土石坝施工的基本知识.ppt

2019/6/22,第四章 土石坝的施工,本章重点：土石坝施工的挖运机械及施工方案 本章难点：土料压实的机理最优含水量 增加内容：面板材料坝的施工 结合讲课安排23次录象教学,2019/6/22,41 土石坝施工概述,一、土石坝的施工特点 1、土石坝建设方兴未艾的原因 地质条件好的坝址已开发殆尽， 余下的只好建土石坝 土石坝设计和施工技术进步很快 特别是结合面板技术 省工省料，施工简单（无模板、无温控） 机械化施工，工期短 有环境保护方面的优势,2019/6/22,2、从施工的角度来看土石坝的优点（与砼坝相比） 要求的地质条件不高： 能筑土石坝的地方多，且地基处理省时省力省钱 充分利用当地材料 ： 既省材料，又省运费，还可以解决部分弃料的堆放问题 工期短： 既有利于群众性施工，又容易采用机械化作业，速度快 81年统计资料：（大型坝）,2019/6/22,安全 从设计上来看，土石坝高且大： 苏联罗贡坝（土石坝）Hmax325M 瑞士大狄克桑斯重力坝Hmax285M 我国小浪底土石坝Bmax840M 我国锦屏电站土石坝Hmax300M 从环境上来看，土石坝基本上不破坏生态。 3、从施工的角度来看土石坝的缺点（与砼坝相比） 防渗问题 过水问题,2019/6/22,二、土石坝的施工方法,1、水中填土法：常用于修筑土石围堰 2、水力冲填法 3、定向爆破法 4、干填辗压法：施工内容和施工程序如下： 准备工作：A地基和岸坡的处理 主要清理：杂草杂树及乱石 干容重小于1.48的表层土 含有机物大于1%的表土 含可溶盐大于2%的表土 细沙及粉沙等易液化的土,2019/6/22,B四通建设及临时设施 基本作业：A土石料的开采 B土石料的挖运 C土石料的铺、卸 D土石料的平散与压实 辅助作业： A料场的清理：（先规划、选择） B土质检查 C地下水位控制：主要是降低 D压实过程中的刨毛、加水或翻晒等 附加作业： A坝坡修整 铺砌护面石块或草皮等,2019/6/22,三、面板坝的施工要点,P117123 材料另附 42 土石料场的规划 坝型及坝址选择阶段：全面调查土石料的 种类、数量、位置等 施工组织设计阶段：具体勘测、规划,2019/6/22,一、空间规划,1、高程适当：高料高用，低料低用 2、四周都有料场：近料先用，远料后用 3、取土不影响坝的防渗稳定 4、施工干扰小，坝体上升均匀 5、少占用农田，少破坏植被 二、时间规划 施工强度随季节和填筑部位变化而变化 1易淹的料场先用：上游料先用，下游料后用 2上坝强度低时用远料（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储备料场关键时刻用：如龙口合拢、拦洪渡汛等,2019/6/22,三、质量与数量的规划 1、料尽其用原则：土石方平衡 、充分利用碴料 2、坝体不同部位对土料的种类要求不同： %值、值、值、d值、料的成份、料的级配d等。 均质坝、斜心墙坝、心墙坝、 3、质量与数量的规划要同时进行 4、控制料的质量，缩小坝体断面尺寸,提问：什么是土方石平衡？,5、主料场与备用料场 ： 主料场土质好，储量大，开采集中，距离近， 可常年开采 V主（150200）%V设，考虑：勘测不准确 损耗土料 、废弃土料 备用料场主料场无法使用时用，一般在淹没区 以外 V备（150200）%V主 四、料场管理 1、料场清理：剥弃表层腐植土，清除覆盖层,2019/6/22,2、料场排水：地表水与地下水 排水沟、截水沟、集水井，人工降低地下水位 3、场内布置：土料开采避免施工干扰 石料开采爆破布置 43 土石料的压实 一、土料压实的标准 1、粘性土的压实标准 填筑的土方要求有较高的稳定性和抗渗性 根据莫尔库仑破坏理论有：f = C+tg,2019/6/22,显然：dC、稳定性 抗渗性工程量 举例：当达到同样抗滑与抗渗稳定时 若d = 1.3，则n3 若d 1.7，则n1 n3时，断面面积A 1320 n1时，断面面积A 520 并且dK沉降 一般地，d 1.41.7 d为粘性土的压实指标干容重或干密度： 设计上与土质本身有关 、 施工上与施工因素有关,插入图片,2019/6/22,设计时： dmd max 设计干容重 dOP2%OP3% 含水量控制范围 式中：m施工条件系数 0.950.970.99 d max击实试验的平均最大干容重 施工时： d要求的合格率为：、级心墙坝90% 、级心墙坝或、级均质坝8090% 2、非粘性土的压实标准 压实标准由相对密度D来衡量 D与d的换算关系式为：P113式417,2019/6/22,压实控制可以把D换算成d进行，也可以直接用D来确定控制标准： 无地震情况：D大于0.65 有地震情况：D大于-6度0.65 7度0.70 8度0.75 9度0.80.85 3、石碴及堆石的压实标准 土石坝以石碴及堆石为坝壳材料时用孔隙率作为压实标准 一般地 e30% 防止过大沉陷及湿陷裂缝 当石碴料中细粒含量为1025%时 e25%,2019/6/22,当石碴料中细粒含量为510%时 e28% 当石碴料中细粒含量为05%时 e30% 二、土料的压实机理 1水膜理论 （本章难点） 固相土粒子，不可压缩，可重新排列，与土质有关 土气相可压缩，可排出，与土的颗粒级配有关 液相水自由水（非粘性水），可以排出 束缚水（粘性水），难以排出。 束缚水为包裹在土粒子表面的弹性水膜， 具有物理化学电分子力作用。 弹性水膜具有粘滞性、抗剪性、弹性极限,2019/6/22,太厚：物理化学电分子力等于0 （粘结力与磨擦力小）， 但外力可能作用于自由水上，产生滑跑现象（橡皮土）； 太薄：物理化学电分子力大且趋于极限（抗剪力大）， 无法压实； 理论最优含水量：物理化学电分子力趋于0， 水膜厚但无自由水。 2普氏击实标准试验 P115图417（板书此图） n25、50、100、150 n一定时，%太大或太小d都不大 %最优时d最大,2019/6/22,举例：设计d1.55时 n=150 都满足要求 n=100 w%必须控制在 w%范围内 。 施工最优含水量击实功能 n一定时经济，合理） d达到设计要求 则%必须控制在一定 的范围（不是一个定点值）。,插入图片,2019/6/22,三、现场压实试验 P114115 1、粘性土 W1=WP4% W2=WP 2% W3= WP W4=WP+2% 当铺土厚度为h1时求出各小块的d 并绘制成图421 再分别绘出h2、h3时的图 将上述图中的结论绘入图422中 图中h3 h2 h1 对应于设计的d值可求得na、b、c及 对应的%值，并对h1a、 h2b、 h3c,插入图片,2019/6/22,进行比较，取其最大值为最经济合理的 单位压实遍数的压实厚度。（试验目的） 上述试验中，h和n的取值应根据经验确定，且它们与压实机械的功能有关，具体 可参考P114表45 由此可见：d(n，%，h，机械种类) 4、非粘性土及石料 非粘性土的压实试验因与含水量无关，所以只作出nDh关系曲线，再确定最佳值。 石料的压实试验（从略） 四、压实机械,2019/6/22,1、羊脚辗 P109图410 正压力挤压力揉压力 适用于粘性土 羊足接触应力： A单位是面积 ， n插入足数， n1+n2插入排两边排数 太大，深层受挤压，反而翻松了，而且阻力增大 太小，插不到足够深度，效果不好 最佳应力760 （土质不同而不同） 2、气胎辗 P111图414，415 气胎本身具有一定的柔性和弹性，它与土体的接触面积随土料的压实而变小。 气胎也可以通过本身的充气调整来适应不同的土料。,2019/6/22,气胎辗压力分布均匀，大颗粒土不会破碎。 气胎辗适用于砂土、砂砾、碎石，也适用于粘性土，但设计d较大时不易达到要求。 3、振动辗 P110图413 平辗、羊脚辗、气胎辗均可改装成振动辗（震动辗） 震动辗特别适用于非粘性土。 震动辗：震动与辗压同时进行，减少了土粒子之间的 摩擦作用，所以其影响深度大于一般辗的13倍，h可达到1M以上。 4、夯实机械 P111112图416 夯实机械适用于土层厚度较大或边、角、局部不易辗压的地方。,2019/6/22,夯击力要尽可能大，但不能超过极限值。 使用夯实机械不经济。 人工夯实、半机械化夯实（从略） 5、压实机械的选择 P112113 大中型土石坝可同时使用几种机械联合作业。 选择压实机械主要考虑的因素有：（表43） 土料性质 设计要求 土料含水量 施工强度 现场工作面情况：工作面大小、季节等,2019/6/22,现有机械及习惯使用机械情况 6、压实机械生产率的计算 P112 辗压机械（式415） 夯击机械（式416） 五、压实方法 1、进退错距法 P110图412 2、 圈转套压法,2019/6/22,44 土石料的挖和运,一、挖运机械和挖运方案 P99 1、单斗式挖掘机 正向铲：P100图41 改装机械：反向铲、索铲、抓铲 P100图42 循环作业 正向铲配自卸汽车的优点：使用灵活、管理方便、易满足最大施工强度适用范围大,2019/6/22,2、多斗式挖掘机 链斗式采砂船（多用于水下）：配皮带运输机 斗轮式挖掘机（多用于陆上）：配皮带运输机 优点：挖运强度高，管理方便，施工干扰小 缺点：安装费用高，不灵活，易因故障产生停工 适用：运距不长，料场集中的情况,插入图片,2019/6/22,3、推土机 以拖拉机为母体，加上带有切土刀片的推进器 P101图 4短距离平土，应用广泛 4、铲运机 铲运自成一体 P102图45、46 适用于运输距离短、P小、%小、路平的情况 5、运输机械 循环式：自卸汽车 有轨机车适用于运量大、运距长、料场集中的情况 缺点：不灵活，装拆不方便，敷设成本高,2019/6/22,连续式：固定式皮带运输机 P102图46 移动式皮带运输机正在被广泛使用 6、挖运方案的选择 影响挖运方案选择的因素： 运输距离 料场性质 包括土质、含水量等 工地布置情况 管理状况 工程量的大小 施工强度要求 多种机械配合使用是最佳方案,2019/6/22,二、综合机械化施工的基本原则 1、充分发挥主要机械的作用 尽量做到人停机不停 举例：大成公司台车无备用 2、机械选择必须配套 举例：正向铲配自卸汽车 ，斗容量成倍数关系 3、机械的规格及型号尽可能一致 便于管理、维修等 4、备用机械数量要合理 主要机械要不要备用？心理保险？ 次要机械要保证主要机械的运转并有富余,2019/6/22,三、机械设备容量的计算 P103107 1、某阶段（分期）强度计算 上坝强度（填筑强度）： P105式46 k施工不均系数 k1损失系数 Vd分期填筑方案 T有郊时间 运输强度： P105式47 Kc=质实影响系数 Ki=运输损失系数,2019/6/22,开挖强度： P105式48 K3开控损失系数 2、挖掘机械的生产率 P103式41 3、运输机械的生产率 循环式运输机械数量： P104式44,2019/6/22,连续式运输机械生产率： P104式45 4、挖与运斗数的计算（正向铲配自卸汽车） P106式49 P106式411 P106式412,2019/6/22,45 坝面作业,一、坝面作业的工作内容 卸土铺土平土（控制h）翻晒、洒水 （控制含水量） 压实（决定干容重） 质检、刨毛卸土 作业方式一般采用流水作业 P 125 式4 2 （对流水作业作必要介绍） 刨毛是为了使上下结合面更自然 压实的方法有进退错距法和圈转套压法,2019/6/22,二、接头与接缝的处理 1、施工接缝横向接缝：结合坡不陡于1：3， 高差小于1M，必要时加 结合槽 纵向接缝流水分段缝（不留） 心墙自然缝 2、与岸坡的接头缝 3、反滤料的填筑施工 先砂后土 先土后砂 有关内容查参考资料,2019/6/22,三、施工质量控制 P115117 建立三级或四级质量保证体系非常重要 1、料场质量 定期检查：每5001000方取样一次 检查内容：土料性质、土块直径、含水量、杂质含量、石料风化情况、 石料大小及级配、反滤料的质量等 2、填筑质量 铺土厚度控制； 最大粒径及含水量控制； 压实功能与压实遍数控制；,2019/6/22,结合缝及层间结合面的处理； 压实后的干容重 每层不同部位均应取样测试，要求合格率大于90% 且不合格的要达到98%的设计值 反滤层的层间系数 及各层颗粒不均匀系数 的控制； 砂砾料的原位密度和孔隙率（原位探坑灌砂法和灌水法）控制。 3.质量事故处理 干缩、冻融裂缝 产生原因：含水量太大、护坡不及时、上下层填筑 在高温干燥期间隔太久、速冻等； 特 征：规律性差，深度小且上宽下窄,2019/6/22,防止办法：控制含水量，调整工序，予留50松土层 处理措施：清除，均质坝中深度小于50的可不处理 沉陷裂缝 产生原因：坝体或坝基不均匀沉陷 特 征：平行坝轴线和垂直坝轴线（后者危险） 防止办法：注意结合、接坡、压实及地基处理的质量 处理措施：垂直缝不论大小均应彻底处理 浅的挖除再加结合槽 深的挖除有困难可加截水墙 滑坡缝,2019/6