水利工程施工——土石坝工程

第四章土石坝工程

教学目的和要求：本章目的主要是讲解土石坝工程施工的特点，机械化作业的适用性。要求学生掌握土石坝施工常用技术，了解常用机械以及适用性；运用、分析土石料的特性，选择施工方法和施工机械。

重点与难点：1.料场的规划

2.土石坝压实参数的确定和机械的选择

3.面板混凝土坝的施工工艺和方法

教具与参考：1.水利施工图片

2.[1]司兆乐水利水电枢纽施工技术.北京：中国水利水电出版

社，2002

[2]魏璇. 水利水电工程施工组织设计指南.北京：中国水利水

电出版社，1999

主要教学方法：1.讨论法 2.讲授法 3.演示法

水利水电工程中，土方工程应用非常广泛。有些水工建筑物，如土坝、土堤、土渠等，几乎全部都是土方工程。它的基本施工过程是开挖、运输和压实。可根据实际情况采用人工、机械、爆破或水力冲填等方法施工。

准备作业包括：三通一平、临时实施的建设

基本作业包括：料场土石料开采，坝面铺平、压实、质检等

土的施工分级的方法很多，在水利工程施工中，根据施工的困难程度，将土壤分为Ⅳ级，见表4-1。

表4-1 土壤的工程分级表

二、土壤的工程特性

1、表观密度土壤表观密度，就是单位体积土壤的重量。土壤保持其天然组织、结构和含水量时的表观密度称为自然表观密度。单位体积湿土的重量称为湿表观密度。单位体积干土的重量称为干表观密度。它是体现粘性土密实程度的指标，常用它来控制压实的质量。

2、含水量表示土壤空隙中含水的程度，常用土壤中水的重量与干土重量的百分比表示。含水量的大小直接影响粘性土压实质量。

3、可松性是自然状态下的土经开挖后因变松散而使体积增大的特性，这种性质称为土的可松性。土的可松性用可松性系数表示，即：

式中：Ｖ２——土经开挖后的松散体积，m³；

Ｖ１——土在自然状态下的体积，m³。

土的可松性系数，用于计算土方量、进行土方填挖平衡计算和确定运输工具数量。各种土的可松性系数见表4-2。

4、自然倾斜角指自然堆积土壤的表面与水平面间所形成的角度，称为土自然倾斜角。挖方与填方边坡的大小，与土壤的自然倾斜角有关。确定土体开挖边坡和填土边坡应慎重考虑，重要的土方开挖，应通过专门的设计和计算确定稳定边坡。一般开挖安全边坡可参考表

4-3 。

表4-3 挖深在5米以内的窄槽未加支撑时的安全施工边坡

第一节坝体材料与料场规划

教学目的和要求：了解坝体材料适应性和料场规划原则，熟悉土壤的工程特性。

重点与难点：难点在坝体材料的工程特性和料场规划。

教具与参考：工程料场图片，坝体材料的基本情况介绍

主要教学方法：讲授法

一、土石坝筑坝材料及其要求

土石坝最大的特点就是能就地取材，因此，土石坝又叫当地材料坝。

1、防渗料基本要求是防渗性，渗透系数不大于1×10－5cm/s时一般能满足要求。同时希望又一定的抗剪强度，较好的渗流稳定性，有适应坝体变形的塑性，有良好的施工性、低压缩性，无过量的可溶盐（5％）和有机物（2％）含量等。

细粒土是我国采用最多的防渗材料。只要坝址附近有足够的数量，采用细粒土作为防渗料通常是比较好的选择。现在，随着施工技术水平的提高，采用风化料和砾质土作为防渗料得到了比较广泛的应用。

2、坝壳料堆石、砂砾石及风化料等均可以作为坝壳料。

3、反滤料一般满足坚固度要求，级配严格，通常采取混凝土砂石料生产系统生产，但不要去冲洗。也可以采取天然冲积层砂砾石经筛分生产。

二、料场规划的原则

土石坝用料量很大，料场的合理规划与使用，是土石坝施工中的关键问题之一，它不仅关系到坝体的施工质量、工期和工程投资，而且还影响工程的生态环境和国民经济其他部门。料场选择要从空间、时间、质与量等多方面进行规划。

空间规划：对料场位置、高程进行恰当选择，合理布置。上坝距离尽量短，

高程上有利于载重车辆下坡；原则上高料高用，低料低用；

时间规划：充分考虑施工强度和坝体填筑部位的变化。随季节及坝前蓄水情况的变化，料场的工作条件也在变化。在料场规划使用中，还应保留一部分近料场供合拢段填筑和拦洪度讯高峰强度时使用。

料场质量的规划：这是料场选择的最基本要求，也是决定性因素。对料场的地质成因、产状、埋深、储量以及各种物理力学指标进行全面勘探和实验。做到料尽其用，充分利用永久和临时建筑物的开挖渣料是土石坝料场规划的重要原则。

三、料场优化的基本方法

土石坝工程，既有大量的土石方开挖，又有大量的土石方填筑。开挖可用料的充分利用，废弃料的妥善处理，补充料场的选择与开采数量的确定，备用料场的选择，以及物料的储存、调度是土石坝施工组织设计的重要内容，对保证工程质量，加快施工进度，降低工程造价等多方面起到重要意义。

1、填挖料平衡计算

根据建筑物设计填筑工程量统计各种料的填筑方案。根据建筑物设计开挖工程量、地质资料、建筑物开挖料可用不可用分选标准，并进行经济比较，确定并计算可用料和不可用料数量；根据施工进度计划和渣料存储规划，确定可用料直接上坝和需要存储的数量；根据折方系数、损耗系数，计算各建筑物开挖料的设计使用数量、舍弃数量和由料场开采的数量，进行挖、填、堆、弃综合平衡。

2、土石方调度优化

目的是找出总运输量最小的调度方案，从而达到运输费最低，降低工程造价。

第二节土石方开挖

教学目的和要求：主要要求学生了解土的施工分级和工程特性，了解土石方开挖的施工机械以及适用环境。

重点与难点：讲解重点在于土的施工分级和工程特性。难点在于土石方开挖工程量的确定以及施工力量的配置等；

教具与参考：工程图片

主要教学方法：讲授法

土方开挖常用的方法有人工法和机械法。一般采用机械施工。用于土方开挖的机械有单斗挖掘机、多斗挖掘机、铲运机械及水力开挖机械。

一、单斗式挖掘机

单斗挖掘机是仅有一个铲土斗的挖掘机械如图5-1所示。它由行走装置、动力装置和工作装置三部分组成。行走装置分为履带式、轮胎式和步行式三类。履带式是最常用的一种，它对地面的单位压力小、可在各种地面上行驶，得转移速度幔；动力装置分为电动和内燃机驱动两种，电动为常用型式，效率高，操作方便，但需要电源；工作装置由铲土斗、斗柄、推压和提升装置组成，按铲土方向和铲土原理分为正向铲、反向铲、拉铲和抓铲四种类型如图4-１所示，用钢索或液压操纵。钢索操纵用于大中型正向铲，液压操纵用于小型正铲和反铲较多。