水利工程施工 第四章 土石坝工程

四. 坝面作业
• 施工程序（开采/运输）/铺土/平土/洒水/压 实/质检（平碾压实后需要刨毛4-5cm）卸 料、铺料、加水、压实、质检等坝面作业 应采用流水作业法组织施工，即将坝面分 成若干个大致相等的填筑块（2～4个）， 依次完成填筑的各道工序，使各工作面上 所有工序能够连续进行。分块长度一般 50～100 m
1. 卸料和铺料
• 卸料和铺料有三种，即进占法、后退法和综合法。 一般采用进占法，厚层填筑也可采用混合法铺料， 以减小铺料工作量。进占法铺料层厚易控制，表 面容易平整，压实设备工作条件好。一般采用推 土机进行铺料作业，其功率根据施工强度及料物 性质，一般应大于132.4 kw（180 HP）。铺料应 保证随卸随铺，确保设计的铺料厚度。
二.料场开采和坝料加工
料场开采前应做好以下准备工作： ①划定料场范围。 ②分区分期清理覆盖层。 ③设置排水系统。 ④修建施工道路。 ⑤修建辅助设施。坝料的开采和加工，应参考已建工程经验，结合 本工程情况，进行必须的现场试验，选择出合适的工艺过程。 一般包括： ①调整土料含水量试验。 ②堆石料爆破试验。 ③掺合料的掺合工艺试验。 ④各种料的碾压压实试验。
2. 填料加水
• 填料加水一般有两种，在运输道路上向自 卸车中加水和坝面上加水。还可以两种办 法综合应用。洒水与碾压的顺序要经试验 后确定，一般碾前加一次，然后边加边碾。 堆石洒水30％－50％，砂砾料20％－40％
3. 坝体压实
(1) 目的：γ干↗，σ压↗，e渗↘ (2) 机械：羊角碾/震动碾/气胎碾/夯板 (3) 标准：黏性土干容重γd；非黏性土-相对密度D—>干容重γd （垫层，堆石，坝壳γd 2.1～2.3， D 0.65～0.75） 大中型工程一般需要进行现场碾压试验，为设计和施 工提供切合实际工程情况的碾压参数。其任务是：核 实坝体填筑设计压实标准的合理性，如所规定的压实 干密度、孔隙率能否达到。设计阶段的碾压试验是确 定合理的压实标准，选择适合的填筑压实机械，确定 适宜、经济的压实参数，如铺层厚度、碾压速度、碾 压遍数、加水量等。施工初期的碾压试验是研究和完 善填筑的施工工艺和措施，并据此制定填筑施工的实 施细则。
2．挖运机械
土石坝开挖填筑中常用的设备有挖装设 备——正铲、反铲、装载机、拉铲、采砂船等， 铲运设备——推土机、铲运机等，运输设备— —自卸车、带式输送机等，压实设备——拖式、 自行式振动碾等，钻孔设备——手风钻、大中 型钻机等。
1.压实设备的选择
选择压实设备时要考虑填料的性质和设计 要求，应根据碾压试验来决定种类和吨位。一 般选用效率高、压实性好的振动碾，工作质量 从10t到25t。自行式或牵引式的振动平碾和凸 块碾几乎能适应各类坝料的碾压。对于粘土有 时可改性（如掺和砂粒石渣等）以适应振动碾 施工。碾重与铺层厚度和料物性质有关，一般 料越粗，层厚越大，碾重要求越重。
5.土石坝综合机械化施工设备选择计算 计算班平均工作强度—— 查各种机械台班定额—— 计算各种机械数量—— 计算挖运机械配合数—— 计算连续工作时间配合数—— 考虑维修备用确定最终数量
6.计算案例 坝壳砂石料施工方案采用WK-4正铲挖掘 机开挖20t自卸车运输，推土机铺平，25-35t气 胎碾压实。为抢在渡汛前土坝筑到拦洪高程， 汛前上坝土方量为133.6万方。施工有效工作 日为139天，日夜3班倒。施工不均匀系数为 1.3。土石天然密度为2.2t/方。铲斗充盈系数 kh=0.9，土松散系数kp=0.8。自卸车运距5km。 机械配套工艺要求装斗配套数为3-5。
三.土石方平衡与料场调度规划
• 碾压式土石坝工程，既有大量土石方开挖，又有大量土 石方填筑。碾压式土石坝施工组织设计的重要内容包括： 开挖体可用料的充分利用，不可用料的妥善处理，补充 料场的选择与开采数量的确定，备用料场的选择，以及 料场的储存、调度。 • 土石方平衡的原则是：充分、合理利用建筑物开挖料。 根据建筑物开挖料和料场开采料的料种与品质，安排采、 供、弃规划，优料优用，劣料劣用。根据坝料的自然方、 松方和填筑方的干容重计算折方系数。坝料在开采、运 输、堆存转运和填筑过程中的损耗，应具体分析并参考 已往经验确定。
4.计算
(1) 设备能力计算 挖运方案确定后，相应地确定 了挖运设备的种类。要确定挖运设备的数量， 尚应根据它们的型号和性能确定其生产能力。 一般可以通过有关产品目录或手册确定，也可 以通过计算确定。
（A）挖掘机械 循环的单斗式和连续的多斗式挖掘机的生产率可按 如下通式计算。 P=60qnkhkp'kbkt 式中：P——挖掘机的实际生产率（m3／h）； q——土斗的几何容积（m3）； n——对于单斗式挖掘机系指每分钟循环工作次数，对于 多斗式挖掘机系指每分钟倾倒土斗的数量 kh——土斗的充盈系数，表示实际装料容积与土斗几何容 积的比值。对于正向铲可取为1，对于索铲可取为0.9 kp‘ —土的松散影响系数，系指挖上前实上与松土的比值， 其大小与上料等级有关，对于I级土约力0.913-0.83， II级土约为 0.88～0.78，III级土约为0.81～0.71， IV级土约为0.79～0.73； kb——时间利用系数，表示挖掘机本身的时间利用情况， 可取0.8～0.9； kt——联合作业延误系数，考虑运输工具途中耽误影响挖掘 的工作时间。有运输工具配合时，可取无0.9，无运输工具配合 时，应为1。以上为理论生产率即挖掘机械的实际小时生产率， 不计各种影响因素。
• 高峰期挖掘机数量 ： Nc = QCmax / Pc
式中： 式中：
QC max——高峰期开挖最大小时强度(M3／h)； Pc ——挖掘机生产率(M3／h) ； • 高峰期汽车数量 ： Na=QTmax / Pa
式中： 式中：
QTmax ——高峰期运输最大小时强度(M3／h)； Pa ——汽车生产率(M3／h) ；
六.质量检查控制
开采
1.土料开采 土料开采一般有立采和平采两种。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，宜采用立面开采方法。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， 宜采用平面开采方法。规划中应据供料要求、开采和处 理工艺，将料场划分成数区，进行流水作业。 2.砂砾石料和堆石料开采 砂砾石料开采，主要有陆上和 水下开采两种方式。陆上开采，用一般的挖运设备即可。 水开采，一般用采砂船和拉铲开采。主堆石料方量大， 开采强度高，为进度控制的关键。块石料的开采一般是 结合建筑物开挖或由石料场开采，开采的布置要形成多 工作面流水作业方式。开采方法一般采用深孔梯段爆破
4.坝体分块填筑
坝体分期分块填筑时，会形成横向或纵向 接缝。由于接缝处坡面临空，压实机械有一定安 全距离，坡面上有一定厚度不密实层，另外铺料 不可避免的溜滑，增加了不密实层厚度，这部分 在相邻处填筑时必须处理，一般用留台法或削坡 法。
5.岸坡处理
坝壳靠近岸坡部位施工，用汽车卸料及推上 机平料时，大粒径石料容易集中，碾压机械压实 时，碾轮不能靠近岸坡，坝壳与岸坡接合填筑带 的措施一般有： ①限制铺料层厚。 ②限制粒径。 ③冲填细料。 ④采用夯击式机械。
一. 土石料场规划
1.空间规划：位置/高程，最短运距，合理坡度，左右岸分别用，高 料高用，低料低用。主要包括：开采工作面、运输线路、坝料加 工场地、坝料储备场地、弃料场地、防洪排水设施以及供电、供 水、供风和通讯线路、生产和生活用房等的布置。对于坝基或溢 洪道，输水道和水电站厂房等建筑物的挖方上石料，如果符合筑 坝要求，应充分应用。 2.时间规划：强度/部位，季节，蓄水，近淹没料先用，含水量高料 旱季用，施工高强度时用短运距料。 3.质/量规划：力学/产状/埋深/储量/地质成因,储量>设计量50-100%。 规划料场的实际可开采的总量时，应考虑料场调查精度，料场天 然容重与坝面压实容重的差值，以及开挖与运输，雨后坝面清理、 坝面返工及削坡等损失。实际可开采的总量与坝体填筑数量的比 例一般为：土料2～2.5；砂砾料1.5～2；水下砂砾料2～3；石料 1.5～2；反滤料应根据筛取的有效方量确定，但一般不宜小于3。
(B)运输机械 运输机械可分为循环式运输机械和连续式运输机械，其生产能力 计算分别介绍如下。 （a）循环式运输机械台量计算
n = Q q (T
1 T
t T
2
−
)
式中： QT——运输强度（一昼夜或一班运载的总方量）； q——运输工具装载的有效方量； T1——昼夜或一班的时间， min T2——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。 (b) 运输机械周转一次的时间计算 对于工地常用的汽车、拖拉机，t值为： t = t1 + t2 + (2L / v)×60 × 式中： 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；拖拉机取3.5～5km／h，汽车在一般工地取 15～20km/h，经改善路面后的道路上汽车可取25～35km/h。
2.推土机选择
推土机应根据填料性质、总方量和考虑成龙 配套进行选择。一般功率在132.4～301.6kw （180～410 HP），对于堆石填筑，块度较大时， 使用大功率推土机效果较好。 钻、爆、挖、运设备选择与明挖工程相同， 主要应考虑总工程量级和施工的成龙配套以及施 工道路，如自卸汽车吨位20～35 t，则挖掘设备 斗容为4～7 m3，自卸车35～77 t，挖掘斗容7～ 12 m3。
第四章. 土石坝工程
一、 土坝施工规划 （1）土石料场规划： – 空间规划 – 时间规划 – 质量规划 （2）综合机械化施工方案： – 挖/运/填/压，机械化配套 – 挖运机械 – 挖运配套方案 – 土石坝综合机械化施工设 备选择计算 二、 坝面作业 （1）施工程序 （2）压实试验 （3）质量检查控制 （4）面板堆石坝施工 三、案例：大型土石坝工程 （1）小浪底 （2）天生桥 （3）水布垭 四、 流水作业 （1）流水作业概念—分段作 业，无间歇期连续施工 （2）流水作业计算 （3）流水施工分类
五. 挖运方案
1．综合机械化原则—挖/运/填/压，互相配套， 机械化一条龙
( 1) 充分发挥主要机械作用—正铲挖掘（主导-台 班费高）/自卸车运输/推土机平仓/振动碾压实/ 刨毛机刨毛/洒水车洒水 / (2) 挖运配套—正铲/自卸车；采砂船/皮带机；斗 轮/皮带 机 (3) 机械配套使用 (4) 充分发挥联合作业生产能力，提高时间利用 系数 (5) 合理布置工作面，减少机械转移

(D)复核挖运配套 m=Q/(γcqKHK’p) 式中： m——挖掘机的装车斗数，3-5。 Q——自卸汽车的载重量，t q——选定挖掘机的斗容量，m γc——料场土的天然容重， t／m3 KH——挖掘机的土斗充盈系数； K’p ——土料的松散影响系数。 注：Pa≥Pc/n Pa——一辆汽车的生产率 Pc——挖掘机的生产率
（c）运输次数计算 每昼夜或每班运输循环次数： m = (T1-T2) / t (d) 生产率计算生产能力PT为： PT = q×m = q (T1-T2) / t n = QT / PT
n = Q q ( T
1 T
t T
2
−
)
(C) 皮带机 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。然而，带的装满程度与带的形状、 所装物料性质和运输机械布置的倾角有关。若以实方 计，带式运输机的实际小时生产率PT （m3／h）： PT = K B2 v KB KH K’p KdKa K －带形系数；平面带，K=200；槽形带，K=400； B －带宽，m v －带的运行速度，通常取1～2m／S； KB －时间利用系数，取0.75～0.8； KH －充盈系数；0.85-0.7； K’ p－土的松散影响系数；同挖掘机，0.913-0.71。 Kd －土石粒径系数；1-0.75。 Ka －倾角系数；0.95-0.85