第四章土石壩的施工

本章重點(diǎn)：土石壩施工的挖運(yùn)機(jī)械及施工方案本章難點(diǎn)：土料壓實(shí)的機(jī)理――最優(yōu)含水量增加內(nèi)容：面板材料壩的施工結(jié)合講課安排2～3次錄象教學(xué)

2/6/2023§4－1土石壩施工概述

一、土石壩的施工特點(diǎn)1、土石壩建設(shè)方興未艾的原因

①地質(zhì)條件好的壩址已開發(fā)殆盡，余下的只好建土石壩②土石壩設(shè)計(jì)和施工技術(shù)進(jìn)步很快特別是結(jié)合面板技術(shù)③省工省料，施工簡單（無模板、無溫控）④機(jī)械化施工，工期短⑤有環(huán)境保護(hù)方面的優(yōu)勢2/6/20232、從施工的角度來看土石壩的優(yōu)點(diǎn)（與砼壩相比）

①要求的地質(zhì)條件不高：能筑土石壩的地方多，且地基處理省時省力省錢②充分利用當(dāng)?shù)夭牧希杭仁〔牧?，又省運(yùn)費(fèi)，還可以解決部分棄料的堆放問題③工期短：既有利于群眾性施工，又容易采用機(jī)械化作業(yè)，速度快81年統(tǒng)計(jì)資料：（大型壩）

日本美國蘇聯(lián)中國土石壩2～3年3～4年5年4～6年砼壩3～5年4～6年5～8年6～10年2/6/2023④安全

從設(shè)計(jì)上來看，土石壩高且大：蘇聯(lián)羅貢壩（土石壩）Hmax＝325M

瑞士大狄克桑斯重力壩Hmax＝285M

我國小浪底土石壩Bmax＝840M

我國錦屏電站土石壩Hmax＝300M

從環(huán)境上來看，土石壩基本上不破壞生態(tài)。3、從施工的角度來看土石壩的缺點(diǎn)（與砼壩相比）①防滲問題②過水問題2/6/2023二、土石壩的施工方法

1、水中填土法：常用于修筑土石圍堰2、水力沖填法3、定向爆破法4、干填輾壓法：施工內(nèi)容和施工程序如下：

①準(zhǔn)備工作：A――地基和岸坡的處理

主要清理：雜草雜樹及亂石干容重小于1.48的表層土含有機(jī)物大于1%的表土含可溶鹽大于2%的表土細(xì)沙及粉沙等易液化的土2/6/2023

B――四通建設(shè)及臨時設(shè)施②基本作業(yè)：A――土石料的開采

B――土石料的挖運(yùn)

C――土石料的鋪、卸

D――土石料的平散與壓實(shí)③輔助作業(yè)：A――料場的清理：（先規(guī)劃、選擇）

B――土質(zhì)檢查

C――地下水位控制：主要是降低

D――壓實(shí)過程中的刨毛、加水或翻曬等④附加作業(yè)：A――壩坡修整鋪砌護(hù)面石塊或草皮等2/6/2023

三、面板壩的施工要點(diǎn)

P117－123材料另附§4－2土石料場的規(guī)劃

壩型及壩址選擇階段：全面調(diào)查土石料的種類、數(shù)量、位置等施工組織設(shè)計(jì)階段：具體勘測、規(guī)劃2/6/2023

一、空間規(guī)劃

1、高程適當(dāng)：高料高用，低料低用2、四周都有料場：近料先用，遠(yuǎn)料后用3、取土不影響壩的防滲穩(wěn)定4、施工干擾小，壩體上升均勻5、少占用農(nóng)田，少破壞植被

二、時間規(guī)劃

施工強(qiáng)度隨季節(jié)和填筑部位變化而變化1．易淹的料場先用：上游料先用，下游料后用2．上壩強(qiáng)度低時用遠(yuǎn)料（如雨季），反之用近料3．含水量高的旱季用，含水量小的雨季用4．儲備料場關(guān)鍵時刻用：如龍口合攏、攔洪渡汛等2/6/2023三、質(zhì)量與數(shù)量的規(guī)劃

1、料盡其用原則：土石方平衡、充分利用碴料2、壩體不同部位對土料的種類要求不同：

ω%值、с值、φ值、γd值、料的成份、料的級配d等。均質(zhì)壩、斜心墻壩、心墻壩、……3、質(zhì)量與數(shù)量的規(guī)劃要同時進(jìn)行4、控制料的質(zhì)量，縮小壩體斷面尺寸

提問：什么是土方石平衡？2/6/20235、主料場與備用料場：主料場――土質(zhì)好，儲量大，開采集中，距離近，可常年開采

V主＝（150～200）%V設(shè)，考慮：勘測不準(zhǔn)確損耗土料、廢棄土料備用料場――主料場無法使用時用，一般在淹沒區(qū)以外

V備＝（150～200）%V主四、料場管理

1、料場清理：剝棄表層腐植土，清除覆蓋層2/6/20232、料場排水：地表水與地下水排水溝、截水溝、集水井，人工降低地下水位3、場內(nèi)布置：土料開采――避免施工干擾石料開采――爆破布置§4－3土石料的壓實(shí)

一、土料壓實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)

1、粘性土的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

填筑的土方要求有較高的穩(wěn)定性和抗?jié)B性根據(jù)莫爾――庫侖破壞理論有：τf=C+бtgφ2/6/2023顯然：γd↑——C、φ↑——穩(wěn)定性抗?jié)B性↑——工程量↓舉例：當(dāng)達(dá)到同樣抗滑與抗?jié)B穩(wěn)定時若γd=1.3，則n≥3若γd＝1.7，則n＝1n＝3時，斷面面積A＝1320㎡n＝1時，斷面面積A＝520㎡并且γd↑——K↑——沉降↓一般地，γd＝1.4～1.7γd為粘性土的壓實(shí)指標(biāo)――干容重或干密度：設(shè)計(jì)上與土質(zhì)本身有關(guān)、施工上與施工因素有關(guān)

插入圖片2/6/2023設(shè)計(jì)時：

γd＝mγdmax設(shè)計(jì)干容重

γd＝[ωOP－2%～ωOP＋3%]含水量控制范圍式中：m――施工條件系數(shù)0.95～0.97～0.99

γdmax――擊實(shí)試驗(yàn)的平均最大干容重施工時：

γd要求的合格率為：Ⅰ、Ⅱ級心墻壩――90%Ⅲ、Ⅳ級心墻壩或Ⅰ、Ⅱ級均質(zhì)壩80～90%2、非粘性土的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)由相對密度D來衡量

D與γd的換算關(guān)系式為：P113式4－172/6/2023壓實(shí)控制可以把D換算成γd進(jìn)行，也可以直接用D來確定控制標(biāo)準(zhǔn)：無地震情況：D大于0.65有地震情況：D大于------6度→0.657度→0.708度→0.759度→0.8～0.853、石碴及堆石的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

土石壩以石碴及堆石為壩殼材料時用孔隙率作為壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)①一般地e<30%防止過大沉陷及濕陷裂縫②當(dāng)石碴料中細(xì)粒含量為10～25%時e<25%2/6/2023③當(dāng)石碴料中細(xì)粒含量為5～10%時e<28%④當(dāng)石碴料中細(xì)粒含量為0～5%時e<30%二、土料的壓實(shí)機(jī)理

1．水膜理論（本章難點(diǎn)）→固相――土粒子，不可壓縮，可重新排列，與土質(zhì)有關(guān)土→氣相――可壓縮，可排出，與土的顆粒級配有關(guān)→液相――水→自由水（非粘性水），可以排出→束縛水（粘性水），難以排出。束縛水為包裹在土粒子表面的彈性水膜，具有物理化學(xué)電分子力作用。彈性水膜具有粘滯性、抗剪性、彈性極限2/6/2023太厚：物理化學(xué)電分子力等于0（粘結(jié)力與磨擦力?。饬赡茏饔糜谧杂伤?，產(chǎn)生滑跑現(xiàn)象（橡皮土）；太?。何锢砘瘜W(xué)電分子力大且趨于極限（抗剪力大），無法壓實(shí)；理論最優(yōu)含水量：物理化學(xué)電分子力趨于0，水膜厚但無自由水。2．普氏擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)P115圖4－17（板書此圖）

n＝25、50、100、150n一定時，ω%太大或太小→γd都不大

ω%最優(yōu)時→γd最大2/6/2023舉例：設(shè)計(jì)γd＝1.55時

n=150都滿足要求

n=100w%必須控制在△w%范圍內(nèi)

。施工最優(yōu)含水量――擊實(shí)功能

n一定時經(jīng)濟(jì)，合理）

γd達(dá)到設(shè)計(jì)要求則ω%必須控制在一定的范圍（不是一個定點(diǎn)值）。

插入圖片2/6/2023三、現(xiàn)場壓實(shí)試驗(yàn)P114～1151、粘性土

W1=WP—4%W2=WP—2%W3==WP

W4=WP+2%當(dāng)鋪土厚度為h1時求出各小塊的γd并繪制成圖4－21再分別繪出h2、h3時的圖將上述圖中的結(jié)論繪入圖4－22中圖中h3>h2>h1對應(yīng)于設(shè)計(jì)的γd值可求得n＝a、b、c及對應(yīng)的ω%值，并對h1／a、h2／b、h3／cn1n2n3n4n1n2n3n4n1n2n3n4n1n2n3n4插入圖片2/6/2023進(jìn)行比較，取其最大值――為最經(jīng)濟(jì)合理的單位壓實(shí)遍數(shù)的壓實(shí)厚度。（試驗(yàn)?zāi)康模┥鲜鲈囼?yàn)中，h和n的取值應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，且它們與壓實(shí)機(jī)械的功能有關(guān)，具體可參考P114表4－5由此可見：γd＝?(n，ω%，h，機(jī)械種類……)4、非粘性土及石料非粘性土的壓實(shí)試驗(yàn)因與含水量無關(guān)，所以只作出n－D－h(huán)關(guān)系曲線，再確定……最佳值。石料的壓實(shí)試驗(yàn)（從略）四、壓實(shí)機(jī)械2/6/20231、羊腳輾P109圖4－10正壓力＋擠壓力＋揉壓力適用于粘性土羊足接觸應(yīng)力：A—單位是面積，n—插入足數(shù)，n1+n2—插入排兩邊排數(shù)

――太大，深層受擠壓，反而翻松了，而且阻力增大――太小，插不到足夠深度，效果不好最佳應(yīng)力7～60㎏／（土質(zhì)不同而不同）2、氣胎輾P111圖4－14，4－15氣胎本身具有一定的柔性和彈性，它與土體的接觸面積隨土料的壓實(shí)而變小。氣胎也可以通過本身的充氣調(diào)整來適應(yīng)不同的土料。

2/6/2023氣胎輾壓力分布均勻，大顆粒土不會破碎。氣胎輾適用于砂土、砂礫、碎石，也適用于粘性土，但設(shè)計(jì)γd較大時不易達(dá)到要求。3、振動輾P110圖4－13平輾、羊腳輾、氣胎輾均可改裝成振動輾（震動輾）震動輾特別適用于非粘性土。震動輾：震動與輾壓同時進(jìn)行，減少了土粒子之間的摩擦作用，所以其影響深度大于一般輾的1～3倍，h可達(dá)到1M以上。4、夯實(shí)機(jī)械P111～112圖4－16夯實(shí)機(jī)械適用于土層厚度較大或邊、角、局部不易輾壓的地方。2/6/2023夯擊力要盡可能大，但不能超過極限值。使用夯實(shí)機(jī)械不經(jīng)濟(jì)。人工夯實(shí)、半機(jī)械化夯實(shí)（從略）5、壓實(shí)機(jī)械的選擇P112～113

大中型土石壩可同時使用幾種機(jī)械聯(lián)合作業(yè)。選擇壓實(shí)機(jī)械主要考慮的因素有：（表4－3）①土料性質(zhì)②設(shè)計(jì)要求③土料含水量④施工強(qiáng)度⑤現(xiàn)場工作面情況：工作面大小、季節(jié)等2/6/2023⑥現(xiàn)有機(jī)械及習(xí)慣使用機(jī)械情況6、壓實(shí)機(jī)械生產(chǎn)率的計(jì)算P112

①輾壓機(jī)械（式4－15）②夯擊機(jī)械（式4－16）

五、壓實(shí)方法

1、進(jìn)退錯距法

P110圖4－122、圈轉(zhuǎn)套壓法2/6/2023§4－4土石料的挖和運(yùn)

一、挖運(yùn)機(jī)械和挖運(yùn)方案P99

1、單斗式挖掘機(jī)正向鏟：P100圖4－1改裝機(jī)械：反向鏟、索鏟、抓鏟P100圖4－2循環(huán)作業(yè)正向鏟配自卸汽車的優(yōu)點(diǎn)：使用靈活、管理方便、易滿足最大施工強(qiáng)度適用范圍大

2/6/20232、多斗式挖掘機(jī)①鏈斗式采砂船（多用于水下）：配皮帶運(yùn)輸機(jī)②斗輪式挖掘機(jī)（多用于陸上）：配皮帶運(yùn)輸機(jī)優(yōu)點(diǎn)：挖運(yùn)強(qiáng)度高，管理方便，施工干擾小缺點(diǎn)：安裝費(fèi)用高，不靈活，易因故障產(chǎn)生停工適用：運(yùn)距不長，料場集中的情況插入圖片2/6/20233、推土機(jī)

以拖拉機(jī)為母體，加上帶有切土刀片的推進(jìn)器P101圖4－短距離平土，應(yīng)用廣泛4、鏟運(yùn)機(jī)

鏟運(yùn)自成一體P102圖4－5、4－6適用于運(yùn)輸距離短、P小、ω%小、路平的情況5、運(yùn)輸機(jī)械①循環(huán)式：自卸汽車有軌機(jī)車――適用于運(yùn)量大、運(yùn)距長、料場集中的情況缺點(diǎn)：不靈活，裝拆不方便，敷設(shè)成本高2/6/2023②連續(xù)式：固定式皮帶運(yùn)輸機(jī)P102圖4－6移動式皮帶運(yùn)輸機(jī)――正在被廣泛使用6、挖運(yùn)方案的選擇影響挖運(yùn)方案選擇的因素：①運(yùn)輸距離②料場性質(zhì)包括土質(zhì)、含水量等③工地布置情況④管理狀況⑤工程量的大?、奘┕?qiáng)度要求…………多種機(jī)械配合使用是最佳方案2/6/2023二、綜合機(jī)械化施工的基本原則

1、充分發(fā)揮主要機(jī)械的作用盡量做到人停機(jī)不停

舉例：大成公司臺車無備用

2、機(jī)械選擇必須配套

舉例：正向鏟配自卸汽車，斗容量成倍數(shù)關(guān)系

3、機(jī)械的規(guī)格及型號盡可能一致

便于管理、維修等

4、備用機(jī)械數(shù)量要合理主要機(jī)械要不要備用？――心理保險？次要機(jī)械要保證主要機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)并有富余2/6/2023三、機(jī)械設(shè)備容量的計(jì)算P103～107

1、某階段（分期）強(qiáng)度計(jì)算①上壩強(qiáng)度（填筑強(qiáng)度）：

P105式4－6k—施工不均系數(shù)

k1—損失系數(shù)

Vd—分期填筑方案

T—有郊時間

②運(yùn)輸強(qiáng)度：

P105式4－7

Kc=質(zhì)實(shí)影響系數(shù)

Ki=運(yùn)輸損失系數(shù)2/6/2023

③開挖強(qiáng)度：

P105式4－8

K3—開控?fù)p失系數(shù)2、挖掘機(jī)械的生產(chǎn)率

P103式4－13、運(yùn)輸機(jī)械的生產(chǎn)率

①循環(huán)式運(yùn)輸機(jī)械數(shù)量：

P104式4－42/6/2023②連續(xù)式運(yùn)輸機(jī)械生產(chǎn)率：

P104式4－54、挖與運(yùn)斗數(shù)的計(jì)算（正向鏟配自卸汽車）

P106式4－9

P106式4－11

P106式4－12

2/6/2023§4－5壩面作業(yè)

一、壩面作業(yè)的工作內(nèi)容卸土→→鋪土平土（控制h）→→翻曬、灑水（控制含水量）→→壓實(shí)（決定干容重）→→質(zhì)檢、刨毛→→卸土→→作業(yè)方式一般采用流水作業(yè)P125式4－2（對流水作業(yè)作必要介紹）刨毛是為了使上下結(jié)合面更自然壓實(shí)的方法有進(jìn)退錯距法和圈轉(zhuǎn)套壓法2/6/2023二、接頭與接縫的處理

1、施工接縫――橫向接縫：結(jié)合坡不陡于1：3，高差小于1M，必要時加結(jié)合槽――縱向接縫――流水分段縫（不留）――心墻自然縫

2、與岸坡的接頭縫3、反濾料的填筑施工

先砂后土

先土后砂有關(guān)內(nèi)容查參考資料2/6/2023三、施工質(zhì)量控制P115～117

建立三級或四級質(zhì)量保證體系非常重要

1、料場質(zhì)量定期檢查：每500～1000方取樣一次檢查內(nèi)容：土料性質(zhì)、土塊直徑、含水量、雜質(zhì)含量、石料風(fēng)化情況、石料大小及級配、反濾料的質(zhì)量等2、填筑質(zhì)量

①鋪土厚度控制；②最大粒徑及含水量控制；③壓實(shí)功能與壓實(shí)遍數(shù)控制；2/6/2023④結(jié)合縫及層間結(jié)合面的處理；⑤壓實(shí)后的干容重每層不同部位均應(yīng)取樣測試，要求合格率大于90%且不合格的要達(dá)到98%的設(shè)計(jì)值⑥反濾層的層間系數(shù)及各層顆粒不均勻系數(shù)的控制；⑦砂礫料的原位密度和孔隙率（原位探坑灌砂法和灌水法）控制。3.質(zhì)量事故處理

①干縮、凍融裂縫

產(chǎn)生原因：含水量太大、護(hù)坡不及時、上下層填筑在高溫干燥期間隔太久、速凍等；特征：規(guī)律性差，深度小且上寬下窄

2/6/2023防止辦法：控制含水量，調(diào)整工序，予留50㎝松土層處理措施：清除，均質(zhì)壩中深度小于50㎝的可不處理②沉陷裂縫

產(chǎn)生原因：壩體或壩基不均勻沉陷

特征：平行壩軸線和垂直壩軸線（后者危險）

防止辦法：注意結(jié)合、接坡、壓實(shí)及地基處理的質(zhì)量

處理措施：垂直縫