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1、第三章 土石方工程,第一节 土石方挖运 第二节 土石（方）填筑 第三节 爆破技术 第四节 施工测量标准 第五节 土方开挖控制标准 第六节 石方开挖控制标准,土石坝的综合机械化施工,土石坝施工的挖、运、填等各道 工序均由互相匹配的具有独特功能的 工程机械来完成，构成“一条龙”的生 产工艺流程，即为土石坝的综合机械 化施工。,土方开挖技术,开挖方式 自上而下开挖；上下结合开挖；先岸坡后河槽开挖；分期分段开挖 开挖方法 机械开挖、人工开挖 1、机械开挖（挖掘机、推土机、装载机、铲运机） 注意不同机械各自的适用性（p5354） 正铲：适用于停机面以上的土方，停机面以下不深的 土方，但不能用于水下开挖；

2、工作面布置有侧向挖掘和正向挖掘 索铲：适用于停机面以下的土料，适用于坑槽挖掘，也可水下掏掘土石料 推土机：推土、运土及卸土。经济运距100m以内。 装载机：推运、挖装、集渣、平整及挖运。当受到场地限制或运距不大时，可运用装载机直接进行挖运。进行挖运作业的主要是轮胎式装载机。 铲运机：开挖、运输、铺填。适用于开挖有粘性的土壤。经济运距为100500m。,第一节 土方开挖,一、挖 运 机 械 挖掘机械 1.单斗式挖掘机 2. 多斗式挖掘机 挖运组合机械 1. 推土机 2. 铲运机,二、运 输 机 械,1. 循环式运输机械 2. 连续式运输机械 皮带运输机 3. 装载机,三、挖运机械数量计算,挖运机

3、械设备的生产能力 工程的工期决定了施工强度，施 工强度决定了所需的上坝能力，在掌 握挖运机械设备的生产能力的基础上， 可以决定所需挖运机械设备数量。,1、挖掘机械 的生产率,挖掘机的生产率P (m3/h) 式中，q土斗的几何容积，m3； n每分钟循环工作次数（单斗挖掘机），每分钟倾倒的土斗数量（多斗挖掘机）； KH土斗的充盈系数，表示实际装料体积与土斗的几何容积的比值； Kp土的松散系数，表示挖土前实土与挖土后松土体积的比值； KB时间利用系数； Kt联合作业延误系数，考虑运输工具影响挖掘的工作时间。,2、运输机械的生产能力,循环式运输机械的生产能力（ m3 ） 式中，q运输工具装载的有效方量

4、，m3； T1一台班的时间，min； T2一台班内运输工具的非工作时间，min； t 运输工具周转一次所需时间，min。,周转一次所需时间,对于工地常用的汽车、拖拉机， 式中，t1 装车时间，min； t2 卸车时间，min； L 运距，m； v 平均行驶速度，km/h。 （拖拉机，3.55 km/h。汽车，一般工地道路，1520 km/h；改善路面的道路，2530 km/h。）,3、运输机械数量的确定,循环式运输机械数量 n 的确定： 式中，QT运输强度（每台班需运输的总方量），m3。 q运输工具装载的有效方量，m3； T1一台班的时间，min； T2一台班内运输工具的非工作时间，min；

5、t 运输工具周转一次所需时间，min 。,带式运输机的生产率P (m3/h) 式中，K带形系数； v带的运行速度，m/s； B带宽，m； KB 时间利用系数； KH充盈系数； Kp土的松散系数，表示挖土前实土与挖土后松土体积的比值； Kd土石粒径系数，粒径为0.10.3倍带宽者，取0.75；粒径为0.050.09倍带宽者，取0.9；对细粒材料，取1； K0倾角影响系数，倾角越大，系数越小。,3、挖运强度的确定,土石坝施工的挖运强度取决于土 石坝的上坝强度；土石坝的上坝强度 取决于各施工阶段要求完成的坝体方 量。,上 坝 强 度,(m3/d) 式中，V 分期完成的坝体设计方量，m3；（以实方计）

6、 Ka 坝体沉陷影响系数，可取1.031.05； K施工不均衡系数，可取1.21.3； K1坝面作业土料损失系数，可取0.90.95； T 施工分期时段有效工作天数，d。,运 输 强 度,根据上坝强度QD确定， (m3/d) 式中，K2 运输损失系数，可取0.950.99； Kc压实影响系数，为设计干容重与土料运输的松散容重之比。,开 挖 强 度,根据上坝强度QD确定， (m3/d) 式中，Kc压实影响系数，为设计干容重与料 场土料天然容重之比。 K3开挖损失系数，可取0.920.97。,4、挖运机械数量的确定,采用正向铲和自卸汽车配合是最普遍 的挖运方案。 挖掘机的斗容量和自卸汽车的载重量

7、要求有合理的匹配关系。应复核挖掘机的 装车斗数，即装满一辆自卸汽车所需挖掘 机的斗数。,挖掘机自卸汽车的匹配,式中，Q自卸汽车的载重量，t； q选定挖掘机的斗容量，m3； gc料场土料天然容重，kg/ m3; Kp土料的松散影响系数； KH挖掘机土斗充盈系数。,挖掘机自卸汽车的匹配,如m过大，说明挖掘机的斗容量太小，汽车 等待时间太长；如m过小，说明自卸汽车的载重 量太小，换车过于频繁，等候时间太长。 通常应使一台挖掘机所需的n辆汽车所具有 的生产能力略大於该台挖掘机的生产能力。 式中， Pa一辆汽车的生产率，m3/h; Pc一台挖掘机的生产率，m3/h。,挖 掘 机和汽车的 数 量,满足高峰

8、施工期上坝强度的挖掘机的 数量应为： 满足高峰施工期上坝强度的汽车总数 应为： QCmax 和QTmax分别为高峰施工期开挖及运输 土料的最大强度（m3/h）。,综合机械化方案选择原则,适应当地条件，保证施工质量，生产能力满足整个施工过程的要求； 机械设备性能机动、灵活、高效、低耗、运行安全、耐久可靠； 通用性强，能承担先后施工的工程项目，设备利用率高； 机械设备要配套，特别注意发挥主导设备的效率； 设备购置及运行费用低，易获得零、配件； 从采料工作面、回车场地、运输路线等方面创造条件。,第二节 土方填筑,基础开挖和基础处理基本完成后，就 可以进行坝体的铺筑和压实。 坝面作业施工包括铺土、平土

9、、洒水、 压实（对于粘性土采用平碾，压实后尚须 刨毛以保证层间结合的质量）、质检等工 序。,一、坝面作业施工组织规划,坝面作业施工的特点：工作面狭窄， 工种多，工序多，机械设备多。 为避免施工干扰，宜采用流水作业法， 进行流水作业施工组织，即按施工工序数 目将坝面分段，组织相应专业施工队依次 进入各工段施工。,坝面作业流水作业法,对于某一工段，各专业施工队依 次连续进行施工；对专业施工队，依 次在各工段完成固定的专业工作。 铺土、平土洒水、压实、质检 。,二、土 料 压 实,对于粘性土，压实作用外力应克服其 粘结力。对于非粘性土（砂土、砾石）， 压实作用外力应克服其内摩擦力。 压实机械设备的作

10、用有3 种类型：碾 压，夯击和震动。,压实机械及压实方法,1. 羊脚碾 2. 震动碾 3. 气胎碾 4. 夯板（羊脚夯、震动夯）,碾压机械的生产率,（m3/h） 式中，n碾压遍数； v碾的行驶速度，m/h； B碾压带宽度，m; C碾压带搭接宽度，m; h碾压层厚度，m; KB时间利用系数。,夯击机械的生产率,（m3/h） 式中，n碾压遍数； m每分钟夯击次数； B夯板底宽，m; C夯击重迭宽度，m; h夯实厚度，m; KB时间利用系数。,压实机械的选择,1) 可能取得的设备类型； 2) 能够满足设计压实标准； 3) 与压实土料的物理力学性质相适应； 4) 满足施工强度要求； 5) 设备类型、规

11、格与工作面大小、压实部位相适应； 6) 施工队伍现有的装备和施工经验。,各种压实机械的适用情况,土料的压实标准,对粘性土用干容重来控制，对非粘性土用相 对密度 D 来控制。 在现场用相对密度来控制施工质量不大方便， 通常将其换算为干容重来控制。其换算公式为： 式中，g1、g2分别为土料极松散和极密实时的干容重。,压实参数的确定,压实遍数和铺土厚度的参考取值,含水量的参考取值,粘性土料试验压实含水量可取： w1= wp+2%; w2= wp; w3= wp-2%; wp为土料的塑限。 非粘性土料试验压实含水量可取： w1= 0.75wT+1%; w2= 0.75 wT; w3= 0.75 wT-

12、1%; wT为土料的流限。,粘性土试验成果整理,粘性土试验成果整理,非粘性土试验成果整理,试 验 成 果 整 理,以单位压实遍数的压实厚度最大者， 即在满足设计干容重的条件下，压实 厚度同压实遍数的比值最大者视为最 经济合理的组合。,土石坝施工的质量控制,施工的质量检查和质量控制是土 石坝安全的重要保证。 施工的质量检查和质量控制贯穿 于土石坝施工的各个环节和全过程。,料场的质量检查和控制,料场的质量检查和控制指土质情况、 土块大小、杂质含量和含水量是否符合规 定。其中含水量是最重要的。控制措施为： 1.含水量太高：排水、挡雨、太阳晒、烘干； 2.含水量太低：加水（灌水浸、洒水）； 3.含水量

13、不均匀：堆筑大土堆，待水分扩散均匀再使用。,坝面的质量检查和控制,坝面的质量检查和控制指铺土厚度、 土块大小、含水量、压实方法、压实遍数 和压实后干容重是否符合规定。其中含水 量是最重要的。控制措施为： 1. 目测、手检； 2. 旁站； 3. 抽样试验。,第三节 爆破技术,（一）孔眼爆破 （二）洞室爆破 （三）预裂爆破 （四）光面爆破,（一 ）孔眼爆破（炮孔布置原则，布孔的技术参数，药量计算，堵塞长度验算）,根据孔径的大小和孔眼的深度可分为浅孔爆破法和深孔爆破法。 浅孔爆破法：孔径小于等于75mm，孔深小于等于5m。适用于小规模爆破，适应性较强，有利于控制开挖面的形状和规格，使用的钻孔机具简单

14、易操作；但生产效率低。 深孔爆破法：孔径大于75mm，孔深大于5m。适用于大规模、高强度爆破，如料场和基坑的采挖。 上述两种爆破方法可以起到互补的作用。,1、炮 孔 布 置 原 则,1）充分利用临空面； 2）创造更多的临空面； 3）可能的情况下，形成阶梯式开挖。,2、布 孔 的 技 术 参 数（WP、H、L、a、b）,1）计算抵抗线长度 WP(m) 2）阶梯高度 H(m) 浅孔 H=KH WP 式中，KH 为防止爆破顶面逸出的系数，通 常采用1.22.0。 深孔爆破的阶梯高度，主要根据总挖深、地层岩石情况以及挖掘机对掌子面的要求等因素综合考虑。,3）炮 孔 深 度,3）炮孔深度 L(m) 浅孔

15、（竖直钻孔） L= KL H 深孔 (竖直钻孔) L= H+DH 式中，KL 岩性对孔深的影响系数； 通常，对于坚硬岩石取 KL =1.11.15, 中等坚硬岩石取KL =1.0, 松软硬岩石取KL =0.850.95。 DH 超钻深度，m，DH =(0.120.3) WP,炮 孔 间 距,4）炮孔间距 a (m) 浅孔 a = Ka WP 深孔 a =(0.71.4) WP 式中， Ka 起爆方式对孔距的影响， 对火花起爆，取Ka =1.01.5； 对电气起爆，取Ka =1.22.0。,炮 孔 排 距,5）炮孔排距 b (m) 孔眼爆破，无论浅孔、深孔，双排布孔 呈等边三角形，多排呈梅花形。

16、 b=a sin60o=0.87a,3、药 量 计 算,孔眼爆破的药量计算（群孔松动爆破 ） Q=0.33KV=0.33KHWP a 根据孔径及最小堵塞长度，进行复核，是否满足允许最大装药长度的要求，否则应调整参数。,4、堵塞长度验算,炮孔的最小堵塞长度 Lmin(m) 浅孔 深孔,（五）浅孔、深孔适用性 浅孔：广泛用于基坑、渠道、隧洞的开挖和采石场作业 深孔：大型基坑开挖和大型采石场开采的主要方法。 浅、深孔相比较：后者单位体积岩石所需的钻孔工作量较小，单位耗药量低。 （六）提高深孔爆破质量的措施 多排孔微差爆破 挤压爆破 合理装药结构 倾斜孔爆破,（二）洞 室 爆 破（导洞与药室、参数计算

17、、洞室爆破施工要点）,进行大规模的采料，则要开凿洞室，在 洞室中装药进行爆破，该洞室即为药室， 药室用平洞或竖井相连。在药室中装药后， 将平洞或竖井堵塞。,导洞与药室 在同样条件下，尽量用平洞； 平洞或竖井皆不宜太长； 有明显可利用的自由面时，则采用平行 自由面的平洞进行条形布药。 集中装药的药室以立方体为好。,洞室爆破施工要点,1. 装药 2. 堵塞 3.起爆系统 4、适用 填挖方比较集中，并在短期发挥效益的工程如：修建非常溢洪道、采石场覆盖层剥离 山势陡，要进行高空作业，不利于安全施工 在劳动力缺乏地区，又有狭谷陡岸有利地形可资利用,（三）预 裂 爆 破,预裂爆破是一种控制边线的爆破，常用

18、于基础开挖、深槽开挖等。 除开挖区内按设计正常钻孔装药外，还沿设计开挖线周边钻一排孔并装药。起爆时，周边孔先爆，开挖区后爆。先爆的周边钻孔产生一条1-4cm的裂缝。后爆的开挖区爆破时，其冲击波的能量被周边缝所削弱，使周边缝外的区域少受或免受冲击。这样可使设计线上的边界开凿平整。,预裂爆破成缝机理,预裂爆破是一种不耦合的装药结构， 其特征是药包和孔壁间有环状空隙。该环 状空隙削减了冲击波的压力峰值，使炮孔 周围产生径向裂纹，并使周边炮孔连线上 的裂纹全部贯通成缝。,预裂爆破施工技术要点,1.预裂炮孔直径通常为50200mm。浅孔爆破 用小直径，深孔用大直径。 2. 炮孔孔距与岩石特性、炸药性质有

19、关。孔距 通常为孔径的810倍。小孔径、岩石破碎则取小倍数。 3.线状分散装药，孔底装药的密度较大。 4.保证周边孔的钻孔质量。 5.预裂孔的范围和深度要超出开挖区，并与内 排孔保持一定距离。,预裂爆破的质量控制,1. 预裂缝面的最小张开率； 2. 预裂缝面的残留半孔率； 3. 预裂缝的不平整度。,（四）光面爆破,作用：将作为围岩保护层的“光爆层”爆除 在两个临空面条件下进行爆破,鲁 布 革 隧 洞 开 挖,小浪底地下厂房底部开挖,阶 梯 爆 破 布 孔 示 意 图,洞室爆破洞室布置示意图,预裂爆破布孔和装药,预裂爆破,第四节施工测量标准,一、控制测量与施工放样 1控制测量 （1）工程的首级控

20、制基准点一般由业主单位向承建单位提供。质量员要对上述基准点成果进行复核，并将复核结果以书面形式向监理机构报告，如有异议，由监理机构转报项目法人进行核实，经检查确认无误后，由业主单位（或监理单位）书面形式通知承建单位才能启用该成果。 （2）应根据施工需要加密控制点，并应在施测前7天将作业方案报监理机构审批，施测结束后，将外业记录、“控制点成果及精度分析资料报监理审核。该成果必须经监理机构批准后才能正式启用。 （3）若施工需要拆除个别控制点，承建单位应提出申请，报监理机构和业主批准。 2施工放样 （1）关键部位的放样措施必须经质量员审核报监理审批。如基础开挖开口线、坝轴线、混凝土工程基础轮廓点等放

21、样，监理员将进行内、外业检查和复核。 （2）每块混凝土浇筑前，必须进行模板的形体尺寸检查，并将校模资料整理上报监理审查，内容包括：测站、后视、实测值与设计值比较差异量等。,第四节施工测量标准,二、 施工测量的质量管理与控制标准 1施工测量的质量管理 （1）在工程项目开工之前，质量员对提供的测量成果，必须全面熟悉、复核，发现问题应及时与业主联系。 （2）在各项测量工作开始前，质量员必须完成对报送的施工测量作业措施的审核。 （3）对于首级控制网点复核测量、重要断面测量、重要部位的放样等，质量员采取旁站监督，或进行抽查复测。 （5）质量员根据合同文件及工程的实际情况，及时提出竣工测量的具体要求。对上

22、报监理单位的竣工地形图、竣工断面等进行审核。 （6）质量员应做好工作日记、工作总结，以及测量资料、文件的归档工作。 2施工测量的控制标准 （1）施工测量资料应整理齐全，主要内容包括： 1）根据施工图纸和施工控制网点，测量定线并按实际地形测放开口轮廓位置的资料；在施工过程中测放、检查开挖断面及高程的资料。 2）测绘（或收集）的开挖前的原始地面线、覆盖层资料，开挖后的竣工建基面等纵、横断面及地形图。 3）测绘的基础开挖施工场地布置图及各阶段开挖面貌图。 4）单项工程各阶段和竣工后的土石方量资料。 5）有关基础处理的测量资料。 （2）断面测量应符合有关规定。,第五节土方开挖控制,一、土方明挖工程质量

23、控制 土方明挖的质量控制 （1）开挖应遵循自上而下的原则。 （2）开挖轮廓应满足下列要求： 1）符合施工详图所示的开口线、坡度和高程的要求； 2）如某些部位按施工详图开挖后，不能满足稳定、强度、抗渗要求，或设计要求有变更时，必须按监理、业主、设计商定的要求继续开挖到位； 3）最终开挖超、欠挖值满足规范要求，坡度不得陡于设计坡度。 （3）对于在外界环境作用下极易风化、软化和冻裂的软弱基面，若其上建筑物暂时未能施工覆盖时，应按设计文件和合同技术要求进行保护。 （4）边坡开挖完成后应及时进行保护。对于高边坡或可能失稳的边坡应按合同或设计文件规定进行边坡稳定检测，以便及时判断边坡的稳定情况和采取必要的

24、加固措施,第六节石方开挖控制,一、石方开挖的一般规定 （1）一般情况下，岩石基础开挖应自上而下进行，当岸坡和河床底部同时施工时，应确保安全；否则，必须先进行岸坡开挖。未经安全技术论证和监理工程师批准，不得采用自下而上或造成岩体倒悬的开挖方式。 （2）为保证基础岩体不受开挖区爆破的破坏，应按留足保护层的方式进行开挖，在有条件的情况下，则应先采取预裂防震，再进行开挖区的松动爆破。当开挖深度较大时。可分层开挖。分层厚度可根据爆破方式、挖掘机械的性能等因素确定。 （3）基础开挖中，对设计开口线外坡面、岸坡和坑槽开挖壁面等，若有不安全的因素，均必须进行处理，并采取相应的防护措施。随着开挖高层下降，对坡（壁）面应及时测量检查，防止欠挖。避免在形成高边坡后再进行坡面处理。 （4）遇有不良的地质条件时，为了防止因爆