第四章土石坝工程 1

1、第四章第四章 土石坝工程土石坝工程 土石坝就是用土和石头堆砌起来的坝，又叫当地材料坝型。特点：（1）对地基的地质要求不高； （2）结构简单，节约三材； （3）工程量大，施工强度高； （4）坝顶不允许过流。施工工艺：开挖运输填筑碾压土石坝类型：土石坝类型：修建土石坝重点做好的工作41.基础防渗；42.料场规划平衡调度；43.土料的运输、填筑、压实；44.质量检查与控制。第一节第一节 土石料场规划土石料场规划 土石坝的土石料用量很大 ，料场的合理规划使用，是土石坝施工的关键问题之一，它直接关系到坝体的质量、进度和造价。 一、土石坝筑坝材料及其要求一、土石坝筑坝材料及其要求防渗料的最基本的要求：防渗

2、料的最基本的要求：防渗性防渗性：渗透系数不大于l10-5cm/s。施工性施工性：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。 坝壳料坝壳料堆石堆石（含漂卵石、石渣料（含漂卵石、石渣料） 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 。 风化料风化料 属于抗压强度小于30MPa的软岩类，往往存在湿陷问题。 反滤料和过渡料反滤料和过渡料 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、料场规划的原则二、料场规划的原则41.数量规划：开采量与坝体填筑量之比土料22.5；砂砾料1.5

3、2；水下砂砾料23；石料1.52；反滤料3。42.质量方面：施工前要对料场进行全面的复查，除勘探储量外，对料源的各种物理力学指标也要详细检测，以满足施工质量要求。检测内容：4土料：天然含水量、颗粒组成、最大干容重、最优含水量、压缩性、渗透性、抗剪强度等。4砂砾料：级配、含泥量、砾石含量、容重等。 二、料场规划的原则二、料场规划的原则43.挖填平衡挖填平衡：充分利用建筑物开挖料、围堰料直接填筑上坝，以降低工程造价。44. 空间规划空间规划：对料场位置、高程的恰当选择，合理布置。土石料的上坝运距尽可能短些，高程上有利于重车下坡，减少运输机械功率的消耗。用料时原则上应低料低用，高料高用，尽量避免过坝

4、及交叉运输现象。二、料场规划的原则二、料场规划的原则45. . 时间规划时间规划4近料、上游易淹料先用，远料、下游不淹料后用；含水率高的料场旱季用，含水率低的料场雨季用；上坝强度高时用近料，低时用远料，以平衡运输，提高效率；第二节第二节 土石料挖运方案土石料挖运方案一、挖运机械图4-1 单斗挖掘机A.正向铲 B.反向铲 C.拉铲 D.抓铲一、挖运机械图4-2 履带式推土机1.驾驶室 2.推土板 3.拱形架 4、5.撑杆 6.推土板工作油缸 7.松土器工作油缸 7.油管 9.松土器经济距离 60-100米一、挖运机械图 4-3 自行式铲运机(单位：mm)1.驾驶室 2.前轮 3.中央框架 4.转

5、向油缸 5.辕架 6.提斗油缸7-斗门 8-铲斗 9.斗门油缸 10.后轮 11.尾架一、挖运机械图4-4 轮式装载机外形图(单位：mm)1.装载斗 2.活动臂 3.臂杆油缸 4.驾驶室一、挖运机械图4-5 链斗式采砂船 1-斗架提升索；2-斗架；3-链条和链斗；4-主动链轮；5-卸料漏斗；6-回转盘；7-主机房；8-卷扬机；9-吊杆；10-皮带机；11-泄水槽；12-平衡水箱一、挖运机械图4-6 轮斗式多斗挖掘机结构图1.履带行走装置 2.回转平台及回转装置 3.轮斗工作装置4.卸料皮带机 5.电力驱动系统 6.液压系统一、挖运机械图47固定带式运输机构造图(a)纵剖面图；(b)横剖面图1-

6、皮带；2-驱动鼓轮；3-张紧鼓轮；4-上托辊；5-机架；6-喂料器；7-卸料小车；8-张紧重锤；9-下托辊 二、综合机械化应遵循的原则：1.确保主要机械发挥作用。2.根据机械工作特点进行配套组合。 3.充分发挥配套机械作用。 4.便于机械使用维修管理。 5.合理布置、加强保养、提高工效。 1挖掘机开挖，自卸汽车运输上坝挖掘机开挖，自卸汽车运输上坝适用于运距小于10km ，上坝强度高，灵活方便。2挖掘机开挖、胶带机运输挖掘机开挖、胶带机运输适宜运距小于10km ，上坝强度高，运输费用较低，与自卸汽车相比可降低费用/，但某一环节出现问题，易造成全线停产。三、开挖运输方案三、开挖运输方案43斗轮式挖

7、掘机开挖，胶带机运输，转斗轮式挖掘机开挖，胶带机运输，转自卸汽车上坝自卸汽车上坝4当坝体填筑方量大，上坝强度高，料场储量大而集中时，可采用轮斗式挖掘机开挖。 44采砂船开挖，有轨机车运输，转胶带采砂船开挖，有轨机车运输，转胶带机（或自卸汽车）上坝机（或自卸汽车）上坝4适用于料场集中，运输量大，运距大于10km。三、挖运机械数量的确定三、挖运机械数量的确定4土石坝施工的挖运强度取决于土石坝的填筑强度，对于大中型工程，平均日填筑强度通常为13万m3，高的达10万m3左右。在施工组织设计中，一般根据施工进度计划各个阶段要求完成的坝体方量来确定填筑和挖运强度。合理的施工组织管理应有利于实现均衡生产，避

8、免生产大起大落，使人力、机械设备不能充分利用，造成不必要的浪费。 1.坝体分期填筑强度Qd（ mh） 4Vd坝体分期填筑方量，m；4K施工不均匀系数，可取1.21.3；4K1考虑沉陷、削坡、损失等影响系数，可取1.151.2；4T分期时段的有效工作日数，d；按分期时段的总日数，扣除节假日、降雨及气温影响可能的停工日数；4N每日的工作小时数，以20h计。)/(1TNkkvQdd2.坝体分期施工的开挖强度Qc（m/h） 4K3开挖及运输中的损失系数，可取1.051.10；4d设计干表观密度，t/m；4n土料的天然干表观密度，tm。nddckQQ/33.满足上坝填筑强度要求的挖掘机数量Nc为： 4N

9、cQcPc4 Pc1台挖掘机的生产率，mh。44.满足上坝填筑强度要求的汽车数量满足上坝填筑强度要求的汽车数量Na为：为： Na=QcPa4Pa1辆汽车的生产率，mh。 4配合一台挖掘机所需的汽车数量，其总的生产率应略大于一台挖掘机的生产率，即nPaPc。挖掘机装满一车斗数的合理范围应为斗。 作业题2、作业题34土石坝施工，粘土的上坝强度为4992m3/d，已知粘土设计干容重为1.65t/m3，料场土料干容重1.35t/m，土料开挖及运输损失系数为1.05，求开挖强度？4砂砾石的容重2.3t/m，铲斗的充盈系数为0.75，用1m3正铲开挖的循环时间为26s，用10t自卸汽车运料，运距1730m

10、，运行平均速度18km/h，卸料时间1min，求每台正铲需配几辆汽车？第三节第三节 坝面作业坝面作业 4 在坝基清理和基础处理等作业完成之后，就可以全面开展坝面作业。4坝体填筑包括：芯墙填筑和坝壳填筑。4坝体填筑作业的施工程序：4卸料摊铺洒水压实质检刨毛坝面清理接缝处理。 一、各种土料压实标准一、各种土料压实标准 41.粘性土和砾质土 4对用于心、斜墙防渗体的粘性土和砾质土，其压实标准应以干密度（d）、压实度（Rc）和最优含水率（）作为设计和施工控制指标。4压实度是填土压实的干密度相应于试验室标准击实试验所得最大干密度的百分率。 土料干密度1.451.7t/m3，4粘性土的压实度，对于1级、2

11、级和高坝应为98100，3级中、低坝及3级以下的中坝应为9698，4级、5级低坝应为9597。 一、各种土料压实标准一、各种土料压实标准 42.砂砾石和砂 4砂砾石和砂的压实标准应以干密度（d）、相对密度（Dr） （砂土最疏松状态的孔隙比和天然孔隙比之差与砂土最疏松状态的孔隙比和最紧密状态的孔隙比之差的比值）作为设计和施工控制指标。在施工现场，对相对密度进行控制仍不方便，通常将相对密度换算成相应的干密度d(g/cm3)，作为控制的依据4一级建筑物Dr=0.70.75；4二级建筑物Dr=0.650.7一、各种土料压实标准一、各种土料压实标准 43堆石4堆石的压实标准宜用孔隙率（n）为设计和施工控

12、制指标 4土质防渗体分区坝、沥青心墙坝和混凝土面板堆石坝的堆石料，孔隙率宜为2028。 二、压实机械二、压实机械 41、羊脚碾 2.凸块碾3.振动平碾4.气胎碾 图4-8 自行式轮胎碾1.金属车厢 2.充气轮胎 3.千斤顶 4.牵引杠辕三、土料防渗体施工 4（一）土料铺筑（一）土料铺筑41. 卸料方法：应采用进占法卸料，即汽车在已平好的松土层上行驶、卸料，用推土机向前进占平料，这种方法铺料不会影响洒水、刨毛作业。（一）土料铺筑（一）土料铺筑42.铺筑方向：应沿坝轴线方向进行，采用铺筑方向：应沿坝轴线方向进行，采用自卸汽车卸料，推土机平料。自卸汽车卸料，推土机平料。43.铺土厚度均匀、平整、略倾

13、向上游铺土厚度均匀、平整、略倾向上游1 2 坡度。铺土厚度一般为坡度。铺土厚度一般为2050cm ，保证措施是做到保证措施是做到“随卸、随平、随检随卸、随平、随检查查”。 （二）土料洒水41.铺筑前洒水：铺筑前洒水：卸料前对已碾压密实的层面，经刨毛后要洒水湿润，以促进层间结合。42.碾压前洒水：碾压前洒水：当铺料与碾压间隔时间较长，土层表面水分蒸发过多时，应在坝面采取喷雾洒水。43.土料洒水：土料洒水：应做到“少，勤，匀”，控制在施工含水量范围内，避免出现硬壳和弹簧土。4施工含水量=Wop2%，Wop最优含水量。（三）（三） 土料压实土料压实 41.压实参数压实参数：以1020t凸块碾为例，厚

14、度3040cm，遍数48遍，碾压速度23kmh 42.压实方法压实方法 ：进退错距法 和进退搭接法。4错距宽度b(m)按下式计算：4b=B/N 4式中 B碾滚净宽，m；4 N现场试验确定的碾压遍数。 （三）（三） 土料压实土料压实 43.碾压方向：应沿坝轴方向进行。碾压方向：应沿坝轴方向进行。 44.碾迹搭接宽度碾迹搭接宽度 ：垂直碾压方向不小于0.30.5m，顺碾压方向应为1.01.5m。45.刨毛：刨毛：刨毛深度12cm。 （四）结合部位处理（四）结合部位处理 41.防渗体与坝基结合部位填筑41)粘性土、砾质土坝基，应将表面含水率调至施工含水率上限，用与防渗体相同的碾压参数压实，然后洒水刨

15、毛铺填新土。4 2)无粘性土坝基铺土前，坝基应洒水压实，然后按设计要求回填反滤料和第一层土料。铺土厚度可适当减薄，土料含水率调节至施工含水率上限，宜用轻型压实机具压实。 43)坚硬岩基或混凝土盖板上，开始几层填料可用轻型碾压机具直接压实，填筑至少0.5m以上时方允许用凸块碾或重型气胎碾碾压。 2.防渗体与岸坡或混凝土建筑物结合部位填筑 41）与岩石或砼面结合处：填土前，砼或岩石表面上的泥土、污物、松动岩石等必须清除干净；然后洒水湿润 ，并涂刷一层5mm厚的浓浆（粘土浆、水泥浆、砂浆），边涂刷、边铺土、边夯实 。42）与岸坡结合处：土料含水率应调至施工含水率上限，选用轻型碾压机具薄层压实，不得使

16、用凸块碾压实。 2.防渗体与岸坡或混凝土建筑物结合部位填筑 43）混凝土齿墙、坝下埋管两侧及顶部0.5m范围内填土，必须用小型机具压实，其两侧填土应保持均衡上升。44）岸坡、混凝土建筑物与砾质土、掺合土结合处，应填筑12m宽塑性较高的接触粘土(粘粒含量和含水率都偏高)，避免直接接触。 3坝体纵横向接坡及接缝 41)斜墙和窄心墙内一般不应留有纵向接缝。均质土坝可设置纵向接缝，宜采用不同高度的斜坡与平台相间形式，平台间高差不宜大于15m。42）防渗体及均质坝的横向接坡不宜陡于1：3，高差不宜超过15m。43）坝体接坡施工时，应将坡面不合格料削掉，边削坡，边填筑 。44）临时接缝高差不超过铺土厚度的

17、12倍，分缝在高程上应适当错开。四、过渡料施工四、过渡料施工41.反滤层与芯墙料填筑次序反滤层与芯墙料填筑次序 （a）土后砂法; (b)先砂后土法;土砂交替法、铺料顺序四、过渡料施工四、过渡料施工42.过渡料与芯墙料应同时铺筑，且芯墙料略高于过渡料，以便芯墙压实。43. 土料与过渡料出现的“犬牙交错”现象，各自的设计宽度均不计犬牙宽度，每层犬牙宽度一般不得大于填土层厚的15倍。 五、坝壳料施工 4（一）坝壳料铺填（一）坝壳料铺填41.坝壳料铺填方法坝壳料铺填方法铺料方法图示特点及适用条件进占法推土机平料容易控制层厚，坝面平整，石料容易分离，表层细粒多，下部大块石多，有利于减少施工机械磨损，堆石

18、料铺填厚度1.0m后退法可改善石料分离，推土机控制不便，多用于砂砾石和软岩；层厚一般小于1Om混合法适用铺料层厚大(1.0 2.0m)的堆石料，可改善分离，减少推土机平整工作量（一）坝壳料铺填（一）坝壳料铺填42.加水41)加水的作用。堆石料加水的主要作用，除在颗粒间起润滑作用以便压实外，更重要的是软化石块接触点，在施工期间造成石块尖角和边棱破坏，使堆石体更为密实，以减少坝体后期沉降量。砂砾料在洒水充分饱和条件下，才能达到有效的压实。宜在碾压前洒水一次，然后边加水、边碾压，力求加水均匀。 （一）坝壳料铺填（一）坝壳料铺填42)加水量。 4堆石料约为填筑量的1025；4砂砾料宜为填筑量的1020

19、；4中细沙为最优含水量。 （二）坝壳料压实（二）坝壳料压实41.碾压方向：除坝面特殊部位外，碾压方向应沿轴线方向进行。42.碾压方法：一般均采用进退错距法作业。在碾压遍数较少时，也可一次压够后再行错车的方法，即搭接法。垂直碾压方向，搭接宽度应不小于0.30.5m，顺碾压方向应不小于1.01.5m。 43.碾压遍数：48遍（10t以上振动平碾）。44.碾压速度：36km/h。（二）坝壳料压实（二）坝壳料压实42.分段碾压时，相邻两段交接带的碾迹应彼此搭接，垂直碾压方向，搭接宽度应不小于0.30.5m，顺碾压方向应不小于1.01.5m。 第四节 施工质量控制、事故处理及冬雨季施工4一、质量控制：一

20、、质量控制：4 1. 料场的质量检查：4 土质情况，土块大小，含水量，杂质含量是否符合上坝要求。4 2. 坝面的质量检查：4 在土料填筑过程中，铺土厚度，填土块度，含水量大小，压实后的干容重，进行检查。 二、事故处理4（一）干缩、冻融裂缝（一）干缩、冻融裂缝 4干缩裂缝多发生在施工期上下游坝坡或坝顶的填筑面上，对已出现的裂缝，可视深浅的不同，采用开挖回填或将裂缝全部铲除重新回填处理。对于均质土坝，缝长不超过0.5m，缝宽不超过5mm时也可不处理，当坝体浸水后，一般可自行闭合。二、事故处理4（一）干缩、冻融裂缝（一）干缩、冻融裂缝 4在寒冷地区，粘性土填筑后的表面，遭受到反复冻融而形成冻融裂缝和

21、因融化的土不能恢复原有的密实度而形成松土层。寒冷地区施工停歇期，粘性填土表面应采用临时性保护层，防止冻融裂缝。 （二）沉陷裂缝（二）沉陷裂缝41.产生原因：由于岸坡过陡或坡率变差大，地基不均匀沉降，黄土湿陷变形，坝体施工期填筑高差过大及坝体压实不够等原因而产生沉陷裂缝。这种裂缝有横向和纵向两种，而以横向裂缝危害更大。（二）沉陷裂缝（二）沉陷裂缝42.处理方法：对横向裂缝，不论其大小，都应进行严格的处理，防止贯穿坝体漏水失事。如裂缝深度在1.5m以内，可沿缝开挖成梯形断面，应挖至裂缝尖灭后再加深0.20.5m，以防止遗漏“多”字形或“纺锤形”裂缝的存在；在裂缝水平方向的开挖宽度，应延伸裂缝尖灭后

22、再加长12m。 （二）沉陷裂缝（二）沉陷裂缝42.处理方法：对于裂缝较深，开挖困难，开挖回填工程量过大，或是一些隐蔽裂缝，以采用灌浆处理的方法为宜。4纵向裂缝宽度大于1cm时，可挖除裂缝再回填夯实；若宽度小于lcm，既短又不太深时，可不作处理；但应将表面封闭，防止雨水侵入造成弊害。 （三）滑坡裂缝（三）滑坡裂缝 4土坝的滑坡多出现在均质土坝的施工期或初期运用中，根据裂缝的不同持点，可分成滑弧形式滑动和塑流滑动两大类。4 1.滑弧形式滑动 （三）滑坡裂缝（三）滑坡裂缝41.滑弧形式滑动4产生的原因可能是设计边坡陡于坝体稳定边坡；填筑土料粘粒含量较高，含水量过大，填筑速度过快，上部填土荷载不断增加，土体渗透系数小，孔隙压力不易消散；施工质量不好，土料含水量过低压实未达到设计干表观密度要求，以致土体松软，抗剪强度过低；水库蓄水后浸润线形成，