第四章土石坝工程

H11……H22——任一方格的四个角点的标高。 从上图可知，H11系一个方格的角点标高，H12和H21均系 两个方格公共角点，它们分别在上式中要加一次、二次、 四次。因此，上式直接可改写成下列形式
2. 场地设计标高H0的调整
原计划所得的场地设计标高H0仅为一理论值，实际上，还需考虑以下
因素进行调整。
(+) (+) (+) (-)
② 三填一挖或三挖一填方格，由式(2.13)：
(+)
(-)
(-)
(+)
(+)
(-)
将计算出的各方格土方工程量按挖、填方分别相加，得场地土方工程量总计： 挖方：503.92 m3 填方：504.26 m3 挖方、填方基本平衡。
一、土石料的开采与加工 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。
防渗性：渗透系数不大于1×10-5cm/s时，一般即可满足要 求。
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。
抗剪强度，渗流稳定性，低压缩性
⒉ 坝壳料
工程实践中，堆石、砂砾石及风化料等均可作为坝壳料。
堆石: 按其型式可分为抛填、分层碾压、手工干砌石、机械干砌石 等； 按其材料及来源可分为采石场玄武岩、变质安山岩、砂岩、 砾岩、采石场花岗岩、片麻岩、石灰岩、冲积的漂卵石、石渣 料等。 堆石是最好的筑坝材料，现广泛用于高土石坝的坝壳料。
工作面流水作业方式。 开采方法一般采用深孔梯段爆破， 特定目的使用洞室爆
破。
4．超径处理 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。 浅孔爆破法：指采用手持式风动凿岩机对超径石进行钻
孔爆破。 机械破碎法：指采用风动和振冲破石、锤破碎超径块石，
也可利用吊车起吊重锤，利用重锤自由下落破碎超径块石。
(1) 土的可松性影响。 由于土具有可松性，一般填土会有多余，需相应地提高设计标高。
(2) 场内挖方和填方的影响。 由于场地内大型基坑挖出的土方、修筑路堤填高的土方，以及从经济观 点出发，将部分挖方就近弃于场外，将部分填方就近取土于场外等， 均会引起挖填土方量的变化。必要时亦需调整设计标高。
(3) 泄水坡度的影响。 当按调整后的同一设计标高H0进行场地平整时，则整个地表面均处于同 一水平面；但实际上由于排水的要求，场地表面需有一定的泄水坡 度。因此，还得根据场地泄水坡度的要求(单面泄水或双面泄水)，计 算出场地内各方格角点实际施工所用的设计标高。
( b) 有填有挖
方格类别 全挖(全填)
半挖半填
计算图形
计算公式
三挖一填注：①表中a为方格边长，b、c为计算图形相应的两个边长； ②h1、h2、h3、h4分别为方格各角点的施工高度； ③Σh为各计算图形相应的挖方或填方的施工高度总和，用绝对值代入； ④V为挖方或填方的体积(m3)。
例题
某建筑场地地形图和方格网(边长a=20.0 m)布置如图所示。土壤为二类土，
场地地面泄水坡度
，
。试确定场地设计标高(不考虑土的
可松性影响，余土加宽边坡)，计算各方格挖、填土方工程量。
解：
(1) 计算场地设计标高
(2) 根据泄水坡度计算各方格角点的设计标高 以场地中心点(几何中心o)为 ，由式得各角点设计标高为：
土石坝包括碾压式土坝、堆石坝和土石混合坝，是 一种充分利用当地材料的坝型。
根据施工方法的不同，可分： 干填碾压、水中填土、水力冲填（包括水坠坝）和 定向爆破修筑等。以碾压式土石坝最多。
碾压式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：四通一平，架设通讯线路，修建生产、生活、 办公用房、排水清基等。 基本作业：料场土石料开采，挖、装、运、卸和坝面铺 平、压实、质检。 辅助作业：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。 附加作业：坝坡修整，铺砌护面块石及铺植草皮等。
如场地设计标高无其他特殊要求时，则可根据填挖土方量平衡的 原则加以确定，即场地内土方的绝对体积在平整前和平整后相等。 其步骤如下 ：
（1）在地形图上将施工区域划分成边长为10～ 50m的若干个方格网。 （2）确定各小方格角点的高程，其方法：可用水准仪测量；或根据地形
图上相邻两等高线的高程，用插入法求得；H13＝251.70。
场地不同设计标高的比较
因此，在确定场地设计标高时，应结合现场的具体条件反复进 行技术经济比较，选择其中一个最优的方案。其原则是： （1）应满足生产工艺和运输的要求； （2）充分利用地形，分区或分台阶布置，分别确定不同的设计 标高； （3）使挖填平衡，土方量最少； （4）要有一定泄水坡度(≥2‰)，使能满足排水要求； （5）要考虑最高洪水位的影响。
砂砾石: 碾压砂砾石压缩性低，抗剪强度高，但易冲蚀、易管涌 。 需加强渗流控制措施。
风化料: 属于抗压强度小于30MPa的软岩类，往往存在湿陷 问题。 需压实到最大密度，填筑含水量必须大于湿陷含水量。
⒊ 反滤料
反滤料一般要满足坚固度要求，一般采用混凝土砂石料生产系统 生产，也可由天然砂砾石经筛分生产。
主要料场， 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，做主要料场之备用。
主要料场 V主 1.5 ~ 2.0Vn
备用料场 Vn 0.2 ~ 0.3V主
料场体积比坝体体积大的原因 1．大坝比重比料场土料比重大； 2．料场中的废料要挖除； 3．开挖、运输、填筑、削坡的损耗； 4．施工道路、废料占地不能开采； 5．施工中如遇雨天，要将填好的土料挖除。
上坝 （4） 采砂船开挖，有轨机车运输，转带式运输机（或自
场地设计标高计算图
（3）按填挖方平衡确定设计标高H0
a）地形图上划分方格；
b）设计标高示意图
1—等高线；2—自然地面；3—设计标高平面； 4—自然地面与设计标高平面的交线（零线）
场地设计标高计算简图
因为场地平整前后，土方量相等
式中： H0——场地设计标高的初步计算值（m）； a——方格边长（m）； N——方格个数；
时间规划，是要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，料场的工作条件在变化。 1．近料先用，远料后用； 2．上游易淹的料场先用，下游不易淹的料场后用； 3．含水量高的料场旱季用，含水量低的料场雨季用； 4．上坝强度高时用近料场，低时用较远的料场。
料场质与量的规划，应对地质成因、产状、埋深、储量以及各种 物理力学指标进行全面勘探和试验。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 的要求。
1. 平均高度法 （1）四方棱柱体法
四方棱柱体法，是将施工区域划分为若干个边长为a的方 格网，每个方格网的土方体积V等于底面积a2乘四个角点 高度的平均值，即
（2）三角棱柱体法。
三角棱柱体法，是将每一个方格顺地形的等高线沿对角线划 分成两个三角形，然后分别计算每一个三角棱柱体的土方 量。
(a)全挖或全填 当三角形为全挖或全填时
其余各角点设计标高均可求出。
(3) 计算各角点的施工高度 得各角点的施工高度(以“+”为填方，“-”为挖方)：
各角点施工高度。 (4) 确定“零线”，即挖、填方的分界线
确定零点的位置，将相邻边线上的零点相连，即为“零线” 。如1-5线上： ，即零点距角点1的距离为0.67m。
(5) 计算各方格土方工程量(以“+”为填方，“-”为挖方) ① 全填或全挖方格：
1．土料的开采 土料开采一般有立采和平采两种。 立面开采方法适用于土层较厚，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。 平面开采方法适用于土层较薄，土料层次少且相对均质、
天然含水量偏高需翻晒减水的情况下，宜采用。 规划中应将料场划分成数区，进行流水作业。
2．土料加工 包括：调整土料含水量、掺合、超径料处理 降低土料含水量的方法有挖装运卸中的自然蒸发、
坝料的开挖运输方案很多，但无论采用何种方案，都 应结合工程施工的具体条件， 提高机械利用率；减 少坝料的转运次数；各种坝料铺筑方法及设备应尽量 一致，减少辅助设施；充分利用地形条件，统筹规划 和布置。
三、土石料开挖运输方案
（1） 正向铲开挖，自卸汽车运输上坝 （2） 正向铲开挖，带式运输机运输上坝 （3） 斗轮式挖掘机开挖，带式运输机运输，转自卸汽车
翻晒、掺料、烘烤等方法。 提高土料含水量的方法有在料场加水，料堆加水，
在开挖、装料、运输过程中加水。
3．砂砾石料和堆石料开采 砂砾石料开采 陆上开采：一般挖运设备即可。 水下开采：采用采砂船和索铲开采。当水下开采砂
砾石料含水量高时，需加以堆放排水。
块石料开采： 结合建筑物开挖或由石料场开采，开采的布置要形成多
土料2～2．5；砂砾料1．5～2；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。 料场选择还应与施工总体布置结合考虑，应根据运输方式、 强度来研究运输线路的规划和装料面的布置。
三、料场优化的基本方法
既有大量开挖，又有大量填筑。
土石方平衡的原则：充分而合理地利用建筑物开挖料。 1．填挖料平衡计算 2．土石方调度优化 3．弃料处理
二、挖运机械
（一） 挖掘机械 单斗式挖掘机 多斗式挖掘机
（二） 挖运组合机械 能同时担负开挖、运输、卸土、铺土任务的有推土机和 铲运机。
（三） 运输机械 自卸汽车 带式运输机
加长臂反铲式挖土机
三、土石料开挖运输方案 土石料的开挖运输，是保证土石料上坝强度的重要环节。
开挖运输方案主要根据坝体结构布置特点、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。
料尽其用，充分利用永久和临时建筑物基础开挖碴料是土石 坝料场规划的又一重要原则，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。