水利工程施工—土石坝工程2.ppt

本章主要参考书目：1.水利水电施工技术2.土石坝工程 第四章第四章 土石坝工程土石坝工程 Embankment dam Engineering 土石坝按施工方法不同，分为：土石坝按施工方法不同，分为：干填碾压、干填碾压、水中填土、水力冲填、定向爆破水中填土、水力冲填、定向爆破碾压式土石坝施工的主要作业：碾压式土石坝施工的主要作业：准备作业准备作业-三通一平、其它临建设施三通一平、其它临建设施基本作业基本作业-两点一线：料场点、坝面点、运输线两点一线：料场点、坝面点、运输线 即：土料开采，挖装运卸，坝面作业即：土料开采，挖装运卸，坝面作业辅助作业辅助作业-清覆盖，除杂块，刨毛加水排水清覆盖，除杂块，刨毛加水排水附加作业附加作业-修整，护坡，草皮修整，护坡，草皮 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、筑坝材料及其要求一、筑坝材料及其要求 1、防渗料、防渗料 渗透系数不大于渗透系数不大于110-5cm/s，有一定的抗剪强度，渗，有一定的抗剪强度，渗流稳定性好，能适应坝体变形。细粒土、粘土、砾质土等流稳定性好，能适应坝体变形。细粒土、粘土、砾质土等2、坝壳料、坝壳料堆石、砂砾石、风化料等堆石、砂砾石、风化料等 坚固度要求，级配严格坚固度要求，级配严格3、反滤料、反滤料 二、料场规划的原则二、料场规划的原则 在在空间、时间、质与量空间、时间、质与量等几方面对初选料场进行等几方面对初选料场进行全面而具体的规划，使料场既能适应实际施工条件，全面而具体的规划，使料场既能适应实际施工条件，满足不同施工阶段坝体填筑的需要，且开采条件，上满足不同施工阶段坝体填筑的需要，且开采条件，上坝土料单价低，不占或少占耕地。坝土料单价低，不占或少占耕地。1.空间空间-料场位置、高程恰当，合理布置料场位置、高程恰当，合理布置 2.时间时间-根据施工强度及坝体填筑部位变化选用料场根据施工强度及坝体填筑部位变化选用料场 3.质与量质与量-基本要求，重要前提基本要求，重要前提 4.主要料场及备用料场主要料场及备用料场 5.料场的整体规划料场的整体规划三、料场优化的基本方法三、料场优化的基本方法1、填挖料平衡计算、填挖料平衡计算 弃渣料的合理利用弃渣料的合理利用2、土石方调度优化、土石方调度优化 总运输量最小，运输费用最低总运输量最小，运输费用最低第二节 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1、土料的开采：、土料的开采：立面立面与与平面平面开采开采2、土料的加工：含水量调整、掺和等、土料的加工：含水量调整、掺和等3、砂石料和堆石料开采：陆上、水下、爆破开采、砂石料和堆石料开采：陆上、水下、爆破开采4、超径料的处理：爆破法、超径料的处理：爆破法二、挖运机械介绍二、挖运机械介绍(一一)挖掘机械挖掘机械-开挖土料开挖土料 1）单斗式挖掘机）单斗式挖掘机-正向铲，反向铲正向铲，反向铲 循环式循环式机械机械；斗容量常用；斗容量常用0.5-4m3 2）多斗式挖掘机）多斗式挖掘机 连续式挖掘机械连续式挖掘机械(二二)挖运组合机械挖运组合机械-承担挖、运、卸，甚至铺承担挖、运、卸，甚至铺土土 1）推土机：方便，运转灵活；）推土机：方便，运转灵活；经济运距经济运距60-100m；可多台并列推土，增大运距可多台并列推土，增大运距2）铲运机）铲运机-专用设备，运输距离远，效率高专用设备，运输距离远，效率高 按行驶方式，分为牵引式和自行式按行驶方式，分为牵引式和自行式 容量多用容量多用6-7m3(三三)运输机械运输机械 1）循环式）循环式-汽车汽车(自卸式自卸式)，有轨列车，有轨列车 2）连续式）连续式-皮带机（带式运输机）皮带机（带式运输机）三、挖运设备的配套组合三、挖运设备的配套组合 主要典型方案：主要典型方案：1）挖掘机配自卸汽车直接坝）挖掘机配自卸汽车直接坝-最广泛最广泛2）挖掘机配机车运输至坝区，经皮带机系统上坝）挖掘机配机车运输至坝区，经皮带机系统上坝3）皮带机运料至坝区，再由自卸汽车转运上坝）皮带机运料至坝区，再由自卸汽车转运上坝4）铲运机直接上坝）铲运机直接上坝5）斗轮式配皮带机上坝）斗轮式配皮带机上坝6）采砂船配皮带机至坝区，汽车上坝）采砂船配皮带机至坝区，汽车上坝四、挖运机械设备的生产能力四、挖运机械设备的生产能力2、运输机械、运输机械(1)循环式运输机械的数量循环式运输机械的数量n(2)连续连续式运输机械的生产率式运输机械的生产率1、挖掘机械、挖掘机械 P=60qnKHKpKBKt五、挖运强度和挖运机械数量的确定五、挖运强度和挖运机械数量的确定(一一)土石坝挖运强度的概念及确定土石坝挖运强度的概念及确定先按先按导流控制性进度计划导流控制性进度计划确定确定分期时段分期时段的上坝方量的上坝方量V(1)计算计算上坝强度上坝强度 注意注意T为施工分期时段的有效工作日数为施工分期时段的有效工作日数(2)计算计算运输强度运输强度 (3)计算计算开挖强度开挖强度-按按运输强度强度运输强度强度确定确定 考虑两种状态容重不同；考虑运输损失考虑两种状态容重不同；考虑运输损失考虑两种状态容重不同；考虑开挖损失考虑两种状态容重不同；考虑开挖损失(二二)挖运设备的配置挖运设备的配置 以典型方案为例以典型方案为例(1)原则：即要考虑原则：即要考虑上坝强度上坝强度的要求，的要求，又要满足挖掘机械又要满足挖掘机械配套的工艺配套的工艺要求要求挖掘机械配套的工艺要求包括两方面：挖掘机械配套的工艺要求包括两方面：装车斗数装车斗数m，也用铲车容量比也用铲车容量比充分发挥挖掘机的生产率充分发挥挖掘机的生产率PC(2)挖运机械数量的确定挖运机械数量的确定 选择挖掘机及汽车的型号选择挖掘机及汽车的型号 装车斗数装车斗数m，也用铲车容量比，也用铲车容量比 充分发挥挖掘机的生产率充分发挥挖掘机的生产率PC 六、综合机械化方案选择六、综合机械化方案选择1、保证施工质量、保证施工质量,生产能力满足整个施工过程的要求生产能力满足整个施工过程的要求2、性能灵活、高效、低耗、运行安全、耐久可靠、性能灵活、高效、低耗、运行安全、耐久可靠3、通用性强，能承担先后工程项目，设备利用率高、通用性强，能承担先后工程项目，设备利用率高4、设备配套，注意充分发挥主导机械的效率、设备配套，注意充分发挥主导机械的效率5、设备购置运行费低，易得零配件，易维修保养管理、设备购置运行费低，易得零配件，易维修保养管理6、从场地条件方面创造相适应的条件、从场地条件方面创造相适应的条件 第三节 坝体填筑与压实一、坝面作业一、坝面作业 坝面上进行坝体的填筑、压实作业，与运输相衔接坝面上进行坝体的填筑、压实作业，与运输相衔接二、坝面作业施工程序及组织二、坝面作业施工程序及组织 1.施工程序包括施工程序包括 铺土-平土-洒水-压实-(刨毛)质检|_|每铺一层，坝体上升一定高度每铺一层，坝体上升一定高度2.施工组织特点施工组织特点特点：工作面狭窄、工种多，工序多，机械设工作面狭窄、工种多，工序多，机械设 备多，施工干扰大备多，施工干扰大,不易保证施工进度。不易保证施工进度。要求：合理组织施工，合理组织施工，进行坝面进行坝面流水作业3.何谓坝面流水作业何谓坝面流水作业合并工序：合并工序：a-铺土 b-平土酒水 c-压实 d-质检一个工序对应一个施工作业队一个工序对应一个施工作业队将坝面分为四段：将坝面分为四段：、对工段，各施工队按工序依次连续施工，对工段，各施工队按工序依次连续施工，工段不闲工段不闲对施工队而言，依次不停在各工段完成固定工作，对施工队而言，依次不停在各工段完成固定工作，人机不闲人机不闲一一方面，实现了施工专业化，有利于工人熟练作业，保证方面，实现了施工专业化，有利于工人熟练作业，保证质量；另一方面，各工段都有专业队施工。避免干扰，质量；另一方面，各工段都有专业队施工。避免干扰，保证人、机、地三不闲保证人、机、地三不闲5.流水作业的组织流水作业的组织关键在于正确划分工段，合理合并工序关键在于正确划分工段，合理合并工序工段数工段数m应应按满足上坝要求及坝面实际情况计算按满足上坝要求及坝面实际情况计算 常用常用m值为值为2、3、4WD：某高程工作面面积：某高程工作面面积WB：某工作时段的铺土面积：某工作时段的铺土面积h：每层铺土厚度：每层铺土厚度 实际工程中，因不同高程坝面积相差较大实际工程中，因不同高程坝面积相差较大工段数工段数m与工序数与工序数m不一定能每时都相等不一定能每时都相等对m与m的讨论 m=m，工，工段数段数=工序数，工序数，组织理想的流水作业，人机地三不闲组织理想的流水作业，人机地三不闲 mm，工，工段数段数工序数，工序数，流水作业能组织，但不理想流水作业能组织，但不理想 地闲而人和机械不闲，施工进度受影响地闲而人和机械不闲，施工进度受影响 mm，工段数工段数工序数，工序数，流水作业无法正常进行流水作业无法正常进行 人和机械闲置，造成窝工人和机械闲置，造成窝工二、结合部位施工二、结合部位施工1、坝基结合面、坝基结合面 1）粘性土、砾质土坝基：粘性土、砾质土坝基：调节表层含水量、刨毛调节表层含水量、刨毛深深35cm，铺土压实。，铺土压实。2）非粘性土地基：非粘性土地基：先压实，再铺第一层土料。先压实，再铺第一层土料。3）岩基：岩基：先把局部凹凸不平的岩石修整，封闭岩先把局部凹凸不平的岩石修整，封闭岩基表面节理、裂缝。基表面节理、裂缝。无论何种坝基，当填筑厚度达无论何种坝基，当填筑厚度达2m后才可使用重后才可使用重型机械。型机械。2、与岸坡及混凝土建筑物结合、与岸坡及混凝土建筑物结合 1）填土前：填土前：冲洗污物，清除松动岩石，洒水湿冲洗污物，清除松动岩石，洒水湿润，涂刷浓粘土浆或浓水泥粘土浆或水泥砂浆；润，涂刷浓粘土浆或浓水泥粘土浆或水泥砂浆；2）防渗体与岸坡结合处：防渗体与岸坡结合处：保证坝体碾压搭接宽保证坝体碾压搭接宽度度1m以上；以上；3）混凝土齿墙或坝下埋管两侧及顶部混凝土齿墙或坝下埋管两侧及顶部0.5m范围：范围：必须用小型机具压实；必须用小型机具压实；4）岸坡、混凝土与砾质土、掺合土结合处：岸坡、混凝土与砾质土、掺合土结合处：避避免直接与粗料接触。免直接与粗料接触。3、坝体纵横向接坡与接缝、坝体纵横向接坡与接缝 1）防渗体及均质坝的横向接坡不应陡于防渗体及均质坝的横向接坡不应陡于1:3，高，高差不超过差不超过15m。2）坝体接坡面可用推土机自下而上削坡，适当）坝体接坡面可用推土机自下而上削坡，适当保留保护层保留保护层 3）坝体施工临时设置的接缝高差不超过铺土厚坝体施工临时设置的接缝高差不超过铺土厚12倍为宜，分缝在高程上应适当错开。倍为宜，分缝在高程上应适当错开。三、反滤料、垫层料、过渡料的施工三、反滤料、垫层料、过渡料的施工1、先土后砂法、先土后砂法2、先砂后土法、先砂后土法二二.压实机械及其生产率压实机械及其生产率压实机械作为坝面作业压实环节的机械设备压实机械作为坝面作业压实环节的机械设备(一一)压实力与压实作用压实力与压实作用不同土料对压实力要求不同不同土料对压实力要求不同粘性土料：要求压实外力克服粘结力粘性土料：要求压实外力克服粘结力-碾压，挤压碾压，挤压非粘性土料：要求压实外力克服内摩擦力非粘性土料：要求压实外力克服内摩擦力-振动振动压实机械产生的压实作用力压实机械产生的压实作用力碾压力碾压力夯击力夯击力震动力震动力(二二)压实机械及压实方法压实机械及压实方法1.羊脚碾羊脚碾滚筒表面设截头圆锥体滚筒表面设截头圆锥体提供提供碾压力，碾压力，压入时挤压深部土体，压入时挤压深部土体，压后翻松表层土体压后翻松表层土体2.震动碾震动碾一边碾压，一边震动一边碾压，一边震动提供提供震动碾压力，震动碾压力，压实影响深度大压实影响深度大,压实密实程度大压实密实程度大,3.气胎碾气胎碾利用气胎碾压变形的特点利用气胎碾压变形的特点碾压接触范围大碾压接触范围大,压实效果均匀压实效果均匀压实时间长压实时间长4.夯板及其压实方法夯板及其压实方法自由下落自由下落,提供夯出力提供夯出力,类似锤击类似锤击碾压同时加大破碎比碾压同时加大破碎比对大颗粒适用对大颗粒适用5.碾滚开行方式及线路碾滚开行方式及线路两种：两种：进退错距法；圈转套压法进退错距法；圈转套压法避免漏碾，应进行搭接碾压避免漏碾，应进行搭接碾压少重碾，防过碾破坏少重碾，防过碾破坏(三三)压实机械的生产率压实机械的生产率碾机械生产率碾机械生产率(连续碾压工作连续碾压工作)夯击机械生产率夯击机械生产率(循环夯击工作循环夯击工作)三三.压实标准及压实标准压实标准及压实标准(一一)土料压实标准土料压实标准压实标准的概念压实标准的概念-压实度压实度D为便于施工控制，将压实度转换为压实容重为便于施工控制，将压实度转换为压实容重d(二二)压实参数的确定压实参数的确定不同土料有不同的压实参数不同土料有不同的压实参数对一定体积的土体，施工加一定的压实功，达到设计对一定体积的土体，施工加一定的压实功，达到设计干容重干容重粘性土粘性土-含水量含水量，碾压遍数，碾压遍数n，铺层厚度，铺层厚度h-d 非粘性土非粘性土-碾压遍数碾压遍数n，铺层厚度，铺层厚度h-d 现场碾压试验设备及碾压参数的组合现场碾压试验设备及碾压参数的组合参见表参见表4-2注意应将机械参数考虑作为机械选型参数注意应将机械参数考虑作为机械选型参数以单位压实遍数的压实厚度最大都为最经济合理以单位压实遍数的压实厚度最大都为最经济合理为现场施工压实参数为现场施工压实参数结合施工现场具体情况选取合理的压实方案结合施工现场具体情况选取合理的压实方案粘性土压实试验成果及整理粘性土压实试验成果及整理对应于d的碾压遍数 a,b,c;铺层厚度 h1,h2,h3;最优含水量1,2,3,非粘性土压实试验成果及整理非粘性土压实试验成果及整理对应于d的碾压遍数 a,b,c;铺层厚度 h1,h2,h3;第五节土石坝施工的质量控制第五节土石坝施工的质量控制应贯穿于土石坝施工的各个环节和施工全过程应贯穿于土石坝施工的各个环节和施工全过程主要包括主要包括:料场及坝面作业的质量检查和控制料场及坝面作业的质量检查和控制1.料场的质量检查和控制料场的质量检查和控制土料场土料场:检查土质情况、土块大小、杂质、含水量检查土质情况、土块大小、杂质、含水量 若含水量不符合，需调整若含水量不符合，需调整石料场：检查石质、风化程度、爆块级配及形状石料场：检查石质、风化程度、爆块级配及形状 2.坝面作业的质量检查和控制坝面作业的质量检查和控制 铺土厚度，填土块度，含水量，压实干容重铺土厚度，填土块度，含水量，压实干容重 第六节 土石坝的冬雨季施工 造成施工的有效工作日大为减小。属特殊施工造成施工的有效工作日大为减小。属特殊施工时段时段,有特殊要求有特殊要求 一、土石坝的冬季作业冬季施工的范畴：规范规范(1)日平均气温低于日平均气温低于0C，粘性土按低温季节施工粘性土按低温季节施工 如何防止土料冻结？如何防止土料冻结？(2)日平均气温低于日平均气温低于-10 C，一般不宜填筑土料一般不宜填筑土料 施工工期与方案的技术经济比较施工工期与方案的技术经济比较(一一)防冻防冻 1:降低土料含水量。降低土料含水量。砂砾料降地下水位；粘性土降含砂砾料降地下水位；粘性土降含水量；控制冻土块含量；水量；控制冻土块含量；2:降低土料冻结温度。降低土料冻结温度。掺盐；掺混合料；掺盐；掺混合料；3:施工组织措施。施工组织措施。减小热损；及时上覆；强压实。减小热损；及时上覆；强压实。(二二)保温隔热保温隔热 (三三)加热加热 覆盖隔热层。覆盖隔热层。采用蒸汽或火炉采用蒸汽或火炉 覆盖积雪。覆盖积雪。搭暖棚搭暖棚 覆盖冰层。覆盖冰层。松土保温。松土保温。费用较高费用较高二、土石坝的雨季作业二、土石坝的雨季作业 （一）改造粘性土料特性，使之适应雨季（一）改造粘性土料特性，使之适应雨季掺合岩屑、砂砾石等形成混合料。掺合岩屑、砂砾石等形成混合料。（二）合理安排施工，改进施工方法（二）合理安排施工，改进施工方法采用合理的取土方式、堆存方式和施工安排采用合理的取土方式、堆存方式和施工安排（三）增加防雨措施，保证更多有效工作日（三）增加防雨措施，保证更多有效工作日 搭雨棚；盖薄膜；压光排水搭雨棚；盖薄膜；压光排水主要针对粘性土防渗墙含水量太高。主要针对粘性土防渗墙含水量太高。（四）合理利用土料（四）合理利用土料不同部位采用不同性质的土料不同部位采用不同性质的土料