土石坝施工的基本知识

单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四章 土石坝的施工,本章重点：土石坝施工的挖运机械及施工方案,本章难点：土料压实的机理最优含水量,增加内容：面板材料坝的施工,结合讲课安排23次录象教学,11/27/2024,41 土石坝施工概述,一、土石坝的施工特点,1、土石坝建设方兴未艾的原因,地质条件好的坝址已开发殆尽，,余下的只好建土石坝,土石坝设计和施工技术进步很快,特别是结合面板技术,省工省料，施工简单（无模板、无温控）,机械化施工，工期短,有环境保护方面的优势,11/27/2024,2、从施工的角度来看土石坝的优点（与砼坝相比）,要求的地质条件不高：,能筑土石坝的地方多，且地基处理省时省力省钱,充分利用当地材料：,既省材料，又省运费，还可以解决部分弃料的堆放问题,工期短：,既有利于群众性施工，又容易采用机械化作业，速度快,81年统计资料：（大型坝）,日本,美国,苏联,中国,土石坝,23年,34年,5年,46年,砼坝,35年,46年,58年,610年,11/27/2024,安全,从设计上来看，土石坝高且大：,苏联罗贡坝（土石坝）Hmax325M,瑞士大狄克桑斯重力坝Hmax285M,我国小浪底土石坝Bmax840M,我国锦屏电站土石坝Hmax300M,从环境上来看，土石坝基本上不破坏生态。,3、从施工的角度来看土石坝的缺点（与砼坝相比）,防渗问题,过水问题,11/27/2024,二、土石坝的施工方法,1、水中填土法：常用于修筑土石围堰,2、水力冲填法,3、定向爆破法,4、干填辗压法：施工内容和施工程序如下：,准备工作,：A地基和岸坡的处理,主要清理,：,杂草杂树及乱石,干容重小于1.48的表层土,含有机物大于1%的表土,含可溶盐大于2%的表土,细沙及粉沙等易液化的土,11/27/2024,B四通建设及临时设施,基本作业,：A土石料的开采,B土石料的挖运,C土石料的铺、卸,D土石料的平散与压实,辅助作业,：A料场的清理：（先规划、选择）,B土质检查,C地下水位控制：主要是降低,D压实过程中的刨毛、加水或翻晒等,附加作业,：A坝坡修整,铺砌护面石块或草皮等,11/27/2024,三、面板坝的施工要点,P117123,材料另附,42 土石料场的规划,坝型及坝址选择阶段：全面调查土石料的,种类、数量、位置等,施工组织设计阶段：具体勘测、规划,11/27/2024,一、空间规划,1、高程适当：高料高用，低料低用,2、四周都有料场：近料先用，远料后用,3、取土不影响坝的防渗稳定,4、施工干扰小，坝体上升均匀,5、少占用农田，少破坏植被,二、时间规划,施工强度随季节和填筑部位变化而变化,1易淹的料场先用：上游料先用，下游料后用,2上坝强度低时用远料（如雨季），反之用近料,3含水量高的旱季用，含水量小的雨季用,4储备料场关键时刻用：如龙口合拢、拦洪渡汛等,11/27/2024,三、质量与数量的规划,1、料尽其用原则：土石方平衡、充分利用碴料,2、坝体不同部位对土料的种类要求不同：,%值、值、值、d值、料的成份、料的级配d等。,均质坝、斜心墙坝、心墙坝、,3、质量与数量的规划要同时进行,4、控制料的质量，缩小坝体断面尺寸,提问：什么是土方石平衡？,11/27/2024,5、主料场与备用料场：,主料场土质好，储量大，开采集中，距离近，,可常年开采,V主（150200）%V设，考虑：勘测不准确,损耗土料、废弃土料,备用料场主料场无法使用时用，一般在淹没区,以外,V备（150200）%V主,四、料场管理,1、料场清理：剥弃表层腐植土，清除覆盖层,11/27/2024,2、料场排水：地表水与地下水,排水沟、截水沟、集水井，人工降低地下水位,3、场内布置：土料开采避免施工干扰,石料开采爆破布置,43 土石料的压实,一、土料压实的标准,1、粘性土的压实标准,填筑的土方要求有较高的稳定性和抗渗性,根据莫尔库仑破坏理论有：f=C+tg,11/27/2024,显然：dC、稳定性,抗渗性工程量,举例,：当达到同样抗滑与抗渗稳定时,若d =1.3，则n3,若d 1.7，则n1,n3时，断面面积A 1320,n1时，断面面积A 520,并且dK沉降,一般地，d 1.41.7,d为粘性土的压实指标干容重或干密度：,设计上与土质本身有关、施工上与施工因素有关,插入图片,11/27/2024,设计时：,dmd max 设计干容重,dOP2%OP3%含水量控制范围,式中：m施工条件系数 0.950.970.99,d max击实试验的平均最大干容重,施工时：,d要求的合格率为：、级心墙坝90%,、级心墙坝或、级均质坝8090%,2、非粘性土的压实标准,压实标准由相对密度D来衡量,D与d的换算关系式为：P113式417,11/27/2024,压实控制可以把D换算成d进行，也可以直接用D来确定控制标准：,无地震情况：D大于0.65,有地震情况：D大于-6度0.65,7度0.70,8度0.75,9度0.80.85,3、石碴及堆石的压实标准,土石坝以石碴及堆石为坝壳材料时用孔隙率作为压实标准,一般地 e30%防止过大沉陷及湿陷裂缝,当石碴料中细粒含量为1025%时 e25%,11/27/2024,当石碴料中细粒含量为510%时 e28%,当石碴料中细粒含量为05%时 eh2 h1,对应于设计的d值可求得na、b、c及,对应的%值，并对h1a、h2b、h3c,n,1,n,2,n,3,n,4,n,1,n,2,n,3,n,4,n,1,n,2,n,3,n,4,n,1,n,2,n,3,n,4,插入图片,11/27/2024,进行比较，取其最大值为最经济合理的,单位压实遍数的压实厚度。（试验目的）,上述试验中，h和n的取值应根据经验确定，且它们与压实机械的功能有关，具体,可参考P114表45,由此可见：d(n，%，h，机械种类),4、非粘性土及石料,非粘性土的压实试验因与含水量无关，所以只作出nDh关系曲线，再确定最佳值。,石料的压实试验（从略）,四、压实机械,11/27/2024,1、羊脚辗 P109图410,正压力挤压力揉压力 适用于粘性土,羊足接触应力：A单位是面积 ，,n插入足数，n,1,+n,2,插入排两边排数,太大，深层受挤压，反而翻松了，而且阻力增大,太小，插不到足够深度，效果不好,最佳应力760 （土质不同而不同）,2、气胎辗 P111图414，415,气胎本身具有一定的柔性和弹性，它与土体的接触面积随土料的压实而变小。,气胎也可以通过本身的充气调整来适应不同的土料。,11/27/2024,气胎辗压力分布均匀，大颗粒土不会破碎。,气胎辗适用于砂土、砂砾、碎石，也适用于粘性土，但设计d较大时不易达到要求。,3、振动辗 P110图413,平辗、羊脚辗、气胎辗均可改装成振动辗（震动辗）,震动辗特别适用于非粘性土。,震动辗：震动与辗压同时进行，减少了土粒子之间的 摩擦作用，所以其影响深度大于一般辗的13倍，h可达到1M以上。,4、夯实机械 P111112图416,夯实机械适用于土层厚度较大或边、角、局部不易辗压的地方。,11/27/2024,夯击力要尽可能大，但不能超过极限值。,使用夯实机械不经济。,人工夯实、半机械化夯实（从略）,5、压实机械的选择 P112113,大中型土石坝可同时使用几种机械联合作业。,选择压实机械主要考虑的因素有：（表43）,土料性质,设计要求,土料含水量,施工强度,现场工作面情况：工作面大小、季节等,11/27/2024,现有机械及习惯使用机械情况,6、压实机械生产率的计算 P112,辗压机械（式415）,夯击机械（式416）,五、压实方法,1、进退错距法,P110图412,2、圈转套压法,11/27/2024,44 土石料的挖和运,一、挖运机械和挖运方案 P99,1、单斗式挖掘机,正向铲：P100图41,改装机械：反向铲、索铲、抓铲 P100图42,循环作业,正向铲配自卸汽车的优点：使用灵活、管理方便、易满足最大施工强度适用范围大,11/27/2024,2、多斗式挖掘机,链斗式采砂船（多用于水下）：配皮带运输机,斗轮式挖掘机（多用于陆上）：配皮带运输机,优点：挖运强度高，管理方便，施工干扰小,缺点：安装费用高，不灵活，易因故障产生停工,适用：运距不长，料场集中的情况,插入图片,11/27/2024,3、推土机,以拖拉机为母体，加上带有切土刀片的推进器 P101图,4短距离平土，应用广泛,4、铲运机,铲运自成一体 P102图45、46,适用于运输距离短、P小、%小、路平的情况,5、运输机械,循环式：自卸汽车,有轨机车适用于运量大、运距长、料场集中的情况,缺点：不灵活，装拆不方便，敷设成本高,11/27/2024,连续式：固定式皮带运输机 P102图46,移动式皮带运输机正在被广泛使用,6、挖运方案的选择,影响挖运方案选择的因素：,运输距离,料场性质 包括土质、含水量等,工地布置情况,管理状况,工程量的大小,施工强度要求,多种机械配合使用是最佳方案,11/27/2024,二、综合机械化施工的基本原则,1、充分发挥主要机械的作用,尽量做到人停机不停,举例,：大成公司台车无备用,2、机械选择必须配套,举例,：正向铲配自卸汽车，斗容量成倍数关系,3、机械的规格及型号尽可能一致,便于管理、维修等,4、备用机械数量要合理,主要机械要不要备用？心理保险？,次要机械要保证主要机械的运转并有富余,11/27/2024,三、机械设备容量的计算 P103107,1、某阶段（分期）强度计算,上坝强度（填筑强度）：,P105式46 k施工不均系数,k,1,损失系数,V,d,分期填筑方案,T有郊时间,运输强度：,P105式47,K,c,=质实影响系数,K,i,=运输损失系数,11/27/2024,开挖强度：,P105式48,K,3,开控损失系数,2、挖掘机械的生产率,P103式41,3、运输机械的生产率,循环式运输机械数量：,P104式44,11/27/2024,连续式运输机械生产率：,P104式45,4、挖与运斗数的计算（正向铲配自卸汽车,）,P106式49,P106式411,P106式412,11/27/2024,45 坝面作业,一、坝面作业的工作内容,卸土铺土平土（控制h）翻晒、洒水,（控制含水量）压实（决定干容重）,质检、刨毛卸土,作业方式一般采用流水作业 P 125 式4 2,（对流水作业作必要介绍）,刨毛是为了使上下结合面更自然,压实的方法有进退错距法和圈转套压法,11/27/2024,二、接头与接缝的处理,1、施工接缝横向接缝,：结合坡不陡于1：3，,高差小于1M，必要时加 结合槽,纵向接缝流水分段缝（不留）,心墙自然缝,2、与岸坡的接头缝,3、反滤料的填筑施工,先砂后土,先土后砂,有关内容查参考资料,11/27/2024,三、施工质量控制 P115117,建立三级或四级质量保证体系非常重要,1、料场质量,定期检查：每5001000方取样一次,检查内容：土料性质、土块直径、含水量、杂质含量、石料风化情况、石料大小及级配、反滤料的质量等,2、填筑质量,铺土厚度控制；,最大粒径及含水量控制；,压实功能与压实遍数控制；,11/27/2024,结合缝及层间结合面的处理；,压实后的干容重,每层不同部位均应取样测试，要求合格率大于90%,且不合格的要达到98%的设计值,反滤层的层间系数 及各层颗粒不均匀系数 的控制；,砂砾料的原位密度和孔隙率（原位探坑灌砂法和灌水法）控制。,3.质量事故处理,干缩、冻融裂缝,产生原因,：含水量太大、护坡不及时、上下层填筑,在高温干燥期间隔太久、速冻等；,特,征,：规律性差，深度小且上宽下窄,11/27/2024,防止办法：控制含水量，调整工序，予留50松土层,处理措施：清除，均质坝中深度小于50的可不处理,沉陷裂缝,产生原因,：坝体或坝基不均匀沉陷,特 征,：平行坝轴线和垂直坝轴线（后者危险）,防止办法,：注意结合、接坡、压实及地基处理的质量,处理措施,：垂直缝不论大小均应彻底处理,