圖形相應的挖方或填方的施工高度總和，用絕對值代入； V為挖方或填方的體積(m3)。 三個角挖(或填) 當三角形有填有挖時，則其零線將三角形分成兩部分， 底面為三角形的錐體： 底面為四邊形的楔體： 簡化計算：HH4a22）（填（挖）填（挖）V2.平均斷面法 平均斷面法，可按近似公式和較精確的公式進行計算。平均斷面法 （1）近似計算：（2）較精確計算： 式中 V土方體積(m3)

9、； F1,F2兩端的斷面面積(m2) F0L/2處的斷面面積(m2)。 附：場地平整1. 場地設計標高H0的確定 場地設計標高是進行場地平整和土方量計算的依據(jù)，也是總圖規(guī)劃和豎向設計的依據(jù)。合理地確定場地的設計標高，對減少土方量和加速工程進度均具有重要的意義。 當場地設計標高為H0時，填挖方基本平衡，可將土方移挖作填，就地處理； 當設計標高為H1時，填方大大超過挖方，則需要從場外大量取土回填；當 設計標高為H2時，挖方大大超過填方，則需要向場外大量棄土。場地不同設計標高的比較 如場地設計標高無其他特殊要求時，則可根據(jù)填挖土方量平衡的原則加以確定，即場地內土方的絕對體積在平整前和平整后相等。其步

10、驟如下 ：因此，在確定場地設計標高時，應結合現(xiàn)場的具體條件反復進行技術經濟比較，選擇其中一個最優(yōu)的方案。其原則是：（1）應滿足生產工藝和運輸?shù)囊?；?）充分利用地形，分區(qū)或分臺階布置，分別確定不同的設計標高；（3）使挖填平衡，土方量最少；（4）要有一定泄水坡度(2)，使能滿足排水要求；（5）要考慮最高洪水位的影響。（1）在地形圖上將施工區(qū)域劃分成邊長為10 50m的若干個方格網(wǎng)。（2）確定各小方格角點的高程，其方法：可用水準儀測量；或根據(jù)地形圖上相鄰兩等高線的高程，用插入法求得；H13251.70。場地設計標高計算圖 （3）按填挖方平衡確定設計標高H0 4自然地面與設計標高平面的交線（零線）

11、 a）地形圖上劃分方格； b）設計標高示意圖 1等高線；2自然地面；3設計標高平面； 場地設計標高計算簡圖 式中： H0場地設計標高的初步計算值（m）； a方格邊長（m）； N方格個數(shù)； H11H22任一方格的四個角點的標高。因為場地平整前后，土方量相等從上圖可知，H11系一個方格的角點標高，H12和H21均系兩個方格公共角點， 它們分別在上式中要加一次、二次、 四次。因此，上式直接可改寫成下列形式 (1) 土的可松性影響。 由于土具有可松性，一般填土會有多余，需相應地提高設計標高。(2) 場內挖方和填方的影響。 由于場地內大型基坑挖出的土方、修筑路堤填高的土方，以及從經濟觀點出發(fā)，將部分挖方

12、就近棄于場外，將部分填方就近取土于場外等，均會引起挖填土方量的變化。必要時亦需調整設計標高。 (3) 泄水坡度的影響。 當按調整后的同一設計標高H0進行場地平整時，則整個地表面均處于同一水平面；但實際上由于排水的要求，場地表面需有一定的泄水坡度。因此，還得根據(jù)場地泄水坡度的要求(單面泄水或雙面泄水)，計算出場地內各方格角點實際施工所用的設計標高。2. 場地設計標高H0的調整原計劃所得的場地設計標高H0僅為一理論值，實際上，還需考慮以下因素進行調整。例題例題 某建筑場地地形圖和方格網(wǎng)(邊長a=20.0 m)布置如圖所示。土壤為二類土，場地地面泄水坡度 ， 。試確定場地設計標高(不考慮土的可松性影

13、響，余土加寬邊坡)，計算各方格挖、填土方工程量。 解：解：(1) 計算場地設計標高 (2) 根據(jù)泄水坡度計算各方格角點的設計標高 以場地中心點(幾何中心o)為 ，由式得各角點設計標高為： 其余各角點設計標高均可求出。(3) 計算各角點的施工高度 得各角點的施工高度(以“+”為填方，“-”為挖方)： 各角點施工高度。 (4) 確定“零線”，即挖、填方的分界線 確定零點的位置，將相鄰邊線上的零點相連，即為“零線” 。如1-5線上： ，即零點距角點1的距離為0.67m。 (5) 計算各方格土方工程量(以“+”為填方，“-”為挖方) 全填或全挖方格： (+) (+) (+) ( - ) 三填一挖或三挖

14、一填方格，由式(2.13)： (+) (-) (-) (+) (+) (-) 將計算出的各方格土方工程量按挖、填方分別相加，得場地土方工程量總計： 挖方：503.92 m3 填方：504.26 m3 挖方、填方基本平衡。 一、土石料的開采與加工一、土石料的開采與加工料場開采前的準備工作：劃定料場范圍；分期分區(qū)清理覆蓋層；設置排水系統(tǒng)；修建施工道路；修建輔助設施。1土料的開采土料開采一般有立采和平采兩種。立面開采方法適用于土層較厚，天然含水量接近填筑含水量，土料層次較多，各層土質差異較大時。 平面開采方法適用于土層較薄，土料層次少且相對均質、天然含水量偏高需翻曬減水的情況下，宜采用。規(guī)劃中應將料

15、場劃分成數(shù)區(qū)，進行流水作業(yè)。2土料加工包括：調整土料含水量、摻合、超徑料處理 降低土料含水量的方法有挖裝運卸中的自然蒸發(fā)、翻曬、摻料、烘烤等方法。提高土料含水量的方法有在料場加水，料堆加水，在開挖、裝料、運輸過程中加水。3砂礫石料和堆石料開采砂礫石料開采 陸上開采：一般挖運設備即可。水下開采：采用采砂船和索鏟開采。當水下開采砂礫石料含水量高時，需加以堆放排水。 塊石料開采：結合建筑物開挖或由石料場開采，開采的布置要形成多工作面流水作業(yè)方式。開采方法一般采用深孔梯段爆破， 特定目的使用洞室爆破。4超徑處理超徑塊石料的處理方法主要有淺孔爆破法和機械破碎法兩種。淺孔爆破法：指采用手持式風動鑿巖機對超

16、徑石進行鉆孔爆破。機械破碎法：指采用風動和振沖破石、錘破碎超徑塊石，也可利用吊車起吊重錘，利用重錘自由下落破碎超徑塊石。 二、挖運機械二、挖運機械（一） 挖掘機械 單斗式挖掘機 多斗式挖掘機 （二） 挖運組合機械能同時擔負開挖、運輸、卸土、鋪土任務的有推土機和鏟運機。（三） 運輸機械 自卸汽車 帶式運輸機 加長臂反鏟式挖土機三、土石料開挖運輸方案三、土石料開挖運輸方案土石料的開挖運輸，是保證土石料上壩強度的重要環(huán)節(jié)。開挖運輸方案主要根據(jù)壩體結構布置特點、壩料性質、填筑強度、料場特性、運距遠近、可供選擇的機械設備型號等多種因素，綜合分析比較確定。 壩料的開挖運輸方案很多，但無論采用何種方案，都應

17、結合工程施工的具體條件， 提高機械利用率；減少壩料的轉運次數(shù)；各種壩料鋪筑方法及設備應盡量一致，減少輔助設施；充分利用地形條件，統(tǒng)籌規(guī)劃和布置。 三、土石料開挖運輸方案三、土石料開挖運輸方案 （1） 正向鏟開挖，自卸汽車運輸上壩（2） 正向鏟開挖，帶式運輸機運輸上壩（3） 斗輪式挖掘機開挖，帶式運輸機運輸，轉自卸汽車上壩（4） 采砂船開挖，有軌機車運輸，轉帶式運輸機（或自卸汽車）上壩滿滿足足高高峰峰施施工工期期上上壩壩強強度度的的挖挖掘掘機機的的數(shù)數(shù)量量應應為為：cCcPQNmax滿滿足足高高峰峰施施工工期期上上壩壩強強度度的的汽汽車車總總數(shù)數(shù)應應為為：PQNT maxmaxmax,TCQQ分

18、分別別為為高高峰峰施施工工期期開開挖挖及及運運輸輸土土料料的的最最大大小小時時強強度度（m m3 3/ /h h）當基礎開挖和基礎處理基本完成后，就可進行壩體的鋪筑、壓實施工。一、土石壩壩面作業(yè)施工組織規(guī)劃 土石壩壩面作業(yè)施工程序包括卸料、鋪料、灑水、壓實、質檢等工作。 壩面作業(yè)，工作面狹窄，工種多，工序多，機械設備多，施工時需有妥善的施工組織規(guī)劃。 為避免壩面施工中的干擾，延誤施工進度，土石壩壩面作業(yè)宜采用流水作業(yè)施工。分段流水作業(yè)程序分段流水作業(yè)程序 （根據(jù)工序數(shù)n對壩面分段，工段數(shù)m，）1. 工段數(shù)與工序數(shù)的關系m=n，工段數(shù)與工序數(shù)相等，人、機、地不閑；mn，工段數(shù)大于工序數(shù)，人、機不

19、閑，地閑；mn，工段數(shù)小于工序數(shù)，人、機閑，地不閑，流水作業(yè)不能正常進行。 2擬定流水作業(yè)程序擬定流水作業(yè)程序 擬定工序數(shù)目n 擬定流水作業(yè)單位時間t（h）：t=T/n T一個班內有效工作時間，h/班； n工序數(shù)； 同一工段各工序循環(huán)一次所用的班數(shù)，一般11.5。 計算工作段面積=qt/hT q 壩體填筑相應高程的松土上壩m3/班 ； h 每層鋪松土厚度； 計算工段數(shù)目m=S/ S壩體相應高程的填筑面積m3 卸料和鋪料通常采用自卸汽車、膠帶機卸料，由推土機平鋪成要求的厚度。 主要有進占法，后退法，綜合法。二結合部位施工 壩基結合面，與岸坡及砼，壩體縱橫向接坡及接縫1壩基結合面 對于基礎部位的填

20、土，一般用薄層、輕碾的方法，不允許用重型夯或重型碾。不同地基的處理：粘性土、礫質土壩基，應將其表層含水量調節(jié)至施工含水量上限范圍，用于防滲土料相同的碾壓參數(shù)壓實，然后刨毛深35 cm，再鋪土壓實。非粘性土地基應先壓實，再鋪第一層土料，含水量為施工含水量的上限，采用輕型機械碾壓，壓實表面密度可略低于設計要求。巖基，應先把局部凹凸不平的巖石修整，封閉巖基表面節(jié)理、裂縫。若巖基干燥可適當灑水并使用含水量略高的土料，巖基凹陷處應用人工填土夯實。無論何種壩基，當填筑厚度達2m后才可使用重型機械。 2與岸坡及砼建筑物結合面 填土前，先將結合面的污物沖洗，清除松動巖石，在結合面上灑水濕潤，邊涂刷一層厚約5c

21、m的濃粘土漿或濃水泥粘土漿或水泥砂漿，邊涂刷邊鋪土邊碾壓； 防滲體與岸坡結合處，寬度1.52.0m范圍內或邊角處不得使用羊角碾、夯板等重型機械，并保證壩體碾壓搭接寬度1m以上； 混凝土齒墻或壩下埋管兩側及頂部0.5m范圍內填土，必須用小型機具壓實； 岸坡、混凝土與礫質土、摻合土結合處，應填12m寬塑性較高而透水性低的土料，避免直接與粗料接觸。3. 壩體縱橫向接坡及接縫 防滲體及均質壩的橫向接坡不應陡于1:3，高差不超過15m。均質壩的縱向接縫宜采用不同高度的斜坡和平臺相間形式，坡度及平臺寬度根據(jù)施工，并滿足穩(wěn)定要求，平臺高度不大于15m。 壩體接坡面可用推土機自下而上削坡，適當保留保護層。 壩

22、體施工臨時設置的接縫因高差較小，時間短，沒有穩(wěn)定問題，通常高差不超過鋪土厚12倍為宜，分縫在高程上應適當錯開。三反濾層、墊層料、過渡料施工削坡法、檔板法及土、砂松坡接觸平起法。1先土后砂法：此法易排水；因填土料無側限，接縫處不便壓實。當反濾料上壩強度趕不上土料填筑時，可用此法。2先砂后土法：此法填土料時有反濾料作側限，便于控制防滲土體邊線，接縫處土料便于壓實，宜優(yōu)先用此法。 四、壓實機械和壓實方法不同壓實機械根據(jù)產生的壓實作用不同，分為碾壓、夯擊、震動 1. 壓實機械 羊角碾；震動碾；氣胎碾；夯板 2. 壓實機械的選擇 （1）與壓實土料的物理力學性質相適應 （2）能滿足設計壓實標準 （3）滿足

23、施工強度要求 （4）設備類型、規(guī)格與工作面大小、壓實部位相適應 （5）施工隊伍現(xiàn)有裝備和施工經驗等3壓實方法（圖4-9）進退錯距法：碾壓長度一般40100m，錯距容易保證，獲得廣泛采用。轉圈套壓法：要求工作面積較大適用于均質壩，生產效率高，碾壓區(qū)兩端容易過壓，四角漏壓嚴重。4判斷壓實效果質檢及現(xiàn)場壓實作業(yè)狀態(tài)分析，現(xiàn)場壓實作業(yè)狀態(tài)分析： 羊足碾在碾壓過程中，只要土料不發(fā)生側移和被踢翻松，就應以較高的速度碾壓，直到經幾次碾壓后，一般滾筒提高到離土面23cm，表明土料壓實；若不出現(xiàn)“升起”現(xiàn)象，表明土料未被壓實，其原因可能是接觸應力過大而產生了剪力破壞或土料含水量過高。 氣胎碾壓時可根據(jù)輪胎的陷入程度作大體的判斷，輪胎一點也沒有陷入土中表示含水量過低；過分陷入表示含水量過高或碾重過大。五、土石料壓實標準及質量控制五