土石坝工程概述

第四章土石坝工程

土石坝包括碾压式土坝、堆石坝和土石混合坝，是一种充分利用当地材料的坝型。

根据施工方法的不同，可分：

干填碾压、水中填土、水力冲填（包括水坠坝）和定向爆破修筑等。以碾压式土石坝最多。

第四章土石坝工程

碾压式土石坝的施工包括准备作业、基本作业、辅助作业和附加作业。

准备作业：四通一平，架设通讯线路，修建生产、生活、办公用房、排水清基等。

基本作业：料场土石料开采，挖、装、运、卸和坝面铺平、压实、质检。

辅助作业：清除施工场地及料场的覆盖，从上坝土料中剔除超径石块、杂物，坝面排水、层间刨毛和加水等。

附加作业：坝坡修整，铺砌护面块石及铺植草皮等。第一节坝体材料与料场规划一、土石坝（当地材料坝）筑坝材料及其要求在选坝阶段应从空间与时间、质与量等方面进行全面规划。料场土料的储量一般要求是设计工程量的1.5～2.0倍，并要求提供备用料场。粘性土料采用钻探或坑探取样。砾石类土用坑探取样，布孔间距50～100m。防渗料的勘探要仔细按深度查明天然含水量。堆石料的勘探可以采用钻探及洞探。

⒈防渗料

防渗性：渗透系数不大于1×10-5cm/s时，一般即可满足要求。

施工性：土料的天然含水量在最优含水量附近，无影响压实的超径材料，压实后的坝面有较高的承载力。

抗剪强度，渗流稳定性，低压缩性⒉坝壳料

工程实践中，堆石、砂砾石及风化料等均可作为坝壳料。堆石:按其型式可分为抛填、分层碾压、手工干砌石、机械干砌石等；

按其材料及来源可分为采石场玄武岩、变质安山岩、砂岩、砾岩、采石场花岗岩、片麻岩、石灰岩、冲积的漂卵石、石渣料等。堆石是最好的筑坝材料，现广泛用于高土石坝的坝壳料。砂砾石:

碾压砂砾石压缩性低，抗剪强度高，但易冲蚀、易管涌。需加强渗流控制措施。风化料:

属于抗压强度小于30MPa的软岩类，往往存在湿陷

问题。需压实到最大密度，填筑含水量必须大于湿陷含水量。⒊反滤料反滤料一般要满足坚固度要求，一般采用混凝土砂石料生产系统生产，也可由天然砂砾石经筛分生产。二、料场规划的原则

料场的合理规划与使用关系到坝体的施工质量、工期和工程投资，而且还会影响到工程的生态环境和国民经济其他部门。施工前应从空间、时间、质与量等方面进行全面规划。空间规划，系指对料场位置、高程的恰当选择，合理布置。

1．高程上有利于重车下坡，低料低用，高料高用；

2．易于排除地面水和地下水；

3．坝的上下游、左右岸最好都选有料场；

4．近料场不应因取料影响坝的防渗稳定和上坝运输。时间规划，是要考虑施工强度和坝体填筑部位的变化，随季节及坝前蓄水情况的变化，料场的工作条件在变化。

1．近料先用，远料后用；

2．上游易淹的料场先用，下游不易淹的料场后用；

3．含水量高的料场旱季用，含水量低的料场雨季用；

4．上坝强度高时用近料场，低时用较远的料场。

料场质与量的规划，应对地质成因、产状、埋深、储量以及各种物理力学指标进行全面勘探和试验。不仅应使料场的总储量满足坝体总方量的要求，而且应满足施工各个阶段最大上坝强度的要求。主要料场，质好、量大、运距近，且有利于常年开采；备用料场通常在淹没区外，做主要料场之备用。主要料场备用料场料场体积比坝体体积大的原因

1．大坝比重比料场土料比重大；

2．料场中的废料要挖除；

3．开挖、运输、填筑、削坡的损耗；

4．施工道路、废料占地不能开采；

5．施工中如遇雨天，要将填好的土料挖除。

料尽其用，充分利用永久和临时建筑物基础开挖碴料是土石坝料场规划的又一重要原则，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。为了紧缩坝体设计断面和充分利用碴料，采用人工筛分控制填料的级配。料场规划还应对主要料场和备用料场分别加以考虑。在规划料场时，实际可开采总量与坝体填筑量之比一般为：土料2～2．5；砂砾料1．5～2；水下砂砾料2～3；石料1．5～2；反滤料应根据筛后有效方量确定，一般不宜小于3。料场选择还应与施工总体布置结合考虑，应根据运输方式、强度来研究运输线路的规划和装料面的布置。三、料场优化的基本方法

既有大量开挖，又有大量填筑。

土石方平衡的原则：充分而合理地利用建筑物开挖料。

1．填挖料平衡计算

2．土石方调度优化

3．弃料处理土石方工程量的计算土方工程施工前应进行挖、填方的平衡计算，综合考虑土方运距最短、运程合理和各个工程项目的合理施工顺序等，做好土方平衡调配，减少重复挖运。同时，土方平衡调配应尽可能与施工总体规划相结合将余土一次性运送到指定弃土场。附：土石方量计算的基本方法土石方量计算的基本方法主要有平均高度法和平均断面法两种。1.平均高度法（1）四方棱柱体法四方棱柱体法，是将施工区域划分为若干个边长为a的方格网，每个方格网的土方体积V等于底面积a2乘四个角点高度的平均值，即（2）三角棱柱体法。三角棱柱体法，是将每一个方格顺地形的等高线沿对角线划分成两个三角形，然后分别计算每一个三角棱柱体的土方量。(a)全挖或全填(b)有填有挖当三角形为全挖或全填时方格类别计算图形计算公式全挖(全填)半挖半填三挖一填(三填一挖)注：①表中a为方格边长，b、c为计算图形相应的两个边长；②h1、h2、h3、h4分别为方格各角点的施工高度；③Σh为各计算图形相应的挖方或填方的施工高度总和，用绝对值代入；④V为挖方或填方的体积(m3)。

三个角挖(或填)当三角形有填有挖时，则其零线将三角形分成两部分，底面为三角形的锥体：底面为四边形的楔体：简化计算：2.平均断面法

平均断面法，可按近似公式和较精确的公式进行计算。平均断面法

（1）近似计算：（2）较精确计算：

式中V——土方体积(m3)；

F1,F2——两端的断面面积(m2)

F0——L/2处的断面面积(m2)。

附：场地平整1.场地设计标高H0的确定场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，也是总图规划和竖向设计的依据。合理地确定场地的设计标高，对减少土方量和加速工程进度均具有重要的意义。当场地设计标高为H0时，填挖方基本平衡，可将土方移挖作填，就地处理；当设计标高为H1时，填方大大超过挖方，则需要从场外大量取土回填；当设计标高为H2时，挖方大大超过填方，则需要向场外大量弃土。场地不同设计标高的比较

如场地设计标高无其他特殊要求时，则可根据填挖土方量平衡的原则加以确定，即场地内土方的绝对体积在平整前和平整后相等。其步骤如下：因此，在确定场地设计标高时，应结合现场的具体条件反复进行技术经济比较，选择其中一个最优的方案。其原则是：（1）应满足生产工艺和运输的要求；（2）充分利用地形，分区或分台阶布置，分别确定不同的设计标高；（3）使挖填平衡，土方量最少；（4）要有一定泄水坡度(≥2‰)，使能满足排水要求；（5）要考虑最高洪水位的影响。（1）在地形图上将施工区域划分成边长为10～50m的若干个方格网。（2）确定各小方格角点的高程，其方法：可用水准仪测量；或根据地形图上相邻两等高线的高程，用插入法求得；H13＝251.70。场地设计标高计算图（3）按填挖方平衡确定设计标高H0

4—自然地面与设计标高平面的交线（零线）

a）地形图上划分方格；b）设计标高示意图1—等高线；2—自然地面；3—设计标高平面；

场地设计标高计算简图式中：H0——场地设计标高的初步计算值（m）；a——方格边长（m）；

N——方格个数；

H11……H22——任一方格的四个角点的标高。因为场地平整前后，土方量相等从上图可知，H11系一个方格的角点标高，H12和H21均系两个方格公共角点，

它们分别在上式中要加一次、二次、

四次。因此，上式直接可改写成下列形式(1)土的可松性影响。由于土具有可松性，一般填土会有多余，需相应地提高设计标高。(2)

场内挖方和填方的影响。由于场地内大型基坑挖出的土方、修筑路堤填高的土方，以及从经济观点出发，将部分挖方就近弃于场外，将部分填方就近取土于场外等，均会引起挖填土方量的变化。必要时亦需调整设计标高。(3)泄水坡度的影响。当按调整后的同一设计标高H0进行场地平整时，则整个地表面均处于同一水平面；但实际上由于排水的要求，场地表面需有一定的泄水坡度。因此，还得根据场地泄水坡度的要求(单面泄水或双面泄水)，计算出场地内各方格角点实际施工所用的设计标高。2.场地设计标高H0的调整原计划所得的场地设计标高H0仅为一理论值，实际上，还需考虑以下因素进行调整。例题某建幼筑场洒地地戏形图宣和方芝格网(边长a=20克.0宪m)布置如影图所示分。土壤卸为二类药土，场掠地地面姜泄水坡野度熊，坏。试息确定场乎地设计舱标高(不考虑袜土的可才松性影访响，余利土加宽座边坡)，计算安各方格沸挖、填践土方工匀程量。解：(1孤)计算场兔地设计绪标高(2和)根据滚泄水替坡度姑计算舒各方肺格角椒点的返设计跪标高以场地挎中心点(几何中迫心o)为宫，由式槐得各角到点设计裹标高为刮：其余止各角浩点设组计标固高均蹲可求疤出。(3锡)计算医各角陵点的稀施工西高度赵得庸各角阻点的脏施工洞高度(以“+”为填方亡，“-”为挖短方)：各角揪点施宫工高炭度。(4连)确定“本零线”承，即挖听、填方锈的分界厨线确定穿零点差的位田置，吵将相蚕邻边晶线上滥的零姑点相浙连，侍即为肆“零蛾线”辅。货如1-5线上：，即零枝点距角毒点1的距离面为0.评67梁m。(5)计算要各方词格土习方工摄程量(以“+”为填方于，“-”为挖方)①全填耳或全易挖方耽格：(+)(+悟)(+)(-判)②三填一乐挖或三刊挖一填呀方格，稼由式(2谱.1积3)：(+赔)(-)(-杰)(+)(+)(-)将计算淡出的各窜方格土童方工程价量按挖唯、填方杜分别相王加，得腰场地土警方工程煌量总计止：挖方：50率3.三92坦m晶3填方：504饮.26绘m3挖方惊、填芦方基雨本平凡衡。第二扣节移土石跪料的漆开挖澡与运坐输一、土悠石料的的开采与著加工料场烦开采忧前的晌准备吴工作略：划委定料血场范旦围；艺分期柿分区闲清理鲁覆盖激层；栏设置揭排水益系统隔；修液建施屡工道影路；席修建摄辅助虽设施爽。1．土料的悦开采土料开焰采一般之有立采落和平采纪两种。佣立遇面开采勾方法适过用于土层较锤厚，天蕉然含钻水量悉接近座填筑渠含水直量，土料层爪次较多，各氧层土脱质差跟异较都大时环。皮平价面开世采方叼法适残用于土层社较薄，土靠料层次少且相科对均灵质、莫天然霞含水隐量偏凝高需漠翻晒锋减水旬的情逝况下乐，宜苦采用答。贫规划系中应毫将料朽场划券分成仗数区灯，进涨行流水作笼业。2．土料猾加工包括：调整土扩料含水职量、掺裂合、超惜径料处夕理降低土幼料含水猛量的方晨法有挖涌装运卸沙中的自炼然蒸发婆、翻晒早、掺料富、烘烤士等方法我。警提高土心料含水靠量的方说法有在绑料场加袄水，料拔堆加水铃，在开肝挖、装管料、运而输过程痕中加水界。3．砂砾给石料阵和堆童石料辫开采砂砾尘石料腿开采混陆疗上开坦采：胖一般欺挖运慢设备雀即可庙。啦水侄下开潜采：撇采用柿采砂喉船和光索铲内开采很。当昂水下怀开采秋砂砾舰石料疼含水槐量高善时，奶需加逗以堆来放排贤水。块石料中开采：屑结合唐建筑物检开挖或颂由石料场开采馋，开欺采的滴布置滥要形押成多减工作击面流吃水作贷业方挂式。友开采帖方法良一般采用深悔孔梯段页爆破，特绢定目的朝使用洞寺室爆破吃。4．超径处胁理超径历块石减料的则处理膀方法闪主要弯有浅孔览爆破藏法和机械花破碎鱼法两种趟。赛浅孔伞爆破爱法：孔指采袜用手持式斥风动凿彻岩机对超旋径石赶进行男钻孔坏爆破即。肆机械酸破碎脸法：现指采浩用风贸动和欧振冲肿破石测、锤聪破碎润超径规块石滥，也洲可利罢用吊促车起灭吊重敞锤，携利用双重锤袜自由脾下落鸡破碎茅超径胶块石仆。二、忙挖运而机械（一）拴挖掘辟机械单斗式虑挖掘机多斗泊式挖属掘机（二）去挖运敬组合机窜械能同杏时担舱负开学挖、拼运输痕、卸跃土、瓦铺土叉任务址的有闭推土革机和户铲运括机。（三）提运输敲机械自卸汽腐车带式运渣输机加长臂民反铲式纤挖土机三、土艇石料开塌挖运输奇方案土石罗料的谣开挖峡运输姐，是甩保证伶土石遣料上置坝强摘度的粱重要掌环节承。开挖运葵输方案些主要根椒据坝体地结构布丛置特点原、坝料供性质、金填筑强俗度、料勤场特性兵、运距告远近、锈可供选惨择的机菌械设备归型号等皂多种因卵素，综臂合分析粗比较确万定。坝料救的开浇挖运乡丰输方闭案很民多，刊但无谊论采狠用何疯种方顿案，杰都应结合工禁程施工耀的具体覆条件，雪提高演机械利饲用率；减少箱坝料至的转倡运次趁数；各种坝烦料铺筑何方法及紫设备应歼尽量一助致，减述少辅助熟设施；充分利傲用地形茂条件，虏统筹规决划和布帆置。三、土援石料开损挖运输炉方案（1）正悉向铲开促挖，自冰卸汽车育运输上触坝（2）正诵向铲开城挖，带荣式运输俱机运输服上坝（3）娇斗轮机式挖危掘机用开挖城，带覆式运河输机应运输杂，转偿自卸痰汽车曾上坝（4）采吓砂船开研挖，有逮轨机车暖运输，堤转带式寸运输机绕（或自出卸汽车深）上坝第三节坝体隙填筑睬与压距实当基纠础开罪挖和坦基础上处理彩基本睁完成丝式后，坛就可助进行怜坝体咬的铺刊筑、店压实眼施工率。一、土港石坝坝佩面作业脑施工组嫌织规划仿土牵石坝坝欺面作业盐施工程灭序包括卸料、趋铺料、崖洒水、织压实、来质检等工根作。邻坝勇面作嚷业，钳工作誉面狭雷窄，茶工种社多，灿工序怎多，径机械龙设备伯多，怜施工两时需却有妥服善的虚施工僻组织蜡规划析。为避免法坝面施泛工中的冈干扰，袭延误施浅工进度气，土石摩坝坝面倒作业宜踪蝶采用流水投作业施工葱。分段流隐水作业元程序（根据爸工序河数n对坝面舍分段，崇工段数m，）1.工段旗数与哗工序拌数的遭关系m=挤n，工需段数顺与工旅序数级相等特，人息、机同、地柄不闲姜；m>n，工段希数大于幼工序数斤，人、脾机不闲续，地闲警；m<n，工段牵数小于券工序数移，人、顺机闲，师地不闲咸，流水凑作业不与能正常挨进行。2．拟晴定流榆水作蛙业程渗序①裙拟定续工序狡数目n

②拟定流报水作业翠单位时写间t（h）：t=α悬T/nT——一个努班内德有效糠工作兆时间根，h/班；n——工序晶数；α——同一工柿段各工班序循环销一次所帽用的班润数，一编般1～1.5。③计喊算工作体段面积ω=qt/机hTq—引—坝体银填筑秤相应逃高程畏的松蹦土上街坝m3/班绿；h—傍—每层铺页松土厚欢度；④烂计算伞工段卷数目m=S将/ωS——坝体东相应决高程炸的填艺筑面末积m3卸料肺和铺鞋料通常传采用直自卸累汽车遮、胶洗带机玻卸料故，由妙推土喷机平底铺成爬要求器的厚隐度。主要有进占竟法，馆后退珠法，植综合驰法。二．结惩合部位碰施工坝基闪结合抵面，觉与岸鲁坡及手砼，许坝体鸭纵横诵向接抖坡及织接缝1．坝基睬结合面对于基衔础部位次的填土折，一般杰用薄层元、轻碾虾的方法颤，不允活许用重妙型夯或窑重型碾纺。不同桥地基的热处理：震①粘证性土、洁砾质土集坝基，沟应将其息表层含水量慎调节至鼠施工含此水量上默限范围，用于饭防渗土其料相同收的碾压乏参数压疏实，然昨后刨毛钉深3～5c等m，再逗铺土永压实烫。弯②非狐粘性完土地仪基应先米压实，再喘铺第锈一层桂土料障，含锦水量虑为施湿工含原水量君的上抹限，钻采用鸭轻型版机械踪蝶碾压员，压桑实表倡面密方度可长略低弟于设需计要稍求。修③络岩基袖，应虽先把翻局部仓凹凸象不平遵的岩石耳修整，封闭肆岩基表爆面节理化、裂缝辜。若岩胸基干燥威可适当玻洒水并尖使用含矿水量略嫂高的土邮料，岩折基凹陷谨处应用级人工填臭土夯实守。无论何纯种坝基猛，当填快筑厚度季达2m后才料可使涌用重秀型机版械。2．与岸晓坡及砼普建筑物克结合面①填似土前，姜先将结燃合面的心污物冲洗，清托除松济动岩衔石，矿在结至合面叠上洒水料湿润，边便涂刷诉一层权厚约5c送m的浓粘档土浆或拘浓水泥虽粘土浆惭或水泥际砂浆，密边涂刷初边铺土钻边碾压渣；②防糕渗体与喇岸坡结贩合处，锐宽度1.娃5～2.怕0m范围惧内或寻边角狗处不萝得使啊用羊燥角碾沸、夯跃板等支重型肿机械舰，并决保证搏坝体四碾压稻搭接芬宽度1m以上欢；③元混凝份土齿垦墙或屋坝下怠埋管蛙两侧残及顶竖部0.5酸m范围米内填膛土，斑必须膨用小生型机螺具压它实；④岸罩坡、混腔凝土与协砾质土淡、掺合撤土结合叔处，应拉填1～2m宽塑性链较高而射透水性近低的土挠料，避区免直接拌与粗料皮接触。3.坝体甜纵横性向接予坡及迟接缝①圆防渗原体及砌均质虹坝的品横向善接坡先不应叛陡于1:3，高多差不雪超过15m。均质呼坝的纵笋向接缝似宜采用源不同高以度的斜叙坡和平裙台相间镰形式，吊坡度及杏平台宽名度根据籍施工，陕并满足遮稳定要娇求，平政台高度菜不大于15寸m。②伶坝体碰接坡霞面可再用推访土机摊自下燃而上饥削坡童，适循当保炎留保浮护层祝。③驴坝体斥施工豆临时书设置莲的接悲缝因于高差办较小元，时纠间短排，没渐有稳凝定问费题，遗通常田高差软不超军过铺昼土厚1～2倍为宜枕，分缝脆在高程辣上应适劫当错开夸。三．耻反滤翁层、股垫层达料、尽过渡巧料施丹工削坡所法、派档板歇法及土、砂厅松坡接胳触平起叨法。1．先帝土后舍砂法史：此壮法易凡排水奥；因气填土添料无瓣侧限窜，接廊缝处嫂不便快压实登。当霸反滤茶料上聋坝强软度赶鼠不上很土料户填筑援时，致可用填此法暗。2．先准砂后往土法舰：此桑法填罩土料造时有小反滤诞料作章侧限莲，便痒于控川制防冬渗土镇体边昨线，吧接缝碎处土框料便男于压拘实，捏宜优慢先用仿此法强。四、压见实机械州和压实胡方法不同钟压实膝机械谋根据怒产生忘的压并实作兔用不季同，捆分为碾压症、夯宋击、饰震动1.压实己机械羊角碾季；震动伴碾；气杀胎碾；做夯板2.压实让机械固的选愿择（1）与古压实蓝土料米的物纷理力昼学性蛮质相观适应（2）能满宣足设计湿压实标合准（3）满足娃施工强跑度要求（4）设踢备类肝型、像规格众与工亦作面坛大小葵、压毛实部咸位相理适应（5）施此工队证伍现稍有装继备和奇施工礼经验土等3．压实惧方法（阔图4-说9）进退来错距绪法：碾弹压长粱度一牌般40～10扩0m，错胜距容班易保阔证，旗获得缎广泛插采用孟。转圈套枪压法：要沟求工炒作面究积较残大适罪用于叛均质枝坝，计生产轿效率蛇高，五碾压当区两惜端容博易过母压，猜四角俭漏压提严重始。4．判断茅压实效愧果

质政检及现厦场压实遍作业状号态分析亩，现场嫁压实作垄业状态乞分析：权①寸羊足碾糕在碾压菌过程中陈，只要纳土料不澡发生侧迎移和被烤踢翻松护，就应蓬以较高由的速度绿碾压，尺直到经蚂几次碾驼压后，拥一般滚评筒提高清到离土赛面2～3c拣m，表祖明土牌料压见实；楚若不抚出现忆“升倚起”扰现象韵，表四明土公料未损被压册实，隐其原忠因可据能是录接触粥应力涨过大上而产理生了腾剪力库破坏拘或土多料含重水量类过高访。磁②而气胎洲碾压询时可扯根据狮轮胎柴的陷近入程涉度作另大体仅的判农断，两轮胎仰一点秘也没周有陷贴入土富中表播示含灰水量六过低药；过诞分陷贵入表振示含趋水量旧过高膀或碾参重过费大。五、土狗石料压挪实标准推及质量煮控制1.土石料明的压实宝特性与土石标料的集性质骗、颗拥粒组责成情孩况、闷级配阔特点艰、含扶水量滩及压蓄实能有关粘性土鉴与非粘糖性土差指别很大粘性羞土的田最优疯含水战量（图4-1峰9）2.土石料刘的压实拔标准土料薪压实兵越好普，物签理力净学性匙能指拣标越侨高，饼坝体缠填筑挣质量失就越蚊有保额证。英但土姻料的狂过分席压实监会产何生剪疤力破炸坏又漏提高鸡了