第四章土石壩工程

1、第四章 土石壩工程重要提示重要提示:本章的重點和難點是土石壩的料場規(guī)本章的重點和難點是土石壩的料場規(guī)劃、土石壩的壩面作業(yè)。主要的知識點包括：劃、土石壩的壩面作業(yè)。主要的知識點包括：料場空間規(guī)劃和時間規(guī)劃；流水作業(yè)；工段數料場空間規(guī)劃和時間規(guī)劃；流水作業(yè)；工段數和工序數的關系；進退錯距法；轉圈套壓法；和工序數的關系；進退錯距法；轉圈套壓法；結合部位的施工；土料壓實標準。結合部位的施工；土料壓實標準。 概述n土石壩包括各種碾壓式土壩、堆石壩和土石混合壩，是一種充分利用當地材料的壩型。n分類（根據施工方法的不同）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。n碾石式土石壩的施工 包括準

2、備作業(yè)、基本作業(yè)、輔助作業(yè)和附加作業(yè)。n準備作業(yè)準備作業(yè)：三通一平，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)：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)：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)：附加作業(yè)：壩坡修整，鋪砌護面塊石及鋪植草皮等。第一節(jié)第一節(jié) 壩體材料與料場規(guī)劃壩體材料與料場規(guī)劃一壩體材料及其要求一壩體材料及其要求防滲料防滲料防滲的土料最基本的要求：防滲性：滲透系數不大于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

3、的超徑材料，壓實后的壩面有較高的承載力 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: 按其型式可分為拋填、分層碾壓、手工干砌石、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、沖擊的漂卵石、石渣料等。 堆石是最好的筑壩材料，現廣泛用于高土石壩的壩殼料。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 反濾料一般要滿足堅固度要求，要求級配嚴格，一般采用混凝土砂石料生產系統(tǒng)生產，但不要求沖洗。二空間規(guī)劃二空間規(guī)劃料場位置、高程的

4、恰當的選擇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。二時間規(guī)劃二時間規(guī)劃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。n三質量和數量的規(guī)劃三質量和數量的規(guī)劃質量方面要對料場的地質成因、產狀以及各種物理力學指標進行全面勘探和試驗。數量方面： 主要料場 備用料場四料場體積比壩體體積大的原因四料場體積比

5、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。 五、料場優(yōu)化五、料場優(yōu)化 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)化第二節(jié)第二節(jié) 土石料的開挖與運輸土石料的開挖與運輸一、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土料的開采土料的開采土料開采一般有立采和平采立采和平采兩種。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

6、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)劃中應將料場劃分成數區(qū)，進行流水作業(yè)。2土料加工土料加工調整土料含水量調整土料含水量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。n摻合、超徑料處理摻合、超徑料處理一般摻合辦法有：水平互層鋪料立面(斜面)開采摻合法；土料場水平單層鋪放摻料立面開采摻合法；在填筑面堆放摻合法；漏斗帶式輸送機摻合法。第、種方法采用較多。 礫質土中超徑石含量不多時，常用裝耙的堆土機先在料場中初步清除，

7、然后在壩體填筑面上進行填筑平整時再作進一步清除；當超徑石的含量較多時，可用料斗加設蓖條篩（格篩）或其他簡單篩分裝置加以篩除，還可采用從高坡下料，造成粗細分離的方法清除粗粒徑。 粗粒徑較大的過渡料宜直接采用控制爆破技術開采，對于較細的、質量要求高的反濾料，墊層料則可用破碎、篩分、摻和工藝加工。n3砂礫石料和堆石料開采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

8、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。三、土石料開挖運輸方案三、土石料開挖運輸方案壩料的開挖與運輸，是保證上壩強度的重要環(huán)節(jié)之一。開挖運輸方案主要根據壩體結構布置特點、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。挖運機械介紹挖運機械介紹(一一)挖掘機械挖掘機械-開挖土料開挖土料 1）單斗式挖掘機）單斗式挖掘機-正向鏟，反向鏟正向鏟，反向鏟 循環(huán)式循環(huán)式機械機械 ；斗容量常用；

9、斗容量常用0.5-4m3 2）多斗式挖掘機）多斗式挖掘機 連續(xù)式挖掘機械連續(xù)式挖掘機械(二二)挖運組合機械挖運組合機械-承擔挖、運、卸，甚至鋪土承擔挖、運、卸，甚至鋪土1）推土機：方便，運轉靈活；）推土機：方便，運轉靈活； 經濟運距經濟運距60-100m；可多臺并列推土，增大運距；可多臺并列推土，增大運距2）鏟運機）鏟運機-專用設備，運輸距離遠，效率專用設備，運輸距離遠，效率高高 按行駛方式，分為牽引式和自行式按行駛方式，分為牽引式和自行式 容量多用容量多用6-7m3(三三)運輸機械運輸機械 1）循環(huán)式）循環(huán)式-汽車汽車(自卸式自卸式)，有軌列車，有軌列車 2）連續(xù)式）連續(xù)式-皮帶機（帶式運輸

10、機）皮帶機（帶式運輸機）土石壩施工設備的選型對壩的施工進度、施工質量以及經濟效益產生重大影響。（一） 設備選型的基本原則：1所選機械的技術性能能適應工作的要求、施工對象的性質和施工場地特征，保證施工質量，能充分發(fā)揮機械效率，生產能力滿足整個施工過程的要求。2所選施工機械應技術先進、生產效率高，操作靈活、機動性好，安全可靠，結構簡單，易于檢修保養(yǎng)； 3類型比較單一，通用性好； 4工藝流程中各供需所用機械應成龍配套，各類設備應能充分發(fā)揮效率，特別應注意充分發(fā)揮主導機械的效率。 5設備購置費和運行費用較低，易于獲得零、配件，便于維修、保養(yǎng)、管理和調度，經濟效果好。對于關鍵的、數量少且不能替代的設備，

11、應使用新購置的，以保證施工質量，避免在一條龍生產中卡殼影響進度。（二） 土石壩施工中開挖運輸方案主要有以下幾種：1.正向鏟開挖，自卸汽車運輸上壩正向鏟開挖，自卸汽車運輸上壩正向鏟開挖、裝載，自卸汽車運輸直接上壩，通常運距小于10km。自卸汽車可運各種壩料，運輸能力高，設備通用，能直接鋪料，機動靈活，轉彎半徑小，爬坡能力較強，管理方便，設備易于獲得。 在施工布置上，正向鏟一般都采用立面開挖，汽車運輸道路可布置成循環(huán)路線，裝料時停在挖掘機一側的同一平面上，即汽車魚貫式地裝料與行駛。 2.正向鏟開挖、膠帶機運輸正向鏟開挖、膠帶機運輸國內外水利水電工程施工中，廣泛采用了膠帶機運輸土、砂石料。 膠帶機的

12、爬坡能力大，架設簡易，運輸費用較低，比自卸汽車可降低運輸費用1/31/2，運輸能力也較高。膠帶機合理運距小于10km，可直接從料場運輸上壩；也可與自卸汽車配合，作長距離運輸，在壩前經漏斗由汽車轉運上壩；與有軌機車配合，用膠帶機轉運上壩作短距離運輸。3 斗輪式挖掘機開挖，膠帶機運輸，轉自卸汽車斗輪式挖掘機開挖，膠帶機運輸，轉自卸汽車上壩上壩 對于填筑方量大、上壩強度高的土石壩，若料場儲量大而集中，可采用斗輪式挖掘機開挖，其生產率高，具有連續(xù)挖掘、裝料的特點。斗輪式挖掘機將料轉入移動式膠帶機，其后接長距離的固定式膠帶機至壩面或壩面附近經自卸汽車運至填筑面。這種布置方案，可使挖、裝、運連續(xù)進行，簡化

13、了施工工藝，提高了機械化水平和生產率。4 采砂船開挖，有軌機車運輸，轉膠帶機采砂船開挖，有軌機車運輸，轉膠帶機（或自卸汽車）上壩（或自卸汽車）上壩有軌機車具有機械結構簡單、修配容易的優(yōu)點。當料場集中，運輸量大，運距較遠（大于10km）時，可用有軌機車進行水平運輸。有軌機車運輸的臨建工程量大，設備投資較高，對線路坡度、轉彎半徑等的要求也較高。有軌機車不能直接上壩，在壩腳經卸料裝置至膠帶機或自卸汽車轉運上壩。 壩料的開挖運輸方案很多，但無論采用何種方案，都應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；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

14、。例題1n已知砂礫開挖強度為4966.25m3/d。用1m3正鏟挖土，10t自卸汽車運土。正鏟挖裝土的循環(huán)時間為26s，土斗的充盈系數為1，土的松散影響系數為0.75。求所需挖掘機的臺數。解：例題2：n土壩施工，粘性土的上壩強度為4992m3/d。已知設計干容量為1.65t/m3，料場土料干容重1.35t/m3，土料松散干容重為1.28t/m3。土料開挖損失系數為0.95，運輸損失系數為0.98，求開挖強度與運輸強度。n開挖強度 n運輸強度 349221.656461.63/0.98 0.951.35CQmd349221.656474.25/0.981.28TQmd第三節(jié)第三節(jié) 土石壩壩面作業(yè)

15、土石壩壩面作業(yè)一壩面作業(yè)程序一壩面作業(yè)程序 請看壩面填筑圖鋪土、平土灑水、壓實、質檢刨毛工段數m，工序數n1工段數與工序數的關系m=n，工段數與工序數相等，人、機、地不閑；mn，工段數大于工序數，人、機不閑，地閑；mn，工段數小于工序數，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 擬定工序數目n 擬定流水作業(yè)單位時間t（h）：t=T/nT一個班內有效工作時間，h/班；n工序數；同一工段各工序循環(huán)一次所用的班數，一般11.5。n 計算工作段面積=qt/hTq 壩體填筑相應高程的松土上壩m3/班；h 每層鋪松土厚度； 計算工段數目m=S/S壩體相應高程的填筑面積m2二卸料和平料二卸

16、料和平料通常采用自卸汽車、皮帶機卸料，由推土機平鋪成要求的厚度。自卸汽車卸料自卸汽車卸料卸料方式：后卸、底卸、側卸。底卸式汽車可邊行駛邊卸料，但不能運輸大粒徑塊石或漂石；側卸式汽車適用于運輸反濾料及有固定卸料點的運輸。進占法卸料，如圖汽車進占法 后退法卸料，如圖汽車后退法堆石料三壓實方法三壓實方法1注意事項防滲土料的壓實方向應平行壩軸線方向進行，不得垂直于壩軸線方向碾壓，避免局部漏壓形成橫穿壩體的集中滲流帶；碾壓機械行駛的行與行之間必須重疊2030cm，以免漏壓；壩料分區(qū)之間的邊界容易形成漏壓的薄弱帶，必須注意互相重疊碾壓。2壓實方法進退錯距法：碾壓長度一般40100m，錯距容易保證，獲得廣泛

17、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。轉彎半徑小易造成剪切破壞。3判斷壓實效果質檢及現場壓實作業(yè)狀態(tài)分析現場壓實作業(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“升起”現象，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。n氣胎碾壓時可根據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。n4.壓實機械：羊足碾、氣胎碾、夯板、震動碾 請看錄像羊足碾、輪胎碾

18、、震動碾四結合部位施工四結合部位施工1壩基結合面對于基礎部位的填土，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，用與防滲土料相同的碾壓參數壓實，然后刨毛深35cm，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與岸坡及砼結合面 填土前，先將結合面的污物沖洗

19、，清除松動巖石，在結合面上灑水濕潤，邊涂刷一層厚約5cm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。n3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施工，并滿足穩(wěn)定要求，平臺高度不大于15m。 壩

20、體接坡面可用推土機自上而下削坡，適當保留保護層 壩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。五反濾層施工五反濾層施工土、砂松坡接觸平起法1先土后砂法：如圖，先填23層土料，壓實時邊緣留3050cm寬松土帶，一次鋪反濾料與粘土齊平，壓實反濾料，并用氣胎碾壓實土砂接縫帶。此法易排除壩面雨水；因填土料無側面限制，施工中有超坡，且接縫處不便壓實。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：如上圖先在反濾料設計線內用反濾料筑一小堤，再填筑23層土料與反濾料齊平，然后壓實反濾料及土料接縫帶。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。 壩面填筑圖汽車進占法 汽車后退法堆石料震動碾圖 羊足碾輪胎碾震動碾先土后砂法 第四節(jié)第四節(jié) 土石料壓實標準及質量控制土石料壓實標準及質量控制一土石料的壓實標準一土石料的壓