水工建筑物施工

1、1 / 37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

2、成功与失败往往 就决定了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1:0.75,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1:1.5,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

3、土填补成平 顺的斜坡面。（四） 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

4、场的空间规划：空间规划是指 对料场的位置、高程进行恰当选择、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）；2 / 376.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

5、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

6、；其中物理力学指标包括各种容重、含水 量、材料的成分、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

7、主料场总储藏量的2030%）8.规划时应考虑弃料的出料、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

8、作用；（主要机械指对完成关键工序起主导作用，而 且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3 / 37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

9、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

10、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：（简提，详见教材104页。）4 / 37（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

11、为：KK,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1.15 1.2；T分期施工时段的有效工作日数，do（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：QTQdK2y式中：QT运输强度，m3/d;Yd坝体设计干容重，t/m3;丫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：QcQddK2式中：丫n料场土料的天然干容重，t/mo2.挖土机械的装车斗数计算：（以正向铲挖掘机配合

12、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Qm _kqKHKp挖掘机装车的斗数:5 / 37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;YK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，(1级土为0.920.85,H级土为0.880.80,川级土为0.810.77,W级土为0.79-0.75)。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

13、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：n式中：n台挖掘机的汽车配置数量；Pa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,四. 坝面作业：在坝基和基础处理完成，允许

14、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、生产成本。NCQcmaxPcT maxPa6 / 37(一)坝面作业的施工组织：1.坝面施工程序:7 / 37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

15、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，可以避免互相干扰，从而实现多、快、好、省、 安全施工。（3）流水作业段数计算（对于某一控制高程的坝面）：WDm WB式中：m工作段数；WD坝体某高程的工作面面积，m2；WB单位时间内要求流水作业（班）的铺土面积,Qd要求的上坝填筑强度，m3/；Yd土石料设计干容重，t/m3；Yn料场土石料的天然容重，t

16、/m3；h每层铺填松土的厚度，m；Ks土石料最后松散系数（见107页表61）（4）流水作业示例：（见107页，咯）（二）坝面填筑施工基本要求:坝面作业是保证坝体质量的关键，应把好各道工序的质量关。为此要 求：1.粘性土的铺料与压实要连续进行；2.上层土料应在下层压实合格，并刨毛洒水后铺填；3.粘性土洒水应少、勤、匀，以保证压实效果；4.非粘性土，特别时石渣和沙砾料应充分洒水，以保证压实效果；5.铺土方向沿坝轴线进行；6.卸料尽量采用进占法退铺；WBks2.8 / 377.铺料要均匀，大土块要打碎；8向上下游保持12%的坡度，以利于排除施工期间的雨水；9.压实必须按次序进行，不能漏压、欠压、过压

17、；10.碾压机械必须平行坝轴线，采取进退、错距的开行方式；11分段碾压时，顺碾压方向的搭接长度不小于0.30.5米。12.汽车穿越反滤层进入防渗体要设专用“路口”。（因为汽车穿越反滤层 时容易将反滤料带入防渗体，造成防渗土料与反滤料边线混肴影响坝体结 构质量，因此，应在坝面每隔4060米设专用“路口”，并且，每隔二三 层换一次路口位置，既可以防止将土料带入反滤层，也可以防止因超压产 生剪切破坏。）（三） 防渗体的填筑：1.心墙坝体的填筑：心墙上升过快，容易干裂而影响质量，砂壳上升过快也会造成施工 困难，所以心墙应与上下游反滤料以及部分坝壳平起填筑。碾压时，粘土 用羊足碾，粘土与砂料分界处用气胎

18、碾，沙砾料用振动碾。2.斜墙坝体的填筑：防渗斜墙可以与下游的反滤料以及坝壳平起填筑，更可以待坝体上 升一定高度后，甚至坝体达到设计高程以后，再填筑斜墙，有利于避免因 坝体沉陷过多，而引起斜墙裂缝。填筑好的斜墙，在它的上游肴立即作好 保护层，防止干裂，保护层应随斜墙增高而增高，其高度相差一般不超过12米。（四） 接缝处理：坝体分期分段施工时，新旧坝体结合处既为施工接缝处。处理不好， 会形成漏水通道，或者产生不均匀沉陷。对于防渗体一般不设平行坝轴线 的纵向接缝，均质坝垂直坝轴线的横向接缝处，结合坡度一般不陡于1:3.高差大于1米时，还要挖结合槽，均质坝允许游平行坝轴线的纵向接缝，接缝的两侧坝体高差

19、较小时，结合坡度不陡于1:2,结合面可以是斜坡，也可以是台阶形。（五） 质量检查与控制：为保证施工质量，质量检查与控制应贯穿各个施工环节和施工的全过 程。1料场质量检查与控制：对土料料场的土质情况、土块大小、含水量高低、杂质含量多少要经 常取土检查。含水量高的，要改善料场的排水条件，采取防雨措施，对土 料进行翻晒，使含水量降低到规定范围内；含水量低时，对粘性土料应考 虑在料场加水，加水量可以按下式计算：式中:Q0QD(e(0KPe)9 / 37Qo料场加水量；QD土料上坝强度；KP土的可松性系数；丫e料场土料的容重；30坝面碾压时要求的含水量；3e料场土料的天然含水量；3土料装运过程中的含水量

20、蒸发损失，一般取0.020.03最好现场测定。加水方法可以采用分块筑席埂，灌水浸渍，轮换取土；也可以采用喷灌机 喷灌。对于石料场要经常检查石质、风化程度，石块大小，石块形状是否 符合上坝要求。对于性质不详的土料要及时进行物理力学性质和化学分析 试验，检查合格后才能使用。2.坝面的质量检查与控制：（1）检查控制的基本内容： 在坝体填筑过程中，应对铺土厚度、土块大小、含水量大小、 压实后 的干容重、 压实后的层间接和进行检查， 并采取控制措施。 一般主要检查 控制含水量和干容重。达不到要求的，应及时处理。（2）检查取样 规定： 对不同的坝料、不同部位的取样，试验的项目、取样实验次数的要求 不同。但

21、是，都要符合规范的规定（见109页表62）。（3） 取样部位要求：1） 在截水槽取样不少于两排，取样间距不超过30米；2） 在有代表性的碾压坝段应取样检查；3） 重要结合部位或者可疑部位（土质变化、含水量过高过低、铺土厚度不 均、坝体与岸坡、与混凝土建筑物，坝壳与防渗体，坝体分段施工等容 易漏压的结合部位）要重点取样检查。（4） 检查结果要求：1） 压实干容重的合格率不小于90%；2） 干容重不低于设计干容重的98%；3） 不合格的土样不得集中。（5） 非粘性土的检查控制：1） 基本要求：对于反滤层、过度层、坝壳等非粘性土的质量检查，除按表62的规定取样外，主要控制压实参数。2） 取样方法：一

22、般在填筑排水反滤层过程中，每一层在25X25m的面积内，取样12个；对于条形反滤层，每隔50米设一个取样断面，每个取样断面每层所 取样品不得少于4个，并应均匀分布在断面的不同部位，而且层间取样位 置要彼此对应。3）检查内容： 对于反滤层铺填的厚度、是否混有杂物、填料的质量、颗粒级配应 全面检查，通过颗粒分析，查明反滤层的层间系数（D50/d50）和每层的颗粒 不均匀系数（D60/dl0）是否符合设计要求。不符合要求的，应重新筛选，重 新铺填。10 / 37五. 冬季和雨季施工： 土石坝冬季和雨季施工，对沙砾料影响较小，但是对粘性土料影响 很大，因此，应采取必要的针对措施。（一）冬季施工： 冬季

23、施工的中心环节是土料的防冻。围绕冬季作业，可以采取三个 方面的措施，既“防冻、保温、加热”。三者各有特点，相互依存。1.料场防冻措施：（1）选好专用料区：1）对沙砾料： 应选在粗粒含量较多，容易压实的料区，入冬之前备料，作好防 水排水，是沙砾料的含水量降到最低限度。2）对粘性土料： 选择运距小、含水量低咯低于塑限的土，向阳背风，地势较高的 料场。（2）翻松耙平料场表土： 在冻结前将表层土翻松3040厘米，可以防止冻结。（3）在地表覆盖材草： 利用树叶、秫秸、稻草等材草覆盖料场表面，可以防冻。（4）积雪冰层保温： 在料场表面覆盖自然或者人工铺雪、人造冰层，使土料不致冻结。2.运料保温措施：（1）

24、加快运输： 从装土到卸土的全过程不超过冻结所需时间。（土料在0下5、10、20、30度时冻结所需时间分别为90、60、30、20分钟）（2）大容量运输： 有利于降低冻结率。（3）覆盖运输： 在土料运输过程中，土料上覆盖保温物，可以防冻。3.土料加热措施： 在温度过低时，为保证施工最低温度要求，可以采用加热和保温相 结合的暖棚作业，在棚内用火炉或者蒸汽升温，蒸汽通过暖气管或者暖气 包放热。此法费用较高，因此只适用在冬季较长、工期特紧、质量要求很 高、工作范围不很大，便于搭建暖棚的关键部位（如截水槽的回填）。我 国大伙房水库曾采用该法，在室外0下40度，暖棚内照常施工。4.负温下土料填筑要求：（1

25、）控制含水量：粘性土不大于塑限的90%，沙砾料小于4%。（2）识现场温度施工：压实时需在0下1度以上，当日最低气温0下10度 以下，停止施工。（3）避免冻土块集中：冬季施工允许土料中有少量冻土块，冻土块粘性土 小于5厘米，沙砾料小于10厘米，但不能出现铺填集中现象。（4）加大压实功能：采用重型碾压机械。（5）土料中严禁夹带冰雪：冬季施工，各种土料不得加水，因下雪停工 的，复工前，应将积雪清理干净，检查合格后，才能施工。（二）雨季施工： 雨季施工主要是防止粘性土含水量过大影响施工进度和施工质量。常用措施一般是：1.储备含水量低的土料，作好料场截水排水（料场规划时，将地势高含水量 低的安排在雨季使

26、用将含水量低的土料存堆起来，土堆周围作好截水排 水）。11 / 372.晴天多筑防渗体（晴天加快心墙的施工，为防止心墙干裂，保护心墙的边 坡稳定，只将靠近心墙的部分坝壳随着心墙一起施工，雨天或者雨后再施 工坝壳部分）。3搭设防雨棚，作好坝面护盖：在粘性土料集中点搭建防雨棚，在坝面用帆 布或者塑料薄膜进行覆盖，都是防雨的常用措施。2浆砌石坝的施工 由于浆砌石坝具有一般土石坝所不具备的优点，施工期坝身可以过 水，建成后坝顶可以过水，节省了河岸溢洪道，汛期和雨季可以不间断施 工，同时又具有混凝土坝所不具备的优点，就地取材造价低，基本不存在 水化热问题，施工技术比较容易掌握，便于群众施工等，因此，在我

27、国具 有较强的生命力。我省基本都是土坝，混凝土坝一座也没有，但是中小型 浆砌石坝则有一部分，如崂山东风浆砌石拱坝，设计坝高80米，实际完成65米，锦绣川水库大坝，为浆砌石重力拱坝，泰山脚下小型浆砌石坝比较 多，黑龙潭、虎山水库的大坝都是浆砌石坝。因此，通过本节学习，了解 掌握砌石工程的基本技术很有必要。一.筑坝石料的种类和用途：1.细料石：主要用于坝面、拱圈石、栏杆石；2.粗料石：主要用于浆砌石坝坝体；3.块石：主要用于重力坝内部；4.毛石：主要用于干砌石工程或者建筑物的次要部位；5.片石：主要用于塞缝。 二坝体石料用量估算：1.石料使用一般要求： 石块尺寸大，节省胶结材料，砌体强度高。但是人

28、工搬运砌筑困难。因此，一般要求，石块重量以24人能够抬运为宜，约80200公斤。砌 筑时，为了各种尺寸的石料都能得到充分利用，通常大、中、小块石搭配 使用，这样有利于减少砌体的空隙，节省沙浆用量，提高砌体密实度。所 以，工程中，块石使用一般搭配方法是：大块石（50200公斤）占70%； 中块石（2050公斤）占20%；小块石（2.520）公斤）占10%。2.石方开采总量计算：V=Vn（1e）P/丫式中：V石方需要开采总量，m3;Vn砌石坝体的几何体积，m3;丫一石料开采成品率，;（由爆破试验确定，无试验条件时，块石按6080%，爆破后加工的料石按4070%，用铁楔开采按7090%估算） ；E砌石坝的设计12 / 37空隙率，块石按40%，料石按9%;P石料施工损失系数，一般取1.051.1。 注意：规划阶段选择石料料场时，料场石料的储藏量应大于需要开采量的23倍，施工阶段应大于开采量的1.5倍。三. 坝基处理（简介） ： 象重力坝一样，砌石坝一般都建在岩基上。岩基常常存在裂隙、断层、破碎带、软弱夹层，影响坝体的防渗和稳定性，因此，必须处理。处 理的基本方法有：1.做混凝土截水槽： 顺河道的节理裂隙容易形成渗水通道，当节