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，對壩基地質條件要求不高，結構簡單節約三材和易于施工等優點。隨著大型有效機具的采用，壩體防滲結構和材料的改進，施工人數的大量減少，施工工期的進一步縮短以及施工費用的顯著降低等，為土石壩的發展開辟了廣闊前景。當今國內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 料場規劃土石壩施工中，料場的合理規劃和使用，是土石壩施工中的關鍵技術之一，它不僅關系到壩體的施工質量、工期和工程造價，甚至還會影響到周圍的農林業生產。

　　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，應滿足壩體設計施工質量要求，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，布置大型開采設備，避免經常性的轉移；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量具有重要的意義。作到棄渣無隱患，不影響環保。在料場規劃中應考慮到挖、填各種壩料的綜合平衡，作好土石方的調度規劃，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。不占或少占農業耕地，作到占地還地、占田還田。

　　總之，在；料場的規劃和開采，考慮的因素很多而且又很靈活。對擬定的規劃、供料方案，在施工中不合適的即使進行調整，以取得最佳的技術經濟效果。

　　第二節 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，實現綜合機械化施工，對提高施工技術水平，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節之一。開挖運輸方案，主要具壩體結構布置特點、壩料性質、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，轉彎半徑小，爬坡能力較強，管理方便，設備易于獲得，在國內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、大噸位方向發展。在施工布置上，正向鏟一般都采用立面開挖，汽車運輸道路可布置成循環路，裝料時停在挖掘機一側的同一平面上，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°的轉角側向卸料，回轉角度小，生產率高，能充分發揮正向鏟與汽車的效率。

　　2.正向鏟開挖膠帶機運輸國內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，在壩前經漏斗由汽車轉運上壩；與有軌機車配合，用膠帶機轉運上壩做短距離運輸。目前，國外已發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的更大堆石料發展。

　　3.斗輪式挖掘機開挖，膠帶機運輸，轉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，它的生產率高，具有連續挖掘、裝載的特點，斗輪式挖掘將料轉入移動式膠帶機，其后接長距離的固定式膠帶機至壩面或壩面附近經自卸汽車運至填筑面。這種布置方案，可使挖、裝、運連續進行，簡化了施工工藝，提高了機械化水平和生產率。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，經雙翼卸料機于壩面用12t自卸汽車轉運卸料，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，轉膠帶機（或自卸汽車）上壩國內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，它具有機械結構簡單修配容易的優點。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。有軌機車運輸的臨建工程量大，設備投資較高，對線路坡度和轉彎半徑的要求也較高。有軌機車不能直接上壩，在壩腳經卸料裝置至膠帶機或自卸汽車轉運上壩。

　　壩料的開挖運輸方案很多，但無論采用何種方案，都應結合工程施工的具體條件。組織好挖、裝、運、卸的機械化聯合作業，提高機械利用率；減少壩料的轉運次數；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，統籌規劃和布置；運輸道路的質量標準，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，可取1.2~1.3；K1——考慮沉降，削坡、損失等影響系數，可取1.15～1.2；T——分期時段的有效工作日數，d；按分期時段的總日數，扣除節假日、降雨及氣溫影響可能的停工日數，即為有效工作日數；N——每日的工作小時數，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，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量Nc為 Nc=qc/Pc 式中 Pc——一臺挖掘機的生產率，m^3/h.滿足上壩填筑強度要求的汽車總數量Na為 Na=qc/Pa 式中 Pa——一輛汽車的生產率，m^3/h .配合一臺挖掘機所需的汽車數量n，其總的生產率應略大于一臺挖掘機的生產率，因此應滿足nPa>Pc.為了充分發揮自卸汽車的運輸效能，應根據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 土料壓實土石料的壓實，是土石壩施工質量的關鍵。維持土石壩自身穩定的土料內部主力（粘結力和摩擦力）、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，滲透系數將降低至1/2000.由于土料壓實結果，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，顆粒組成情況、級配特點、含水量大小以及壓實功能等有關。

　　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，所以很難達到固結壓實。而非粘性土料則相反，它的粘結力小，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、干表觀密度與含水量的關系曲線。

　　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，擊實次數增加，干表觀密度也隨之增大而最優含水量則隨之減小。說明同一種土料的最優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（小于最優含水量）的土料比對于含水量較高（大于最優含水量）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，而且會產生剪力破壞，反而達不到應有的技術經濟效果。可見對壩料的壓實應有一定的標準，由于壩料性質不同，因而壓實的標準也各異。

　　（一）粘性土料（防滲體）

　　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.用最優飽和度于塑限的關系；計算最大干表觀密度；3.施工含水量確定。

　　（二）砂土及砂礫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。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。一般土石壩，或地震烈度在5讀以下的地區， 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，防止產生液化。

　　（三）石渣及堆石體（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。根據國內外的工程實踐經驗，碾壓式堆石體空隙率應小于30%，控制空隙率在適當范圍內，有利于防止過大的沉陷和濕陷裂縫。一般規定其壓實空隙率為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。

　　三　壓實機械及壓實參變數壓實機械對工程進度，工程質量和造價有很大的影響。壓實機械的選擇原則：應根據筑壩材料的性質、原狀土的結構狀態、填筑方法、施工強度及作業面積的大小等，選擇性能能達到設計施工質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，就會出現機械閑置的情況。所以確定機械種類和臺數時，還應從填筑整體出發，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，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合質量。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。

　　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、砂礫料和礫質土；也可用與壓實粘性土和粘土。