水利水电工程施工技术课件.ppt

水利水电工程施工技术 每周4学时 共64学时 明志楼211 云南经贸外事职业学院 水利工程施工技术 绪论第一章土方工程施工第二章砌筑工程第三章爆破工程第四章吊装工程第五章钢筋工程第六章模板工程第七章混凝土工程第八章灌浆工程第九章施工导流与截流第十章基坑施工第十一章土石坝施工第十二章混凝土坝施工第十三章地下工程施工 第十四章水闸施工第十五章渠系建筑物施工第十六章水电站厂房施工 绪论 水利水电工程施工特点我国水利水电工程施工的成就与施工技术的发展本课程的主要内容与学习方法 一 几个基本概念 1 水利事业 借助于工程设施 以期合理利用水利资源并和水害作斗争的事业 2 水利工程 为达到兴水利 除水害之目的而兴建的工程设施 3 水工建筑物 水利设施中某一单项设施 4 水利枢纽 多个不同用途的水工建筑物的有机综合体 5 水利技术 是指水利工程的勘察 规划 设计 运用 管理 维修等技术的总称 6 水工课 专门研究水工建筑物建筑技术的一门科学 7 水利工程施工 将水利工程的规划 设计方案转变为工程实体的过程 8 水利工程施工课 专门研究水利工程施工技术的一门科学 二 水利工程施工课的特点 水利工程施工是一门理论与实践必须紧密结合的专业课 它是在总结国内外水利工程建设先进经验的基础上 从施工机械 施工技术 施工组织与管理等方面 优质高速进行水利工程建设基本规律的一门科学 水利工程建设一般分勘测 规划 设计 施工四个阶段 各个阶段既有分工 又有联系 相辅相成 在水利工程建设的四个阶段中 施工起着将规划设计方案变为工程实体的作用 这就揭示了水利水电工程施工课的两大特点 实践性强 通过施工实践 检验规划设计的方案 使工程完建并投入使用 为此要理论联系实际 因时因地分析和解决问题 综合性强 在施工过程中要求既要领会规划设计的意图 又要根据施工条件和水利工程建设的方针政策 优质快速进行工程建设 这要求综合运用与水利工程建设有关的科学技术和组织管理方面的经验知识 使问题得到圆满解决 三 水利工程施工课程的主要内容 由于水利工程施工的实践性 综合性很强 因此其内容涉及施工机械 工种施工技术 施工组织与管理 工程概预算等 本课程将主要介绍工种施工技术和施工组织与管理方面的内容 四 水利工程施工的任务 主要有三项 1 编制切实可行的施工组织设计 编制的依据有 工程设计任务书 建设单位 业主 的要求 建设单位提供的资料如 工程所在地的自然条件 经济状况 设备 材料 人力等资源供应情况 工程本身的特点 2 优质快速完成施工任务 这是实施施工的具体过程 要求按照施工组织设计 做好施工准备 强化施工过程管理 有计划地组织施工 合理使用建设资金 确保施工质量 加快施工进度 优质快速的完成施工任务 3 开展观测 试验 研究工作 目的是促进水利工程建设科学技术的发展 四 水利工程施工的特点 常在河流上施工要与水流作斗争1 需对水流实施控制 在河流上施工 为了顺利施工 必须适当控制水流 2 针对气象变化应采取措施 水利工程施工大多在露天进行 春夏秋冬 降雨降雪 为避免气候干扰影响施工进度和质量 应采取相应保证措施 3 百年大计质量第一 水利工程建设 一次性投资高 要求使用寿命时间长 关系挡水建筑物下游千百万人蓄财产的安全 劣质工程会对国民经济带来不可弥补的损失 因此 百年大计质量第一 绝不是一句口号 4 涉及部门多 要统筹兼顾全面规划 如防洪 发电 航运 灌溉 工业与城市用水等 要统一考虑 妥善安排 这就增加了施工的复杂性 5 施工前的准备工作量大重要性强 水利工程往往建在山谷地区 交通不便 施工前常需要建设施工现场内外的交通道路 为施工服务的辅助企业施工过程使用的办公和生活用房 这些工程以外的设施工作量往往较大 必须充分重视 使之既满足施工要求 又要努力减少工程投资 6 枢纽工程单项建筑物多 易发生施工干扰 枢纽中单项建筑物多 布置较集中 工程量大 工种多 施工常受地形条件限制 易发生干扰 因此现场施工的组织管理十分重要 要求施工中要运用系统工程学的原理因时因地选择最优的施工方案 7 必须重视施工的安全性 水利工程施工往往需要爆破作业 地下作业 水上水下作业 高空作业 此类施工常常要平行或交叉进行 会对施工安全带来一定威胁 必须采取可靠的防范措施 五 水利工程施工组织与管理的基本原则 根据施工经验总结为 1 统筹兼顾的施工原则 根据工程建设的需要和可能 施工中要力求优质 高产 低消耗的施工原则 任何片面强调某个方面而忽视其它方面的因素的做法都是错误的 2 按基本建设程序办事的原则 施工必须是在做好勘测 规划 设计等前期工作 按照已批准的施工组织设计与设计图纸 在做好施工准备的基础上进行 坚决反对边勘测边设计边施工的三边做法 3 按系统工程原理组织施工的原则 一项水利工程施工就是一个系统 在这个系统中 有主体过程施工和附属 配套工程施工 有建筑工程和安装工程施工 有前方现场施工和后方辅助生产及后勤供应 有勘测设计科学研究和施工的配合 有各个工种之间的协调工作等 所有这些问题构成了一个有机的整体 围绕一个共同的目标进行活动 要是这些活动在时间上相互协调 在空间上互不干扰 密切配合 就应按系统工程原理组织过程施工 使各项活动总体上达到最佳化 4 实行科学管理的原则 应按经济规律办事 建立健全各种管理制度 明确岗位责任 实行奖罚分明 以充分调动各方面的积极因素 如做好人力物力的综合平衡 实现均衡 连续 有节奏地施工 5 一切从实际出发的原则 施工中的各项活动必须根据当时当地的实际情况 制定具体措施 任何脱离具体条件的做法 都是违反施工的科学规律的 都可能导致工程失败 甚至会引起严重后果 课后思考题 水利事业 水利工程 水工建筑物 水利枢纽 水利工程施工各表示什么含义 水利工程施工课有什么特点 水利工程施工主要任务是什么 水利工程施工有那些特点 水利工程施工组织与管理应遵循哪些原则 第一章土方工程施工 第一节 土的施工分级和工程特性第二节 土方开挖第三节 土料压实 第一节土的施工分级和工程特性 一 土石料在水利工程建设中的应用 土石是水利工程建设中最被广泛利用的当地材料 这不仅有利于群众性施工 而且随着大型高效施工机具的采用 施工人数大幅度减少 施工工期缩短 施工费用大大降低 因此 在国内外水利工程建设中 绝大多数堤坝均是土石材料填筑 土石坝的高度在世界上已超过砼坝 大量的土石料工程的兴建 为土方工程的施工积累了丰富的经验 二 土方工程的施工方法 按照施工方法不同土石堤坝可分为水中填土式 水力冲填式 定向爆破式 干填碾压式 但目前国内外仍以干填碾压式堤坝为最多 三 干填碾压式堤坝的作业内容 准备作业 基本作业 辅助作业 附加作业 1 准备作业指 场地平整 修筑道路 架设供电通讯线路 敷设供水排水设施 修建生活办公用房和清基排水工作 2 基本作业指 土料的开采 挖 装 运 卸 铺平 压实 3 辅助作业指 清除料场的覆盖物 从上堤坝的土料中剔除超径石块 堤坝表面排水 刨毛和加水 这些工作是为保证基本工作顺利进行而创造有利条件的工作内容 4 附加作业指 为保证堤坝长期安全运行而需要进行的保护及修整工作 主要内容有堤坝坡的修整 铺砌护面块石和铺植草皮等 四 土的施工分级和工程特性 土方的开挖 运输 压实等都涉及到土方数量 施工机具数量的平衡调配计算 这些计算又都与土的实方 虚方 而土的虚实性又与土的类型和施工级别及土的工程特性密切相关 土的分级 通过对岩土力学的学习 大家可能已很熟悉 土质土和岩石都属于土的大范畴 由于土质不同 开挖难易程度不同 施工方法和事故设备的选择应不同 施工单价定额也要不同 为此 工程建设中将土石分为16级 1 4级为土质土 5 16级为岩石 教材表1 1只列出了4种土质土的有关特性指标 土的工程特性 1 表观密度 单位体积土壤的质量 分为自然土 湿土 干土 表观密度体现粘性土密室程度 用来控制粘性土压实质量 2 含水量 土壤中水的质量与干土质量的百分比 含水量影响粘性土的压实质量 3 土的可松性 自然土经开挖变松散体积增大 再经填筑压实而难以恢复到原来体积大小的性质称为土的可松性 用可松性系数ks表示 用于土方量计算 挖填平衡和运输数量计算 4 自然倾斜角 自然堆积土壤表面与水平面的角度 用于设计挖方 填方的边坡 第二节土方开挖 土石方开挖按材料性质分为土方开采 沙砾料开采 石料开采 按开采方法一般分为人工开挖 机械开采和爆破开采 机械开采适合于土和沙砾料 爆破开采适合于石料 人工开挖适合开挖量很小的 施工地点分散 缺少机械设备的情况 一般采用机械开挖法 一 单斗挖掘机 单斗挖掘机是仅有一个铲土斗的挖掘机械 主要有三部分组成 行走装置 行走装置分履带式 与地面接触面积大 单位压力小 能在较软的地面上行走 但行走转移速度慢 轮胎式 与履带式的特点基本相反 动力装置 动力装置分电动动力 特点是效率高 操作方便 但必须有电源 内燃机 特点与与电动动力基本相反 工作装置 工作装置分为正向铲 反向铲 拉铲和抓铲四个类型 正向铲挖掘机 1 适用条件 正向铲挖掘机是最常用的挖掘机械 它主要适于挖掘停机面以上的土方 但不能用于水下挖掘 2 斗容划分 正向铲挖掘机具有强有力的推力装置 能挖掘1 4级土和破碎后的岩石 其型号一般用土斗容量来区分 我国目前生产的单斗式挖掘机有0 5 15m3各种斗容 最常用的是1 4m3的 3 工作循环和效率 挖掘机的工作循环包括挖掘 回转 卸土 返回四个过程 从工作循环不难理解 其工作效率与它的斗容量 每斗作业所需时间 开挖方式和与运输机械的配合有关 为提高工作效率 要求挖土工作面高度必须满足一次铲土能装满土斗 同时尽量减少回转角度 缩短每个循环延续的时间 4 挖土方式 分正向掌子挖土和侧向掌子挖土两种方式 挖土机挖土时的工作空间称为掌子面 1 正向掌子挖土 挖掘挖土机行走前方的土叫正向掌子挖土 适用基坑开挖 掌子的轮廓尺寸根据挖土机的工作性能和运输方式决定 为使汽车便于倒车和运土 要尽量采用最宽工作面 2 侧向掌子挖土 挖掘挖土机行走方向侧面的土叫侧向掌子挖土 适宜开挖料场 土丘和渠道的土方 特点是运土汽车停在挖土机的侧面 与挖土机的开行路线平行 优点是挖土机卸土时的回转角度小 省去了汽车倒车与转弯的时间 可提高生产效率 反铲挖掘机1 适用条件 反铲挖掘机适用于开挖停机面以下的土方开挖象基坑 渠道 管沟开挖等 也可开挖停机面以上的土方 2 挖土特点 反铲与正铲相比 稳定性和铲土能力都较小 因此只能开挖1 2类的土 遇到硬质土需要先刨松 再用反向铲挖掘机开挖 其开挖深度可达4 6 8m 3 斗容划分 反铲挖掘机的斗容量有0 5 1 0 1 6m3 大的有的已超过3m3 4 挖土方式 分沟端开行和沟侧开行两种方式 1 端向开挖 将挖掘机置于将要开挖的沟槽的首部 倒退着进行开挖 只能将土弃于离沟边较近的地方 但开挖的宽度和深度较大 2 侧向开挖 将挖掘机置于将要开挖的沟槽的一侧 挖掘机的行进方向与开挖沟槽的方向垂直 可以将土弃于离沟边较远的地方 但开挖的宽度和深度较小 3 多层接力开挖 两台或多台挖掘机同时在不同高层开挖 一接力方式向上方出土 适用于深度较大的基础 拉铲挖掘机 1 适用条件 开挖停机面以下的土方 卸土多数是在机身回转过程中进行的 在自重和离心力共同作用下 较湿的粘土也可卸干净 适合于开挖水下土方或含水量大的土方 2 挖土特点 1 铲土力小 一般不能开挖硬土 2 拉铲臂杆较长 因此其开挖半径 卸土半径 卸载高度大 适于直接向弃土区弃土的开挖 3 斗容划分 索铲的斗容量一般有0 5 1 0 2 0 4 0m3等数种 大的可达十多m3 4 挖土方式 也可分沟端开行和沟侧开行两种方式 1 沟端开挖 挖掘机沿将要开挖的沟渠中心线工作 开挖出的土可卸在沟渠的一侧或两侧 堆成弃土堆或土堤 当然也可向一侧或两侧装车 随着开挖作业的进行 挖掘机逐步后退 2 沟侧开挖 挖掘机沿将要开挖的沟渠岸移动 开挖出的土卸在岸边堆成土堤或装车 再用同样的方法在沟渠对岸开挖另一半沟渠的土方 抓铲挖掘机 1 适用条件 抓铲与索铲相比 都是由钢索操纵的 都是依靠铲斗的重量进行切土 但抓铲挖掘机的抓斗因能垂直提升和降落 因此它适于在狭窄的地方挖掘和出料 或抓取沉井中的水下淤泥 砂卵石等松软土方 当然也可以用来装卸散粒材料 2 主要装置 抓斗 动臂 钢行架结构 操纵抓斗的闭合索 提升索等 3 抓斗操作过程 1 放下抓斗 放下抓斗时 两根索同时放松 但闭合索放得稍快 抓斗便在下降过程中张开 落地后伏在地面上 2 抓取 缓缓收紧闭合索 由于抓斗的重量可使两颚板上的斗齿或刃口切入土中 并闭合起来将土装满 3 提升抓斗 同时收起两钢索 同步上升既将抓斗提起 4 卸载 当挖掘机转台旋转到卸料点上之后 放松闭合索 此时提升索制动不动 两颚板就张开卸载 二 多斗式挖掘机 多斗式挖掘机是有若干个铲土斗组成的连续式挖掘机械 连续挖掘是通过传动机构带动固定在转动的链或转动的轮上的若干个土斗的转动来实现的 基本类型 主要类型为链式多斗挖掘机 以采沙船为代表 斗轮式挖掘机 主要在陆地上工作 1 采沙船 将链式多斗挖掘机的工作机构安装在特制的船上进行工作的 采沙船能在一定水深中进行水下开挖 生产效率较高 采沙船的型号通常根据小时生产率来划分 2 斗轮式挖掘机 这是一种将土斗固定在转轮上的多斗式连续挖掘机械 适用于陆上开采生产效率很高 三 铲运机械 铲运机械是土方工程中应用非常广泛的一类机械 它包括推土机 铲运机 装载机 松土机等 1 在构造上是以履带式和轮胎式拖拉机为基础组装而成的各种专用机械 2 工作性能和工作效率与基础车的性能以及地面附着状况关系密切 3 工作原理上是以水平薄层铲土为主 能够自装自运一定距离而不需另备运输工具 4 其中一些机械还可更换工作装置进行多种作业 5 生产率高 土方挖运费用低 常用铲运机械 推土机 1 基本组成 它是在履带式拖拉机前面安装上推土刀等工作装置而成 2 主要用途 开挖宽浅沟渠和基坑 回填沟渠等 清理平整场地 推平土堆 拖拉无动力机械碾压土方 破松硬土 短距离推土运土等 3 使用条件 推挖1 3级土 推土距离在100m以内 运距在30 50m 4 主要型号 推土机的型号通常是按拖拉机上发动机飞轮功率的大小标定的 也可按推土机的功率直接编制型号 5 操纵方式 按推土刀 器 能否转动分为固定式和万能式两种 固定式在立面和平面上均不能转动 结构简单牢固 应用较普遍 万能式的推土刀可以在立面回转一定角度 在平面上回转一定角度 适应不同工作要求 按推土刀 器 的操纵方式分为索式和油压式两种 索式的优点是推土刀升降快 操纵方便 缺点是不能强制切土 铲推硬土较困难 油压式的优点是可以强制切土 缺点是推土刀升高的高度和速度不如索式 6 生产效率 推土机的生产效率主要取决于推土刀的体积和切土 推土 回程等工作的循环时间 另外长距离推土时 土料会从推土刀两侧散失很多 有效推土量大为减少 所以不宜长距离运土 为减少推土过程中土料的散失 可在推土刀两侧加挡板 或先推成槽 然后在槽中推土 或多台推土机并列开行 铲运机 1 工作性能 盛土的铲斗能从地面薄层取土 并将斗装满 铲斗装有车轮 便于将土运到较远处卸料 可以在行驶中从斗中卸出 并铺成所需要的厚度 重载的铲运机在填土上行驶时 对已填铺的土还有压实作用 因此 铲运机的工作性能是能独立完成铲土 运土 卸土 铺土 压实等综合作业的工作 2 使用条件 它生产效率高 运行费用低 因此使用于大面积的场地平整 大型基坑 河渠的开挖 河库堤坝的填筑等 3 型号规格 铲运机的规格是以斗容量表示的 目前生产的铲运机的斗容量为4 40m3 发动机的功率为74 700kw 100 900马力 常用铲运机的斗容量为4 25m3 其铲土宽度为2 2 2 8m 铲土深度为0 25 0 4m 铺土厚度为0 3 0 6m 4 铲运机类型 按行走装置不同 轮胎自行式 履带拖拉式按铲斗的操纵系统不同 钢索操纵式 液压操纵式 5 生产效率 取决于铲斗装土的容量 铲土 运土 卸土 和回程的工作循环时间的长短 为提高生产效率 可采取推土机助铲 松土机预松硬土等方法 可以加大铲土力 减少铲土阻力 缩短装土时间 为缩短空程时间 合理选择开行路线 如环行或 8 字形路线 四 水力和水中开挖机械 水力开挖是依靠水的力量开采土方 这类机械主要指水枪 水中开挖是指在水下开采土方 这类机械主要指吸泥船 水枪开挖 1 水枪开挖施工特点 水枪是由管道输送高压水 经过喷嘴形成高速射流 20 30m s 将干土冲成泥浆 泥浆再沿一定坡度的输泥渠自流到填筑地或弃土坑 泥浆也可以由吸泥泵经管道输送到填筑地或弃土坑 2 水枪开挖施工方法 可将水枪的基座支于地面上 冲采开挖面的土方 也可以利用浮筒浮于水面上冲击基坑四壁的土方 水枪在平面上能回转360度 在立面上也可仰俯50 60度 开采比较方便 但需要有充足的水源条件 3 水枪开挖注意问题 利用水枪进行基础开挖具有较高的经济效益 但开挖时应防止对地基的破坏 为此 开挖到离基底设计标高之前要预留一定厚度的保护层 4 水枪开挖适宜条件 水枪开挖最适合沙土 亚粘土 淤泥等 对于开采干硬粘土时 可先用爆破法 钻孔渗水法 松土机松土法 将要开挖的土预先松软 水冲时 泥浆浓度就大 水枪冲土的生产效率就会提高 吸泥船 1 使用范围 水下开挖 河道疏浚 水库清淤 湖泊清淤 港口清淤等 2 组成构造 主要有泥浆泵 动力设备 电动机 各种输泥管道 绞刀等 3 工作原理 工作时启动泥浆泵 操纵铰车和钢索滑轮组 将绞刀架沉入水底 然后开动绞刀电动机 将工作面处的泥沙翻松 并与水混成泥浆 由泥浆泵经过输泥管道泥浆送到排泥地点 挖泥时除吸泥管的吞口不断吸取外 还要借助船首两侧的边锚 配合船尾的定位桩 使船体和绞刀架左右摆动进行采挖 第三节土料压实 土料压实基本理论土料压实方法与机械压实试验 一 土料压实基本理论 1 土料稳定性主要靠土料内部的摩擦力 凝聚力 土料的摩擦力 内聚力以及土料的防渗性能都是随填土的密实度增大而提高的 2 影响土料压实的主要因素就是铺土厚度 压实遍数 含水量三大要素 三者的最佳组合一般通过现场试验来确定 土料压实 实质就是将由水包裹的土粒挤压充填到土粒间的空隙中 从而排走空气占有的空间 使土料的孔隙率减少 密实度提高 3 研究以最小的压实功能 获得最大的压实效果 对土料压实理论和压实施工技术的发展和提高是十分必要的 4 粘性土的压实控制含水量至关重要 含水量过小 土粒间的摩阻力和粘结力较大 难以压实 含水量过大 土粒孔隙中就会出现自由水 产生孔隙水压力 压实效果不好 在一定压实功能下 粘性土只有在某一特定含水量时 才能取得最好的压实效果 即最大干容重 这一特定含水量就是最优含水量 最优含水量确定后 施工中要严格按此控制 土料过湿 应翻晒凉干 土料过干 应洒水湿润 5 对于砂性土 加水能明显降低土粒之间相对移动时的磨阻力 它透水性好 排水容易 压实时不会形成明显的孔隙水压力 因此不存在最优含水量的问题 压实时可以大量洒水灌水 以提高压实效果 二 土方施工基本工序 1 土方工程一般要求施工后的工程防渗性好 稳定性好 沉降量小 必须具有足够的密实度 必须具有足够的强度 必须严格按设计要求和有关规范控制 2 土方施工作业的工序 在选择好土料的前提下 主要包括铺土 平土 洒水 压实 刨毛 质检等 堤坝作业的施工特点在于工作面狭窄 工种多 工序多 机械设备多 为控制好各个施工工序 确保工程质量 一般的做法是 算方上料 定点卸料 随卸随平 定机定人 铺平把关 插杆检查 三 土方压实的基本方法 1 土料的压实效果涉及到压实方法 压实方法涉及到压实机具 2 压实方法按其原理有四种 碾压法 它适宜各类土的压实 夯击法 它适宜各类土的压实 更适宜砂性土的压实 振动法 它仅适宜砂性土的压实 综合法 它是将碾压法与振动法结合在一起的方法 有的适宜粘性土的压实 有的适宜砂性土的压实 土方压实机械 1 平碾碾压特点是 单位压力小 表面土层易压成光滑硬壳 土层碾压上紧下松 底部不易压实 碾压质量不均匀 不利于上下土层之间的结合 易出现剪切裂缝 对防渗不利 使用条件 砂性土 风化料 碎砾石层的碾压 对含水量较大 干容重要求低的粘性土也可使用平碾 但铺土厚度不宜超过20 25 碾压不少于6 12遍 平碾由于压实生产率较低 因此使用受限 羊足碾 羊足碾是碾压滚筒外设交错排列的羊足 滚筒为钢铁空心 滚筒侧面设有加载孔 加载大小根据设计确定 羊足的长度随碾滚的重量增加而增加 一般为碾滚直径的1 6 1 7 羊足碾的羊足插入土中 不仅使羊足底部的土料得到压实 并且使羊足侧向的土料受到挤压 同时有利于上下土层的结合 压实过程中羊足对表层土的翻松 省去了刨毛工序从而达到均匀压实的效果 增加了填方的整体性和抗渗性使用条件 防渗要求高的粘性土防渗体的压实 但不适宜沙砾料的压实 因为压实过程中羊足从行进的后面由土中拔出时 会将压实的砂性土翻松 产生侧向滑移 因此达不到应有的压实效果 气胎碾 气胎碾主要构造是由装载荷重的金属车厢和装在轴上的气胎轮组成 碾压时在金属车厢内加载 同时将气胎按设计压力充气 为避免气胎损坏 停工时 要用千斤顶将金属车厢支托起来 并把气胎的气放掉 因轮胎具有弹性 压实土料时 气胎与土体同时变形 而切随着土体压实密度的增大 气胎变形相应也增大 气胎与土体接触面积也随之增大 始终能保持较为均匀的压实效果 与刚性碾比 气胎碾不仅对土体的接触压力分布均匀 而且作用时间长 压实效果好 压实土层厚度大 生产效率高 所以它可以适应要求不同单位压力的各类土壤的压实 应用广泛 振动碾 震动与碾压两种作用相结合的压实机械 震动力是以压力波的方式向土体内传递 并能达到较大的深度 在振动作用下 土粒间的摩擦力急剧降低 并在静力作用下产生移动充填空隙而达到密实状态 实践证明 振动碾对沙砾料以及含有大量石块的土料的压实非常有效 但对粘性土和粒径均匀的粉沙的压实效果则较差 震动碾按照振动滚筒的外形可分为振动平碾 振动羊足碾 振动凸块碾 振动轮胎碾等 这些碾可以适应不同土的压实 但使用最多的是振动平碾 按照行走方式可以分为拖式振动碾 自行式振动碾 夯实机械 利用冲击力压实土方的一类机械 主要使用于碾压机械难以施工的狭窄部位土方的压实 1 蛙式打夯机 由电动机带动偏心块旋转 在不平衡离心力作用下使夯头上下跳动 2 挖土机夯板 用钢索悬吊一个铸铁制成的原形或方形夯板 一般用起重机或正铲挖掘机改装 夯板底面积1左右 重1 2吨 落距3 4m 铺土厚度50 60mm 夯打3 4遍即可 3 强夯机 工作原理与挖土机夯板相同 只是夯块更重 一般10 40吨 落距更大 一般10 40米 压实影响深度能达4 5米 因此压实效果好 生产效率高 最适宜杂填土地基 软土地基等 但产生较大的噪声 四 压实试验 1 压实标准粘性土 以压实干表观密度和施工含水量两个指标进行控制 非粘性土 采用相对密度或换算成干表观密度表示 2 压实系数 与含水量W 铺土厚度h和压实遍数n相关3 压实试验 以不同的某一铺土厚度采用不同含水量经过不同的压实遍数后 测定各自的干容重及含水量 绘制关系曲线组 经过不同铺土厚度的测定 可画出最优含水量与压实遍数 及最大干容重与压实遍数 在不同铺土厚度时的关系曲线 最后选择单位铺土厚度压实工作量最小 n h最小 的铺土厚度压实遍数 最优含水量 作为施工依据 课后思考题 1 广义上的土分几级 土质土为哪几级 2 何谓土的可松性 3 常用土方开挖机械有哪些 各适用什么条件 4 土方施工一般包括哪些工序 5 影响土料压实的三大要素是什么 6 土方压实的基本方法有哪些 7 常用压实机械有哪些 各适用什么条件 第二章砌筑工程 定义 砌筑工程以普通粘土砖 石料 砌块为结构主体 特点 取材方便 节约钢材 水泥 不需要大型机械 施工简单 但劳动强度大 生产率低 脚手架工程砖砌体砌筑砌石工程 第一节脚手架工程 1 脚手架属于临时设施 用于工人在上边进行施工操作 堆放建筑材料 2 堆脚手架的要求 坚固稳定 面积满足使用要求 节约用料 装拆快速 3 类型 扣件式钢管脚手架 杆件 扣件组合脚手架 支承架 桁架 水平拉杆4 搭建在建筑物外围的脚手架 称为外脚手架 而在建筑物内部的 称为内脚手架 第二节砖砌体砌筑 1 准备工作 砖的准备 砂浆的准备 工具的准备2 砌筑工艺 方法 刮浆法 挤浆法 综合法砌筑要求 砖事先洒水浸透 分层安装 横平竖直 灰浆饱满 厚薄均匀 上下错缝 内外搭砌 接槎牢固 常用方式 一丁一顺 丁顺相间按砖墙厚度分 115mm 一二墙 240mm 二四墙 370mm 三七墙 一二墙不能作为承重墙 不粉刷的外墙面 砌筑工整并勾缝 称为清水墙 粉刷墙称为混水墙 第三节砌石工程 一 干砌石 无浆的块石砌体 1 准备工作平整底面 使坡面或底面平整放样 作铺砂砌石基准铺设反滤层 防止渗流破坏2 干砌石施工施工工序 选石 试放 修凿 安砌砌石方法 1 花缝砌石 干砌片石特点 底部空虚 容易被水淘刷 稳定性差适用 流速不大或不承受风浪淘刷的渠道护坡工程2 平缝砌石 干砌块石特点 底部牢固 不易被水冲刷 稳定性好3 封边 防止局部破坏 整体破坏 3 质量控制与要求 缝宽 1cm 底部严禁架空 大小石块牢固用手扒也不松动 坡面平整 砌缝内尽量少用片石填塞 严禁出现缝口不紧 底部空虚 鼓肚凹腰 蜂窝石等缺陷 二 浆砌石施工 1 砌筑方法 座浆砌筑法土质基础 将基础夯实 铺一层3 5cm厚的稠砂浆 安放石块岩石基础 冲洗基面 洒水湿润 冲洗石块 洒水湿润 石块 铺砂浆 安放块石砌筑程序 角石 面石 腹石2 勾缝 凸缝 平缝3 养护 保持表面湿度 温度养护时间 5 7d 第三章爆破工程 爆破是开挖石方最有效的手段 也常用于土石方的松动 抛掷 定向爆破可用来撤除旧的建筑物 在水利工程施工中 通常采用爆破来开挖基坑 开挖地下建筑物所需要的空间 如遂洞开挖 水下爆破 也可用定向爆破建筑大坝 目前随着控制爆破方法的高新技术的发展 把爆破的应用领域进一步拓宽 爆破基本原理爆破基本方法钻孔机具及爆破器材特种爆破技术爆破安全控制 本章主要内容 第一节爆破基本原理 1 炸药 在外力激发下 可以发生化学爆炸的单质或混合物 叫炸药 2 炸药爆炸是化学爆炸 在某种起爆能 撞击 点火 高温等 的作用下 炸药瞬时内 约万分之一秒内 发生化学分解 产生高温 几千度 高压 数万几十万个大气压 的气体 CO NO H2O CO2 对相邻的介质产生极大的冲击压力 以波的形式向四周传播 若传播介质为空气 称为空气波 若传播介质为岩土 则称地震波 也叫固体冲击波 3 爆破 是炸药爆炸对周围介质的作用 利用炸药爆炸瞬时释放的能量 使介质压缩 松动 破碎 抛掷等 达到开挖或拆除的目的 一 无限均匀介质中的爆破 实际工程中的介质总是有限的和不均匀的 为了研究方便 假设爆破作用的介质是无限的和均匀的 在这种理想介质中的爆破作用是 冲击波以药包中心为球心 呈同心球向四周传播 距球心越近 作用于介质的压力越大 距球心越远 由于介质的阻尼作用 使作用于介质的压力波逐渐衰减 直至全部消失 假如用一平面沿球心剖切 可将爆破作用的影响范围划分为如下几个部分 1 压缩圈 粉碎圈 最靠近药包的介质 受到膨胀压力最大 介质若为塑性体 会被压缩成一个球形空腔 介质若为脆性体 会被压缩至粉碎 因此爆破影响的这个范围称为压缩圈或粉碎圈 相应的半径叫压缩半径 2 抛掷圈 压缩圈外具有抛掷势能的介质 这部分介质当具有逸出的临空面 土岩介质与空气介质的交界面 常发生抛掷 这个范围称为抛掷圈 相应的半径叫抛掷半径 3 松动圈 抛掷圈外围的一部分介质 爆破的作用只能使其产生破裂松动 因此这一范围称为松动圈 相应的半径叫松动半径 4 震动圈 松动圈以外的介质 随着冲击波的进一步衰减 只能使这部分介质产生震动 故称为震动圈 相应的半径叫震动半径 说明 以上各圈只是为说明爆破作用而划分的 并无明显的界限 其半径的大小与炸药的特性 药包结构 爆破方式 介质的特性等密切相关 二 有限介质中的爆破作用 爆破作用受到临空面 也叫自由面 的影响 即爆破作用半径能达到临空面的爆破 称为有限介质中的爆破作用 工程中多属于这种爆破 当炸药的埋置深度小于爆破作用半径 就是有限介质爆破 有限介质中的爆破 当药包的爆破作用具有使部分介质抛向临空面的能量时 往往形成一个倒立圆锥形的爆破坑 形如漏斗 称为爆破漏斗 爆破漏斗的几何特性参数 1 药包中心到临空面的最短距离称为最小抵抗线长度W 爆破漏斗底半径r 爆破作用半径R 可见爆破漏斗坑深度P 爆破抛掷距离L 爆破作用指数n r W 结合书中图3 3 2 爆破作用指数n是爆破设计中最重要的设计参数 n值大 爆破漏斗呈宽浅式 n值小 爆破漏斗呈窄深式 甚至不出现爆破漏斗 因此可以用n值大小对爆破进行分类 爆破漏斗形成过程 炸药爆炸 高温高压 冲击波 压碎区 应力波 裂隙区 自由面 拉 剪应力 漏斗内的岩石脱离原岩 在爆生气体作用下 鼓起 抛移 漏斗 爆破分类 1 当n 1即r W时 称为标准抛掷爆破 2 当n 1即r W时 称为加强抛掷爆破 3 当0 75 n 1即r W时 称为减弱抛掷爆破 4 当0 33 n 0 75时 称为松动爆破5 不因爆破使临空面产生破坏的爆破 叫隐藏式爆破 也叫内部爆破 此时n 0 33 6 相应于以上各类爆破的药包分别叫 标准抛掷药包 加强抛掷药包 减弱抛掷药包 松动药包和炸胀药包 可见漏斗深度计算 抛掷爆破将部分介质抛出 其中部分介质又回落到爆破漏斗坑中 形成可见漏斗 回落后的可见漏斗深度为 P CW 2n 1 式中C 介质系数 对于岩石 C 0 33 对于粘土 C 0 4 抛掷堆积距药包中心的最大距离 一般简称抛距 为 L 5nW 三 炸药和装药量计算 1 炸药的主要性能指标 1 威力 爆力和猛度的合称 爆力是破坏能力 猛度粉碎能力 2 安定性 保持炸药物理和化学性质不变的能力 有物理安定性和化学安定性之分 3 敏感度 在外力作用下 发生爆炸的难易程度 4 最佳密度 炸药能获得最大爆破效果的密度 5 氧平衡 含氧量和爆破需氧量的关系 有零氧平衡 正氧平衡 负氧平衡三种情况 6 殉爆 一个药包爆炸引起附近药包爆炸的现象 能连续三次殉爆的最大距离称殉爆距 2 工程炸药的类型炸药一般分为起爆炸药和主炸药 1 起爆炸药 制造起爆材料的炸药 特点是 爆力和猛度高 对冲击 摩擦 火焰敏感性强 化学安定性大 如 雷汞 氮化铅 二硝基重氮酚等 2 主炸药 产生爆破作用的炸药 特点 威力大 成本低 种类多 安全可靠 3 单质猛性炸药 是制造起爆材料的炸药 爆力和猛度都很高 它还可以作为提高混合猛性炸药敏感度的敏化材料 这类炸药如梯恩梯 硝化甘油等 4 混合猛性炸药 是按一定比例将爆炸性和非爆炸性可燃物混合制成的 是应用最广的工程炸药 这类炸药主要有 硝酸铵类炸药 铵梯 铵油 浆状 乳化油等炸药的总称 3 装药量计算爆破效果和所用成本都于药包大小 装药多少 相关 药包的类型不同 爆破效果不同 按形状药包分为集中药包和延长药包 当药包的最长边与最短边L a 4时为集中药包 当L a 4时为延长药包 对于大爆破 采用洞室装药爆破 常用集中系数 来区分药包类型 0 41时为集中药包 反之为延长药包 实际工程要结合现场条件 吸取成功经验 选择符合实际情况的计算方法 爆破设计时 标准抛掷爆破的单位用药量K值 标准情况 可根据实验获得 也可查爆破手册获得 书中表3 2 标准情况 是指标准抛掷爆破 标准炸药 国内以2号岩石铵梯炸药为标准炸药 其爆力值为320cm3 爆破在一个临空面的平地上进行的 随着临空面的增多 单位耗药量随之减少 有两个临空面时为0 83K 有三个临空面时为0 67K 说明 课本装药量计算 只是以单个水平自由面 单个集中药包为前提条件的 未能反映对爆破质量 岩石破碎程度 爆破均匀程度提出要求 但实际工程爆破中要复杂的多 因此 要结合现场条件 吸取成功经验 选择符合实际情况的计算方法 起爆方法和起爆材料 一 炸药起爆有关概念 1 起爆 利用外力使药包爆炸的过程叫炸药起爆 2 起爆方法 常用火雷管起爆 电雷管起爆 导爆索起爆 导爆管起爆 联合起爆等方法 3 起爆器材 一是点火器材 如火雷管 电雷管 二是传爆器材 如导火索 传爆线 传爆管等 殉爆距离 装有雷管的主动药包爆炸时 能使相隔一定距离的另一同种药包百分百发生爆炸的最大距离 殉爆安全距离 装有雷管的主动药包爆炸时 使相隔一定距离的另一同种药包百分百不能发生爆炸的最小距离 二 起爆方法 1 火雷管起爆法 这是利用点燃的导火索产生的火焰先使雷管爆炸 进而引起药包爆炸的起爆方法 2 电雷管起爆法 利用雷管通电从而起爆 进而引起药包爆炸的起爆方法 特点 安全性大 可以准确控制起爆时间 但技术要求高 3 导爆索起爆法 先用雷管引爆导爆索 再由导爆索网路引爆炸药 4 导爆管起爆法 导爆管用起爆枪或者雷管起爆 导爆管只传递爆轰波 将导爆管的末端与普通雷管相配合 引起药包爆炸 5 联合起爆法 三 起爆器材 1 火雷管 由管壳 起爆炸药 加强帽三部分组成 2 导火索 以黑火药为药芯 借药芯燃烧传递火焰 引爆火雷管 3 即发电雷管 在通电后的瞬时立即发生爆炸的电雷管 4 延发电雷管 通电后能延长一段时间才会爆炸的电雷管 5 导爆索 以黑索金等单质炸药为药芯 端部用雷管起爆后 便通过自身的爆炸性能引爆整个网路的药包 6 导爆管 是一根薄塑料软管 内壁涂有一薄层单质炸药 用起爆枪或者雷管起爆 末端与普通雷管相配合 引起药包爆炸 电雷管 火雷管 第三节爆破的基本方法 在各种工程建设中爆破工程采用的爆破基本方法有 孔眼爆破 洞室爆破 药壶爆破等 孔眼爆破又分为 浅孔爆破法 深孔爆破法 综述 一 浅孔爆破法 1 概念 对于炮孔孔径小于75mm 孔深小于5m的爆破叫浅孔爆破 2 特点 浅孔爆破打孔机具简单 操作方便 但生产效率低 劳动强度大 钻孔工作量大 因此 不适合规模大的工程爆破 主要适用于 浅层开挖 如渠道 路堑 小型料场 基坑的保护层开挖等 坚硬土质的预松 以便人工开挖或其它不适宜开挖硬质土的机械开挖 复杂地形的石方爆破 不便于大型机械开挖作业的 旧建筑物拆除 地下工程爆破开挖等 3 浅孔爆破的炮孔布置原则 合理布置炮孔 应充分利用自然临空面 或者创造更多的临空面以提高爆破效果 要尽量防止炮孔方向与最小抵抗线方向一致 布孔时 宜使炮孔与岩石层面和节理面正交 避免爆破时首先将炮孔的堵塞物冲出 形成冲天炮 爆破效果很差的空炮 不论是基坑开挖 还是渠道开挖 一般总是先开除先锋槽 形成阶梯 这样 不仅增加了临空面 同时 便于组织钻孔 装药 爆破 出渣各道工序的平行流水作业 4 浅孔爆破主要技术参数 最小抵抗线长度W W 15 30 倍炮孔直径阶梯高度H H 1 2 2 0 W炮孔深度h 坚硬岩石 1 1 1 15 H 松软岩石 0 85 0 95 H 中等岩石h H炮孔的间距a 火雷管起爆 1 2 2 0 W 电雷管起爆 0 8 2 0 W 炮孔的排距b b 0 8 1 2 W爆破孔布置 平面上双排的 要呈等边三角形布孔 多排的 要呈梅花形布孔 以提高爆破效果 浅孔爆破装药要求 1 浅孔松动爆破的装药量计算公式为 Q 0 33Kabh kg 2 装药长度一般为孔深的1 3 1 2 3 雷管置于自上部算起装药全长的1 3 1 2处 4 孔口段要用炮泥堵塞 二 深孔爆破法 1 概念 炮孔孔深大于5m 孔径大于75mm的爆破 称为深孔爆破 2 深孔多用回转钻机 潜孔钻机等各类专用钻机造孔 一般孔径150 225mm 阶梯高度为8 16m 3 特点 与浅孔法比较 深孔法单位耗药量少 单位爆破落岩体所耗钻孔工作量小 一次爆破方量多 生产率高 4 深孔爆破法主要适用于 大型工程的深基坑开挖 大型采石场的松动爆破 大型劈坡开挖等 5 炮孔布置 深孔爆破炮孔可以垂直或者倾斜布置 倾斜布置的炮孔与坡面平行 爆破后的岩石破碎均匀 留下的残埂少 爆破后的坡面较平整 钻孔施工较为安全 6 炮孔布置的主要参数 台阶高度H 要满足总体布置要求 也要考虑铲运机械的配置 当使用3 4m3的电铲装渣时 台阶高度12 15m 当使用1 2m3的电铲时 台阶高度以10 12m 钻孔直径d 根据造孔的钻机确定 根据岩石坚硬程度会扩大1 06 1 4倍 抵抗线Wp 深孔爆破不采用最小抵抗线 孔距a与排距b 堵塞长度L 超钻深度h 药包重量Q 三 洞室爆破 四 改善爆破效果的方法与措施 目的 提高爆破的有效能量利用率 应针对不同情况采取不同措施 1 充分利用和创造临空面 2 采用毫秒微差挤压爆破 3 采用不耦合装药 提高爆破效果 4 分段装药爆破 5 保证堵塞长度和堵塞质量 第四节特种爆破技术 根据爆破的基本规律 为了解决工程的特殊要求 如定向要求 切割要求 减震要求等 需要采取特殊的爆破方法 如定向爆破 预裂爆破 光面爆破等 这些特殊爆破的应用 促进了爆破技术的发展 特种爆破实质是在某一特殊条件下的控制爆破 主要有 定向爆破 光面爆破 欲裂爆破 岩塞爆破 水下爆破 拆除爆破等 定向爆破 在岩体或建筑物内有计划地布置药包 将大量爆破的破碎介质按预定方向和地点抛落堆筑的爆破技术叫定向爆破 一 定向爆破 1 定向爆破原理 爆破工程中 由于临空面的作用 介质流主要沿药包中心至临空面的最短距离 即沿最小抵抗线方向抛射 定向爆破应尽量利用天然地形 或利用辅助药包创造临空面 以满足工程定向抛掷的要求 2 作用 定向爆破可以用于截流 筑坝 开渠 移山填谷等 3 药包布置 总体原则是 在保证安全的前提下 尽可能的提高抛掷上坝方量 减少人工加高培厚的工作量 且施工方便 预裂爆破 钻孔 牵导线 爆破效果 二 预裂爆破 1 基本概念 预裂爆破是在设计的开挖边界线上钻凿一排间距较密的炮孔 采用不耦合装药 在主爆孔前起爆 形成一条具有一定宽度能反射应力波的预裂缝 可减弱应力波对边坡的破坏 2 特点是 在开挖区爆破之前 根据岩石特性 沿设计开挖线先炸出一条裂缝面 这个裂缝面可将爆破开挖区传来得冲击波的能量削减70 从而可以减轻对保留区的震动影响 以切断爆破区裂缝向保留区的扩展 保证设计边坡的平整性和稳定性 3 预裂爆破基本机理 预裂爆破是一种不偶合装药结构 产生的切向拉力使炮孔四周形成径向裂纹 切向拉力和孔与孔之间的聚能作用一起 在孔与孔之间的连线上产生应力集中 首先使孔间连线 包括连线上的裂纹 上的拉力强化 从而使裂缝发展 而后的高压气体进一步使这一裂缝开展 形成 气刃 劈裂作用 使这一连线上的裂纹全部贯通 4 预裂爆破设计 炮孔直径 50 200mm 浅孔爆破取小值 深孔爆破取大值 炮孔间距 8 12倍炮孔孔径 炮孔装药量 一般200 400g m 孔底增加1 4倍 不偶合系数 炮孔装药的不偶合程度常用不偶合系数表示 一般取Dd 2 4 其中 Dd r rdr 炮孔直径rd 药卷直径 mm 5 预裂面的质量控制要求 预裂面的质量控制应满足下列要求 预裂缝宽度足够 一般不小于0 5 1cm 预留面孔壁不出现严重震裂现象 预裂面上的不平整度不大于15cm 预裂孔的深度要大于主爆破孔的深度大1 0 1 5m 预裂孔端孔位置应超过主爆破孔端孔7 10m 预裂孔与主爆破孔的孔距应保持适当距离一般1 6m 预裂孔孔口要用小于10mm的砾石填塞 预裂爆破可用传爆线或者毫秒雷管起爆 起爆时差应控制在10m s以内 6 说明 实现预裂爆破的3个关键问题 加密布孔 减弱装药 同时起爆 不耦合装药的概念 炮孔的直径与药卷的直径完全一致称为耦合连续装药 相反 不偶合连续装药是指炮孔直径大于药卷直径的装药情况 线装药密度 炮孔单位长度的装药量称为线装药密度 装药对预裂爆破效果的影响 药包结构对预裂爆破效果有很大影响 线炸药密度要符合设计要求 不偶合系数值符合规定值 炮孔底部装药量要增加 光面爆破 光面爆破效果图 三 光面爆破 1 光面爆破施工的基本方法 光面爆破是一种用于洞挖作业的控制爆破 光面爆破是一种使爆破出的新壁面保持平整而不受明显破坏的爆破技术 施工方法是 沿着设计开挖线布置小孔径 密间距的周边炮孔 进行减弱的不耦合线装药 先爆破主体部位的岩石 再同时起爆光面孔药包 将主爆破孔与光面孔之间留下的保护层 也叫光爆层 炸掉 从而形成一个比较平整的周边表面 即光面 它的作用和预裂爆破的成缝机理相似 但也有区别 即光面爆破先对主体部位岩石爆破 再利用光爆孔将光爆层爆除 2 光面爆破的起爆程序 先掏槽 次崩落 后周边 3 光面爆破的起爆材料 为了确保光面能够同时起爆 光面孔一般采用段毫秒雷管起爆 4 光面爆破的特点 与常规爆破方法比较 光面爆破的钻孔长度和炸药用量都较大 但由于减少了超欠开挖量 围岩的稳定性好 减少了临时支护 灌浆 衬砌工程量 从而使遂洞工程的总投资大为减少 光面爆破与预裂爆破比较 光面爆破与预裂爆破区别 进行石方开挖时 在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝 以缓冲 反射开挖爆破的振动波 控制其对保留岩体的破坏影响 使之获得较平整的开挖轮廓 此种爆破技术为预裂爆破 光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体 然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包 将光爆层炸除 形成一个平整的开挖面 是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法 达到爆后壁面平整规则 轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术 相似处 预裂爆破和光面爆破都要求沿设计轮廓产生规整的爆生裂缝面 两者成缝机理基本一致 第五节爆破安全控制 爆破工程中 炸药释放出巨大能量 炸药的能量消耗于岩石的破碎 石块的抛掷 岩体的振动 由于爆破工程与其他施工同时进行 爆破工程对施工现场的人员 机械设备何周围的建筑物构成威胁 因此 必须认真对待 制定相应措施 一 爆破作业安全防护措施 1 严格规章制度 加强安全教育 要求 起爆器材与炸药分开运输 贮存 炸药贮存地点间应有足够的殉爆安全距离 2 提高工艺水平 增加技术含量 要求 爆破作业尽可能采用分段延期和毫秒微差爆破 减少一次起爆药量 3 加强保护措施 防止飞石破坏 如 用填土覆盖被保护建筑物 对防止飞石破坏有明显效果 二 安全距离控制 1 飞石安全控制距离RF m 可按下式计算 RF 20n2WKF KF 为安全系数 一般采用1 0 1 5 大风时取1 5 2 0 2 爆破地震作用安全控制距离3 空气冲击波影响的安全距离4 有害气体扩散安全控制距离5 炸药库区外部安全距离何库区间殉爆安全距离 三 瞎炮及其处理 1 概念 通过引爆而未能爆炸的药包称为瞎炮 哑炮或盲炮 2 主要原因 起爆破材料的质量检查不严 起爆网络连接不良 堵塞泡泥操作时损坏起爆线路 3 处理方法 立即设置明显标志 并派人监护 具体方法 1 检查支线 干线 重新连线再次起爆 2 炮孔深度在0 5m以内 采用表面爆破法处理 3 炮孔深度在0 5 2 0时 宜用冲洗法处理 课后思考题 1 什么叫爆破的压缩圈 抛掷圈 松动圈 振动圈 2 什么叫有限介质爆破 3 爆破漏斗的几何特性参数有哪些 4 炸药有哪些基本性能 5 爆破的标准情况有哪些条件 6 简述预裂爆破的基本机理 7 预裂面质量控