土石坝工程

概述土的工程分类和性质土石料场规划土石料挖运方案坝面作业土石坝施工的质量控制土石坝的冬雨季施工概述土石坝是一种充分利用当地材料的坝型。它具有就地取材，减少大量的外运材料，降低工程成本等优点。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。准备作业包括:“一平三通”(平整场地、通车、通水、通电),架设通讯线路,修建生产、生活福利、行政办公用房以及排水清基等项工作。基本作业包括：料场土石料开采,挖、装、运、卸以及坝面铺平、压实、质检等项作业。辅助作业包括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，是保证准备作业及基本作业顺利进行,创造良好工作条件的作业。附加作业是保证坝体长期安全运行的防护及修整工作,包括坝坡修整,铺砌护面块石及铺植草皮等。第1节土的工程分类和性质第1节土的工程分类和性质一、土的工程分类按土的开挖难易程度，一般工程土类分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级。二、土的性质1、含水量W=G1-G2G22、渗透性土的渗透性是指水被水透过的性能，与土的密度有关。一般取决于土的形成条件、颗粒级配、胶体颗粒含量和土的结构等。3、动水压力（渗透力）和流砂GD=Iγω①动水压力②流砂当动水压力等于或大于土的浸水重度时，土颗粒失去自重，处于悬浮状态，随渗流的水一起流动的现象。松散、饱和的细砂和粉砂易产生流砂。4、可松性（可松性系数）自然土经开挖后因松散使体积增大，以后再压实也难于恢复到原来的体积的特性。在对土方需求量、料场规划、运输工具数量、土方平衡调配等计算时应可松性影响。K1=V2V1K2=V3V1K1——最初可松系数；K2——最终可松系数；第2节土石料场规划第2节土石料场规划一、土石料场的选择和规划土石坝用料量很大,有一定的质量要求，用料工作面较集中，在选坝阶段需对土石料场全面调查。对可供利用的土石料的质量、数量初步掌握，作为坝型选择的依据。在施工前应配合施工组织设计,对料场作深入勘测,并从空间、时间、质与量诸方面进行全面规划。空间规划,是指对料场位置、高程的恰当选择,合理布置。1、空间规划①土石料的上坝运距尽可能短.②坝的上下游左右岸最好都选有料场,有利于上下游左右岸同时供料,减少施工干扰,保证坝体均衡上升。③用料时原则上应低料低用,高料高用,减少垂直运输。时间规划,就是要考虑施工强度和坝体填筑部位的变化。随着季节及坝前蓄水情况的变化,料场的工作条件也在变化。2、时间规划①在用料规划上应力求做到上坝强度高时用近料场,低时用较远的料场,使运输任务比较均衡，避免不必要的窝工。②对近料和上游易淹的料场应先用,远料和下游不易淹的料场后用;含水量高的料场旱季用,含水量低的料场雨季用。③在料场使用规划中,还应保留一部分近料场供合龙段填筑和拦洪渡汛高峰强度时使用。3、料场质与量的规划①料场质与量的规划,是料场规划最基本的要求,也是决定料场取舍的重要因素。在选择和规划使用料场时,应对料场的地质成因、产状、埋深、储量以及各种物理力学指标（如容重、含水量、颗粒级配、凝聚力及内摩擦角等）进行全面勘探和试验。勘探精度应随设计深度加深而提高。③充分利用永久和临时建筑物基础开挖碴料是土石坝料场规划的一重要原则，也是料场规划的重要问题，应将其纳入整个用料量中考虑。为此应增加必要的施工技术组织措施,确保碴料的充分利用。例如,若导流建筑物和永久建筑物的基础开挖时间与上坝时间不一致时,则可调整开挖和填筑进度,或增设堆料场储备碴料,供填筑时使用。②在施工组织设计中,进行用料规划,对施工过程的每个阶段用料多少，采用哪些料场应有统一规划，对各料场开采的程序应有统一部署。不仅应使料场的总储量满足坝体总方量的要求,而且应满足施工各个阶段最大上坝强度所需要的料场数量和开挖工作面。④料场规划还应区分主要料场和备用料场，分别加以考虑。主要料场要求质好、量大、运距近,且有利于常年开采;备用料场通常在淹没区外,当前者被淹没或因库区水位抬高,土料过湿或其它原因中断使用时,则用备用料场保证坝体填筑不致中断。⑤料场储量：应考虑料场查勘的精度、料场天然容重与坝体压实容重的差异,不合规格的土石料的剔除，以及开挖运输、坝面清理、返工削坡等损失。实际可开采总量与坝体填筑量之比一般为:土料2-2.5;砂砾料1.5-2.5；水下砂砾料2-3;石料1.5-2;反滤料应根据筛后有效方量确定,一般不宜小于3；备用料场的储量应为主要料场总储量的20-30%。二、料场的清理、排水料场的清理和排水是料场作业的辅助作业。这些工作直接影响采料的质量和开采的进度。料场清理包括：伐木、除草、剥去表层植土，对石料开采还需清除剥离层等。料场排水对土料开采有重要影响。因为排水不良使开采的土料含水量过大,不能满足上坝用料的要求。为降低含水量必须采取其它措施,这样既影响开采进度,又额外增加施工费用。料场排水应采取截、排结合,以截为主的措施。①对于地表水应在采料高程以上修筑截水沟加以在拦截。②对于流入开采范围的地表水应挖纵横排水沟迅速排除。③当地下水位太高,为降低地下水位可在采区周围布置井孔或井点。第3节土石料挖运方案第3节土石料挖运方案土石坝工程施工挖、运、填的工作量大,强度高，各道工序均由相互匹配的具有独特功能的工程机械来完成，构成“一条龙”的生产工艺流程，称为土石坝的综合机械化施工。一、综合机械化的基本原则：在组织综合机械化施工中应遵循以下原则：1、充分发挥主要机械的作用主要机械是指对完成关键工序起主导作用的机械。充分发挥它的作用,有利于加快施工进度，降低工程成本。例如在土石坝施工中用正向铲挖掘机采料，自卸汽车运输上坝，推土机平土,震动辗压实,刨毛机刨毛,洒水车洒水进行综合机械化作业,其中挖掘机是主要机械,一台挖掘机发生故障将导致其它机械停工待料。2、挖运机械的配套应根据机械的工作特点加于选择连续式开挖机械一般应与连续式运输机械相配合，循环式开挖机械一般应与循环式运输机械相配合。3、合理布置工作面,充分发挥机械的工作效率,减少机械的转运时间要求创造良好的运输条件，避免运输的干扰和故障。保证运输线路有足够的通行能力,提高运输工具的运输能力。应力求避免一环受阻,环环窝工。二、挖运机械（一）挖掘机械按构造及工作特点分,挖掘机有循环单斗式和连续多斗式。单斗式挖掘机按其工作机构又分为：正向铲、反向铲、索铲、抓铲（见下图)。单斗式挖掘机工作装置的类型（a）正向铲（b）反向铲（c）索铲（d）抓铲1、正向铲挖掘机：正向铲挖掘机有回转、行驶和挖掘三个装置。4、挖斗5、斗齿6、斗柄7、动臂过8、铰9、液压缸正向铲是土方开挖工程中最常用的挖掘机械。它具有强力的推力装置，能开挖各种坚硬土和破碎后的岩石，适用于挖掘停机地面以上的土石方,也可挖掘停机地面以下不深的地方。正向铲通常与运输工具配合使用，常用的是自卸汽车。此时，它与运输工具有两种配合方式：1）侧向掌子：因在挖方宽度较大，运输工具停在正向铲一旁的同一平面上，或略高于正向铲的停机面上。这种方式可使运输工具来往方便,能较快停在装车位置,容易发挥正向铲的生产能力。2）正向掌子：因在挖方高度较大,运输工具停在正向铲后侧的同一平面上。这种方式运输工具要倒车进入指定地点,且正向铲装车的转角较大,导致其生产率下降。2、反向铲挖掘机：适于开挖停机面以下土方（基坑、渠道、管沟），铲土力较正铲小，只能挖Ⅰ--Ⅲ类土。挖土方式：端向开挖法（沟端开行）、侧向开挖法（沟侧开行）3、拉铲（索铲）挖掘机最适于开挖水下土方及含水量大的土方。挖掘半径、卸土半径、卸载高度较大，多用于渠道、基坑、水下砂卵石的开挖。挖土方式：沟端开挖法（沟端开行）、沟侧开挖法（沟侧开行）4、抓铲挖掘机靠其合瓣式铲斗自由下落的冲力切入土中后抓取土料提升，回转后卸料。适于挖掘窄深基坑、深井中的水下淤泥及砂卵石等松软土方。5、多斗式挖掘机（有多个铲土斗）适于陆上使用，生产率高。斗轮式挖掘机1—斗轮；2—机房；3—履带行驶机构；4—壁式带式运输机①斗轮式挖掘机将链斗式挖掘机的工作机构装在特制的船上进行工作。其构造较简单,生产率高,可以进行水下挖取砂砾石。②采砂船工作大梁2上设有从动轮4,砂斗3固定在链条上,随主动轮5所带动的从动轮4而转动。砂斗不断挖砂,上升至接砂斗6的顶部时卸料,再通过皮带机10向船的任何一侧卸料。(二)挖运组合机械1、推土机以拖拉机为原动机械,另加切土刀片的推土器,既可薄层切土又能短距离推运。有固定式和万能式,前者结构简单而牢固,应用普遍,多用液压操作。右图为国产移山-120型推土机的外形。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60-10Om。为了减少土料的散失,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。能同时担负开挖、运输、卸土、铺土任务，有推土机和铲运机。推土机械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。当今多用自行式,因其结构轻便,可带较大的铲斗,行驶速度高,多用低压轮胎,有较好的越野性能。图4-5是铲斗容量7m3的国产CL7型自行式铲运机。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。大容量的扩运机要求牵引为大,运行的灵活性降低。（a）装土（b）运土（c）卸土铲运车工作示意图(三)运输机械运输机械有循环式和连续式两种。1、循环式有:有轨机车和自卸汽车。自卸汽车的吨位一般在10-35t,汽车吨位大小应根据需要并结合路涵条件来考虑。2、连续式:最常用的连续运输机械是带式运输机。根据有无行驶装置,分为移动式和固定式两种。前者多用于短程运输和散体材料的装卸堆存。固定式常采用分段布置,每段一般在20Om以内。1—皮带；2—驱动鼓轮；3—张紧鼓轮；4—上托辊5—机架；6—喂料器；7—卸料小车；8—张紧重棰优缺点：带式运输机不受地形限制,结构简单,运行方便灵活,生产率很高。使用时应防止和减轻带的磨损、老化、断裂。固定带式运输机的构造图3、装载机是一种短程装运结合的机械。常用的斗容量1-3m3,运行灵活方便。1—装载斗2—活动臂3—油缸4—操作台斗容量2m3的国产ZL-40型装载机的外形尺寸图三、挖运设备的生产能力要确定挖运机械设备的数量,应掌握土石坝施工高峰时段的施工强度,确定选用设备的生产能力（可根据有关产品手册确定,也可以结合实际施工条件,选定参数计算复核）。1、挖掘机械①挖掘机、装载机和铲运机的生产能力P（台班生产率）可按下式确定：p=(m3/台班)V——铲斗的几何容积,m3;T——台班工作时间；Kch——铲斗充盈系数,表示实际装料容积与土斗几何容积的比值;与挖掘机械及土质有关；TVKchKtKktKk——土的松散影响系数,系指挖后松土体积与挖前实土体积的比值,一般取1.10～1.30;Kt——时间利用系数,表示挖掘机工作日时间利用程度,挖掘机取0.7，装载机取0.7～0.8，铲运机取0.65～0.75;t——每次作业循环时间，min．要提高挖掘机械的实际生产率,必须提高循环式挖掘机的循环次数,即缩短每一循环的工作时间。此外,当挖掘松散土料时,可更换较大的土斗以增大土斗容积;加强机械的现场维修,合理布置掌子面,协调并改善回车和错车场地,改善挖运设备的配合等,都将有利于提高挖掘机械的实际生产率。②机械需要量N计算:N=QMPQ——由工程总进度决定的月开挖强度，m3/月;M——单机月工作台班数;P——单机台班生产率，m3/台班．2、运输机械(1)循环式运输机械数量n的确定QT——运输强度(一昼夜或一班运载的总方量)；q——运输机械装载的有效方量；T1——一昼夜或一班的时间,min;T2——一昼夜或一班内运输工具的非工作时间,min;t——运输工具周转一次的循环时间,min。对于工地常用的汽车、拖拉机,t值为：t1——装车时间,min;t2——卸车时间,min;L——运距,km;V——平均行驶速度,km/h。则设昼夜或每班运输循环次数m=（T1--T2）/t，生产能力PT为：(2)连续带式运输机带式运输机的生产率,取决于带宽、带速及带上物料的装满程度。带的装满程度