土石坝工程施工与质量控制

1、概述土的工程分类和性质土石料场规划土石料挖运方案坝面作业土石坝施工的质量控制土石坝的冬雨季施工概述 土石坝是一种充分利用当地材料的坝型。土石坝是一种充分利用当地材料的坝型。它具有就地取它具有就地取材，减少大量的外运材料，降低工程成本等优点。材，减少大量的外运材料，降低工程成本等优点。 土石坝的施工土石坝的施工, ,包括包括准备作业、基本作业、辅助作业和准备作业、基本作业、辅助作业和附加作业附加作业。 准备作业准备作业包括包括: :“一平三通一平三通”( (平整场地、通车、通水、平整场地、通车、通水、通电通电) ), , 架设通讯线路架设通讯线路, ,修建生产、生活福利、行政办公用房修建生产、生

2、活福利、行政办公用房以及排水清基等项工作。以及排水清基等项工作。 基本作业基本作业包括包括：料场土石料开采料场土石料开采, ,挖、装、运、卸以及坝挖、装、运、卸以及坝面铺平、压实、质检等项作业。面铺平、压实、质检等项作业。 辅助作业辅助作业包括清除施工场地及料场的覆盖包括清除施工场地及料场的覆盖, ,从上坝土料中从上坝土料中剔除超径石块、杂物剔除超径石块、杂物, ,坝面排水、层间刨毛和加水等坝面排水、层间刨毛和加水等，是保证是保证准备作业及准备作业及基本作业顺利进行基本作业顺利进行, ,创造良好工作条件的作业。创造良好工作条件的作业。 附加作业附加作业是保证坝体长期安全运行的防护及修整工作是保

3、证坝体长期安全运行的防护及修整工作, ,包括坝坡修整包括坝坡修整, ,铺砌护面块石及铺植草皮等。铺砌护面块石及铺植草皮等。 第第1节节 土土的工程分类和性质的工程分类和性质第第1 1节节 土土的工程分类和性质的工程分类和性质 一、土的工程分类一、土的工程分类 按土的开挖难易程度，一般工程土类分为按土的开挖难易程度，一般工程土类分为、级。级。二、土的性质1、含水量、含水量W=G1-G2G22、渗透性、渗透性 土的渗透性是指水被水透过的性能，与土的密度有关。土的渗透性是指水被水透过的性能，与土的密度有关。一般取决于土的形成条件、颗粒级配、胶体颗粒含量和土一般取决于土的形成条件、颗粒级配、胶体颗粒含

4、量和土的结构等。的结构等。3、动水压力（渗透力）和流砂、动水压力（渗透力）和流砂 GD=I动水压力动水压力流砂流砂 当动水压力等于或大于土的浸水重度时，土颗粒失当动水压力等于或大于土的浸水重度时，土颗粒失去自重，处于悬浮状态，随渗流的水一起流动的现象。去自重，处于悬浮状态，随渗流的水一起流动的现象。松散、饱和的细砂和粉砂易产生流砂。松散、饱和的细砂和粉砂易产生流砂。4、可松性（可松性系数）、可松性（可松性系数） 自然土经开挖后因松散使体积增大，以后再压实也难于自然土经开挖后因松散使体积增大，以后再压实也难于恢复到原来的体积的特性。在对土方需求量、料场规划、恢复到原来的体积的特性。在对土方需求量

5、、料场规划、运输工具数量、土方平衡调配等计算时应可松性影响。运输工具数量、土方平衡调配等计算时应可松性影响。K1=V2V1K2=V3V1K1最初可松系数；最初可松系数；K2最终可松系数；最终可松系数；第2节土石料场规划第第2 2节节 土石料场规划土石料场规划 一、土石料场的选择和规划 土石坝用料量很大土石坝用料量很大, ,有一定的质量要求，用料工作面较有一定的质量要求，用料工作面较集中，集中，在选坝阶段需对土石料场全面调查在选坝阶段需对土石料场全面调查。对可供利用的土。对可供利用的土石料的质量、数量初步掌握，作为坝型选择的依据。在石料的质量、数量初步掌握，作为坝型选择的依据。在施工施工前前应应

6、配合施工组织设计配合施工组织设计, ,对料场作深入勘测对料场作深入勘测, ,并从并从空间、时间、空间、时间、质与量诸方面质与量诸方面进行全面规划。进行全面规划。 空间规划空间规划, ,是是指对料场位置、高程的恰当选择指对料场位置、高程的恰当选择, ,合理布置合理布置。1、空间规划、空间规划 土石料的上坝运距尽可能短土石料的上坝运距尽可能短. 坝的上下游左右岸最好都选有料场坝的上下游左右岸最好都选有料场,有利于上下游左有利于上下游左右岸同时供料右岸同时供料,减少施工干扰减少施工干扰,保证坝体均衡上升。保证坝体均衡上升。 用料时原则上应低料低用用料时原则上应低料低用,高料高用高料高用,减少垂直运输

7、减少垂直运输。 时间规划时间规划, ,就是要考虑施工强度和坝体填筑部就是要考虑施工强度和坝体填筑部位的变化位的变化。随着季节及坝前蓄水情况的变化。随着季节及坝前蓄水情况的变化, ,料场料场的工作条件也在变化。的工作条件也在变化。2、时间规划、时间规划 在用料规划上应力求做到上坝强度高时用近料在用料规划上应力求做到上坝强度高时用近料场场,低低时用较远的料场时用较远的料场, 使运输任务比较均衡使运输任务比较均衡，避免不必，避免不必要的窝工要的窝工。 对近料和上游易淹的料场应先用对近料和上游易淹的料场应先用,远料和下游不远料和下游不易淹的料场后用易淹的料场后用;含水量高的料场旱季用含水量高的料场旱季

8、用,含水量低的含水量低的料场雨季用。料场雨季用。 在料场使用规划中在料场使用规划中,还应保留一部分近料场供合还应保留一部分近料场供合龙段填筑和拦洪渡汛高峰强度时使用。龙段填筑和拦洪渡汛高峰强度时使用。3、料场质与量的规划料场质与量的规划 料场质与量的规划料场质与量的规划,是料场规划最基本的要求是料场规划最基本的要求,也是决也是决定料场取舍的重要因素。定料场取舍的重要因素。在选择和规划使用料场时在选择和规划使用料场时,应对料应对料场的地质成场的地质成因因、产状、埋深、储量以及各种物理力学指标、产状、埋深、储量以及各种物理力学指标（如容重、含水量、颗粒级配、凝聚力及内摩擦角等）（如容重、含水量、颗

9、粒级配、凝聚力及内摩擦角等）进进行全面勘探和试验。行全面勘探和试验。勘探精度应随设计深度加深而提高。勘探精度应随设计深度加深而提高。 充分利用永久和临时建筑物基础开挖碴料充分利用永久和临时建筑物基础开挖碴料是土石坝料是土石坝料场规划的一重要原则场规划的一重要原则，也是料场规划的重要问题，应将其纳，也是料场规划的重要问题，应将其纳入整个用料量中考虑入整个用料量中考虑。为此应增加必要的施工技术组织措施。为此应增加必要的施工技术组织措施, ,确保碴料的充分利用。例如确保碴料的充分利用。例如, ,若导流建筑物和永久建筑物的若导流建筑物和永久建筑物的基础开挖时间与上坝时间不一致时基础开挖时间与上坝时间不

10、一致时, ,则可调整开挖和填筑进则可调整开挖和填筑进度度, ,或增设堆料场储备碴料或增设堆料场储备碴料, ,供填筑时使用。供填筑时使用。 在施工组织设计中在施工组织设计中,进行用料规划进行用料规划,对施工过程的每个对施工过程的每个阶段用料多少，采用哪些料场应有统一规划，对各料场开阶段用料多少，采用哪些料场应有统一规划，对各料场开采的程序应有统一部署。采的程序应有统一部署。不仅应使料场的总储量满足坝体不仅应使料场的总储量满足坝体总方量的要求总方量的要求,而且应满足施工各个阶段最大上坝强度而且应满足施工各个阶段最大上坝强度所需所需要的料场数量和开挖工作面要的料场数量和开挖工作面。 料场规划还应料场

11、规划还应区分区分主要料场和备用料场主要料场和备用料场，分别加以考分别加以考虑。虑。主要料场主要料场要求质好、量大、运距近要求质好、量大、运距近, ,且有利于常年开采且有利于常年开采; ;备用料场备用料场通常在淹没区外通常在淹没区外, ,当前者被淹没或因库区水位抬高当前者被淹没或因库区水位抬高, ,土料过湿或其它原因中断使用时土料过湿或其它原因中断使用时, ,则用备用料场保证坝体填则用备用料场保证坝体填筑不致中断。筑不致中断。 料场料场储量储量：应考虑料场查勘的精度、料场天然容重应考虑料场查勘的精度、料场天然容重与坝体压实容重的差异与坝体压实容重的差异,不合规格的土石料的剔除，不合规格的土石料的

12、剔除，以及以及开挖运输、坝面清理、返工削坡等损失。实际可开采总量开挖运输、坝面清理、返工削坡等损失。实际可开采总量与坝体填筑量之比一般为与坝体填筑量之比一般为:土料土料 2-2.5;砂砾料砂砾料 1.5-2.5；水水下砂砾料下砂砾料2-3;石料石料 1.5-2; 反滤料应根据筛后有效方量确定反滤料应根据筛后有效方量确定,一般不宜小于一般不宜小于3；备用料场的储量应为主要料场总储量的；备用料场的储量应为主要料场总储量的20-30%。二、料场的清理、排水 料场的清理和排水料场的清理和排水是料场作业的辅助作业。这些工作直是料场作业的辅助作业。这些工作直接影响采料的质量和接影响采料的质量和开开采的进度

13、采的进度。 料场清理料场清理包括包括：伐木、伐木、除草、剥去表层植土，对石料开除草、剥去表层植土，对石料开采还需清除剥离层等。采还需清除剥离层等。 料场排水料场排水对土料开采对土料开采有有重要重要影响影响。因为排水不良使开采。因为排水不良使开采的土料含水量过大的土料含水量过大,不能满足上坝用料的要求。为降低含水量不能满足上坝用料的要求。为降低含水量必须采取其它措施必须采取其它措施,这样既影响开采进度这样既影响开采进度,又额外增加施工费又额外增加施工费用。用。料场排水应采取截、排结合料场排水应采取截、排结合,以截为主的措施。以截为主的措施。对于地表水应在采料高程以上修筑截水沟加以在对于地表水应在

14、采料高程以上修筑截水沟加以在拦拦截。截。对于流入开采范围的地表水应挖纵横排水沟迅速排除。对于流入开采范围的地表水应挖纵横排水沟迅速排除。当地下水位太高当地下水位太高,为降低地下水位可在采区周围布置为降低地下水位可在采区周围布置井孔或井点。井孔或井点。第第3节节 土石料挖运方案土石料挖运方案 第第3 3节节 土石料挖运方案土石料挖运方案 土石坝工程施工土石坝工程施工挖、运、填的挖、运、填的工作量大工作量大, ,强度高强度高，各道工序，各道工序均由相互匹配的具有独特功能的工程机械来完成，构成均由相互匹配的具有独特功能的工程机械来完成，构成“一条一条龙龙”的生产工艺流程，称为的生产工艺流程，称为土石

15、坝的综合机械化施工土石坝的综合机械化施工。一、综合机械化的基本原则：在组织综合在组织综合机机械化施工中应遵循械化施工中应遵循以以下原下原则：则： 1 1、充分发挥主要机械的作用充分发挥主要机械的作用 主要机械主要机械是指对完成关键工序起主导作用的机械。充分发挥是指对完成关键工序起主导作用的机械。充分发挥它的作用它的作用, ,有利于加快施有利于加快施工进度，降低工程成本。工进度，降低工程成本。 例如在土石坝施工中用正向铲挖掘机采料，自卸汽车运输上例如在土石坝施工中用正向铲挖掘机采料，自卸汽车运输上坝，坝，推土机平土推土机平土, ,震震动动辗辗压压实实, ,刨毛机刨毛刨毛机刨毛, ,洒水车洒水进行

16、综合洒水车洒水进行综合机械化作业机械化作业, ,其中挖掘机是主要机械其中挖掘机是主要机械, ,一台挖掘机发生故障将导一台挖掘机发生故障将导致其它机械停工待料。致其它机械停工待料。 2 2、挖运机械的配套应根据机械的挖运机械的配套应根据机械的工作特点加于选择工作特点加于选择 连续式开挖机械一般应与连续式运输机械相配合，循环式开连续式开挖机械一般应与连续式运输机械相配合，循环式开挖机械一般应与循环式运输机械相配合。挖机械一般应与循环式运输机械相配合。 3 3、合理合理布置布置工作工作面面, ,充分发挥机械的工作效率充分发挥机械的工作效率, ,减少机械减少机械的转运时间的转运时间 要求创造良好的运输

17、条件，避免运输的干扰和故障。要求创造良好的运输条件，避免运输的干扰和故障。保保证运输线路有足够的通行能力证运输线路有足够的通行能力, ,提高运输工具的运输能力。提高运输工具的运输能力。应力求避免一环受阻应力求避免一环受阻, ,环环窝工。环环窝工。 二、挖运机械（一）挖掘机械（一）挖掘机械 按按构造及工作特点构造及工作特点分分, ,挖掘机挖掘机有有循环单斗式循环单斗式和和连续多斗式连续多斗式。单斗式单斗式挖掘机按其工作机构又分为：挖掘机按其工作机构又分为：正向铲、反向铲、索铲、正向铲、反向铲、索铲、抓铲抓铲（见下图（见下图) )。 单斗式挖掘机工作装置的类型单斗式挖掘机工作装置的类型 （a）正向

18、铲（）正向铲（b）反向铲（）反向铲（c）索铲（）索铲（d）抓铲）抓铲1、正向铲挖掘机：、正向铲挖掘机：正向铲正向铲挖掘机有挖掘机有回转、行驶和挖掘回转、行驶和挖掘三个装置。三个装置。 4 4、挖斗挖斗 5 5、斗齿斗齿 6 6、斗柄斗柄7 7、动臂过动臂过8 8、铰、铰 9 9、液压缸液压缸 正向铲是土方开正向铲是土方开挖工程中最常用的挖挖工程中最常用的挖掘机械。它具有强力掘机械。它具有强力的推力装置，能开挖的推力装置，能开挖各种坚硬土和破碎后各种坚硬土和破碎后的岩石，的岩石，适用于适用于挖掘挖掘停机地面以上的土石停机地面以上的土石方方, ,也可挖掘停机地也可挖掘停机地面以下不深的地方面以下不

19、深的地方。 正向铲通常与运输工具配合使用，常用的是自卸汽车。此正向铲通常与运输工具配合使用，常用的是自卸汽车。此时，它时，它与运输工具有两种配合方式与运输工具有两种配合方式： 1 1）侧向掌子）侧向掌子：因在挖方宽度较大，因在挖方宽度较大，运输工具停在正向运输工具停在正向铲一旁的同一平面铲一旁的同一平面上，上，或略高于正向或略高于正向铲的停机面上。这铲的停机面上。这种方式可使运输工种方式可使运输工具来往方便具来往方便, ,能较能较快停在装车位置快停在装车位置, ,容易发挥正向铲的容易发挥正向铲的生产能力。生产能力。 2 2）正向掌子正向掌子：因：因在挖方高度较大在挖方高度较大, ,运输工具停在

20、正向铲后运输工具停在正向铲后侧的同侧的同一一平面上。这种方式运输工具要倒车进入指定地点平面上。这种方式运输工具要倒车进入指定地点, ,且且正向铲装车的转角较正向铲装车的转角较大大, ,导致其生产率下降。导致其生产率下降。 2、反向铲挖掘机：、反向铲挖掘机： 适于开挖停机面以下土方（基坑、渠道、管沟），铲适于开挖停机面以下土方（基坑、渠道、管沟），铲土力较正铲小，只能挖土力较正铲小，只能挖-类土。类土。挖土方式挖土方式：端向开挖法（沟端开行）、：端向开挖法（沟端开行）、 侧向开挖法（沟侧开行）侧向开挖法（沟侧开行）3、拉铲（索铲）挖掘机、拉铲（索铲）挖掘机 最适于开挖水下土方及含水量大的土方最适

21、于开挖水下土方及含水量大的土方。挖掘半径、。挖掘半径、卸土半径、卸载高度较大，多用于渠道、基坑、水下砂卸土半径、卸载高度较大，多用于渠道、基坑、水下砂卵石的开挖。卵石的开挖。挖土方式挖土方式：沟端开挖法（沟端开行）、：沟端开挖法（沟端开行）、 沟侧开挖法（沟侧开行）沟侧开挖法（沟侧开行）4、抓铲挖掘机、抓铲挖掘机 靠其合瓣式铲斗自由下落的冲力切入土中后抓取土靠其合瓣式铲斗自由下落的冲力切入土中后抓取土料提升，回转后卸料。适于挖掘窄深基坑、深井中的水料提升，回转后卸料。适于挖掘窄深基坑、深井中的水下淤泥及砂卵石等松软土方。下淤泥及砂卵石等松软土方。5 5、多斗式挖掘机（有多个铲土斗）、多斗式挖掘

22、机（有多个铲土斗）适于陆上使用，生产率高。适于陆上使用，生产率高。 斗轮式挖掘机斗轮式挖掘机 1斗轮；斗轮；2机房；机房；3履带行驶机构；履带行驶机构；4壁式带式运输机壁式带式运输机斗轮式挖掘机斗轮式挖掘机 将链斗式挖掘机的工作机构装在特制的船上进行工作将链斗式挖掘机的工作机构装在特制的船上进行工作。其其构造较简单构造较简单, ,生产率高生产率高, ,可以进行水下挖取砂砾石。可以进行水下挖取砂砾石。采砂船采砂船 工作大梁工作大梁2 2上设上设有从动轮有从动轮4,4,砂斗砂斗3 3固固定在链条上定在链条上, ,随主动随主动轮轮5 5所带动的从动轮所带动的从动轮4 4而转动。砂斗不断而转动。砂斗不

23、断挖砂挖砂, ,上升至接砂斗上升至接砂斗6 6 的顶部时卸料的顶部时卸料, ,再再通过皮带机通过皮带机1010向船向船的任何一的任何一侧卸侧卸料。料。(二) 挖运组合机械 1 1、推土机推土机 以拖拉机为原动机以拖拉机为原动机械械, ,另加切土刀片的推另加切土刀片的推土器土器, ,既可薄层切土又既可薄层切土又能短距离推运。能短距离推运。有有固定固定式和万能式式和万能式, ,前者结构前者结构简单而牢固简单而牢固, ,应用普遍应用普遍, ,多用液压操作多用液压操作。右。右图为图为国产移山国产移山-120 -120 型推土型推土机的外形。机的外形。 若长距离推土若长距离推土, ,土料从推土器两侧散失

24、较多土料从推土器两侧散失较多, ,有效推土量有效推土量大为减少大为减少。推土机的经济运距为推土机的经济运距为60-10Om60-10Om。为了减少土料的为了减少土料的散失散失, ,可在推土器两侧加挡板可在推土器两侧加挡板, ,或先推成槽或先推成槽, ,然后在槽中推土然后在槽中推土, ,或多台并列推土。或多台并列推土。 能同时担负开挖、运输、卸土、铺能同时担负开挖、运输、卸土、铺土任务土任务，有推土机和铲运机。有推土机和铲运机。 2 2、铲运机铲运机 按行驶方式按行驶方式, ,铲运机分为铲运机分为牵引式和自行式牵引式和自行式。前者用拖拉机牵。前者用拖拉机牵引铲斗引铲斗, ,后者自身有行驶动力装置

25、。当今多用自行式后者自身有行驶动力装置。当今多用自行式, ,因其结构因其结构轻便轻便, ,可带较大的铲斗可带较大的铲斗, ,行驶速度高行驶速度高, ,多用低压轮胎多用低压轮胎, ,有较好的越有较好的越野性能。图野性能。图4-54-5是铲斗容量是铲斗容量7m7m3 3的国产的国产CL7CL7型自行式铲运机。型自行式铲运机。 铲运机的铲运机的经济运距经济运距与铲斗容量有关与铲斗容量有关, ,一般在几百米至几公里一般在几百米至几公里以内。大容量的扩运机要求牵引为大以内。大容量的扩运机要求牵引为大, ,运行的灵活性降低。运行的灵活性降低。 （a）装土）装土 （b）运土）运土 （c）卸土）卸土铲运车工作

26、示意图铲运车工作示意图(三) 运输机械 运输机械有运输机械有循环式和连续式循环式和连续式两种。两种。 1、循环式循环式有有:有轨机车和有轨机车和自卸自卸汽车汽车。自卸自卸汽车的吨位汽车的吨位一般一般在在10-35t, 汽车吨位大小应根据需要并结合路涵条件来考虑。汽车吨位大小应根据需要并结合路涵条件来考虑。 2 2、连续式、连续式: :最常用的连续运输机械是最常用的连续运输机械是带式运输机带式运输机。根。根据有无行驶装置据有无行驶装置, ,分为移动式和固定式分为移动式和固定式两种两种。前者多用于前者多用于短程运输和散体材料的装卸堆存短程运输和散体材料的装卸堆存。固定式常采用分段布置固定式常采用分

27、段布置, ,每段一般在每段一般在2020Om Om 以内。以内。 1皮带；皮带；2驱动鼓轮；驱动鼓轮；3张紧鼓轮；张紧鼓轮；4上托辊上托辊5机架；机架；6喂料器；喂料器；7卸料小车；卸料小车；8张紧重棰张紧重棰 优缺点：优缺点：带式带式运输运输机机不受地形限制不受地形限制, ,结构简单结构简单, ,运行方便运行方便灵活灵活, ,生产率很高。使用时应防止和减轻带的磨损、老化、生产率很高。使用时应防止和减轻带的磨损、老化、断裂。断裂。 固定带式运输机的构造图固定带式运输机的构造图 3 3、装载机装载机是一种短程装运结合的机械。常用的斗容量是一种短程装运结合的机械。常用的斗容量1-1-3m3m3 3

28、, , 运行灵活方便。运行灵活方便。 1装载斗装载斗2活动臂活动臂3油缸油缸4操作台操作台斗斗容量容量2m3的国产的国产ZL-40型装载机的外形尺寸图型装载机的外形尺寸图三、挖运设备的生产能力三、挖运设备的生产能力 要确定挖运机械设备的数量要确定挖运机械设备的数量, , 应掌握土石坝施工高峰时段应掌握土石坝施工高峰时段的施工强度的施工强度, ,确定选用设备的生产能力确定选用设备的生产能力（可根据有关产品手册可根据有关产品手册确定确定, ,也可以结合实际施工条件也可以结合实际施工条件, ,选定参数计算复核选定参数计算复核）。 1 1、挖掘机械挖掘机械 挖掘机挖掘机、装载机、装载机和和铲运铲运机机

29、的的生产能力生产能力P P（台班生产率）（台班生产率）可按下式确定可按下式确定： p= p= (m(m3 3/ /台班台班) ) V V铲铲斗的几何容积斗的几何容积 , ,m m3 3; ; T T台班工作时间；台班工作时间； K Kchch铲铲斗充盈系数斗充盈系数, ,表示实际装料容积与土斗几何容表示实际装料容积与土斗几何容积的比值积的比值; ;与挖掘机械及土质有关；与挖掘机械及土质有关；TVKchKtKkt K Kk k土的土的松散影响系数松散影响系数, ,系指挖后松土体积与挖前系指挖后松土体积与挖前实土实土体积体积的比值的比值, ,一般取一般取1.101.101.30;1.30; K K

30、t t时间利用系数时间利用系数, ,表示挖掘机工作日表示挖掘机工作日时时间利用程度间利用程度, ,挖掘机取挖掘机取0.70.7，装载机取，装载机取0.70.70.80.8，铲运机取，铲运机取0.650.650.75;0.75; t t每次作业循环时间每次作业循环时间，minmin 要提高挖掘机械的实际生产率要提高挖掘机械的实际生产率, ,必须提高循环式挖掘必须提高循环式挖掘机的循环次数机的循环次数, ,即缩短每一循环的工作时间。此外即缩短每一循环的工作时间。此外, ,当挖掘当挖掘松散土料时松散土料时, , 可更换较大的土斗以增大土斗容积可更换较大的土斗以增大土斗容积; ;加强机加强机械的现场维

31、修械的现场维修, ,合理布置掌子面合理布置掌子面, ,协调并改善回车和错车场协调并改善回车和错车场地地, ,改善挖运设备的配合等改善挖运设备的配合等, ,都将有利于提高挖掘机械的实都将有利于提高挖掘机械的实际生产率。际生产率。 机械需要量机械需要量N N计算计算: :N=QMP Q Q由由工程总进度决定的月开挖强度，工程总进度决定的月开挖强度， m3/月月; ; M M单机月工作台班数单机月工作台班数; ; P P单机台班生产率，单机台班生产率， m3/台班台班2 2、运输机械运输机械 (1) (1) 循环式运输机械数量循环式运输机械数量 n n 的确定的确定 Q QT T 运输强度运输强度(

32、 (一昼夜或一班运载的总方量一昼夜或一班运载的总方量) )；q q 运输机械装载的有效方量；运输机械装载的有效方量；T T1 1 一昼夜或一班的时间一昼夜或一班的时间,min;,min;T T2 2一昼夜或一班内运输工具的非工作时间一昼夜或一班内运输工具的非工作时间,min;,min;t t 运输工具周转一次的循环时间运输工具周转一次的循环时间,min,min。对于工地常用的汽对于工地常用的汽车、拖拉机车、拖拉机,t,t值为值为：t t1 1装车时间装车时间,min; t,min; t2 2卸车时间卸车时间,min; ,min; L L运运距距,km; V,km; V平均行驶速度平均行驶速度

33、,km/h,km/h。 则设昼夜或每班运输循环次数则设昼夜或每班运输循环次数m=（T1-T2）/t，生产，生产能力能力P PT T为：为：(2) (2) 连续带式运输机连续带式运输机 带式运输机的生产率带式运输机的生产率, ,取决于取决于带宽、带速及带上物料的带宽、带速及带上物料的装满程度装满程度。带的装满程度与带的形状、所装物料性质和运。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。若以实方计输机械布置的倾角有关。若以实方计, ,带式运输机的实际小带式运输机的实际小时生产率时生产率P PT T(m(m3 3/h)/h)可按下式计算可按下式计算 : : K K带形系数带形系数;

34、 ;对于平面带对于平面带,K=200;,K=200;对于槽形带对于槽形带,K=400,K=400；B B 带宽带宽,m;,m;v v带的运行速度带的运行速度,m/s, ,m/s, 通常可取通常可取1-2m/s1-2m/s；K KB B时间利用系数时间利用系数, ,可取可取0.75-0.850.75-0.85；K KH H充盈系数充盈系数, ,与装料特性和运载情况有关与装料特性和运载情况有关; ;砂土取砂土取0.85,0.85, 粘土取粘土取0.77,0.77,岩石取岩石取0.700.70； K Kd d土石粒径系数土石粒径系数；K Ka a倾角影响系数倾角影响系数。KP土的松散影响系数。土的松

35、散影响系数。四、挖运强度和挖运机械数量的确定 1 1、挖运强度的确定挖运强度的确定 土石坝施工的挖运强度取决于土石坝的上坝强度土石坝施工的挖运强度取决于土石坝的上坝强度, ,在施工组织设计中在施工组织设计中, ,一般根据施工进度计划各个阶段要求一般根据施工进度计划各个阶段要求完成的坝体方量来确定上坝和挖运强度完成的坝体方量来确定上坝和挖运强度。合理的施工组。合理的施工组织管理应有利于实现均衡生产织管理应有利于实现均衡生产, ,避免生产大起大落避免生产大起大落, ,使人使人力、机械设备不能充分利用力、机械设备不能充分利用, ,造成不必要的浪费。造成不必要的浪费。 上坝强度又取决于施工中的气象水文

36、条件、施工导上坝强度又取决于施工中的气象水文条件、施工导流方式、施工分期、工作面的大小、劳动力、机械设流方式、施工分期、工作面的大小、劳动力、机械设备、燃料动力供应情况等因素。对于大中型工程备、燃料动力供应情况等因素。对于大中型工程, ,平均日平均日上坝强度通常为上坝强度通常为1-3 1-3 万万m m3 3, ,高的达高的达 1010万万m m3 3左右左右。（1 1）上坝强度上坝强度Q QD D( m( m3 3/d) /d) 按下式计算按下式计算 : : VV分期完成的坝体设计方量分期完成的坝体设计方量, ,以压实方计以压实方计 ; ;K Ka a坝体坝体沉陷影响系数沉陷影响系数, ,可

37、取可取1.03-1.05;1.03-1.05;K K施工施工不均衡系数不均衡系数, ,可取可取1.2-1.35;1.2-1.35;K K1 1坝面作业坝面作业土料损失系数土料损失系数, ,可取可取0.9-0.95;0.9-0.95;T T施工分期时段的施工分期时段的有效工作日数有效工作日数，为该时段的总日数，为该时段的总日数扣除法定节假日和因雨停工日数。扣除法定节假日和因雨停工日数。 (2) (2) 运输强度运输强度Q QT T计算计算: : Kc Kc压实影响系数压实影响系数,Kc=,Kc=0 0/T T，0 0为坝体设计干为坝体设计干容容重重,t/m,t/m3 3,T T为土料运输的松散容

38、重为土料运输的松散容重, , t/mt/m3 3。 K K2 2运输损失系数运输损失系数, ,可取可取0.95-0.99, 0.95-0.99, 因土料性质及运因土料性质及运输方式而异。输方式而异。 (3) (3) 开挖强度开挖强度 QcQc的计算的计算： K KC C压实系数压实系数, ,为坝体设计干容重为坝体设计干容重0 0与料场土料天然与料场土料天然容重容重c c的比值的比值; ; K K3 3 土料开挖损失系数土料开挖损失系数, ,随土料特性和开挖方式而异随土料特性和开挖方式而异, ,一一般取几般取几 =0.920.97 =0.920.97 。 2 2、挖运机械数量的确定挖运机械数量的

39、确定 水利工程施工中水利工程施工中, ,采用采用正向铲与自卸汽车配合正向铲与自卸汽车配合是最普是最普遍的挖运方案。挖掘机的斗容量与自卸汽车的载重量为遍的挖运方案。挖掘机的斗容量与自卸汽车的载重量为满足工艺要求有个合理匹配关系满足工艺要求有个合理匹配关系, ,应通过计算应通过计算, ,复核所选复核所选挖掘机的挖掘机的装车斗数装车斗数m m（一般（一般3 35 5）。 Q Q自卸汽车的载重量自卸汽车的载重量,t,t；q q选定挖掘机的斗容量选定挖掘机的斗容量,m,m3 3；C C料场土的天然容重料场土的天然容重，t/mt/m3 3 ；K KH H挖掘机的挖掘机的土斗充盈系数土斗充盈系数; ; K

40、KP P土料的土料的松散影响系数松散影响系数。 1）装车斗数计算）装车斗数计算 挖掘机装一车所需斗数要适当挖掘机装一车所需斗数要适当： 若若m过大过大,说明所选挖掘机的斗容量偏小说明所选挖掘机的斗容量偏小,要求挖掘机要求挖掘机的数量太多的数量太多,汽车装车时间过长汽车装车时间过长,影响汽车运输能力的发挥影响汽车运输能力的发挥,相相应也影响挖掘机作用的发挥应也影响挖掘机作用的发挥,这时宜增大挖掘机的斗容量这时宜增大挖掘机的斗容量; 若若m过小过小,说明汽车的载重量偏小说明汽车的载重量偏小,需要汽车的数量过需要汽车的数量过多多,由于换车频繁由于换车频繁,候车时间过长候车时间过长,既影响挖掘机也影响

41、汽车运既影响挖掘机也影响汽车运输能力的发挥输能力的发挥,这时应适当增大汽车的载重量。这时应适当增大汽车的载重量。 通常应使一台挖掘机所需的汽车数通常应使一台挖掘机所需的汽车数n n所对应的生产能力略所对应的生产能力略大于此挖掘机的生产率大于此挖掘机的生产率, ,以充分发挥挖掘机的生产潜力以充分发挥挖掘机的生产潜力。 P Pa a P Pc c/n/nP Pa a 一辆汽车的生产率一辆汽车的生产率 ,m,m3 3/h/h；P Pc c 一台挖掘机的生产率一台挖掘机的生产率 ,m,m3 3/h /h 。满足高峰施工期上坝强度的满足高峰施工期上坝强度的挖掘机的数量挖掘机的数量应为应为 : : N N

42、C C=Q=QCmaxCmax/ P/ Pc c满足高峰施工期上坝强度的满足高峰施工期上坝强度的汽车总数汽车总数应为应为 : : N Na a=Q=QTmaxTmax/ P/ Pa a Q Qcmaxcmax、 Q QTmaxTmax分别为高峰施工期开挖及运输土料的最大分别为高峰施工期开挖及运输土料的最大小时强小时强度度(m(m3 3/h)/h)。2）挖掘机及汽车数量计算）挖掘机及汽车数量计算第第4节节 坝面作业坝面作业第第4节节 坝面作业坝面作业 在进行坝面作业以前在进行坝面作业以前, ,需要进行需要进行坝基清理、基础处理、坝坝基清理、基础处理、坝肩削坡等准备作业肩削坡等准备作业。它包括如下

43、工作。它包括如下工作： 清除坝基范围灌木、杂草、树根、砖头瓦块、乱石松清除坝基范围灌木、杂草、树根、砖头瓦块、乱石松石、以及有机物含量大于石、以及有机物含量大于 1% 、可溶盐大于、可溶盐大于2% 的浮表土的浮表土； 天然容重小于天然容重小于1.48的细砂、粉砂容易引起基础的细砂、粉砂容易引起基础“液液化化 ”, 也应全部清除也应全部清除； 对对岩石岩石基础基础,应进行岩石清理应进行岩石清理,将浮碴、浮土冲洗清除将浮碴、浮土冲洗清除干净干净； 做好基础的防渗处理等。做好基础的防渗处理等。当基础开挖和处理基本完成当基础开挖和处理基本完成后，就可以进行坝体的铺填、压实施工。后，就可以进行坝体的铺填

44、、压实施工。 流水作业法施工时流水作业法施工时, ,首先根据施工工序数目将坝面划分首先根据施工工序数目将坝面划分成段成段, , 组织各工种的专业组织各工种的专业工作队进入所划分的工段施工。工作队进入所划分的工段施工。这样这样, ,对同一工段而言对同一工段而言, ,各专业队按工序依次连续施工各专业队按工序依次连续施工; ;对各对各专业施工队而言专业施工队而言, , 依次不停地在各工段完成固定的专业工依次不停地在各工段完成固定的专业工作。其结果是实现了施工专业化作。其结果是实现了施工专业化, ,有利于工人熟练程度的提有利于工人熟练程度的提高。同时高。同时, ,各工段都有专业队使用固定的施工机具各工

45、段都有专业队使用固定的施工机具, ,从而保从而保证施工过程人、机、地三不闲证施工过程人、机、地三不闲, , 避免施工干扰避免施工干扰, ,有利于坝面有利于坝面作业多、快、好、省、安全地进行。作业多、快、好、省、安全地进行。 一、坝面作业的施工组织规划 土石坝施工土石坝施工坝面作业的坝面作业的施工施工程序程序包括包括铺铺土、土、平土、洒水、平土、洒水、压实压实（对于粘性土料采（对于粘性土料采用平辗压实用平辗压实, ,压压实后铺土前尚应刨毛实后铺土前尚应刨毛以保以保证证上下土层的层间结合良好上下土层的层间结合良好）、质检质检等工序等工序。坝面作业坝面作业的施工的施工特点特点在于在于工作面狭窄、工序

46、多、机械设备工作面狭窄、工序多、机械设备多，多，没有良没有良好的好的施工组织施工组织将将导致施工干扰导致施工干扰, ,影响影响施工质量施工质量, ,引起引起窝工窝工, ,造造成人力设备的浪费成人力设备的浪费, ,延误施工进延误施工进度。度。通常采用通常采用流水作业法组流水作业法组织坝面施工织坝面施工。 如右图，如右图，将将坝面作业划坝面作业划分分四道工序四道工序（铺土、平土铺土、平土洒水、压实、洒水、压实、刨毛质检刨毛质检）, , 将坝面至少划将坝面至少划分成四个相互分成四个相互平行的平行的工段工段。在同一时间内在同一时间内, ,四个工段均有四个工段均有一个专业队完一个专业队完成一道工序成一道

47、工序, ,各专业队依次各专业队依次流水作业。流水作业。 坝面流水作业示意图坝面流水作业示意图 a填土；填土；b平土洒水；平土洒水；c压实；压实；d刨毛质检刨毛质检 正确划分工段是组织流水作业的前提正确划分工段是组织流水作业的前提, ,分段数分段数取决于每个工取决于每个工段的面积段的面积（取决于（取决于各施工时段的上坝强度各施工时段的上坝强度）, ,以及不同高程坝面以及不同高程坝面面积的大小。面积的大小。 各施工阶段的上坝强度，可根据施工进度计划，确定各施工各施工阶段的上坝强度，可根据施工进度计划，确定各施工阶段要完成的阶段要完成的坝体工程量坝体工程量和相应施工时段的和相应施工时段的有效工作日有

48、效工作日求得：求得：Q QD D=V/nsc=V/nsc V V某施工时段计划要求完成的坝体松土方量（米某施工时段计划要求完成的坝体松土方量（米3 3）；）； n n工作月数；工作月数； s s每月的有效工作日数；每月的有效工作日数； c c每天的工作班数。每天的工作班数。工段数目工段数目m m可按下式计算可按下式计算 : : m=Wm=WD D/W/WB B 其中其中W WB B= Q= QD D/h/hW WD D坝体某一高程工作面面积坝体某一高程工作面面积, ,可根据施工进度按图确定可根据施工进度按图确定,m,m2 2；W WB B每每一一工作时段的铺土面积工作时段的铺土面积,m,m2

49、2; ;h h根据压实试验确定的每层铺土厚度根据压实试验确定的每层铺土厚度,m ,m 。 若若以以mm为流水作业工序数为流水作业工序数,m,m为每层工段数为每层工段数, ,二者的大小关系二者的大小关系反映流水作业的组织情况反映流水作业的组织情况。 当当m= m, m= m, 表示流水工段数等于流水工序数表示流水工段数等于流水工序数, ,有条件使流有条件使流水作业在人、机、地三不闲的情况下进行水作业在人、机、地三不闲的情况下进行; ; 当当 m m,m m,表示流水工段数大于流水工序数表示流水工段数大于流水工序数, ,这样流水作这样流水作业在业在“地闲地闲”而人和机械不闲的情况下进行而人和机械不

50、闲的情况下进行; ; 当当m m, m m, 表示流水工段数小于流水工序数表示流水工段数小于流水工序数, ,表明人、机表明人、机闲置闲置, ,流流水作业无法正常进行水作业无法正常进行, ,这种情况应予避免。这种情况应予避免。 出现出现第三种第三种情况是由于坝面升高、工作面减小或划分流水工情况是由于坝面升高、工作面减小或划分流水工序序( (即划分专业队即划分专业队) )过过多所致。要增多流水工段数多所致。要增多流水工段数m,m,可通过缩短可通过缩短流水单位时间流水单位时间, ,或降低上坝强度或降低上坝强度Q QD D, ,减少减少单位单位时间的铺土面积时间的铺土面积W WB B来解决。另一条途径

51、是减少流水工序数目来解决。另一条途径是减少流水工序数目m, m, 合并某些工序合并某些工序, ,例如例如将将铺土、平土洒水、压实和质检刨毛四道工序铺土、平土洒水、压实和质检刨毛四道工序, ,合并为三道合并为三道工序工序, ,如可将前两道工序合并如可将前两道工序合并为为铺土平土洒水一道工序。铺土平土洒水一道工序。 坝面作业是保证坝体施工质量的重要一环，要求每道工序坝面作业是保证坝体施工质量的重要一环，要求每道工序把好质量关。把好质量关。 铺土铺土宜平行坝轴线进行宜平行坝轴线进行, ,铺土厚度要匀铺土厚度要匀, ,超径不合格的超径不合格的土块应打碎土块应打碎, ,石块、杂物石块、杂物应剔应剔除。除

52、。 进入进入防渗体内铺土防渗体内铺土, ,自卸汽车卸料宜用自卸汽车卸料宜用进占法进占法倒退铺土倒退铺土, ,使汽车始终在松土上行驶使汽车始终在松土上行驶, ,避避免在压实土层上开行免在压实土层上开行, ,造成造成超超压压, ,引起剪力破坏。汽车穿越反滤层进入防渗体引起剪力破坏。汽车穿越反滤层进入防渗体, , 容易容易将反将反滤料带入防渗体内滤料带入防渗体内, ,造成防渗土料与反滤料混杂造成防渗土料与反滤料混杂, ,影响坝体影响坝体质量质量。一般在坝面每隔。一般在坝面每隔40-6040-60米设专用米设专用“路口路口”，每填筑二，每填筑二三层换一次三层换一次“路口路口”位置，这样既可防止超压产生

53、剪切破位置，这样既可防止超压产生剪切破坏，也便于集中处理。坏，也便于集中处理。 按设计厚度铺土平土按设计厚度铺土平土是保证压实质量的关键。采用带是保证压实质量的关键。采用带式运输机或自卸汽车上坝式运输机或自卸汽车上坝, ,卸料卸料集中集中，为保证铺土均匀为保证铺土均匀, ,需需用推土机或平土机散料平土。国内不少工地采用用推土机或平土机散料平土。国内不少工地采用“算方上算方上料、定点卸料、随卸随平、定机定人、铺平把关料、定点卸料、随卸随平、定机定人、铺平把关, ,插杆检查插杆检查”的措施的措施, ,使平散工作做到控制有方，检查及时。使平散工作做到控制有方，检查及时。铺填应铺填应平整平整, ,避免

54、降雨积水。避免降雨积水。 坝面填土压实坝面填土压实是按设计和试验确定的填土厚度、压实机是按设计和试验确定的填土厚度、压实机械重量、压实遍数，在规定的土料含水量的情况下进行的。械重量、压实遍数，在规定的土料含水量的情况下进行的。对于汽车上坝或光面压实机具压实的土层对于汽车上坝或光面压实机具压实的土层, ,应刨毛处理应刨毛处理, ,以利以利层间结合。通常刨毛深度层间结合。通常刨毛深度3-53-5cmcm。 粘性土料含水量偏低粘性土料含水量偏低, ,主要应在料场加水主要应在料场加水, ,若需在坝面若需在坝面加水加水, ,应力求应力求 少、勤、匀少、勤、匀 以保证压实效果。对非粘性土料以保证压实效果。

55、对非粘性土料, ,为防止运输过程脱水过量为防止运输过程脱水过量, ,加水工作主要在坝面进行。石碴加水工作主要在坝面进行。石碴料和砂砾料压实前应充分加水料和砂砾料压实前应充分加水, ,确保压实质量。确保压实质量。 二、土料压实的基本理论 土石坝在外水压力、地震力、自重、孔隙水压力等内外荷土石坝在外水压力、地震力、自重、孔隙水压力等内外荷载的作用下载的作用下, ,对填方的稳定性和防渗性要求较高。而对填方的稳定性和防渗性要求较高。而填方的自填方的自身稳定主要靠土料内部的阻力身稳定主要靠土料内部的阻力（内摩擦力和凝聚力内摩擦力和凝聚力）来维持来维持的的。土料的内摩擦力、凝聚力以及土料的防渗性能都与土料

56、。土料的内摩擦力、凝聚力以及土料的防渗性能都与土料的的密实度密实度密切相关密切相关，它们都是随着填土密实度的增大而提高它们都是随着填土密实度的增大而提高的的。例如将例如将干干容重为容重为1.41.4的砂壤土压实后的砂壤土压实后干干容重提高到容重提高到1.7,1.7,其其抗压强度可提高抗压强度可提高4 4倍倍, ,其渗透系数将降低其渗透系数将降低20002000倍。所以土石坝倍。所以土石坝填土的压实不仅大大增强了防渗性能填土的压实不仅大大增强了防渗性能, ,而且由于自身稳定性的而且由于自身稳定性的增强增强, ,可以加陡设计边坡可以加陡设计边坡, ,节约节约工程投资工程投资, ,加快施工进度加快施

57、工进度。 由于土由于土料料是是三相体三相体, ,即由固相的土壤颗粒、即由固相的土壤颗粒、液液相的水和气相的水和气相的空气组成。土料压卖过程中相的空气组成。土料压卖过程中, ,土壤颗粒和水是不会被压缩土壤颗粒和水是不会被压缩的。所以的。所以土土料压实的实质料压实的实质就是就是将水包袤的土壤颗粒挤压填充将水包袤的土壤颗粒挤压填充到到土粒土粒间间的空隙里的空隙里,从而排走空气占有的空间从而排走空气占有的空间,使土料的使土料的孔孔隙率隙率减小减小,密实度提高。所以土料的压实的过程密实度提高。所以土料的压实的过程,就是外荷载作用下就是外荷载作用下将组成土料的三相重新组合的过程。将组成土料的三相重新组合的

58、过程。 土料压实的土料压实的水膜理论水膜理论揭示揭示了了土料的含水量、土壤性质、土料的含水量、土壤性质、压实功能的大小对土料压实的影响的内在联系和规律压实功能的大小对土料压实的影响的内在联系和规律。该理该理诠认为诠认为土料中的水呈两种状态土料中的水呈两种状态：一种是服从液体规律的一种是服从液体规律的自由自由水水, ,另一种是包裹在土粒表面的另一种是包裹在土粒表面的弹性水膜弹性水膜。由于由于土粒表面的土粒表面的物理化学电分子力的作用物理化学电分子力的作用, ,使这层使这层弹性水膜类似固体的弹性水膜类似固体的性质性质, , 具有特殊的粘滞性、抗剪性和弹性极限具有特殊的粘滞性、抗剪性和弹性极限。这层

59、水膜愈薄这种。这层水膜愈薄这种特性愈显著。随着水膜的增厚土粒表面的电分子力的控制作特性愈显著。随着水膜的增厚土粒表面的电分子力的控制作用减弱用减弱, ,从而使这些性能迅速丧失。当水膜增加到某一厚度从而使这些性能迅速丧失。当水膜增加到某一厚度, ,它的抗剪性降低到零。在这个厚度以外的水不受土粒表面电它的抗剪性降低到零。在这个厚度以外的水不受土粒表面电分子力的束缚呈自由状态称分子力的束缚呈自由状态称自由水自由水。而这个厚度范围以内的。而这个厚度范围以内的水水, ,由于受土粒表面电分子力的束缚作用由于受土粒表面电分子力的束缚作用, ,故称故称束缚水束缚水。 土料压实过程中土料压实过程中, ,只有只有

60、自由水才产生润滑作用自由水才产生润滑作用。而受束而受束缚的缚的弹性弹性水膜具有抗剪性水膜具有抗剪性, ,构成构成土粒间相互位移的阻力。土粒间相互位移的阻力。水水膜理论膜理论从这个观点出发从这个观点出发, ,解释含水量解释含水量对对各种各种土土料压实特性的料压实特性的影响。影响。 1、水膜理论水膜理论 当土当土料含水量越过料含水量越过最最优含水量时优含水量时, ,土料土料逐渐逐渐饱和饱和, ,随着随着自由水的增多自由水的增多, ,束缚束缚水的电分子水的电分子力作用消失力作用消失, ,土粒间的粘结土粒间的粘结力和摩擦力也逐步消失。土粒间的滑润作用良好力和摩擦力也逐步消失。土粒间的滑润作用良好, ,