第4章土石坝工程_水利工程施工

土料加工
1）调整土料含水量 2）掺合 3）超径料处理 4）反滤料、垫层料的破碎、筛分
一、土石料的开采与加工 砂砾石料和堆石料开采
1）砂砾石料开采
• 陆上开采和水下开采。
2）块石料开采
• 一般采用深孔梯段爆破， 也有使用洞室爆破 开采。
超径石处理
超径块石料的处理方法主要有浅孔爆破法和机 械破碎法两种。
量应满足坝体总方量的要求，还应满足各施工阶
段最大上坝强度的需要。
二、料场规划
注意以下几个问题：
1 ）料尽其用，充分利用永久和临时建筑物基础开挖 碴料。 2 ）主要料场和备用料场之分：主料场要求质好、量 大、运距近，且有利于常年开采；备料场通常在淹没 区外，做主要料场之备用。
3）料场的储量一般要求是设计工程量的 1.5～2.0倍， 并要求提供备用料场。 粘性土料采用钻探或坑探取样。 砾类土用坑探取样，布孔间距50～100m。 防渗料的 勘探要仔细按深度查明天然含水量。 堆石料的勘探可 以采用钻探及洞探。
挖 掘 机
挖掘机
【例】已知砂砾开挖强度为4966.25m3/d。用1 m3正铲挖土，10 t 自卸 汽车运土。正铲挖装土的循环时间为 26 s，土斗的充盈系数为 1，土的 松散影响系数为0.75。求所需挖掘机的台数。
解： 正铲每分钟循环作业次数 n 60 / 26 2.3 次。 •土斗的充盈系数取为KH=1； •时间利用系数KB=0.85； •联合作业延误系数Kt＝0.9； •土料的松散影响系数K’P=0.75。 故正铲的生产率为 P铲＝ 60qnKH K ' p K B K t ＝ 60×1×2.3×1×0.75×0.85×0.9 ＝79.18m3/h。 4966.25 每天按工作21h计，所需正铲台数为 N 铲 2.99 21 79.18 取3台。
水力冲填坝（hydraulic fill dam）
水力冲填坝利用水力开采、运输土料，并依靠自重 作用逐渐使泥浆土料脱水固结而密实的坝。 有管道输送式和自流式两种。前者用水枪开挖土料 成泥浆，用泥浆泵将泥浆经压力管输送到坝体，依 靠排水设备将水排出坝外；后者靠水力自流携带泥 浆经渠道输送入坝体。 工效较高、劳力节省，但要有充足的电能和水源， 其坝坡宜缓，且由于孔隙水压力大，易于失稳，故 现阶段国内采用较少，仅广东省修建一座22m高的 水力冲填坝。
循环时间
t t1 t 2
v
60
V---带的运行速度，m/s，通常取1-2m/s；
每昼夜或每班运输次数按下式确定
KB---为时间利用系数，可取0.75-0.8； T1 T2 m KH---为充盈系数； t Kp‘---为土的松散影响系数； q (T1 T2 ) 生产能力为(m3/d)： PT t Kd---为土石粒径系数；Ka---为倾角影响系数。
第四章 土石坝工程
土石坝又名当地材料坝，包括土坝、堆石 坝及土石混合坝。土石坝使用越来越广泛。
土石坝的特点：
土石坝对于坝基要求不高；
岩土力学理论及试验技术的发展，放宽
了对筑坝材料的要求；
施工技术的提高，使得安全更有保证， 缩短施工进度成为可能；
更为经济，施工相对简便。

土石坝的施工
二、挖运机械
一）挖掘机
1）按传动系统分 a）索式； b）链式； c）液压。 2）按构造和工作特点分 a）单斗式挖掘机（分为正铲和反铲） b）多斗式挖掘机 3）挖掘机的生产率计算(m3/h)
• q-土豆的几何容积，m3； • n-对于单斗挖掘机指每分钟循环工作次数，对于多斗挖掘机为每分钟倾倒 的土斗数量； • KH为土斗的充盈系数；Kp‘为土的松散影响系数； • KB为时间利用系数；Kt为联合作业延误系数。
二、挖运机械
四）水下开挖运输机械
1)开挖设备
吸泥船、链斗采砂船、铲扬、抓斗
2）运输设备
底开驳、自卸船
工程船舶
三、挖运强度和挖运机械数量的确定
一）挖运强度（m3/d） 1)上坝强度(压实方):Q V ' K a K D T K1
• • • • • V’-分期完成的坝体设计方量，压实方计，m3； Ka-为坝体沉陷影响系数，1.03-1.05； K-施工不均衡系数，1.2-1.3； K1-坝面作业土料损失系数，0.9-0.95； T-施工分期时段的有效工作日数，d。
三）挖运机装车斗数的复核
Q m c qK H K ' p
注意: m过大或过小都不合适。
Q—自卸汽车的载重量，t； q—所选挖掘机的斗容量，m3； γ c—料场土的天然表观密度，t/ m3 ； KH—为挖掘机的土斗充盈系数； KP’—为土料的松散影响系数；
【例】砂砾石的容重2.3 t/m3，松散影响系数为0.75。用1m3正铲 开挖的循环时间为26 s。用10 t自卸汽车运土。运距1730 m，运 行平均速度18km/h，卸土时间1min，求每台正铲需配几辆汽车。 取土料充盈系数为1，则每辆车装斗数 m
1)挖掘机数量：
2)汽车数量：
Qc max Nc Pc
QT max Na Pa
P c P a n
3)挖掘机与汽车生产能力的关系：
• Pa—为一辆汽车的生产率，m3/h； • Pc---为一辆挖掘机的生产率， m3/h； • n---为一台挖掘机所需的汽车数。
三、挖运强度和挖运机械数量的确定
料场开采前的准备工作
划定料场范围；分期分区清理覆盖层；设置排水系统；修建施工道路； 修建辅助设施。
土料的开采
土料开采一般有立采和平采两种。 • 土料较厚，天然含水量接近填筑含水量，土料层次较多，各层土质差 异较大时，宜采用立采。 • 土层较薄，土料层次少且相对均质，天然含水量偏高需翻晒减水情况 下，宜采用平面开采方法。
（1）防渗性
• 渗透系数不大于l×10-5cm/s时，一般即可满足要求 ；同时还有 抗剪强度、渗流稳定性、变形性能、压缩性能、可溶盐和有 机物的含量等指标。 （2）施工性 • 土料的天然含水量在最优含水量附近，无影响压实的超径材 料，压实后的坝面有较高的承载力。
一、土石坝筑坝材料及其要求 2、坝壳料 堆石、砂砾石及风化料等均可作为坝壳料。
装 载 机
装载挖掘机
二、挖运机械 4）运输机械生产能力 a）循环运输工具数量的确定 b) 带式运输机的生产率(m3/h)
PT KB vK K K ' p K d K
n
2
QT t B T H q(T1 ) 2
K—带形系数，对于平面带，K=200, 槽型带K=400; 2l B---带宽，m；
四、综合机械化施工
1）充分发挥主要机械的作用 2）挖运机械应根据工作特点配套选择
3）机械配套要有利于使用、维修和管理
4）加强维修管理，充分发挥机械联合作业的生
产能力，提高机械的时间利用系数
5）合理布置工作面、改善道路条件、减少机械
的转移时间
五、土石料开挖运输方案
开挖运输方案主要根据坝体结构布置特点、
水坠坝(earth dam by sluicing siltation method)
水坠坝是水力冲填坝的一种，亦称为自流式水力冲 填坝。 水力冲填坝的一种。引水入高于坝顶的土料场中， 水土混合后，经顺坡渠道急流而下，在流动过程中 拌合均匀成为泥浆，并进入坝体的冲填池中脱水固 结，然后土体逐渐密实成坝。土料必须遇水崩解， 故只能在黄土地区修建中小型工程中运用。为中国 根据水力冲填坝原理所创造的，其优点可节省劳力、 投资，施工方法简便。在华北、西北地区已用此法 筑坝5000余座．最大坝高达52m。
一、土石坝筑坝材料及其要求 3、反滤料和过渡料
反滤料和过渡料一般要满足坚固度要求，其级
配应满足要求，尽量避免用纯砂做反滤料。
一般采用混凝土生产系统生产，但不要求冲洗。
二、料场规划 料场的合理规划与使用关系到：
坝体的施工质量、工期和工程投资；
且还会影响到工程的生态环境和国民经济 其他部门。 应从空间、时间、质与量等方面进行全面 规划。
第二节 土石料的开挖与运输施工
土石坝工程施工包括挖、运、填、压等 多道工序和相匹配的工程机械来完成。土石 料的开挖与运输是一个非常重要的环节。
第二节 土石料的开挖与运输施工
一、土石料的开采与加工
二、挖运机械
三、挖运强度和挖运机械数量的确定 四、综合机械化施工 五、土石料开挖运输方案
一、土石料的开采与加工
10 m 5.8 1 0.75 2.3 取5，则装车时间为261 × 5/60=2.16min ，已知卸车时间为1min，
来往运输时间为
2 1730 11.53 18000 / 60
每台正铲需配汽车辆数
取7辆。
2.16 11.53 1 n 6.8 2.16
二、挖运机械
二）挖运组合机械
1）推土机 经济运距为60-100m。 2）铲运机 经济运距与铲斗容量有关。
推土机
铲运机
二、挖运机械 三）运输机械 1）连续式--如：带式运输机
a)移动 b)固定
2）循环式
a)有轨机车 b)自卸汽车
3)装载机
是一种短程的装运结合的机械。
皮带机
自 卸 汽 车
第一节
坝体材料与料场规划
土石坝筑坝材料虽然是当地材料，但 对材料的质量是有要求的。土石坝的用 料量很大，必须对料场进行全面规划。
第一节
坝体材料与料场规划
一、土石坝筑坝材料及其要求 二、料场规划 三、料场优化的基本方法
一、土石坝筑坝材料及其要求 土石坝筑坝材料
主要是当地材料，根据这些材料的作用可分为： 1、防渗料 防渗的土料最基本的要求：
二、料场规划 1.空间规划
对料场的位置、高程的恰当选择，合理布置。
2.时间规划
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动，料场的工作条件也 在变化。
二、料场规划 3. 质与量的规划
料场的质量和数量应满足要求。
各种不同坝料的质量指标达到要求；料场的总储
堆石料
• 按其型式可分为抛填、分层碾压、手工干砌石、机械 砂砾石 干砌石等； • 碾压砂砾石压缩性低，抗剪强度高，但易冲蚀、易 • 按其材料及来源可分为采石场玄武岩、变质安山岩、 管涌。 砂岩、砾岩、采石场花岗岩、片麻岩、石灰岩、冲击 风化料 的漂卵石、石渣料等。 • 属于抗压强度小于30MPa的软岩类，往往存在湿陷问 • 堆石料是最好的筑坝材料，现广泛用于高土石坝的 题。 坝壳料。
土石坝根据施工方法的不同分为：
干填碾压；---即碾压式，为最常用的方法。 水中填土、水力冲填（包括水坠坝）； 定向爆破修筑。
碾石式土石坝的施工：
准备作业、基本作业、辅助作业和附加作业。
准备作业 基本作业 辅助作业 附加作业
坝坡修整，铺砌护面块石及铺植草皮等。 三通一平，架设通讯线路，修建生产、生活、办公用房、 料场土石料开采，挖、装、运、卸和坝面铺平、压实、质 清除施工场地及料场的覆盖，从上坝土料中剔除超径石 排水清基等。 检。 块、杂物，坝面排水、层间刨毛和加水等。
坝料性质、填筑强度、料场特性、运距远近、
可供选择的机械设备型号等多种因素，综合
分析比较确定。
五、土石料开挖运输百度文库案
设备选型的基本原则 • • 4）工艺流程中各供需所用机械应成龙配套， 1）所选机械的技术性能能适应工作的要
解：开挖强度
QD 4922 1.65 Qc K 'c 3/d ＝ 6461.63m K 2 K3 0.98 0.95 1.35
运输强度
QD 4922 1.65 QT Kc K2 0.98 1.28 ＝6474.25m3/d
三、挖运强度和挖运机械数量的确定
二）挖运机械数量

2)运输强度（松方）;
QD QT Kc K2

3)开挖强度（自然方）:
QD Qc K 'c K 2 K3
例题
【例】土坝施工，粘性土的上坝强度为 4992m3/d。已知设 计干容重为1.65 t/m3，料场土料干容重1.35 t/m3，土料松散 干容重为1.28 t/m3。土料开挖损失系数为0.95，运输损失系 数为0.98，求开挖与运输强度。