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

2、容，它的成功与失败往往 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

3、岸坡存在的反坡，为了减少削坡的方量，可以用混凝土填补成平 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

4、 从空间、时间、质量、数量等方面全面进行规划。 （一）料场的空间规划： 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 / 37 6.石料场与重要建筑物或者居民点有足够的防爆防

5、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

6、。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；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

7、 1 1.5 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主料场总储藏量的 20 30%） 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

8、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

9、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

10、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

11、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）坝体阶段填筑强度为： KK, 式中： Qd坝体分期填筑强度，m3/d ； Vd坝体分期填筑方量，；m3 K 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： QT Qd K 2 y

12、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/m3 K2运输中的损失系数，一般取1.051.10; （3）坝体阶段开挖强度： Qc Qd d K2 式中： 丫 n料场土料的天然干容重，t/m o 2.挖土机械的装车斗数计算： （以正向铲挖掘机配合自卸汽车运输为例）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 Q m _ kqKH Kp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，

13、m3; Y K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0.92 0.85,H级土为0.88 0.80, 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：

14、(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。 NC Q cmax Pc T max Pa 6 / 37 (一)

15、 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

16、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）： WD m 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/ ； Y d土石料设计干容重，t/m3； Y n料场土石料的天然容重，t/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6 1） （4）流水作业示例：（见107页，咯） （

17、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；WB ks 2. 8 / 37 7. 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； 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

18、压时，顺碾压方向的搭接长度不小于 0.3 0.5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碾，沙砾料用振动碾。 2. 斜墙坝体的填筑： 防渗斜墙

19、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 1 2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较小时，结合坡度不陡于 1 :

20、 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:Q0 QD ( e( 0 KP e) 9 / 37 Qo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； 3 0坝面碾压时要求的含水量； 3 e料场土料的天然含水量；

21、3土料装运过程中的含水量蒸发损失，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

22、的项目、取样实验次数的要求 不同。但是，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

23、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： 一般在填筑排水反滤层过程中，每一层在 25 X 25m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

24、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

25、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）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

26、、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）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

27、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 低的安排在雨季使用将含水量低的土料存堆起来，土堆周围作好截水排 水）。 11 / 37 2. 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

28、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

29、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

30、石（ 2.520）公斤）占 10%。 2.石方开采总量计算： V=Vn （1 e） 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 60 80%，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 2 3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