水利工程土石坝工程

第四章土石坝施工

土石坝：包括各种碾压式土坝、堆石坝和土石混合坝，是一种充分利用当地材料的坝型。

分类（根据施工方法的不同）：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。

碾石式土石坝的施工：包括准备作业、基本作业、辅助作业和附加作业。

准备作业：三通一平，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。

第一节坝体材料与料场规划

一、土石坝筑坝材料及其要求

在选坝阶段应从空间与时间、质与量等方面进行全面规划。料场土料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。

⒈防渗料

防渗的土料最基本的要求：

防渗性：渗透系数不大于l×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。

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、冲击的漂卵石、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。

砂砾石: 碾压砂砾石压缩性低，抗剪强度高，但易冲蚀、易管涌。

风化料: 属于抗压强度小于30MPa的软岩类，往往存在湿陷问题。

⒊反滤料和过渡料

反滤料一般要满足坚固度要求，应尽量避免用纯砂做反滤料。

二、料场规划的原则

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，而且还会影响道工程的生态环境和国民经济其他部门。施工前应从空间、时间、质与量等方面进行全面规划。

空间规划，系指对料场位置、高程的恰当选择，合理布置。

时间规划，是要考虑施工强度和坝体填筑部位的变化。

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。料尽其用，充分利用永久和临时建筑物基础开挖碴料。

主要料场和备用料场之分，质好、量大、运距近，且有利于常年开采；通常在淹没区外，做主要料场之备用。

三、料场优化的基本方法

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

第二节土石料的开挖与运输

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。

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

调整土料含水量

降低土料含水量的方法有挖装运卸中的自然蒸发、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。

掺合、超径料处理

一般掺合办法有：

①水平互层铺料——立面(斜面)开采掺合法；

②土料场水平单层铺放掺料——立面开采掺合法；

③在填筑面堆放掺合法；

④漏斗——带式输送机掺合法。

第①、④种方法采用较多。

砾质土中超径石含量不多时，常用装耙的堆土机先在料场中初步清除，然后在坝体填筑面上进行填筑平整时再作进一步清除；当超径石的含量较多时，可用料斗加设蓖条筛（格筛）或其他简单筛分装置加以筛除，还可采用从高坡下料，造成粗细分离的方法清除粗粒径。粗粒径较大的过渡料宜直接采用控制爆破技术开采，对于较细的、质量要求高的反滤料，垫层料则可用破碎、筛分、掺和工艺加工。

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。

二、挖运机械

（一）挖掘机械

1．单斗式挖掘机

以正向铲挖掘机为代表的单斗式挖掘机，有柴油或电力驱动两类，后者又称电铲。挖掘机有回转、行使和挖掘三个装置。正向铲挖掘机有强力的推力装置，能挖掘Ⅰ～Ⅳ级土和破碎后的岩石。主要挖掘停机地面以上的土石方，也可以挖掘停机地面以下不深的地方。机型常根据挖斗容量来区分。

2．多斗式挖掘机

斗轮式挖掘机式陆上使用较普遍的一种多斗连续式挖掘机。

（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。

1．推土机

以拖拉机为原动机械，另加切土片的推土器，既可薄层切土又能短距离推运。它又按推土器在平面能否转动分为固定式和万能式，前者结构简单而牢固，应用普遍，多用液压操作。

若长距离推土，土料从推土器两侧散失较多，有效推土量大为减少。推土机的经济运距为60～100m。为了减少推土过程中土料的散失，可在推土器两侧加挡板，或先推成槽，然后在槽中推土，或多台并列推土。

2．铲运机

按行驶方式，铲运机分为牵引式和自行式。

前者用拖拉机牵引铲斗，后者自身有行驶动力装置。

铲运机的经济运距与铲斗容量有关，一般在几百米至几公里以内。

三、土石料开挖运输方案