施工放來對水電工程理解

　　第一章 土石壩施工土石壩包括各種碾壓式土壩、堆石壩和土石混合壩。土石壩具有就地取材，對壩基地質(zhì)條件要求不高，結(jié)構(gòu)簡單節(jié)約三材和易于施工等優(yōu)點。隨著大型有效機具的采用，壩體防滲結(jié)構(gòu)和材料的改進，施工人數(shù)的大量減少，施工工期的進一步縮短以及施工費用的顯著降低等，為土石壩的發(fā)展開辟了廣闊前景。當今國內(nèi)外不僅中低壩廣泛采用土石壩，而且興建的高土石壩也也來也多。砼面板堆石壩的經(jīng)濟性和快速施工，已成為壩工建設中具有很強競爭力的一種新壩性，更是使土石壩“錦上添花”。

　　第一節(jié) 料場規(guī)劃土石壩施工中，料場的合理規(guī)劃和使用，是土石壩施工中的關(guān)鍵技術(shù)之一，它不僅關(guān)系到壩體的施工質(zhì)量、工期和工程造價，甚至還會影響到周圍的農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)。

　　施工前，應配合施工組織設計，對各類料場作進一步的勘探和總體規(guī)劃、分期開采計劃。使各種壩料有計劃、有次序地開采出來，以滿足壩體施工的要求。

　　選用料場材料的物理力學性質(zhì)，應滿足壩體設計施工質(zhì)量要求，勘探中的可供開采量不少于設計需要量的2倍。在儲量集中繁榮主要料區(qū)，布置大型開采設備，避免經(jīng)常性的轉(zhuǎn)移；保留一定的備用料場（為主要料場總儲量的20%～30%）和近料場，作為壩體合龍以及搶筑攔洪高程用。

　　在料場的使用時間及程序上，應考慮施工期河水位的變化及施工導流使上游水位抬高的影響。供料規(guī)劃上要近料、上游易淹料先用；遠料，下游不淹料后用。含水量高料場夏季用；含水量低料場雨季用。施工強度高時利用近料，強度低時利用遠料，平衡運輸強度，避免窩工。對料場高程與相應的填筑部位，應選擇恰當，布置合理，有利于重車下坡。作到就近取料，低料低用，高料高用；避免上下游料過壩的交叉運輸，減少干擾。

　　充分合理地利用開挖棄渣料，對降低工程造價和保證施工質(zhì)量具有重要的意義。作到棄渣無隱患，不影響環(huán)保。在料場規(guī)劃中應考慮到挖、填各種壩料的綜合平衡，作好土石方的調(diào)度規(guī)劃，合理用料。料場的覆蓋剝離層薄，有效料層厚，便于開采，獲得率高。減少料物堆存、倒運，作好料場的防洪、排水、防止料物污染和分離。不占或少占農(nóng)業(yè)耕地，作到占地還地、占田還田。

　　總之，在；料場的規(guī)劃和開采，考慮的因素很多而且又很靈活。對擬定的規(guī)劃、供料方案，在施工中不合適的即使進行調(diào)整，以取得最佳的技術(shù)經(jīng)濟效果。

　　第二節(jié) 土石料開挖運輸土石壩施工中，從料場的開挖、運輸，到壩面的平料和壓實等各項工序，都可由互相配套的工程機械來完成，構(gòu)成“一條龍”式的施工工藝流程，即綜合機械化施工。在大中型土石壩，尤其在高土石壩中，實現(xiàn)綜合機械化施工，對提高施工技術(shù)水平，加快土石壩工程建設速度，既有十分重要的意義。

　　一　開挖運輸方案壩料的開挖與運輸，是保證上壩強度的重要環(huán)節(jié)之一。開挖運輸方案，主要具壩體結(jié)構(gòu)布置特點、壩料性質(zhì)、填筑強度、料場特性、運距遠近、可供選擇的機械型號等多種因素，綜合分析比較確定。土石壩施工中開挖運輸方案主要有以下幾種。

　　1.正向鏟開挖，自卸汽車運輸上壩正向鏟開挖、裝載，自卸汽車運輸直接上壩，通常運距小于10km.自卸汽車可運各種壩料，運輸能力高，設備通用，能直接鋪料，機動靈活，轉(zhuǎn)彎半徑小，爬坡能力較強，管理方便，設備易于獲得，在國內(nèi)外的高土石壩施工中，獲得了廣泛的應用，且挖運機械朝著大斗容量、大噸位方向發(fā)展。在施工布置上，正向鏟一般都采用立面開挖，汽車運輸?shù)缆房刹贾贸裳h(huán)路，裝料時停在挖掘機一側(cè)的同一平面上，既汽車魚貫式地裝料與行駛。這種布置形式，可避免或減少汽車的倒車時間，正向鏟采用60°～90°的轉(zhuǎn)角側(cè)向卸料，回轉(zhuǎn)角度小，生產(chǎn)率高，能充分發(fā)揮正向鏟與汽車的效率。

　　2.正向鏟開挖膠帶機運輸國內(nèi)外很多水利水電工程施工中，廣泛采用了膠帶機運輸土、砂石料。國內(nèi)的大伙房、岳城、石頭河等土石壩施工，膠帶機成為主要的運輸工具。膠帶機的爬坡能力大，架設簡易，運輸費用較低，比自卸汽車可降低運輸費用1 /3～1/2，運輸能力也較高，膠帶機合理運距小于10km，膠帶機可直接從料場運輸上壩；也可與自卸汽車配合，作長距離運輸，在壩前經(jīng)漏斗由汽車轉(zhuǎn)運上壩；與有軌機車配合，用膠帶機轉(zhuǎn)運上壩做短距離運輸。目前，國外已發(fā)展到可用膠帶機運輸塊徑為400～500mm的石料，甚至向運輸塊徑達700～1000mm的更大堆石料發(fā)展。

　　3.斗輪式挖掘機開挖，膠帶機運輸，轉(zhuǎn)自卸汽車上壩當填筑方量大，上壩強度高的土石壩，料場儲量大而集中，可采用斗輪式挖掘機開挖，它的生產(chǎn)率高，具有連續(xù)挖掘、裝載的特點，斗輪式挖掘?qū)⒘限D(zhuǎn)入移動式膠帶機，其后接長距離的固定式膠帶機至壩面或壩面附近經(jīng)自卸汽車運至填筑面。這種布置方案，可使挖、裝、運連續(xù)進行，簡化了施工工藝，提高了機械化水平和生產(chǎn)率。石頭河土石壩采用DW-200型斗輪式挖掘機開采土料，用寬1000mm、長1200余m、帶速150m/min膠帶上壩，經(jīng)雙翼卸料機于壩面用12t自卸汽車轉(zhuǎn)運卸料，日強度平均達4000～5000m＾3，最高達10000m＾3（壓實方）。美國圣路易土石壩施工中，采用特大型斗輪式挖掘機，開采的土料經(jīng)兩個卸料口輪流直接裝入100t的底卸汽車運輸，21個工作小時裝車1000車，取土高度12m，前沿開挖寬度18.3m. 4.采砂船開挖，有軌機車運輸，轉(zhuǎn)膠帶機（或自卸汽車）上壩國內(nèi)一些大中型水電工程施工中，廣泛采用采砂船開采水下的砂礫料，配合有軌機車運輸。在我國大型載重汽車尚不能充分滿足需要的情況下，有軌機車仍是一種效率較高的運輸工具，它具有機械結(jié)構(gòu)簡單修配容易的優(yōu)點。當料場集中，運輸量大，運距較遠（大于10km），可用有軌機車進行水平運輸。有軌機車運輸?shù)呐R建工程量大，設備投資較高，對線路坡度和轉(zhuǎn)彎半徑的要求也較高。有軌機車不能直接上壩，在壩腳經(jīng)卸料裝置至膠帶機或自卸汽車轉(zhuǎn)運上壩。

　　壩料的開挖運輸方案很多，但無論采用何種方案，都應結(jié)合工程施工的具體條件。組織好挖、裝、運、卸的機械化聯(lián)合作業(yè)，提高機械利用率；減少壩料的轉(zhuǎn)運次數(shù)；各種壩料鋪填方法及設備應盡量一致，減少輔助設施；充分利用地形條件，統(tǒng)籌規(guī)劃和布置；運輸?shù)缆返馁|(zhì)量標準，對提高工效，降低車輛設備損耗，具有重要作用。[NextPage]

　　二　開挖運輸機械設備容量確定分期施工的土石壩，應根據(jù)壩體分期施工的填筑強度和開挖強度來確定相應的機械設備容量，可按qd=K*K1*Vd/T*N式中qd——壩體分期填筑強度，m^3/h；Vd——壩體分期填筑方量，m^3；K——施工不均勻系數(shù)，可取1.2~1.3；K1——考慮沉降，削坡、損失等影響系數(shù)，可取1.15～1.2；T——分期時段的有效工作日數(shù)，d；按分期時段的總?cè)諗?shù)，扣除節(jié)假日、降雨及氣溫影響可能的停工日數(shù)，即為有效工作日數(shù)；N——每日的工作小時數(shù)，以20h計。壩體分期施工的開挖強度qc（m^3/h）為 qc=K2*qd*rd/rn 式中 K2——開挖及運輸中的損失系數(shù)，可取1.05～1.10；rd——土料的設計干表觀密度，t/m^3；rn——土料的天然干表觀密度，t/m^3.滿足上壩填筑強度要求的挖掘機數(shù)量Nc為 Nc=qc/Pc 式中 Pc——一臺挖掘機的生產(chǎn)率，m^3/h.滿足上壩填筑強度要求的汽車總數(shù)量Na為 Na=qc/Pa 式中 Pa——一輛汽車的生產(chǎn)率，m^3/h .配合一臺挖掘機所需的汽車數(shù)量n，其總的生產(chǎn)率應略大于一臺挖掘機的生產(chǎn)率，因此應滿足nPa>Pc.為了充分發(fā)揮自卸汽車的運輸效能，應根據(jù)挖掘機械的斗容選擇具有適當斗容量（或載重量）的汽車。挖掘機裝滿一車斗數(shù)的合理范圍應為3～5斗，通常要求裝滿一車時間不超過3.5～4min，卸車是不超過2min.第三節(jié) 土料壓實土石料的壓實，是土石壩施工質(zhì)量的關(guān)鍵。維持土石壩自身穩(wěn)定的土料內(nèi)部主力（粘結(jié)力和摩擦力）、土料的防滲性能等，都是隨土料密實度的增加而提高。例如，干表觀密度為1.4t/m^3的砂壤土，壓實后若提高到1.7t/m^3，其抗壓強度可提高4倍，滲透系數(shù)將降低至1/2000.由于土料壓實結(jié)果，可使壩坡加陡，加快施工進度，降低工程投資。

　　土料壓實特性土料壓實特性，與土料自身的性質(zhì)，顆粒組成情況、級配特點、含水量大小以及壓實功能等有關(guān)。

　　對于粘性土和非粘性土的壓實有顯著的差別。一般粘性土的粘結(jié)力較大，摩擦力較小，具有較大的壓縮性，但由于它的透水性小，排水困難，壓縮過程慢，所以很難達到固結(jié)壓實。而非粘性土料則相反，它的粘結(jié)力小，摩擦力大，具有較小的壓縮性，但由于它的透水性大，排水容易，壓縮過程快，能很快達到壓實。

　　土料顆粒粗細作成也影響壓實效果。顆粒愈細，空隙比就愈大，所以含礦物分散度愈大，就愈不容易壓實。所以粘性土的壓實干表觀密度低于非粘性土的壓實干表觀密度。顆粒不均勻的砂礫料，比顆粒均勻的細砂可能達到的干表觀密度要大一些。土料的含水量是影響壓實效果的重要因素之一。用原南京水利實驗處擊實儀（南實儀）對粘性土的擊實試驗，得到一組擊實次數(shù)、干表觀密度與含水量的關(guān)系曲線。

　　非粘性土料的透水性大，排水容易，壓實過程快，能夠很快達到壓實，不存在最優(yōu)含水量，含水量不做專門控制。這是非粘性土料與粘性土料壓實特性的根本區(qū)別。壓實功能大小，也影響著土料干表觀密度的大小，擊實次數(shù)增加，干表觀密度也隨之增大而最優(yōu)含水量則隨之減小。說明同一種土料的最優(yōu)含水量和最大干表觀密度并不是一個恒定值，而是隨壓實功能的不同而異。

　　一般說來，增加壓實功能可增加干表觀密度，這種特性，對于含水量較低（小于最優(yōu)含水量）的土料比對于含水量較高（大于最優(yōu)含水量）的土料更為顯著。

　　土石料的壓實標準土料壓實得越好，物理力學性能指標就越高，壩體填筑質(zhì)量就越有保證。但土料的過分壓實，不僅提高了壓實費用，而且會產(chǎn)生剪力破壞，反而達不到應有的技術(shù)經(jīng)濟效果?？梢妼瘟系膲簩崙幸欢ǖ臉藴?，由于壩料性質(zhì)不同，因而壓實的標準也各異。

　?。ㄒ唬┱承酝亮希ǚ罎B體）

　　粘性土的壓實標準，主要以壓實干表觀密度和施工含水量這兩指標來控制。1.用擊實試驗來確定壓實標準；2.用最優(yōu)飽和度于塑限的關(guān)系；計算最大干表觀密度；3.施工含水量確定。

　?。ǘ┥巴良吧暗[石砂土及砂礫石是填筑壩體或壩殼的主要材料之一，對其填筑密度也應有嚴格要求。它的壓實程度與粒徑級配和壓實功能有密切的關(guān)系，一般用相對密度Dr來表示：Dr=（emax-e）/（emax-emin） 式中emax——砂石料的最大空隙比；emin——砂石料的最小空隙比；e——設計空隙比。

　　在施工現(xiàn)場，對相對密度進行控制仍不方便，通常將相對密度換算成相應的干表觀密度rp（t/m^3），作為控制的依據(jù)。rp=rmax*rmin/[rmax-Dr（rmax-rmin）] 式中rmax——砂石料最大干表觀密度， t/m^3； rmin——砂石料最小干表觀密度， t/m^3，設計的相對密度，于地震等級、壩高等有關(guān)。一般土石壩，或地震烈度在5讀以下的地區(qū)， Dr不宜低于0.67；對高壩，或地震烈度為8～9度時， Dr應不小于0.75.對砂性土，還要求顆粒不能大小和過于均勻，級配要適當，并有較高的密實度，防止產(chǎn)生液化。

　?。ㄈ┦岸咽w（壩殼料）

　　石渣或堆石體作為壩殼材料，可用空隙率作為壓實指標。根據(jù)國內(nèi)外的工程實踐經(jīng)驗，碾壓式堆石體空隙率應小于30%，控制空隙率在適當范圍內(nèi)，有利于防止過大的沉陷和濕陷裂縫。一般規(guī)定其壓實空隙率為22%～28%左右（壓實平均干表觀密度為2.04～2.24t/m^3）以及相應的碾壓參數(shù)。

　　三　壓實機械及壓實參變數(shù)壓實機械對工程進度，工程質(zhì)量和造價有很大的影響。壓實機械的選擇原則：應根據(jù)筑壩材料的性質(zhì)、原狀土的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、填筑方法、施工強度及作業(yè)面積的大小等，選擇性能能達到設計施工質(zhì)量標準的碾壓設備類型。如按不同材料分別配置不同的壓實機械，就會出現(xiàn)機械閑置的情況。所以確定機械種類和臺數(shù)時，還應從填筑整體出發(fā)，考慮互相配合使用的可能。

　　1.羊腳碾羊腳碾的羊腳插入土中，不僅使羊腳底部的土料受到壓實，而且使側(cè)向上午土料也受到擠壓，從而達到均勻的壓實效果。羊腳碾僅適用于壓實粘性土料和粘土，不適合壓非粘性土。土料壓實層在一定深度的范圍內(nèi)，可以獲得較高的壓實干表觀密度，但土體的干表觀密度沿深度方向的分布不均勻。羊腳碾的獨特優(yōu)點是能夠翻松表面土層，可省去刨毛工序，保證了上下土層的結(jié)合質(zhì)量。此外，羊腳碾還能起到混合土料的作用，可以使土料級配和含水量比較均勻。羊腳頂端接觸應力的過大或過小，都會降低碾壓效果。

　　2.氣胎碾氣胎碾適用于壓實粘土料，也適合于壓實非粘性土料，如粘性土、粘土、砂質(zhì)土和沙礫料等，都可以獲得較好的壓實效果。氣胎碾的充氣輪胎，在壓實過程中具有一定的彈性，可以和壓實的土料同時發(fā)生變形，輪胎與土料的接觸應力，主要取決于輪胎的充氣壓力，與輪胎的荷載大小無關(guān)。

　　3.振動碾振動碾是一種以碾重靜壓和振動力共同作用的壓實機械，較之沒有振動的壓實機械，土中應力可提高4～5倍，因而它能有效地壓實堆石體、砂礫料和礫質(zhì)土；也可用與壓實粘性土和粘土。