第四章土石壩工程 1

1、第四章第四章 土石壩工程土石壩工程 土石壩就是用土和石頭堆砌起來的壩，又叫當(dāng)?shù)夭牧蠅涡?。特點：（1）對地基的地質(zhì)要求不高； （2）結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約三材； （3）工程量大，施工強度高； （4）壩頂不允許過流。施工工藝：開挖運輸填筑碾壓土石壩類型：土石壩類型：修建土石壩重點做好的工作41.基礎(chǔ)防滲；42.料場規(guī)劃平衡調(diào)度；43.土料的運輸、填筑、壓實；44.質(zhì)量檢查與控制。第一節(jié)第一節(jié) 土石料場規(guī)劃土石料場規(guī)劃 土石壩的土石料用量很大 ，料場的合理規(guī)劃使用，是土石壩施工的關(guān)鍵問題之一，它直接關(guān)系到壩體的質(zhì)量、進度和造價。 一、土石壩筑壩材料及其要求一、土石壩筑壩材料及其要求防滲料的最基本的要求：防滲

2、料的最基本的要求：防滲性防滲性：滲透系數(shù)不大于l10-5cm/s。施工性施工性：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。 壩殼料壩殼料堆石堆石（含漂卵石、石渣料（含漂卵石、石渣料） 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 。 風(fēng)化料風(fēng)化料 屬于抗壓強度小于30MPa的軟巖類，往往存在濕陷問題。 反濾料和過渡料反濾料和過渡料 反濾料一般要滿足堅固度要求，應(yīng)盡量避免用純砂做反濾料。二、料場規(guī)劃的原則二、料場規(guī)劃的原則41.數(shù)量規(guī)劃：開采量與壩體填筑量之比土料22.5；砂礫料1.5

3、2；水下砂礫料23；石料1.52；反濾料3。42.質(zhì)量方面：施工前要對料場進行全面的復(fù)查，除勘探儲量外，對料源的各種物理力學(xué)指標(biāo)也要詳細檢測，以滿足施工質(zhì)量要求。檢測內(nèi)容：4土料：天然含水量、顆粒組成、最大干容重、最優(yōu)含水量、壓縮性、滲透性、抗剪強度等。4砂礫料：級配、含泥量、礫石含量、容重等。 二、料場規(guī)劃的原則二、料場規(guī)劃的原則43.挖填平衡挖填平衡：充分利用建筑物開挖料、圍堰料直接填筑上壩，以降低工程造價。44. 空間規(guī)劃空間規(guī)劃：對料場位置、高程的恰當(dāng)選擇，合理布置。土石料的上壩運距盡可能短些，高程上有利于重車下坡，減少運輸機械功率的消耗。用料時原則上應(yīng)低料低用，高料高用，盡量避免過壩

4、及交叉運輸現(xiàn)象。二、料場規(guī)劃的原則二、料場規(guī)劃的原則45. . 時間規(guī)劃時間規(guī)劃4近料、上游易淹料先用，遠料、下游不淹料后用；含水率高的料場旱季用，含水率低的料場雨季用；上壩強度高時用近料，低時用遠料，以平衡運輸，提高效率；第二節(jié)第二節(jié) 土石料挖運方案土石料挖運方案一、挖運機械圖4-1 單斗挖掘機A.正向鏟 B.反向鏟 C.拉鏟 D.抓鏟一、挖運機械圖4-2 履帶式推土機1.駕駛室 2.推土板 3.拱形架 4、5.撐桿 6.推土板工作油缸 7.松土器工作油缸 7.油管 9.松土器經(jīng)濟距離 60-100米一、挖運機械圖 4-3 自行式鏟運機(單位：mm)1.駕駛室 2.前輪 3.中央框架 4.轉(zhuǎn)

5、向油缸 5.轅架 6.提斗油缸7-斗門 8-鏟斗 9.斗門油缸 10.后輪 11.尾架一、挖運機械圖4-4 輪式裝載機外形圖(單位：mm)1.裝載斗 2.活動臂 3.臂桿油缸 4.駕駛室一、挖運機械圖4-5 鏈斗式采砂船 1-斗架提升索；2-斗架；3-鏈條和鏈斗；4-主動鏈輪；5-卸料漏斗；6-回轉(zhuǎn)盤；7-主機房；8-卷揚機；9-吊桿；10-皮帶機；11-泄水槽；12-平衡水箱一、挖運機械圖4-6 輪斗式多斗挖掘機結(jié)構(gòu)圖1.履帶行走裝置 2.回轉(zhuǎn)平臺及回轉(zhuǎn)裝置 3.輪斗工作裝置4.卸料皮帶機 5.電力驅(qū)動系統(tǒng) 6.液壓系統(tǒng)一、挖運機械圖47固定帶式運輸機構(gòu)造圖(a)縱剖面圖；(b)橫剖面圖1-

6、皮帶；2-驅(qū)動鼓輪；3-張緊鼓輪；4-上托輥；5-機架；6-喂料器；7-卸料小車；8-張緊重錘；9-下托輥 二、綜合機械化應(yīng)遵循的原則：1.確保主要機械發(fā)揮作用。2.根據(jù)機械工作特點進行配套組合。 3.充分發(fā)揮配套機械作用。 4.便于機械使用維修管理。 5.合理布置、加強保養(yǎng)、提高工效。 1挖掘機開挖，自卸汽車運輸上壩挖掘機開挖，自卸汽車運輸上壩適用于運距小于10km ，上壩強度高，靈活方便。2挖掘機開挖、膠帶機運輸挖掘機開挖、膠帶機運輸適宜運距小于10km ，上壩強度高，運輸費用較低，與自卸汽車相比可降低費用/，但某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，易造成全線停產(chǎn)。三、開挖運輸方案三、開挖運輸方案43斗輪式挖

7、掘機開挖，膠帶機運輸，轉(zhuǎn)斗輪式挖掘機開挖，膠帶機運輸，轉(zhuǎn)自卸汽車上壩自卸汽車上壩4當(dāng)壩體填筑方量大，上壩強度高，料場儲量大而集中時，可采用輪斗式挖掘機開挖。 44采砂船開挖，有軌機車運輸，轉(zhuǎn)膠帶采砂船開挖，有軌機車運輸，轉(zhuǎn)膠帶機（或自卸汽車）上壩機（或自卸汽車）上壩4適用于料場集中，運輸量大，運距大于10km。三、挖運機械數(shù)量的確定三、挖運機械數(shù)量的確定4土石壩施工的挖運強度取決于土石壩的填筑強度，對于大中型工程，平均日填筑強度通常為13萬m3，高的達10萬m3左右。在施工組織設(shè)計中，一般根據(jù)施工進度計劃各個階段要求完成的壩體方量來確定填筑和挖運強度。合理的施工組織管理應(yīng)有利于實現(xiàn)均衡生產(chǎn)，避

8、免生產(chǎn)大起大落，使人力、機械設(shè)備不能充分利用，造成不必要的浪費。 1.壩體分期填筑強度Qd（ mh） 4Vd壩體分期填筑方量，m；4K施工不均勻系數(shù)，可取1.21.3；4K1考慮沉陷、削坡、損失等影響系數(shù)，可取1.151.2；4T分期時段的有效工作日數(shù)，d；按分期時段的總?cè)諗?shù)，扣除節(jié)假日、降雨及氣溫影響可能的停工日數(shù)；4N每日的工作小時數(shù)，以20h計。)/(1TNkkvQdd2.壩體分期施工的開挖強度Qc（m/h） 4K3開挖及運輸中的損失系數(shù)，可取1.051.10；4d設(shè)計干表觀密度，t/m；4n土料的天然干表觀密度，tm。nddckQQ/33.滿足上壩填筑強度要求的挖掘機數(shù)量Nc為： 4N

9、cQcPc4 Pc1臺挖掘機的生產(chǎn)率，mh。44.滿足上壩填筑強度要求的汽車數(shù)量滿足上壩填筑強度要求的汽車數(shù)量Na為：為： Na=QcPa4Pa1輛汽車的生產(chǎn)率，mh。 4配合一臺挖掘機所需的汽車數(shù)量，其總的生產(chǎn)率應(yīng)略大于一臺挖掘機的生產(chǎn)率，即nPaPc。挖掘機裝滿一車斗數(shù)的合理范圍應(yīng)為斗。 作業(yè)題2、作業(yè)題34土石壩施工，粘土的上壩強度為4992m3/d，已知粘土設(shè)計干容重為1.65t/m3，料場土料干容重1.35t/m，土料開挖及運輸損失系數(shù)為1.05，求開挖強度？4砂礫石的容重2.3t/m，鏟斗的充盈系數(shù)為0.75，用1m3正鏟開挖的循環(huán)時間為26s，用10t自卸汽車運料，運距1730m

10、，運行平均速度18km/h，卸料時間1min，求每臺正鏟需配幾輛汽車？第三節(jié)第三節(jié) 壩面作業(yè)壩面作業(yè) 4 在壩基清理和基礎(chǔ)處理等作業(yè)完成之后，就可以全面開展壩面作業(yè)。4壩體填筑包括：芯墻填筑和壩殼填筑。4壩體填筑作業(yè)的施工程序：4卸料攤鋪灑水壓實質(zhì)檢刨毛壩面清理接縫處理。 一、各種土料壓實標(biāo)準(zhǔn)一、各種土料壓實標(biāo)準(zhǔn) 41.粘性土和礫質(zhì)土 4對用于心、斜墻防滲體的粘性土和礫質(zhì)土，其壓實標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以干密度（d）、壓實度（Rc）和最優(yōu)含水率（）作為設(shè)計和施工控制指標(biāo)。4壓實度是填土壓實的干密度相應(yīng)于試驗室標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗所得最大干密度的百分率。 土料干密度1.451.7t/m3，4粘性土的壓實度，對于1級、2

11、級和高壩應(yīng)為98100，3級中、低壩及3級以下的中壩應(yīng)為9698，4級、5級低壩應(yīng)為9597。 一、各種土料壓實標(biāo)準(zhǔn)一、各種土料壓實標(biāo)準(zhǔn) 42.砂礫石和砂 4砂礫石和砂的壓實標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以干密度（d）、相對密度（Dr） （砂土最疏松狀態(tài)的孔隙比和天然孔隙比之差與砂土最疏松狀態(tài)的孔隙比和最緊密狀態(tài)的孔隙比之差的比值）作為設(shè)計和施工控制指標(biāo)。在施工現(xiàn)場，對相對密度進行控制仍不方便，通常將相對密度換算成相應(yīng)的干密度d(g/cm3)，作為控制的依據(jù)4一級建筑物Dr=0.70.75；4二級建筑物Dr=0.650.7一、各種土料壓實標(biāo)準(zhǔn)一、各種土料壓實標(biāo)準(zhǔn) 43堆石4堆石的壓實標(biāo)準(zhǔn)宜用孔隙率（n）為設(shè)計和施工控

12、制指標(biāo) 4土質(zhì)防滲體分區(qū)壩、瀝青心墻壩和混凝土面板堆石壩的堆石料，孔隙率宜為2028。 二、壓實機械二、壓實機械 41、羊腳碾 2.凸塊碾3.振動平碾4.氣胎碾 圖4-8 自行式輪胎碾1.金屬車廂 2.充氣輪胎 3.千斤頂 4.牽引杠轅三、土料防滲體施工 4（一）土料鋪筑（一）土料鋪筑41. 卸料方法：應(yīng)采用進占法卸料，即汽車在已平好的松土層上行駛、卸料，用推土機向前進占平料，這種方法鋪料不會影響灑水、刨毛作業(yè)。（一）土料鋪筑（一）土料鋪筑42.鋪筑方向：應(yīng)沿壩軸線方向進行，采用鋪筑方向：應(yīng)沿壩軸線方向進行，采用自卸汽車卸料，推土機平料。自卸汽車卸料，推土機平料。43.鋪土厚度均勻、平整、略傾

13、向上游鋪土厚度均勻、平整、略傾向上游1 2 坡度。鋪土厚度一般為坡度。鋪土厚度一般為2050cm ，保證措施是做到保證措施是做到“隨卸、隨平、隨檢隨卸、隨平、隨檢查查”。 （二）土料灑水41.鋪筑前灑水：鋪筑前灑水：卸料前對已碾壓密實的層面，經(jīng)刨毛后要灑水濕潤，以促進層間結(jié)合。42.碾壓前灑水：碾壓前灑水：當(dāng)鋪料與碾壓間隔時間較長，土層表面水分蒸發(fā)過多時，應(yīng)在壩面采取噴霧灑水。43.土料灑水：土料灑水：應(yīng)做到“少，勤，勻”，控制在施工含水量范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)硬殼和彈簧土。4施工含水量=Wop2%，Wop最優(yōu)含水量。（三）（三） 土料壓實土料壓實 41.壓實參數(shù)壓實參數(shù)：以1020t凸塊碾為例，厚

14、度3040cm，遍數(shù)48遍，碾壓速度23kmh 42.壓實方法壓實方法 ：進退錯距法 和進退搭接法。4錯距寬度b(m)按下式計算：4b=B/N 4式中 B碾滾凈寬，m；4 N現(xiàn)場試驗確定的碾壓遍數(shù)。 （三）（三） 土料壓實土料壓實 43.碾壓方向：應(yīng)沿壩軸方向進行。碾壓方向：應(yīng)沿壩軸方向進行。 44.碾跡搭接寬度碾跡搭接寬度 ：垂直碾壓方向不小于0.30.5m，順碾壓方向應(yīng)為1.01.5m。45.刨毛：刨毛：刨毛深度12cm。 （四）結(jié)合部位處理（四）結(jié)合部位處理 41.防滲體與壩基結(jié)合部位填筑41)粘性土、礫質(zhì)土壩基，應(yīng)將表面含水率調(diào)至施工含水率上限，用與防滲體相同的碾壓參數(shù)壓實，然后灑水刨

15、毛鋪填新土。4 2)無粘性土壩基鋪土前，壩基應(yīng)灑水壓實，然后按設(shè)計要求回填反濾料和第一層土料。鋪土厚度可適當(dāng)減薄，土料含水率調(diào)節(jié)至施工含水率上限，宜用輕型壓實機具壓實。 43)堅硬巖基或混凝土蓋板上，開始幾層填料可用輕型碾壓機具直接壓實，填筑至少0.5m以上時方允許用凸塊碾或重型氣胎碾碾壓。 2.防滲體與岸坡或混凝土建筑物結(jié)合部位填筑 41）與巖石或砼面結(jié)合處：填土前，砼或巖石表面上的泥土、污物、松動巖石等必須清除干凈；然后灑水濕潤 ，并涂刷一層5mm厚的濃漿（粘土漿、水泥漿、砂漿），邊涂刷、邊鋪土、邊夯實 。42）與岸坡結(jié)合處：土料含水率應(yīng)調(diào)至施工含水率上限，選用輕型碾壓機具薄層壓實，不得使

16、用凸塊碾壓實。 2.防滲體與岸坡或混凝土建筑物結(jié)合部位填筑 43）混凝土齒墻、壩下埋管兩側(cè)及頂部0.5m范圍內(nèi)填土，必須用小型機具壓實，其兩側(cè)填土應(yīng)保持均衡上升。44）岸坡、混凝土建筑物與礫質(zhì)土、摻合土結(jié)合處，應(yīng)填筑12m寬塑性較高的接觸粘土(粘粒含量和含水率都偏高)，避免直接接觸。 3壩體縱橫向接坡及接縫 41)斜墻和窄心墻內(nèi)一般不應(yīng)留有縱向接縫。均質(zhì)土壩可設(shè)置縱向接縫，宜采用不同高度的斜坡與平臺相間形式，平臺間高差不宜大于15m。42）防滲體及均質(zhì)壩的橫向接坡不宜陡于1：3，高差不宜超過15m。43）壩體接坡施工時，應(yīng)將坡面不合格料削掉，邊削坡，邊填筑 。44）臨時接縫高差不超過鋪土厚度的

17、12倍，分縫在高程上應(yīng)適當(dāng)錯開。四、過渡料施工四、過渡料施工41.反濾層與芯墻料填筑次序反濾層與芯墻料填筑次序 （a）土后砂法; (b)先砂后土法;土砂交替法、鋪料順序四、過渡料施工四、過渡料施工42.過渡料與芯墻料應(yīng)同時鋪筑，且芯墻料略高于過渡料，以便芯墻壓實。43. 土料與過渡料出現(xiàn)的“犬牙交錯”現(xiàn)象，各自的設(shè)計寬度均不計犬牙寬度，每層犬牙寬度一般不得大于填土層厚的15倍。 五、壩殼料施工 4（一）壩殼料鋪填（一）壩殼料鋪填41.壩殼料鋪填方法壩殼料鋪填方法鋪料方法圖示特點及適用條件進占法推土機平料容易控制層厚，壩面平整，石料容易分離，表層細粒多，下部大塊石多，有利于減少施工機械磨損，堆石

18、料鋪填厚度1.0m后退法可改善石料分離，推土機控制不便，多用于砂礫石和軟巖；層厚一般小于1Om混合法適用鋪料層厚大(1.0 2.0m)的堆石料，可改善分離，減少推土機平整工作量（一）壩殼料鋪填（一）壩殼料鋪填42.加水41)加水的作用。堆石料加水的主要作用，除在顆粒間起潤滑作用以便壓實外，更重要的是軟化石塊接觸點，在施工期間造成石塊尖角和邊棱破壞，使堆石體更為密實，以減少壩體后期沉降量。砂礫料在灑水充分飽和條件下，才能達到有效的壓實。宜在碾壓前灑水一次，然后邊加水、邊碾壓，力求加水均勻。 （一）壩殼料鋪填（一）壩殼料鋪填42)加水量。 4堆石料約為填筑量的1025；4砂礫料宜為填筑量的1020

19、；4中細沙為最優(yōu)含水量。 （二）壩殼料壓實（二）壩殼料壓實41.碾壓方向：除壩面特殊部位外，碾壓方向應(yīng)沿軸線方向進行。42.碾壓方法：一般均采用進退錯距法作業(yè)。在碾壓遍數(shù)較少時，也可一次壓夠后再行錯車的方法，即搭接法。垂直碾壓方向，搭接寬度應(yīng)不小于0.30.5m，順碾壓方向應(yīng)不小于1.01.5m。 43.碾壓遍數(shù)：48遍（10t以上振動平碾）。44.碾壓速度：36km/h。（二）壩殼料壓實（二）壩殼料壓實42.分段碾壓時，相鄰兩段交接帶的碾跡應(yīng)彼此搭接，垂直碾壓方向，搭接寬度應(yīng)不小于0.30.5m，順碾壓方向應(yīng)不小于1.01.5m。 第四節(jié) 施工質(zhì)量控制、事故處理及冬雨季施工4一、質(zhì)量控制：一

20、、質(zhì)量控制：4 1. 料場的質(zhì)量檢查：4 土質(zhì)情況，土塊大小，含水量，雜質(zhì)含量是否符合上壩要求。4 2. 壩面的質(zhì)量檢查：4 在土料填筑過程中，鋪土厚度，填土塊度，含水量大小，壓實后的干容重，進行檢查。 二、事故處理4（一）干縮、凍融裂縫（一）干縮、凍融裂縫 4干縮裂縫多發(fā)生在施工期上下游壩坡或壩頂?shù)奶钪嫔希瑢σ殉霈F(xiàn)的裂縫，可視深淺的不同，采用開挖回填或?qū)⒘芽p全部鏟除重新回填處理。對于均質(zhì)土壩，縫長不超過0.5m，縫寬不超過5mm時也可不處理，當(dāng)壩體浸水后，一般可自行閉合。二、事故處理4（一）干縮、凍融裂縫（一）干縮、凍融裂縫 4在寒冷地區(qū)，粘性土填筑后的表面，遭受到反復(fù)凍融而形成凍融裂縫和

21、因融化的土不能恢復(fù)原有的密實度而形成松土層。寒冷地區(qū)施工停歇期，粘性填土表面應(yīng)采用臨時性保護層，防止凍融裂縫。 （二）沉陷裂縫（二）沉陷裂縫41.產(chǎn)生原因：由于岸坡過陡或坡率變差大，地基不均勻沉降，黃土濕陷變形，壩體施工期填筑高差過大及壩體壓實不夠等原因而產(chǎn)生沉陷裂縫。這種裂縫有橫向和縱向兩種，而以橫向裂縫危害更大。（二）沉陷裂縫（二）沉陷裂縫42.處理方法：對橫向裂縫，不論其大小，都應(yīng)進行嚴(yán)格的處理，防止貫穿壩體漏水失事。如裂縫深度在1.5m以內(nèi)，可沿縫開挖成梯形斷面，應(yīng)挖至裂縫尖滅后再加深0.20.5m，以防止遺漏“多”字形或“紡錘形”裂縫的存在；在裂縫水平方向的開挖寬度，應(yīng)延伸裂縫尖滅后

22、再加長12m。 （二）沉陷裂縫（二）沉陷裂縫42.處理方法：對于裂縫較深，開挖困難，開挖回填工程量過大，或是一些隱蔽裂縫，以采用灌漿處理的方法為宜。4縱向裂縫寬度大于1cm時，可挖除裂縫再回填夯實；若寬度小于lcm，既短又不太深時，可不作處理；但應(yīng)將表面封閉，防止雨水侵入造成弊害。 （三）滑坡裂縫（三）滑坡裂縫 4土壩的滑坡多出現(xiàn)在均質(zhì)土壩的施工期或初期運用中，根據(jù)裂縫的不同持點，可分成滑弧形式滑動和塑流滑動兩大類。4 1.滑弧形式滑動 （三）滑坡裂縫（三）滑坡裂縫41.滑弧形式滑動4產(chǎn)生的原因可能是設(shè)計邊坡陡于壩體穩(wěn)定邊坡；填筑土料粘粒含量較高，含水量過大，填筑速度過快，上部填土荷載不斷增加，土體滲透系數(shù)小，孔隙壓力不易消散；施工質(zhì)量不好，土料含水量過低壓實未達到設(shè)計干表觀密度要求，以致土體松軟，抗剪強度過低；水庫蓄水后浸潤線形成，