水利工程施工教案PPT课件.ppt

授课教案及板书主讲 颜宏亮山东农业大学水利土木学院二00二年八月 水利工程施工 绪论第一章施工导流第二章爆破工程第三章基础地基工程第四章土石坝工程第五章砼坝工程第六章地下建筑工程第七章施工总组织第八章经营管理 水利工程施工 水利 利用水资源 防止水灾害 指水利工程 如兴修水利 工程 土木建筑或其他生产制造部门用较大而复杂的设备来建造的工作 水利工程 兴水利 修水害 所修建的工程 包括设施和措施 设施 为满足某种需要而建立起来的机构 系统 组织 建筑 措施 针对某种情况采取的处理办法 施工 按照设计的规格和要求建造工程的过程 绪论 绪论 水利工程施工 建造水利工程的过程 施工的目的 以设计的实现和运用的需要为目的 施工的依据 规划设计的成果 施工的特征 包括实践性和综合性 实践性 实践检验 硬科学 综合性 综合运用自然科学和社会科学的知识和经验 施工的目标 规范要求 安全经济 表现在 质量 1 安全 根本所在 2 效益 盈利 扩大再生产 进度 1 效益 省料 省时 2 合理 科学又先进 绪论 一 任务和特点1 主要任务P1 1 编制施工组织设计 2 科学地使用人力 物力 财力 3 开采观测 试验和研究工作 2 特点 P1 P2二 成就 举世瞩目 世界最大的的水利枢纽为代表 河南范县在山东境内 为了由金堤河引黄 展望 水的危机摆在全世界的面前 水利工程只有国家来控制 而且难管 如全国水利有 二台 一是台湾 二是台前 绪论 三 施工组织与管理的基本原则p2 p3 1 5 四 课程内容和特点 前面讲的过程中包括了 教材在内容编排上 运用矛盾论的哲学思想 按先共性后个性的顺序解决问题 P3 绪论 第一章施工导流 为避开水流对施工的不利影响而采取的 导 截 拦 蓄 泄 的工程措施 施工导流设计的主要任务 P4 1 1施工导流的基本方法 1 2围堰工程 1 3导流设计流量的确定 1 4导流方案的选择 1 5截流工程 1 6拦洪渡风 略 1 7蓄水计划与封堵技术 略 1 8基坑排水 第一章施工导流 1 1施工导流的基本方法 有分段围坝法和全段围坝法 一 分段围堰法导流 图1 1 将建筑物分段 分期的围护起来进行施工 分段 空间上分成若干期分期 时间上分成若干期 图1 2 一 前期都是利用束窄的原河道导流1 关键问题 河床束窄程度 纵向围坝位置 的选择 1 束容河床的平均流量 1 2 2 束窄度K A2 A1 100 1 1 K 40 70 围坝及河床的 V冲 并满足通流要求的V 流速 J 比降 和h 水深 B 河宽 2 各段的各程量 施工强度比较均衡 3 适用 P6 图1 3右侧 1 1施工导流的基本方法 1 1施工导流的基本方法 二 后期则要通过修建的泄水道导流 有河床内泄水道或河床外泄水道 1 河床内泄水道 适用于重力式砼坝 1 底孔导流 图1 1C 分段分期修建砼坝时1 临时底孔 后封堵2 结合永久底孔P7上优点 缺点 2 坝体缺口导流 图1 1b 河水暴涨暴落 其他导流量不足的砼坝 1 1施工导流的基本方法 3 明槽导流 图1 4 河水较深 河床履盖层较厚 修纵向围堰困难的砼坝工程 河床内较高部位处 注意问题 1 明槽糙率 别取小了 用模型试验验证 2 出口消能妥善 安全 3 永久性给合永久建筑物 费用降低 图1 5 P9 2 河床外泄水道 适用于土石坝和非重力试验坝 1 隧洞导流 在全段围堰法中讲 2 明渠导流 河床外的明渠 如三峡 在全段围堰法中讲 1 1施工导流的基本方法 二 全段围堰法导流 适用于导流流量小的情况 一 河床外泄水道导流 1 隧洞导流 图1 6 河谷狭窄 山岩坚实的 造价高 复杂 布置要求 见 水工 中 若结合永久隧洞最好 图1 7 1 1施工导流的基本方法 二 全段围堰法导流 适用于导流流量小的情况 一 河床外泄水道导流 1 隧洞导流 图1 6 河谷狭窄 山岩坚实的 造价高 复杂 布置要求 见 水工 中 若结合永久隧洞最好 图1 7 二 河床内泄水道导流1 涵管导流 土石坝坝下埋管 可结合放水洞 经济 可靠 但流量小 2 底孔导流3 坝体缺口导流4 电站厂房导流5 船闸闸室导流6 基坑上导流渡槽导流 1 1施工导流的基本方法 1 2围堰工程 导流中的临时挡水物作用 围护基坑干地施工 妨碍永久运行的还要拆除 一 围堰的种类1 按材料分 土石 草土 板桩 砼 2 按与水流方向的相对位置分 横向 纵向 3 按基坑是否允许淹没分 过水 不过水 1 2围堰工程 二 选型原则 1 具有足够的稳定性 防渗性 抗冲性和强度 2 就地取材 造价便宜 构造简单 建 拆方便 3 布置上力求导流平顺 不严重冲刷 4 防止接头处集中渗漏 1 2围堰工程 三 基本型式及构造1 土石围堰材料 当地土石料结构 支承体加防渗体 1 河床透水覆盖浅的 水下抛填 做过水侧斜墙及铺盖壤土1 6 1 7风化砂1 1 7 1 2 0粘土更缓 不宜用 2 河床透水覆盖深的 在围堰中间部位做 垂直防渗墙 土基中 灌浆帷幕 透水岩中 1 2围堰工程 主要特点 类似于土石坝 简易 堰高较大 2 草土围堰材料 草捆 麦草或稻草 单个长1 5m左右 直径0 5m 细土 黄土 粉土 细土草土围堰施工顺序示意图配合图 1 12 1 13 压草 逐层排草捆接茬错塔1 3 1 2 开始为便于向前进占飘浮状态 草绳定位 铺散草 捆叠高2m 铺一层0 25 0 3m厚散草 铺土 撒草上 人工踏实 主要特点 宜用于水深 6 8m V 3 5m s的场合 1 2围堰工程 3 钢板状格形围堰 工厂产品材料 轧制钢型材 刚度要求EJ 图1 14圆形 扇形 花辨形 图1 15圆筒形 稳定要求 内充填透水砂石 结构 带锁口 相互联结固结于地基中的悬臂梁 施工 打柱船 机 图1 17程序主要特点 快 挡水高度 15 18m 顶部可过水 回收率 70 1 2围堰工程 4 砼围堰 类似于砼挡水坝 1 图1 18拱型 2 图1 20重力式 实体式 空心式 主要特点 后期作为永久建筑物的一部分 1 隔墙 泄洪与发电般之间 2 导墙 船闸进出口 溢洪闸边的 1 2围堰工程 5 过水土石围堰结构 类似于土石围堰 但要解决堰顶和下游坡过水问题 防冲措施 1 砼板护面图1 21 2 钢筋网护面图1 24主锚筋提前埋入堰体 1 2围堰工程 四 围堰的防渗和防冲 关键1 防渗 同一般挡水建筑物 按前挡后排原则 属于水下修筑防渗体 水下施工质量是关键 2 接头 防止集中渗透变形 降低J 刺墙延长渗径 刺墙 图1 25木板的 砼的 3 防冲因为断面降低 所以流速提高 转角处底部涡流 抛石护底辅以上下游导流墙 1 2围堰工程 五 围堰的折除1 要干净 保证二期导流顺畅 保证永久物运用 2 拆除顺序 自背水坡分层拆 图1 28 保证挡水稳定 3 方法 土石 挖土机和爆破 水冲草土 人挖缺口 水冲或爆破 水冲钢板桩 拔桩机砼 爆破 1 2围堰工程 五 围堰的折除1 要干净 保证二期导流顺畅 保证永久物运用 2 拆除顺序 自背水坡分层拆 图1 28 保证挡水稳定 3 方法 土石 挖土机和爆破 水冲草土 人挖缺口 水冲或爆破 水冲钢板桩 拔桩机砼 爆破 1 2围堰工程 六 围堰的平面布置与堰顶高程P201 平面布置 1 按导流方案 取决于主体工程轮廓 全段围堰法 上下游围堰基坑坡趾距主体工程轮廓 20 30m 梯形布置 分段围堰法a 上下游围堰基坑坡趾距主体工程轮廓 20 30m 梯形布置 b 纵向围堰上下游围堰基坑坡趾距主体工程轮廓 2m 1 2围堰工程 2 尽量利用有利地形 减少围堰长度 高度 有利导流 2 堰顶高程 取决于导流设计流量及围堰工作条件 下游围堰堰顶高程Hd 下游水位高程h d 波浪爬高ha 围堰超高 上游围堰堰顶高程H d h d ha 上下游水位差Z 见表1 3由下游围堰 下游河道断面向上游推 1 2围堰工程 1 先判断流态急流 用水力指数法 分段求和法推水位 缓流 用图解法 试算法推水位 2 再算束窄段的水位 束窄段进口处的水深h 3 上游水位差Z h hd所以上游Hd 下游Hd Z 1 3导流设计流量的确定 导流建筑物的供水标准是以供水期来表示 一 导流标准 按 水利水电工程施工组织设计规范 SDJ338 891 先定导流建筑物的级别 III V级 根据表1 4导流标准所保护对象的级别的级别导流物失事后果导流物使用年限围堰的工程规模注 表1 4下 1 3导流设计流量的确定 2 再根据导流物的种类确定洪水重现期表1 5T 年注 最优的洪水重观期其相应的导流物造价与风险损失费用之和应最小 所以风险度 R 洪水重观期 T 及导流建筑物使用 L 年限等有关 1 6 1 3导流设计流量的确定 二 导流时段的划分 相当于围堰导流法的分期 按导流程需序所划分的各个施工阶段的延续时间 不同导流方法组合的顺序 导流方案P24 导流 T 标准已定 看导流的时段在 1 枯水期 Q小 导流物工程量小 2 中水期 确定相应导流流量 设计 3 洪水期 Q大 导流物工程量大 1 3导流设计流量的确定 所以合理划分导流时段 是既安全又经济地完成导流任务的基本要求 导流设计流量为该时段内洪水重现期的最大流量 一个建筑物的导流标准是什么 导流流量与导流时段数相对应 其中最大的称为导流设计流量 1 4导流方案的选择 不同导流时段不同导流方法的组合 如表1 6要求 研究水文 地形 地质 施工枢纽布置和河道通行因素 拟定若干个导流方案 进行技术经济比较 选取优 1 5截流工程 在河床中全面开展主体建筑物的施工前夕 截断原河采水流 一 截流方法 1 戗堤进占 双向或单向河床中填筑戗堤 围堰 束窄河床成龙口 图1 352 龙口加固 为提高龙口的抗冲能力 减少合龙工程量 对龙口加以保护护底 裹头P33 3 合龙 封堵龙口 1 立堵法 适用广 采用多图1 35 2 平堵法 适于软床 采用少图1 364 闭气 创堤全线堵漏防渗 5 加高培厚 形成围堰二 截流日期 尽量提前在枯水期初 不在洪水期 对航运影响小时 截流流量 截流时期内10 20 频率的旬或月平均流量 以当时水文气象预报修正 1 5截流工程 三 截流的重要性1 施工进度的关键 截流失败可能拖到来年 2 技术复杂 慎密的设计龙口位置和宽度截流水力计算 截流材料图1 37及备料量 甚至水工模型试验 倒下被冲走 3 组织要严密 合龙几小时到几天必须完成 封堵强度很大 1 5截流工程 1 8基坑排水 包括 1 开挖前的初期排水2 开挖及施工中的经常性排水一 初期排水围堰内基坑上的积水包括降水 主要 和渗水排水流量取决于排水时间TT取决于围观及基坑边坡的稳定 不能下降过快 非稳定渗流造成失稳 1 8基坑排水 边坡的稳定取决于土质 tg 和c 一般控制水面下降速度 0 5 1 5m 天 根据Q选择数台离心式水泵 便于试抽 水位 1 降得快 关部分 2 降得慢 加台数水泵站布置p42图1 46适应泵的吸水高度和扬程 1 8基坑排水 二 经常性排水 渗水 主要 降水 施工废水 1 系统布置 排水沟集水井 1 开挖过程中的 不防碍开挖和运输为原则 基坑中部 2 修建筑物时的 不影响建筑为原则 基坑四周 p43图1 472 排水量计算水力学 水文地质 本科教材P165 施工 1 8基坑排水 围堰的 按土石坝渗透计算方法基坑倒向的 基坑倒向的 7 12 H 含水层厚度mK 围堰和透水层的透水系数mh 基坑内水深mR 地下水位下降曲线的影响半径mr m F 基坑平面面积m2 1 8基坑排水 基坑度部的q 每米水头每平方米基坑面积的渗流量m3 h 表7 4值 H A三 人工降低地下水位 将渗水在进入基坑前排出 在基坑周围钻井 渗水入井 水泵抽出 1 管井法 适于K 10 250m d的土层 K 1 10 4 3 10 3m s86400s d 20 40cm钢或无砂砼管 每井一台潜水泵或深井泵布置在基坑内坡中部 井距15 25m 可分层图1 49井管包括滤水管 外围滤料 封底填料图1 48 1 8基坑排水 成井方法 射水法 振动射水法和钻井法 先下套管 再下井管 边填反滤料 边抠出套管 井管随水枪冲孔面下沉到位 射水减压 填反滤料满时停射 2 井点法 既利用重力 又利用其他作用加速排水 1 8基坑排水 2 1爆破原理及药量计算 2 2外破的基本方法 孔眼 调量 药壶表面 2 3特种爆破技术 控制爆破 2 4钻孔机具和外爆器材 2 5爆破安全控制 第二章爆破工程 2 1爆破原理及药量计算 一 爆破作用 一 原理 生成大量气体 极高的膨胀压力104Mpa级指放很大热能 很高的温度1000 4500 强烈化学反应 冲击波传播形成拉原力破坏 冲击波传播及作用 1 在空气中冲击波越过临空面时 形成拉力波 引起弧向裂缝 2 在岩土中 压力波 其波阵面产生切向拉应力 引起径向裂缝 2 1爆破原理及药量计算 二 影响作用范围 无明显界限 1 压缩圈 紧邻药包介质为塑性体 将受到压缩 粉碎圈 紧邻药包介质为脆性体 将被粉碎 半径为Rc 压缩或粉碎半径 2 抛掷圈 介质被破坏并抛掷 半径为R 抛掷半径 3 松动圈 塑性介质破裂圈 脆性介质 相应半径为Rp 松动破裂 4 震动圈 松动 圈外的部分介质发生震动 2 1爆破原理及药量计算 二 爆破漏斗 当药包能量使部分介质抛向临空面外 往往形成一个倒立圆锥形爆破坑 如图2 2 W r 的爆破坑 其几何特征参看 P49 爆破作用指数N r W r 爆破漏斗底半径 W 最小抵抗线长度 爆破设计的最主要参数 几何意义 表明了漏斗的张开程度物理意义 显示了抛掷强烈程度 2 1爆破原理及药量计算 当n 1即r w时 标准抛掷外破 爆破试验确定单位体积介质的炸药消耗量 当n 1即r w时 加强抛掷爆破用于定向剥层 扬弃 掏槽等爆破 当0 75 n 1时 减弱抛掷爆破 用于采石 堵坑 掌子面拆除等 当0 33 n 0 75时 松动爆破 用于开挖前的预松 当n 0 33时 隐藏式 内部 爆破 同于炸胀药壶 炸扩桩孔成型 抛掷爆破可见漏斗深厚P CW 2n 1 2 1 2 1爆破原理及药量计算 抛掷距离 抛距 L 5nw 2 2 三 炸药包种类及重量 1 按形状分类 1 集中药包最长边L 最短边a 4 0 41 2 延长药包L a 4 0 412 药包质量计算单个集中药包 2 4 P50延长药包Q P52 2 16 2 2外破的基本方法 孔眼 调量 药壶表面 一 孔眼爆破浅孔爆破 孔径75mm 孔深 5m适于大规划的 一 炮孔布置原则 充分利用天然临空面 创造更多临空面 形成阶梯 有利于提高外破效果 降低成本方便施工 2 防止漏气 炮孔质量与岩石层面和节理面正交 不要顺岩石缝打孔 二 布孔及技术参数 图2 3P51 2 2外破的基本方法 孔眼 调量 药壶表面 1 计算抵抗线长度Wp浅孔 2 6 深孔 2 7 2 计算阶梯高度H浅孔H KHWP 2 8 P51 52深孔H 根据总控深 介质情况 挖掘机作业要求等要求的综合破定 3 计算爆孔深度L浅孔L KLHP52 2 9 2 2外破的基本方法 孔眼 调量 药壶表面 深孔L H H 2 10 4 炮孔间距a浅孔a KaWP 2 11 深孔a 0 7 1 4 WP 2 12 5 爆孔排距b a sin60 0 87a 2 13 6 爆孔最小堵塞长度Lmin 防止爆生气体逸出 浅孔Lmin L 2深孔Lmin WP 2 2外破的基本方法 孔眼 调量 药壶表面 三 药量计算 多采用群孔松动爆破 考虑孔间联合作用 单孔装药量Q 0 33KHWPa 2 16 P52HWPa 需松动的介质体积 二 洞室爆破布置示意图P53图2 4 一 导洞 平洞或竖井 以省线 便于开挖和通风选择 与洞室 1 集中药包 洞室容积 2 17 p53间距a 2 18 排距b 2 20 2 2外破的基本方法 孔眼 调量 药壶表面 2 条形药包 可利用与自由面平行的平洞装药 无需专开约室 二 施工要点 1 装药 12 36V照相 清理 排水 防潮 按程序 检查无误 2 堵塞 先木板再粘质土 后石碴 堵塞长度 1 2 1 5 WP3 起爆系统 药室内雷管间用并联 一个不响其它响药室间用串联 要响都响 一个不响都不响 2 2外破的基本方法 孔眼 调量 药壶表面 三 改善爆破效果的方法和措施P54 1 合理利用或创造工人自由面 临空面 2 采用毫秒微差挤压爆破 3 分段装药爆破 4 采用不耦合装药 5 保证堵塞长度和堵塞质量 2 3特种爆破技术 控制爆破 三 光面爆破 后爆开挖轮廓线 双自由面 孔底不加深 不加大药量 四 岩塞爆破 水下炸穿 隧洞的临水口处岩石 五 拆除爆破 定向 定距 定量 减震 减冲击波 减飞石 减声等控制 2 3特种爆破技术 控制爆破 一 定向爆破 定向抛掷 制造定向临空面 按抛距装药 二 预裂爆破 保护开挖线以外的岩体不破坏 并获得平整的开挖轮廓 1 减弱装药 不要紧 松装 不耦合系数r 钻孔半径rd药包半径2 加密孔距a孔深增加20r 孔底1 2米加大药量 3 同时起爆 先爆开挖轮廓线 单自由面 孔底加深 加大孔底药量 2 4钻孔机具和外爆器材 一 钻孔机具 决定了钻孔的效率和质量 对时间消耗 50 和费用 70 的影响极大 一 浅孔机具 孔深 5m1 手提式风钻 重20 25kg向下钻机 2 支架式风钻 YT 23 YT 25 YT 30向上及倾斜钻孔 压缩空气为动力 并吹渣 冷却 钻头与钻杆材质相同为普通六角工具钢 锻成平刃 孔径30 50mm 2 4钻孔机具和外爆器材 二 深孔机具 内燃机动力 孔深 5m1 回转式钻机 转磨 液压加力 XJ 100 XJ 300 注100 300为最大钻孔深度米 注水冷却 注泥固壁并排渣 钻头型式图2 13平刃 弧刃 十字平刃 十字凸刃 钻头材料 工具钢 钢砂 合金刃 钻石刃 孔径90 100mm 2 冲击式钻机 图2 14 电动钢索提升 自落冲击 只能钻铅直孔 钻具有重上吨 孔径150 300mm 孔内加水冷却 清碴简清碴 2 4钻孔机具和外爆器材 3 潜孔钻机图2 15将合了回转和冲钻机的优点 钻孔进尺 30m 班 钻机方向 45度 60度 75度 90度 铅直 压缩空气排渣 孔径 170mm 二 炸药和起爆器材 1 炸药的性能指标 1 威力爆力 静力威力指一定量炸药炸塌介质 铅盒 的能力 容积ML或cm3 铵油2 3 250cm3 岩石1 320cm3 铵锑2 350cm3 猛度 动力威力 定量炸药炸塌介质 铅柱 的能力 高度mm 2 4钻孔机具和外爆器材 2 最佳密度 炸药能获得最佳爆破效果的自身密度 3 氧平衡零氧平衡 放热量大 有利安全 减少通风 炸药的含氧量等于可燃物完全氧化所需氧量 生成CO2 H20正氧平衡 放热量少 炸药的含氧量大于可燃物完全氧化所需氧量 生成NO2 负氧平衡 放热量更少 炸药的含氧量小于可燃物完全氧化所需氧量 生成CO 氧平衡可通过炸药的掺和来调整 TNT负氧平衡 硝酸铵正氧平衡 包装纸燃烧也耗氧 2 4钻孔机具和外爆器材 一般调整到 稍大于零氧平衡 小正氧平衡为好 P62下 4 安全性 5 敏感度 6 殉外距离 cm 殉外的安全距离rSp68 2 4钻孔机具和外爆器材 2 常用工程炸药 1 TNT 三硝基甲苯 2 硝化甘油 胶质 NH4NO3硝酸铵 硝化棉 粉等 3 铵梯 硝酸铵加少量TNT 4 铵粉腊 硝酸铵加松香 石蜡和木粉 5 铵沥腊 硝酸铵加沥青 石蜡和木粉 6 铵油 硝酸铵加柴油 木粉 7 浆状 硝酸铵和硝酸纳加胶凝剂 可燃剂 敏化剂的多组分混合 8 乳化 乳化胶体加氯酸盐 硝酸铵水 氧化剂 粘结剂 可燃剂 敏化剂等 2 4钻孔机具和外爆器材 3 起爆器材 1 雷管图2 16 火雷管 纸 铝 铜 导火索引爆 按到起爆药的多少分为1 10号 电雷管 电线通电引爆 分为即发型 延发型 有秒延 毫秒延国产有25 200ms 安全 2 导火索 火花引爆火雷管 燃速1cm s 黑火药为线芯 外包塑料布 沥青防水 白色 3 传爆线 导火索 爆速6500m s 单质炸药为线芯 外包塑料布 沥青防水 红色 昂贵 4 导爆管炸速2000m sD 3mm 塑料管内壁涂薄层单质炸药 便宜 2 4钻孔机具和外爆器材 三 起炸设计一 1 起爆方式 2 4钻孔机具和外爆器材 2 起爆方法 1 火雷管起爆 简单省钱 安全性差 瞎炮多 起爆不准确 在小型顺序 分散的浅孔 裸包爆破中广泛应用 不宜用于大型重要的工程 2 电雷管起爆 适于远距离 准确控制同时或分段起爆 大规模爆破 但易受杂散电流及雷电的影响 电爆网络设计 使各电雷管都能得到准爆电流ip的设计 各电雷管联接成一个能用电控制的整体引爆网路 设计内容 确定合适的网络联接方案 图2 19 串 并 先串后并 先并后串 先并后串再并 2 4钻孔机具和外爆器材 计算各处的电阻值 验算每个雷管的电流值作出爆破器材预算电爆网络的计算 电源电压U已知由欧姆定律 串联网路 总电阻R 线路电阻RL n的雷管数 r单个雷管的电阻总电流通过每个雷管的电流 2 4钻孔机具和外爆器材 并联网络 不复杂 电流大 电线多 事先不好检查 局部不影响整体 混联电路 由局部电路到整体电路的计算顺序 从雷管处向电径分步计算求出 能综合串联和并联的优点 2 4钻孔机具和外爆器材 混联电路 由局部电路到整体电路的计算顺序 从雷管处向电径分步计算求出 能综合串联和并联的优点 3 导导爆索起爆 不受水和杂散电流影响 用于深孔和洞室爆破 设在雷管火或电与药包之间 可分为段并联或成串并簇联 可用继爆管来延期起爆 4 导爆管起爆法 用起爆抢或击发雷管燃爆传至药包内的火雷管 5 联合起爆法 双重起爆网络保证起爆成功 2 5爆破安全控制 布置思考题1 2 3 4 5 10 3 1开挖处理 挖掘不符合要求的部分 3 2岩基灌浆 3 3岩基锚固 3 4砂砾石地基注浆 3 5地下连续墙施工 3 6土基振冲加固 机械振动和水力冲射加固土层 第三章基础地基工程 第三章基础地基工程 地基 承受建筑物荷载的岩土 包括基础下的和基础周围的岩土 天然地基分为岩基和土基 都或多或少地存在缺陷 需要人工处理 一 防渗和加固 地基基础 岩基 软基 土基和砂砾石地基 各类水工建筑物对地基的基本要求 P72强度足够 完整结构 抗渗稳定 耐久抗浸 3 1开挖处理 要求 1 基坑排水 水上开挖2 挖法合时 保证质量 机械 爆破 梯段 预裂 光面 水力 3 开挖有序 自上而上分层开挖如图3 1 留保护层 表3 1 4 挖运协调 便于出碴 5 利用弃碴 减少堆放 3 2岩基灌浆 固体注浆 大面积增加整体性和强度 表层抗渗性 帷幕注浆 较大深度增加抗渗性 接触注浆 增加层面抗滑稳定性和防渗 将具有滚动性和胶凝性的浆液 按一定 P75灌浆材料 水泥浆 水泥粘土浆和化学浆 施工方法 钻机 冲洗 压水 注浆 检查 3 2岩基灌浆 1 钻孔 深孔 几十米到百米 回转钻机 速度快 孔深 孔向 孔径 岩性限制少 可取岩芯 了解地层 浅孔 可采用风钻 灌浆质量与钻孔质量 密切相关 孔径均一 确保孔深 孔向 孔位 偏差小于10cm 符合设计要求 粉未要少 堵注裂隙 灌浆范围受影响 2 冲洗 1 钻孔冲洗 P76 2 裂隙冲冼 单孔冲洗 裂隙少的 1 高压压水冲洗 2 高压脉动冲洗 3 压气扬水冲洗 群孔冲洗 钻孔之间裂隙串通的 划分冲洗段交替压水压气 3 2岩基灌浆 3 压水试验P77主要目的 确定地层的渗透特性 为选择灌浆参数提供依据 P81 试验方法 一定H下 压力量和压水时间 反映W自上而下 分段进行 每段岩性相同 单位吸水量 3 1 单位时间内 分 单位长度孔段 米 单位水头压力 米 作用下 压入的水量 升 P78使用压力H等于同段设计灌浆压力的70 80 同时进行压水实验 P81图3 10 3 2岩基灌浆 4 注浆 水泥或水泥土 1 次序先固结 需压盖层 防止抬起和冒浆 布孔方式和钻灌次序图3 6后帷幕 灌浆压力大 需坝体盖重 布孔方法 单排 逐渐加密 多排 排内逐渐加密 先下游 后上游 再中间排 2 灌法 纯压式图3 7 a 用于孔深 12 15m情况 循环式图3 7 b 质量有保证 目前均采用 3 2岩基灌浆 3 顺序 一次灌浆 一次钻到全深一次全部注浆 孔深 8m裂隙少的 分段灌浆 孔段划分 地层情况定的 自上而下 钻一段长度 灌一段长度 停一段时间 再下一段长度 P80 自下而上 一次钻到全深 自下而上分段灌浆 混合法 上孔段自上而上 下孔段自下而上 上层岩石破碎下层岩石完整深孔 3 2岩基灌浆 4 灌浆压力 3 2 4 灌浆压力式中P为灌浆段平均压力 稳定控制确定原则 尽可能高 经验公式 3 3 最后试验确定 灌浆中检验和调整 P81 3 2岩基灌浆 抗渗控制对帷幕灌浆 表层段P 1 1 5 H 工作水头 底部段P 2 3 H对固结灌浆 深孔 无盖重P 2 5 105Pa 浅孔 有盖重P 3 7 105Pa 施灌控制 一次升压法 P82 分级升压法 0 4P 0 7P P三级 浆液调节 浆液先稀后浓 适时变换 限量法 既能灌饱 又不浪费 限量法 P83 3 2岩基灌浆 5 灌浆的结束条件 帷幕灌浆固结灌浆残余吸浆量 G 0 4L minG 0 4L min保持时间 闭浆时间 30 60min30min和封孔 水泥砂浆填实 6 质量检查 原始记录 钻孔取岩芯检查 压水和吸浆G试验 挖洞观察 取样力学测试 物探手段测定 3 2岩基灌浆 5 化学灌浆 P83 84 1 常用材料 水玻璃 泡花碱 仅防渗丙凝 铬木素 加固为主 甲定 环氧 防渗加固 聚氨酯 2 特点 P83 1 6 3 工艺 纯压式 水泥灌浆的方法 4 方法 单液法 泵送前混合 双液法 泵送后混合 5 关键 配比 水下固化剂 3 3岩基锚固 是用预应力锚束对基岩施加主动预压应力的一种加固技术 小浪底左岸山体 优点 应用 1 6 p86组成部分 图3 17 锚机 锚束 锚头 锚束 自由段 锚固段 工艺 图3 18 3 4砂砾石地基注浆 目的 地基的防渗和加固 但由于与岩基的地层结构不同 有特殊要求 一 砂砾石地基的可灌性 决定于地层颗料级配 灌浆材料的细度 灌浆压力和灌浆工艺要与之相适应 用可灌比来衡量 半经验公式 3 4 注 D15地层的半径d85灌浆的半径M越大 可灌性越好 M 10灌水泥粘土浆 M 15时 灌水泥浆 最终由灌浆试验决定 二 灌浆材料 1 若防渗为主要目的 强度要求不高 水泥粘土浆便宜 易灌 2 浆液配比 水泥 粘土 1 1 1 4水 干料 1 1 6 13 钻灌方法 1 打管提灌法 自流灌浆 P86图3 19 压力灌浆 2 套管提灌法 P87图3 20 3 循环钻灌 P87图3 21 4 预埋花管法 P87 88 3 4砂砾石地基注浆 3 5地下连续墙施工 防止渗透的地下连续墙 地下防渗连续墙 地下连续防渗墙 一 实际应用 地下防渗 坝体防渗和加固 大河水库98年 基础防冲和承重 地下水库边墙 二 优点 三 基本型式 槽孔型 前 后期孔槽套接而成 图3 23厚度 钢板墙 水泥 粘土 砂浆灌注墙d 10 20cm挖掘槽 级配料填筑墙d 300cm 钻挖槽 一般砼 粘土砼防渗墙d 60 80cm槽孔长度 两孔间的外间距 一般5 9米越长 接头越少 3 5地下连续墙施工 四 施工过程 设计为依据1 成槽造孔准备 槽孔定位 设导向槽 p89导向槽 铺设钻机轨道安装钻机 运输道路 电力线路 水浆管路 进排 槽内充浆 2 泥浆系统 泥浆固壁 原理图3 24 P1 P2求re 3 6 作用 泥浆润滑钻头 泥浆悬浮排碴 泥浆胶结防渗 制浆土料 粘粒含量 50 Ip 20 含砂量 5 二氧化硅 Al2O3 3 4 泥浆指标 表3 5 国外要求 膨润土及掺和料加重剂 增粘剂 分散剂 堵漏剂 3 5地下连续墙施工 3 造孔 方法及机具 1 钻挖机械钻挖成槽 修筑混凝土或粘土混凝土防渗墙 泥浆固壁下进行冲击式 回转式 抓挖式 钻劈法 冲击钻 主孔钻进 孔间劈打 p90图3 25 钻抓法 冲击钻 主孔钻进 孔间抓取 p90图3 26 分层成槽法 回转钻 排孔成槽 泵排土碴 图3 27 3 5地下连续墙施工 2 土方机械挖掘 成槽修筑级配料防渗墙 深度 20 30m 抓铲开头 索铲挖槽 吹排清碴 边挖 边清 边筑 p91图3 28 3 钢板桩打入或振入成槽 修筑水泥砂浆灌到防渗墙 一边拔钢板 边灌粘性泥浆 4 砼浇筑 钻挖成槽的如3 1 泥浆下浇筑 p92 3 5地下连续墙施工 1 络孔验收 表3 6 2 清孔拦浆 3 泥浆下浇筑 直升导管法 图3 31要求p93五 高长喷衬搅拌筑墙 P931 施喷成柱桩2 定喷成板墙 图3 32 机械振动和水力冲射加固土层振动水冲法还可联合使用 1 振冲器 图3 33 产生机械振动和水冲射的设备 2 加固原理 1 振冲挤密 加固砂层的原理P94饱和中粗砂层液化排密和细砂层加填料挤密 2 振冲置换 加固软土的原理P94加填石条后成桩 促进粘土层排水固结 并共同承载 3 6土基振冲加固 3 施工要点 1 振冲挤密加固连结法投放填料 边振边投 2 振冲置换加固间歇法投放桩料 水清孔 投料 再振 3 6土基振冲加固 第三章之总结 1 总结的目的及目标 2 总结的方法与过程 为了进一步了解 认识本章所学知识 系统的巩固和深化本章有关内容 提高大家的研究能力和创新能力 我们再采取汇总 对比 商榷 扩展的手法 对本章学习进行系统的全面总结 1 总结的目的及目标 基础工程施工 基础施工 地基施工 地基处理施工 地基处理工程施工 1 总结的目的及目标 此举是否必要 请大家先思考下列问题 第三章的主题是什么 或者说是哪个方面的施工 回答不肯定 是因为专业名词定义不确切 分类不清楚 所以一开始讲本章 就对教材有关内容提出质疑 给大家留了作业 1 总结的目的及目标 地基 天然地基 人工地基 地基持力层 建基面 下卧层 基础 地基处理 经过努力得到的知识 会记得更牢 2 2有关专业名词探讨与商榷 2 总结 研究 的方法与过程 2 1对比教学内容与教材标题 2 3地基处理方法综述与拓展 第六节土基振冲加固第六节振冲加固 2 1对比教学内容与教材标题 第三章地基与基础工程第三章基础工程 第一节开挖清基第一节基础开挖 第二节岩基灌浆第二节岩基灌浆 第三节岩基锚固第三节岩基锚固 第四节砂砾石地基灌浆第四节砂砾地基灌浆 第五节地下连续墙施工第五节防渗墙施工 看内容 本章讲得都是 地基处理 方面的施工 但不仅讲了施工技术 施工机械 施工方案 施工要求等施工方法方面的内容 还涉及施工组织与管理方面的内容 2 2有关专业名词探讨与商榷 所以本章确切地应称为 地基处理工程施工 为什么授课时改为 地基与基础工程 是因为 关于地基与基础 至今有人还分不清楚 常把地基称为基础 实际上两者的性质和材料是完全不同的 陈希哲 土力学地基基础 第三版 清华大学出版社 1998 2 2有关专业名词探讨与商榷 本人查阅了一些有关的权威性著作 见此讲最后的参考文献 对此专门界定的很少 2 2有关专业名词探讨与商榷 我通过对比 汇总和分析 将有关专业名词进行了界定和分类 供大家探讨与商榷 按设计施工情况分类 有天然地基和人工地基之分 不需人工处理并改善原来的物理力学性能 就能满足设计要求的地基称为天然地基 否则属于人工地基 2 2有关专业名词探讨与商榷 大家一起来探讨与商榷 地基 承受建筑物荷载的岩土 包括基础下的 基础周围的 按地质情况分类 覆盖层地基 简称土基 和裸露岩地基 简称岩基 基础 建筑物与岩土直接接触的支承体 基础也是建筑物的组成部分 其作用是将上部结构荷载扩散 减小应力强度并传给地基 2 2有关专业名词探讨与商榷 地基持力层 位于基础下的第一层岩土 建基面 持力层顶面 下卧层 持力层下的岩土层 建筑物的稳定取决于基础和地基的强度和稳定性 关键在于地基与基础对建筑物的适宜性 2 2有关专业名词探讨与商榷 也就是要根据建筑物的类型及对地基的不同要求 覆盖层地基和岩基各自的不同特点 合理选择最优地基处理方案 保证建造的基础和地基满足运用要求 这需要勘察 设计和施工各方面的共同努力 水工建筑物要求地基 2 2有关专业名词探讨与商榷 足够的强度 抗压缩和整体均匀性 能承受建筑物的压力 保证抗滑稳定 且不产生过度的位移和不均匀沉陷 足够的抗渗 耐久性 减少扬压力和渗漏量 在长期浸蚀下不恶化 天然地基一般较难满足上述要求 故需进行地基处理 地基处理 foundationtreatment 就是为提高地基的承载 抗渗能力 防止过量或不均匀沉陷 以及为了处理地基的缺陷而采取的加固 改进措施 2 2有关专业名词探讨与商榷 水工建筑物的地基处理目的主要是加固和防渗 开挖清基 天然地基 满足强度 均匀 置换回填 人工地基 满足强度 均匀 防渗 接触灌浆 人工地基 满足抗滑 防渗 固结灌浆 人工复合地基 满足加固 防渗 帷幕灌浆 人工复合地基 满足防渗 岩体锚固 人工复合地基 满足加固 砂砾层灌浆 人工复合地基 满足加固 防渗 地下连续墙 人工复合地基 满足防渗 加固 砂土振冲挤密 人工复合地基 满足加固 粘土振冲置换 人工复合地基 满足加固 土工合成材料防渗墙 人工复合地基 垂直铺塑满足防渗 2 2有关专业名词探讨与商榷 水利工程中地基处理的方法因具体的地基情况和建筑物对地基的要求而不同 一般采用的方法 已详细介绍 这里点出实质 地基处理属隐蔽性工程 必须根据水工建筑物对地基的要求 认真分析地质条件 进行技术经济比较 选择技术可行 效果可靠 工期较短 经济合理的施工方案 2 2有关专业名词探讨与商榷 注意 首先要说明 桩基是建筑中应用得最多的人工复合地基之一 考虑到桩基础已有较完整的理论 其设计方法 施工工艺 现场监测都较成熟 专著很多 在地基处理方法的分类中 一般不包括各种桩基础 也不把它作为一种地基处理方法介绍 2 3地基处理方法综述与拓展 地基处理的方法很多 在本章最后进行综述 以防一孔之见 另外 考虑到近年来低强度混凝土桩复合地基和钢筋混凝土复合地基技术发展较快 其荷载传递路线和计算理论也可归于复合地基范畴 故在地基处理方法分类时将其纳人 并将其归属加筋部分 2 3地基处理方法综述与拓展 按照加固地基的原理进行分类 除了清基开挖 建筑界目前将地基处理的方法分为置换 排水固结 灌入固化物 振密或挤密 加筋 冷热处理 托换 纠倾共八大类 2 3地基处理方法综述与拓展 地基处理方法的分类方法也很多 目前我国水利界尚未统一 置换法是用物理力学性质较好的岩土材料 置换天然地基中的部分或全部软弱土或不良土 形成双层地基或复合地基 以达到地基处理的目的 除了前面讲过的浇筑混凝土防渗墙 垂直铺塑防渗墙 振冲置换法 或称振冲碎石桩法 还有振动成模注浆防渗板墙 换土垫层法 挤淤置换法 褥垫法 强夯置换法 砂石桩 置换 法 石灰桩法和发泡苯乙烯 EPS 超轻质料填土法等 2 3地基处理方法综述与拓展 排水固结法是通过土体在一定荷载作用下的固结 土体强度提高 孔隙比减小 来达到地基处理的目的 当天然地基土渗透系数较小时 需设置竖向排水通道 以加速土体固结 常用的竖向排水通道有普通砂井 袋装砂井和塑料排水带等 按加载形式分类 它主要包括加载预压法 超载预压法 真空预压法 真空预压与堆载预压联合作用法 以及降低地下水位法等 电渗法也可属于排水固结 2 3地基处理方法综述与拓展 灌入固化物法是向岩土的裂隙和孔隙中灌入或拌入水泥或石灰或其他化学固化浆材 在地基中形成增强体 以达到地基处理的目的 除了前面讲过的固结灌浆 帷幕灌浆 砂砾层灌浆 均属渗入性灌浆法 高压喷射搅拌法 还有深层搅拌法 劈裂灌浆法 压密灌浆法和电动化学灌浆法等 夯实水泥土桩法也可认为是灌人固化物的一种 深层搅拌法又可分为浆液喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅拌法两种 后者又称为粉喷法 2 3地基处理方法综述与拓展 振密和挤密法是采用振动或挤密的方法使未饱和土密实 以达到地基处理的目的 它主要包括表层原位压实法 强夯法 振冲密实法 挤密砂石桩法 爆破挤密法 土桩或灰土桩法 柱锤冲孔成桩法 夯实水泥土桩法 以及近年发展的一些孔内夯扩桩法等 2 3地基处理方法综述与拓展 加筋法是在地基中设置强度高 模量大的筋材 以达到地基处理的目的 这里也包括在地基中设置混凝土桩形成复合地基 除了前面讲过的锚固法 还有加筋土法 树根桩法 低强度混凝土桩复合地基法和钢筋混凝土桩复合地基法等 2 3地基处理方法综述与拓展 冷热处理法是通过冻结土体或焙烧 加热地基土体改变土体物理力学性质 以达到地基处理的目的 2 3地基处理方法综述与拓展 它主要包括冻结法和烧结法两种 托换法是指对已有建筑物地基和基础进行处理的加固或改建手段 它主要包括基础加宽托换法 墩式托换法 桩式托换法 地基加固法 包括灌浆托换和其他托换 以及综合托换法等 2 3地基处理方法综述与拓展 桩式托换包括静压桩法 树根桩法 以及其他桩式托换法 静压桩法又可分锚杆静压桩法和坑式静压桩法等 纠倾法是指对由沉降不均匀造成倾斜的建筑物进行矫正的手段 2 3地基处理方法综述与拓展 主要包括 加载迫降法 掏土迫降法 黄土浸水迫降法 顶升纠倾法 综合纠倾法等 前六类是对天然地基进行地基处理的方法分类 后二类是对已有建 构 筑物而言的 托换是指对已有建 构 筑物地基基础的加固 托换中的方法也常用前六类地基处理方法中的方法 2 3地基处理方法综述与拓展 纠倾是对已倾斜的建筑物进行矫正 与一般地基处理方法的内涵有所不同 但习惯上常将上述内容统称为地基处理 1 柳宗元 岩土工程勘察设计手册 沈阳 辽宁科学出版社 1996 2 中华人民共和国行业标准 水利水电工程技术术语标准 SL26 92 北京 水电出版社 1993 3 中华人民共和国行业标准 水工建筑物岩基开挖工程施工技术规范 SL47 94 北京 水电出版社 1994 4 中华人民共和国行业标准 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范 SL62 94 北京 水电出版社 1994 5 周克己 鲁志勇 水利工程施工 北京 中央广播电视大学出版社 2002 6 地基处理手册 编写委员会 地基处理手册 第二版 北京 中国建筑工业出版社 2000 7 白永年等 中国堤坝防渗加固新技术 北京 中国水利水电出版社 2001 参考文献 第四章土石坝工程 4 1土石料场规划 4 2综合机械化施工 4 3坝面作业 4 4土石坝施工的质量控制 4 5面板堆石坝施工 略 4 6土石坝的冬雨季施工 第四章土石坝工程 重点介绍 碾压土石坝施工作业 4 1土石料场规划 在全面调查勘探的基础上 进行全面规划 1 空间规划 与施工总体布置相结合 位置 高程有利施工 近 省 方便 高料高用 低料低用 2 时间规划 适应施工进行 先上游后下游料场 3 质量规划 品质 数量余富 开采量 填筑量 p99 要有备用料场 4 资源利用规划 物尽其用 挖填统筹 人工筛控制级配 一 挖运机械p99 一 挖掘机械 按构造按传动1 单斗式挖掘机 内燃机或电机驱动 1 液压正向铲图4 1挖停水面以上的土 2 液压反向铲图4 2挖停水面以下的土 3 索铲刮停水面以上的土 4 抓铲抓停水面以上的土 4 2综合机械化施工 4 2综合机械化施工 2 多斗式挖掘机图4 3生产率很高 二 挖运组合机械 挖 运 卸 铺 1 推土机图4 4经济距离60 100米2 铲运机图4 5经济距离6 7米国外达57 5米3 装载机图4 7经济距离1 3米 短程运输 三 运输机械1 循环式汽车10 35t 有轨机车 4 2综合机械化施工 2 连续式带式输送机图4 6每小时万吨二 综合机械化方案选择p1061 要求 1 6 2 选择 4 3坝面作业 一 施工组织规划 流水作业 工序专业队 机具固定 质量有保证 依次进入各工段 人 机 地三不闲 施工不干扰 多快好省 图4 8坝面流水作业图 铺土 p108平土 p108加水刨毛 3 5cm 利于层间结合二 压实 碾击 静力 夯实 动力 震动 重复动力 一 压实机械及方法 1 羊脚碾图4 10对粘性土静压及侧挤作用 不用刨毛 2 震动碾图4 13对砂砾 卵石 效果好 效率高3 气胎碾图4 14比刚性碾压实效果好 深度大 效率高 不破坏p1114 夯板平板 砂砾 羊脚图 粘性 4 16索铲吊起 自由落下 铺土厚度可达1m 生产率较高 还有平碾 助型碾 蛙式碾 4 3坝面作业 4 3坝面作业 二 压实机械的生产率1 碾压机械的生产率 4 15 式2 夯击机械的生产率 4 16 式 三 压实机械的选择 P1121 选择原则1 6 2 适用情况P113表4 3三 压实标准与压实参数 水工课讲 1 压实标准 粘性土的rd及相应含水量 非粘性土的相对密度D 换算为rd 式 4 17 4 3坝面作业 2 压实参数 4 4土石坝施工的质量控制 是贯穿于各施工环节和全过程一 料场的质量检查和控制取料检查 土质情况土块大小杂质含量含水量 对粘土最重要 4 4土石坝施工的质量控制 石质情况风化程度块料级配及形状 不合适的机械破碎 人工修整 二 坝面的质量标准和控制的内容铺土厚度填土块度含水量 粘性土填筑关键压实干容重取样要求P117表4 6室内物理力学性能试验 4 6土石坝的冬雨季施工 一 冬季作业日平均气温在0 10 时 保证采料时 5 10 碾压 2 均能保证无灾效果 一 防冻 关键 1 降低土料含水量2 填加食盐1 3 机械化快速重压 夯 二 保温 隔绝温度传递1 覆盖 隔热材料或积雪 2 空气隔层 冰层下空气 3 松土保温 表层上翻松 平整 三 加热 暖棚内暖气或火炉费用很高 碾压区 二 雨季作业 粘性土的含水量太高问题 一 粘土中掺砂砾料1 1 但防渗体厚度要加大 4 6土石坝的冬雨季施工 4 6土石坝的冬雨季施工 二 改进施工方法 P1251 推土机平层松土取料 有利降低含水量 2 晴天采料翻晒 堆面抹光 有利含水量均匀 雨季使用 3 晴天筑粘性土 雨天筑非粘性土 三 缆绳雨蓬 手摇收放 四 高含水量要求部位 雨季填筑 第五章砼坝工程 5 1骨料料场规划和生产加工 5 2模板和钢筋作业 5 3砼的制备 5 4砼的运输方案 5 5砼的浇筑和养护 第五章砼坝工程 施工方法 工艺流程 图5 1 5 1骨料料场规划和生产加工 每立方米砼需要1 5立方米的松散砂石骨料一 骨料料场规划 最佳用料方案 影响因素有 1 料场规划的原则 P1291 5 1 质量好 储量足2 分布及高程有利施工3 加工条件好 弃料少4 运输条件好5 生产成本低2 骨料的加工过程图5 2 5 1骨料料场规划和生产加工 1 开采天然骨料开采 人工骨料开采 深孔微微差挤压爆破 控制块度小 便于破碎 2 运输 皮带机或自卸车 3 加工 破碎 筛分 冲洗 接近料源 有地放存和弃 5 1骨料料场规划和生产加工 3 骨料开采量确定 5 1 p130 5 2 设计级配与天然级配协调措施 减少弃料和开采总量 1 调整设计级配2 人工骨料补短缺料 5 1骨料料场规划和生产加工 人工骨料开采量 5 3 根据砼浇筑进度对骨料的需求绘制需用量累计过程线 线1按最大存量不大于最大容量 最小存量不小于最小安全储 Vmin10