水利工程施工第四章土石坝工程

第四章.土石坝工程一、

土坝施工规划

（1)土石料场规划：空间规划时间规划质量规划

（2)综合机械化施工方案：挖/运/填/压，机械化配套挖运机械挖运配套方案土石坝综合机械化施工设备选择计算二、

坝面作业

（1)施工程序

（2)压实试验

（3)质量检查控制

（4)面板堆石坝施工三、案例：大型土石坝工程

（1)小浪底

（2)天生桥

（3)水布垭四、

流水作业

（1)流水作业概念—分段作业，无间歇期连续施工

（2)流水作业计算

（3)流水施工分类空间规划:位置/高程，最短运距，合理坡度，左右岸分别用，高料高用，低料低用。主要包括:开采工作面、运输线路、坝料加工场地、坝料储备场地、弃料场地、防洪排水设施以及供电、供水、供风和通讯线路、生产和生活用房等的布置。对于坝基或溢洪道，输水道和水电站厂房等建筑物的挖方上石料，如果符合筑坝要求，应充分应用。

1时间规划:强度/部位，季节，蓄水，近淹没料先用，含水量高料旱季用，施工高强度时用短运距料。

2质/量规划：力学/产状/埋深/储量/地质成因,储量>设计量50-100%。规划料场的实际可开采的总量时，应考虑料场调查精度，料场天然容重与坝面压实容重的差值，以及开挖与运输，雨后坝面清理、坝面返工及削坡等损失。实际可开采的总量与坝体填筑数量的比例一般为：土料2～2.5；砂砾料1.5～2；水下砂砾料2～3；石料1.5～2；反滤料应根据筛取的有效方量确定，但一般不宜小于3。

3一、土石料场规划划定料场范围。分区分期清理覆盖层。设置排水系统。修建施工道路。修建辅助设施。坝料的开采和加工,应参考已建工程经验,结合本工程情况,进行必须的现场试验,选择出合适的工艺过程。

料场开采前应做好以下准备工作:调整土料含水量试验。堆石料爆破试验。掺合料的掺合工艺试验。各种料的碾压压实试验。一般包括:二、料场开采和坝料加工土料开采

土料开采一般有立采和平采两种。土层较厚,天然含水量接近填筑含水量,土料层次较多,各层土质差异较大时,宜采用立面开采方法。土层较薄,土料层次少且相对均质、天然含水量偏高需翻晒减水的情况下,宜采用平面开采方法。规划中应据供料要求、开采和处理工艺,将料场划分成数区,进行流水作业。

01砂砾石料和堆石料开采

砂砾石料开采,主要有陆上和水下开采两种方式。陆上开采,用一般的挖运设备即可。水开采,一般用采砂船和拉铲开采。主堆石料方量大,开采强度高,为进度控制的关键。块石料的开采一般是结合建筑物开挖或由石料场开采,开采的布置要形成多工作面流水作业方式。开采方法一般采用深孔梯段爆破02开采碾压式土石坝工程，既有大量土石方开挖，又有大量土石方填筑。碾压式土石坝施工组织设计的重要内容包括:开挖体可用料的充分利用，不可用料的妥善处理，补充料场的选择与开采数量的确定，备用料场的选择，以及料场的储存、调度。

土石方平衡的原则是:充分、合理利用建筑物开挖料。根据建筑物开挖料和料场开采料的料种与品质，安排采、供、弃规划，优料优用，劣料劣用。根据坝料的自然方、松方和填筑方的干容重计算折方系数。坝料在开采、运输、堆存转运和填筑过程中的损耗，应具体分析并参考已往经验确定。

12三、土石方平衡与料场调度规划四、坝面作业施工程序（开采/运输)/铺土/平土/洒水/压实/质检（平碾压实后需要刨毛4-5cm)卸料、铺料、加水、压实、质检等坝面作业应采用流水作业法组织施工，即将坝面分成若干个大致相等的填筑块（2～4个)，依次完成填筑的各道工序，使各工作面上所有工序能够连续进行。分块长度一般50～100m1.卸料和铺料卸料和铺料有三种，即进占法、后退法和综合法。一般采用进占法，厚层填筑也可采用混合法铺料，以减小铺料工作量。进占法铺料层厚易控制，表面容易平整，压实设备工作条件好。一般采用推土机进行铺料作业，其功率根据施工强度及料物性质，一般应大于132.4kw（180HP)。铺料应保证随卸随铺，确保设计的铺料厚度。

2.填料加水填料加水一般有两种,在运输道路上向自卸车中加水和坝面上加水。还可以两种办法综合应用。洒水与碾压的顺序要经试验后确定,一般碾前加一次,然后边加边碾。堆石洒水30％－50％,砂砾料20％－40％3.坝体压实目的：γ干↗，σ压↗，e渗↘(2)机械：羊角碾/震动碾/气胎碾/夯板(3)标准：黏性土-干容重γd；非黏性土-相对密度D—>干容重γd

（垫层，堆石，坝壳γd2.1～2.3，D0.65～0.75)大中型工程一般需要进行现场碾压试验，为设计和施工提供切合实际工程情况的碾压参数。其任务是：核实坝体填筑设计压实标准的合理性，如所规定的压实干密度、孔隙率能否达到。设计阶段的碾压试验是确定合理的压实标准，选择适合的填筑压实机械，确定适宜、经济的压实参数，如铺层厚度、碾压速度、碾压遍数、加水量等。施工初期的碾压试验是研究和完善填筑的施工工艺和措施，并据此制定填筑施工的实施细则。

4.坝体分块填筑坝体分期分块填筑时,会形成横向或纵向接缝。由于接缝处坡面临空,压实机械有一定安全距离,坡面上有一定厚度不密实层,另外铺料不可避免的溜滑,增加了不密实层厚度,这部分在相邻处填筑时必须处理,一般用留台法或削坡法。

5.岸坡处理坝壳靠近岸坡部位施工，用汽车卸料及推上机平料时，大粒径石料容易集中，碾压机械压实时，碾轮不能靠近岸坡，坝壳与岸坡接合填筑带的措施一般有:限制铺料层厚。限制粒径。冲填细料。采用夯击式机械。

五、挖运方案

1．综合机械化原则—挖/运/填/压，互相配套，

机械化一条龙(1)充分发挥主要机械作用—正铲挖掘（主导-台班费高)/自卸车运输/推土机平仓/振动碾压实/刨毛机刨毛/洒水车洒水机械配套使用挖运配套—正铲/自卸车;采砂船/皮带机;斗轮/皮带

机充分发挥联合作业生产能力,提高时间利用系数合理布置工作面,减少机械转移2.挖运机械土石坝开挖填筑中常用的设备有挖装设备——正铲、反铲、装载机、拉铲、采砂船等,铲运设备——推土机、铲运机等,运输设备——自卸车、带式输送机等,压实设备——拖式、自行式振动碾等,钻孔设备——手风钻、大中型钻机等。

1.压实设备的选择选择压实设备时要考虑填料的性质和设计要求，应根据碾压试验来决定种类和吨位。一般选用效率高、压实性好的振动碾，工作质量从10t到25t。自行式或牵引式的振动平碾和凸块碾几乎能适应各类坝料的碾压。对于粘土有时可改性（如掺和砂粒石渣等)以适应振动碾施工。碾重与铺层厚度和料物性质有关，一般料越粗，层厚越大，碾重要求越重。

推土机应根据填料性质、总方量和考虑成龙配套进行选择。一般功率在132.4～301.6kw（180～410HP)，对于堆石填筑，块度较大时，使用大功率推土机效果较好。

钻、爆、挖、运设备选择与明挖工程相同,主要应考虑总工程量级和施工的成龙配套以及施工道路,如自卸汽车吨位20～35t,则挖掘设备斗容为4～7m3,自卸车35～77t,挖掘斗容7～12m3。

2.推土机选择4.计算设备能力计算

挖运方案确定后,相应地确定了挖运设备的种类。要确定挖运设备的数量,尚应根据它们的型号和性能确定其生产能力。一般可以通过有关产品目录或手册确定,也可以通过计算确定。

（A)挖掘机械

循环的单斗式和连续的多斗式挖掘机的生产率可按如下通式计算。P=60qnkhkp'kbkt

式中：P——挖掘机的实际生产率（m3／h)；q——土斗的几何容积（m3)；n——对于单斗式挖掘机系指每分钟循环工作次数，对于多斗式挖掘机系指每分钟倾倒土斗的数量kh——土斗的充盈系数，表示实际装料容积与土斗几何容积的比值。对于正向铲可取为1，对于索铲可取为0.9kp‘—土的松散影响系数，系指挖上前实上与松土的比值，其大小与上料等级有关，对于I级土约力，II级土约为0.88～0.78，III级土约为0.81～0.71，IV级土约为0.79～0.73；kb——时间利用系数，表示挖掘机本身的时间利用情况，可取0.8～0.9；kt——联合作业延误系数，考虑运输工具途中耽误影响挖掘的工作时间。有运输工具配合时，可取无0.9，无运输工具配合时，应为1。以上为理论生产率即挖掘机械的实际小时生产率，不计各种影响因素。

(B)运输机械

运输机械可分为循环式运输机械和连续式运输机械，其生产能力计算分别介绍如下。（a)循环式运输机械台量计算

式中：QT——运输强度（一昼夜或一班运载的总方量)；q——运输工具装载的有效方量；T1——昼夜或一班的时间，minT2——昼夜或一班内运输工具的非工作时间，mint——运输工具周转一次的循环时间，min。(b)运输机械周转一次的时间计算

对于工地常用的汽车、拖拉机，t值为：t=t1+t2+(2L/v)×60

式中：t1——装车时间，min；t2——卸车时间，min；L——运距，km；v——平均行驶速度，km/h；拖拉机取3.5～5km／h，汽车在一般工地取15～20km/h，经改善路面后的道路上汽车可取25～35km/h。

1运输次数计算每昼夜或每班运输循环次数:m=(T1-T2)/t2生产率计算生产能力PT为:PT=q×m=q(T1-T2)/tn=QT/PT(C)皮带机

带式运输机的生产率，取决于带宽、带速及带上物料的装满程度。然而，带的装满程度与带的形状、所装物料性质和运输机械布置的倾角有关。若以实方计，带式运输机的实际小时生产率PT（m3／h)：PT=KB2vKBKHK’pKdKaK－带形系数；平面带，K=200；槽形带，K=400；B－带宽，mv－带的运行速度，通常取1～2m／S；KB－时间利用系数，取0.75～0.8；KH－充盈系数；；K’p－土的松散影响系数；同挖掘机，。Kd－土石粒径系数；1-0.75。Ka－倾角系数；(D)复核挖运配套m=Q/(γcqKHK’p)式中：m——挖掘机的装车斗数，3-5。Q——自卸汽车的载重量，tq——选定挖掘机的斗容量，mγc——料场土的天然容重，t／m3KH——挖掘机的土斗充盈系数;K’p——土料的松散影响系数。

注：Pa≥Pc/nPa——一辆汽车的生产率Pc——挖掘机的生产率Nc=QCmax/Pc式中：QCmax——高峰期开挖最大小时强度(M3／h);Pc——挖掘机生产率(M3／h);高峰期挖掘机数量:01Na=QTmax/Pa式中：QTmax——高峰期运输最大小时强度(M3／h);Pa——汽车生产率(M3／h);高峰期汽车数量:0201土石坝综合机械化施工设备选择计算02计算班平均工作强度——03查各种机械台班定额——04计算各种机械数量——05计算挖运机械配合数——06计算连续工作时间配合数——07考虑维修备用确定最终数量计算案例坝壳砂石料施工方案采用WK-4正铲挖掘机开挖20t自卸车运输,推土机铺平,25-35t气胎碾压实。为抢在渡汛前土坝筑到拦洪高程,汛前上坝土方量为133.6万方。施工有效工作日为139天,日夜3班倒。施工不均匀系数为1.3。土石天然密度为2.2t/方。铲斗充盈系数kh=0.9,土松散系数kp=0.8。自卸车运距5km。机械配套工艺要求装斗配套数为3-5。铺厚,填土块度,含水量,干容重01黏土:注重含水量02非粘性土、反滤层、过滤层、坝壳:注重压实参数03料场质量控制04坝面质量控制05六.质量检查控制七.混凝土面板坝混凝土面板坝分区:I区为土料铺盖，II区为半透水料垫层区，III区为主堆石区;一般在各区内还细分为不同的亚区：IA-防渗土料;IB-任意料;II-垫层区;IIIA-过渡料区;IIIB-主堆石区;IIIC-任意料区或加大层厚的堆石区;l-面板;2-大块石护坡面板坝的施工程序一般为:岸坡坝基开挖清理——趾板基础开挖和趾板混凝土浇筑——截流后河床坝基开挖——趾板开挖和趾板浇筑——基础灌浆——分期分块填筑主堆石料——垫层料须与部分主堆石平起上升——填至分期高度时滑模浇注面板——同时填筑下期坝体——再浇混凝土面板——直到坝顶。2.面板坝施工程序I区是上游坝趾部位的防渗料区（称辅助防渗铺盖)，由经碾压的土料（IA)和任意料（IB)保护层组成。

区是位于面板下的垫层，对于垫层料，一般要求采用经过加工的、有足够数量砂粒及粉粒的小石，在填筑过程中不应出现分离。要求垫层采用薄层填筑（层厚为40～50cm)。

IA.IB厚度应满足施工最小厚度要求，直接设在坝基与面板上。

区在进行平面碾压后,还应进行斜坡上的压实,并应修整到较高的平整度,压实后垫层坡面应进行保护。

3.面板坝填筑要求A区过渡区（介于垫层（Ⅱ区)和主堆石区之间)，压实层厚与垫层相同（40～50cm)。

1A区要求以挑选过的较小堆石料填筑,填筑时石料不允许分离,并应充分压实。

2B区上游主堆石区,该区对面板变形影响较大,为尽可能降低ⅢB区的压缩性,其压实标准较高,一般要求石料铺层厚度为0.8～1.0m,用10～15t振动碾碾压4～8遍。

3C区下游次堆石区,该区承受的水荷载很小,其压缩性对面板变形影响较小,因此其压实标准可以降低。ⅢC区的层厚可以较大,通常可定为1.2～1.6m,压实4～6遍。由于IIIC区的填筑标准较低,为填筑超径块石,利用开挖料,风化料或软岩堆石料提供了场所。从而有效地节省了施工投资。当坝址河谷岸坡很陡时,常在坝轴线以上一定范围的堆石体和岸坡之间的结合部位设置反滤料或垫层料区,并要求采用小型振动碾或夯板进行压实,以提高岸坡接触带坝料的压实密度和变形模量,使坝料沿岸坡滑移后不易出现空隙,减少接缝止水破坏的可能性及破坏后的渗漏量。

4心墙堆石坝比混凝土面板堆石坝坝体填筑总量增加约500万m3，底宽增加170m，因此，混凝土面板堆石坝在枢纽布置上比心墙堆石坝调整余度大些，但混凝土面板堆石坝防渗帷幕总量较心墙堆石坝增加约10万m;

工期可提前一年，多26.19亿kw.h;

面板堆石坝的优点:施工快速、经济、安全、施工简便、坝型比选心墙堆石坝在施工导流方面比混凝土面板堆石坝多增加一条导流洞，导流规模明显较大，另外，导流难度也较大;

总投资可减少15.5亿元;案例水布垭高面板堆石坝设计与施工坝坡:上游坝坡1:1.4下游局部坝坡1:1.25，综合坝坡1:1.4、坝体设计1、施工枢纽工程批复开工时间:2002年元月大坝正式开工时间:2003年2月1日开始大坝填筑，2月6日开始河床趾板混凝土浇筑施工情况:水布垭大坝总填筑工程量为1564万m323.1.3、大坝施工计划（一）坝体填筑1、大坝第一期填筑：2003年2月～5月施工，清江主汛期为6～8月，此时坝面过水，过水保护标准为全年30年一遇的洪水：11600m3/s。上游土石围堰▽223.5高程（▽215高程加子堰），下游RCC围堰▽214，大坝上游趾板区填至▽196，下游填筑至▽210。2、大坝第二期填筑：2003年11月～2004年5月施工，临时断面挡水（200年一遇洪水，14900m3/s）上游▽282，中间▽250，下游▽235，填筑量258.9万m3，填筑时间7个月，月平均强度37万m3/月，垫层料平均上升速度为14m/月；3.大坝第三期填筑：2004年6月～2005年1月施工，坝体全断面填筑至▽290（200年一遇洪水：14900m3/s），填筑量388.9万m3，填筑时间8个月，月平均强度48.6万m3/月；

大坝第四期填筑：2005年2月～2005年12月施工，坝体上游填至▽355，以利于进行二期面板浇筑，下游填至▽340，（300年一遇洪水，15500m3/s)，填筑量500.97万m3，填筑时间11个月，月平均强度45.5万m3/月，垫层料平均上升速度为6.5m/月；1大坝第五期填筑：2006年1月～2006年9月施工，坝体全断面填筑至▽405（300年一遇洪水，15500m3/s)，填筑量248.1万m3，填筑时间9个月，月平均强度30.6万m3/月；22008年4月，开始坝顶面板以上部分填筑，填筑量3.7万m3，填筑时间1个月，2008年5.6月进行大坝整修及道路铺设。2008年1～4月进行防浪墙施工；3大坝上游粉细砂和任意料的填筑时间穿插在大坝主体填筑之间，具体安排如下:2005年3月～2005年5月，全断面填筑至▽224，2005年11月～2006年4月，全断面填筑至设计高程▽265。坝体从2003年2月开始填筑，2006年9月完成，实际填筑工期38.5个月，月平均38.5万m3/月，平均最高强度48.6万m3/月。

41面板浇筑时,坝体填筑顶部高程应高于面板顶部高程不小于9m322007年1～3月：三期面板浇筑;2005年1～3月：一期面板浇筑;2006年1～3月：二期面板浇筑;（二)面板浇筑2坝体碾压技术3趾板及面板混凝土浇筑技术1大坝基础强夯处理6趾板及面板裂缝处理5混凝土温度监测技术4止水材料加工技术及保护3.2、施工技术料场→洒水→摊铺→坝面洒水→碾压→检测

碾压参数和试坑取样"双控制”上坝料质量、洒水量、铺层厚度及碾压遍数的严格控制

超径石改小

含泥量的有效控制

堆石体碾压程序:防止倒坡出现;挤压边墙保护垫层料;振动夯板;采用碾压砂浆与喷阳离子沥青乳液方法;反向水压力的有效解决;垫层料的平整