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1、第六章 水工建筑物施工1.土石坝施工 在土方施工中，我们曾经讨论过不少施工方法，由于土石坝本身就是用土石料筑成的建筑物，因此，土石方施工的内容方法也适用于土石坝施工。本节主要侧重于碾压式土坝的各个部位或者具体项目的施工技术。一. 坝基开挖与处理：（一） 坝基开挖处理的原因： 天然的坝基表面往往会有树木、树根、杂草、乱石、水井、窑洞、坟墓、探坑等，表面土壤的有机混合物的含量比级高，自然容重小，坝基范围内可能有高压缩性松软土层、湿陷性黄土层 等。对它们如果不进行开挖、清除、处理，必将给坝基的防渗性、稳定性带来很大威胁。因此，坝基开挖、清除、处理，是土石坝施工中的重要内容，它的成功与失败往往就决定了
2、整个水库枢纽工程的成功与失败。所以在坝体施工之前，必须进行坝基开挖与处理。（二） 开挖处理的顺序： 自上而下，先两岸岸坡，后河槽坝基。（三） 岸坡处理要求： 1.岸坡与与坝体的防渗体的连接部位，要清理到不透水层。以避免留下渗水通道。2.清理后的岸坡若为岩石，其坡度不能陡于10.75，并且在填土之前涂上35毫米厚的粘土浆，以利于坝体的防渗体与岸坡的结合；3.清理后的岸坡若为粘土、非湿陷性黄土，其坡度不能陡于11.5，并要削成平整的斜坡；4.清理后的岸坡若为非粘性土，其坡度不陡于山坡土壤在饱和情况下的稳定坡度；5.对于岩石岸坡存在的反坡，为了减少削坡的方量，可以用混凝土填补成平顺的斜坡面。（四）
3、坝基处理内容： 一般包括坝基、坝肩防渗处理、软弱土层的处理。（五） 坝基处理方法： 覆盖层比较浅的，一般开挖成截水槽，并回填与坝体的防渗体相同的土料；覆盖层比较深的，一般用灌浆法法处理。对于断层、破碎带、节理裂隙、泉眼等特殊问题，要采取具有较强针对性的具体方法，以后将在有关部分介绍。二. 筑坝料场选择与规划： 土石坝用料量很大，因此，在水库枢纽设计中的坝型选择阶段就应该对土石料场进行全面调查，在施工前，要配合施工组织设计，对料场作进一步勘探、选择、规划。为保证质量，节约投资，加快施工进度，有必要从空间、时间、质量、数量等方面全面进行规划。（一） 料场的空间规划： 空间规划是指 对料场的位置、高
4、程进行恰当选择、合理布置。基本要求是：1. 运距短（有利于加快运输提高效率）；2. 高程合适（有利于重车下坡，不会因料场位置高，道路坡度陡，引起运输事故）；3. 上游、下游、左岸、右岸都有料场（这样有利于上下游、左右岸同时供料，减少施工干扰，保证坝体均衡上升）；4. 取料不影响枢纽建筑物防渗（取土时离建筑物建的轮廓线不能太近，一般在300米以外）；5. 料场位置有利于排除地表水和地下水（有利于土料的开挖运输）；6.石料场与重要建筑物或者居民点有足够的防爆防震的安全距离（有利于减少施工隐患）。（二） 料场的时间规划： 时间规划是指在施工中，要考虑到施工强度和坝体填筑部位的变化，随着季节和坝前蓄水
5、情况的变动，料场的工作条件也要能适应其变动的需要。以便于平衡运输任务，避免不必要的窝工。基本要求是：1. 容易淹没的先用，不容易淹没的后用；2. 上游的先用，下游的后用；3. 含水量高的旱季用，含水量低的雨季用；4. 施工强度高时用近料，施工强度低时用远料；5. 近处应留有大坝合龙用料（筑坝合龙时、拦洪渡汛时填筑用料强度都很大）。（三） 料场的质量和数量规划： 土料的质量和数量的规划，是料场规划的最基本要求，也是决定料场取舍的重要前提。基本要求是： 1. 规划时要全面勘探和试验（勘探内容包括：料场的地质成因、产状、埋藏深度、储藏量、物理力学指标等；其中物理力学指标包括各种容重、含水量、材料的成
6、分、颗粒继配、凝聚力、内摩擦角、渗透系数等）；2. 勘探精度随设计要求提高；3. 总储量满足总方量要求；4. 用料分配应满足阶段施工中上料最大强度要求；5. 充分利用建筑物基础开挖的弃料（有利于减少外运工作量，减少运输干扰，减少废料堆放场地）6. 用人工筛分控制填料的质量（有利于紧缩坝体设计断面，并可以充分利用渣料）；7. 规划时中考虑主料场的同时还应考虑备用料场（主料场不仅要质量好、储量大一般应比需要的总方量多11.5倍，运距近，而且有利于常年开采，备用料场要在淹没范围以外，当主料场被淹没或者其他原因中断使用时，使用备用料场，备用料场的储藏量应为主料场总储藏量的2030%）8. 规划时应考虑
7、弃料的出料、堆料、弃放的位置，（力求避免施工干扰，加快开采、运输速度）。三. 施工方案选择： 在施工中，中小型土石坝一般采用各种改良工具和半机械化施工方法，大中型多采用机械化施工方法，合理的选择施工方法，科学的进行施工布置，对加快土石坝施工进度，降低生产成本具有重要的意义。（一） 综合机械化的基本原则： 在施工中，挖、运、填、压等各道工序均由互相匹配的施工机械来完成，从而构成一条龙的生产流程，这种方法称为综合机械化施工。组织综合机械化施工应遵循下列原则：1. 尽量形成综合机械化施工系统；（所有施工环节、内容都采用机械化。）2. 充分发挥注意机械的作用；（主要机械指对完成关键工序起主导作用，而且
8、台班费用最高的机械。充分发挥它的作用，有利于加快进度，降低成本。例如，施工中用正向铲挖掘机采料，自卸汽车运输上坝，推土机平土，振动碾压实，刨毛机刨毛，洒水车洒水，这种综合机械化施工中，正向铲挖掘机就是主要机械，它的作用发挥好坏，直接影响各道工序、各种机械作用的发挥。）3. 机械配套要有利于使用、维修、管理；（尽量采用大型、高效、型号单一的施工机械，减少机械的型号、规格、数量，尽量利用一种机械能够完成几道工序，以减少机械之间的配合环节，提高机械的时间利用系数，简化维修管理工作。）4. 加强机械维修管理；（磨刀不误砍材工，加强对机械的养护，使机械都能长期保持正常工作状态，无疑会提高机械的利用率，因
9、此施工现场一般设有机械修配企业。）5. 合理布置工作面，改善道路条件，减少机械转移时间。（要实现快速挖、装、运、卸、铺、压，合理布置工作面，改善道路条件，是重要的前提，否则，一个环节受阻，会环环窝工。因此，安排作业时，一般让大型机械去完成工作量大而集中的任务，工作量小而分散的局部地段，安排小型机械去完成，避免机械频繁转移，造成浪费。）（二） 开采运输方案选择：1. 考虑因素： 主要考虑工程规模大小，施工强度高低，料场施工特性（土料性质、土层厚度、水上开挖、水下开挖等），料场分布，地形条件，劳力状况，机械设备供应等。2. 原则方法： 拟定不同可行方案，通过技术经济比较，择有选择。3. 参考方案：
10、（简提，详见教材104页。）（1） 人工开挖，架子车运输，爬坡机牵引架子车上坝。（2） 人工开挖，人推窄轨斗车，或者拖拉机、汽车运输上坝。（3） 正（反）向铲挖掘机开挖，自卸汽车运输上坝。（4） 挖掘机开挖，机动车运输，带式运输机上坝。（5） 铲运机直接运输上坝。（6） 斗轮式挖掘机开挖，带式运输机直接上坝。（三） 机械配置计算：1. 挖运强度计算： 施工机械的配置是根据坝体填筑的各个阶段的要求（设计）强度确定的。填筑强度决定了运输强度，运输强度决定了开挖强度，开挖强度决定了挖运机械设备的容量。（1）坝体阶段填筑强度为： 式中：Qd坝体分期填筑强度，m3/d；Vd坝体分期填筑方量，；m3K施工
11、不均匀系数，一般取1.21.3；K1考虑坝体沉陷、削坡、漏算及事故处理损失系数，可取1.151.2；T分期施工时段的有效工作日数，d。（等于分期时段的总日数减去国家法定节假日和阴雨或者气温影响停工的天数）（2）坝体阶段运输强度为： 式中：QT运输强度，m3/d；d坝体设计干容重，t/m3；y土料运输松散状态的干容重，t/m3K2运输中的损失系数，一般取1.051.10；（3）坝体阶段开挖强度： 式中： n料场土料的天然干容重，t/m3。2. 挖土机械的装车斗数计算： （以正向铲挖掘机配合自卸汽车运输为例）挖掘机的斗容量与自卸汽车的载重量，应满足挖运机械配套的工艺要求，既挖掘机的斗容量和自卸汽车
12、的载重量的比值应在一个合理的范围内。所以需要通过下式计算挖掘机装车的斗数： 式中：m挖掘机的装车斗数；Q汽车载重量，t；q挖掘机的斗容量，m3；K料场土料的天然容重，t/m3；KH挖掘机土斗充盈系数，一般取0.951.0；KP土料松散影响系数为最初可松性系数KS的倒数，（级土为0.920.85，级土为0.880.80，级土为0.810.77，级土为0.790.75）。 根据工艺要求，挖掘机装车斗数m的合理范围一般35。m过大，说明挖掘机斗容偏小，所需挖掘机数量多，装车时间长，降低汽车的利用率低，因此，应适当增大挖掘机的斗容量。m 过小，说明汽车载重量偏小，需要汽车数量多，由于换车次数多，等候装
13、车时间长，降低挖掘机的生产能力，因此，应考虑增大汽车的载重量。3. 挖掘机械配置数量计算：（1） 汽车与挖掘机的生产率关系要求： 式中：n一台挖掘机的汽车配置数量；Pa一部汽车的生产率，m3/h；PC一台挖掘机的生产率，m3/h；（2） 满足上坝填筑强度的挖掘机数量要求： 式中：NC挖掘机数量；Qcmax开挖最大强度，m3/h；（3） 满足上坝填筑强度的汽车数量要求： 式中：Na汽车数量；QTmax运输最大强度，m3/h。四. 坝面作业： 在坝基和基础处理完成，允许填筑土料时，坝面作业就可以全面展开。在施工中，坝面作业组织是坝体填筑的核心，作业组织的好坏，直接影响到大坝的质量、施工进度、生产成
14、本。（一） 坝面作业的施工组织：1. 坝面施工程序： 基本包括：铺土、平土、洒水（凉晒）、压实、刨毛（用平碾压实时）、质量检查等。2. 坝面施工特点： 工作面窄、工种多、工序多、机械设备多。组织不好，容易发生互相干扰，造成窝工，延误进度，影响质量。为避免这类情况发生，坝面一般采取流水作业法施工。3. 流水作业的实施：（1） 流水作业的概念： 流水作业，首先是根据施工工序数目，将坝面分段，组织不同工种的专业队依次进入各个工段施工。对于同一个工段来讲，各个专业队按照工序依次连续施工；对于各个专业队来讲，依次不停的在各个工段完成固定的专业工作。（2） 流水作业的效果： 实现了施工专业化，在各个工段都有专业队使用固定的机具进行施工。这个效果有利于施工人员技术的熟练和提高；容易保证施工过程中人、地、机具三不闲，可以避免
