1、第9章 土石建筑物施工第一節 土的工程性質在水利工程的土方施工中，根據其開挖難度，將土方分為四級，如表9-1。表9-1 一般工程土類分級表土質級別土質名稱自然濕密度(g/cm3)外形特征開挖方法沙土、種植土1.651.75 疏松、粘著力差或易透水，略有粘性 用鍬或略加腳踩開挖壤土、淤泥、含壤種植土1.751.85 開挖時能成塊，并易打碎 用鍬需用腳踩開挖粘土、干燥黃土、干淤泥、含少量礫石粘土1.801.95 粘手、看不出砂粒或干硬 用鎬、三齒耙開挖或用鍬需用力加腳踩開挖堅硬粘土、礫質粘土、含卵石粘土1.902.10 土壤結構堅硬，將土分裂后成塊狀或含粘粒、礫石較多 用鎬、三齒耙開挖土的工程性質

2、對土方工程的施工方法及工程進度影響很大。主要的工程性質有：密度、含水量、滲透性、可松性等。土的可松性指自然狀態的土在挖掘后變松散的性質。土方工程中有自然方、松方、壓實方等幾種計量方法，其換算關系如表9-2。表9-2 土石方的松實系數項目自然方松方實方土方11.330.85石方11.531.31砂11.070.94混合料11.190.88注：本表摘自水利建筑工程預算定額(水利部文件2002116號)第二節 土方工程量計算 一、場地平整土方量計算場地平整就是將施工現場平整為滿足施工布置要求的一塊施工場地。場地平整前，應確定場地的設計標高，計算挖、填土方工程量，進行挖、填方的平衡調配。場地平整土方量

3、的計算，一般采用方格網法，計算步驟如下： (1)在地形圖上將需要平整的施工場地劃分成邊長為1040m的方格網； (2)計算各方格角點的自然地面標高； (3)確定場地設計標高，并根據泄水坡度要求計算各方格角點的設計標高； (4)確定各方格角點的挖填高度； (5)確定零線，即挖、填方的分界線； (6)計算各方格內挖、填土方量和場地邊坡土方量，最后求得整個場地挖、填總方量。 二、基坑、基槽土方量計算 1基坑的土方量可近似按擬柱體體積公式計算(如圖9-1) V(A14A。A2)H/6 (9-1)式中H基坑深度(m)；A、A基坑上、下底面積(m2)；A 基坑深H/2處的面積(m2)。圖9-1 2基槽是一

4、狹長溝槽，其土方量計算可沿其長度方向分段進行，然后相加求得總方量。 當基槽某段內橫截面尺寸不變時，其土方量即為該段橫截面的面積乘以該段基槽長度；當某段內橫截面的尺寸、形狀有變化時，仍可按式(9-1)計算該段土方量。三、堤壩填筑工程量計算 堤壩工程為狹長形，工程量一般采用斷面法計算，即每隔一定長度(形狀變化較小時取大值，反之取小值)取一斷面，每一段的方量用兩端的斷面面積的平均值乘以段長即可，各段方量之和即為總方量。第三節 土方工程施工工藝一、土方開挖1.推土機 推土機是一種挖運綜合作業機械。是在拖拉機上裝上推土鏟刀而成(圖9-2)。按推土板的操作方式不同，可分為索式和液壓式兩種。索式推土機的鏟刀

5、是借刀具自重切入土中，切土深度較小；液壓推土機能強制切土，推土板的切土角度可以調整，切土深度較大。因此，液壓推土機是目前工程中常用的一種推土機。推土機構造簡單，操作靈活，運轉方便，所需作業面小，功率大，能爬30°左右的緩坡。適用于施工場地清理和平整，開挖深度不超過1.5m的基坑以及溝槽的回填土，堆筑高度在1.5m以內的路基、堤壩等。在推土機后面安裝松土裝置，可破松硬土和凍土，還可牽引無動力的土方機械 (如拖式鏟運機、羊腳碾等)進行其它土方作業。推土機的推運距離宜在100m以內，當推運距離在3060m時，經濟效益最好。圖9-2提高推土機生產效率的方法： (1)下坡推土。借推土機自重，增

6、大鏟刀的切土深度和運土數量，以提高推土能力和縮短運土時間。一般可提高效率3040%。 (2)并列推土。對于大面積土方工程，可用23臺推土機并列推土。推土時，兩鏟刀相距1530cm，以減少土的側向散失，倒車時，分別按先后順序退回。平均運距不超過5075m時，效率最高。 (3)溝槽推土。當運距較遠，挖土層較厚時，利用前次推土形成的槽推土，可大大減少土方散失，從而提高效率。此外，還可在推土板兩側附加側板，增大推土板前的推土體積以提高推土效率。2鏟運機按行走機構不同，鏟運機有拖式和自行式兩種。拖式鏟運機由拖拉機牽引，工作時靠拖拉機上的操作機構進行操作。根據操作機構不同，拖式鏟運機又分索式和液壓式兩種。

7、自行式鏟運機的行駛和工作都靠本身的動力設備，不需要其它機械的牽引和操作，如圖9-3。圖9-3鏟運機能獨立完成鏟土、運土、卸土和平土作業，對行駛道路要求低，操作靈活，運轉方便，生產效率高。鏟運機適用于大面積場地平整，開挖大型基坑、溝槽以及填筑路基、堤壩等，最適合開挖含水量不大于27%的松土和普通土，不適合在礫石層和沼澤區工作。當鏟運較堅硬的土壤時，宜先用推土機翻松0.20.4m，以減少機械磨損，提高效率。常用鏟運機的鏟斗容量為1.56m3。拖式鏟運機的運距以不超過800m為宜，當運距在300m左右時效率最高；自行式鏟運機經濟運距為8001500m。3裝載機裝載機是一種高效的挖運綜合作業機械。主要

8、用途是鏟取散粒材料并裝上車輛，可用于裝運、挖掘、平整場地和牽引車輛等，更換工作裝置后，可用于抓舉或起重等作業(圖9-4)，因此在工程中被廣泛應用。圖9-4裝載機按行走裝置分為輪胎式和履帶式；按卸料方式分為前卸式、后卸式和回轉式三種；按載重量分為小型(1t)、輕型(13t)、中型(48t)、重型(10t)四種。目前使用最多的是四輪驅動鉸接轉向的輪式裝載機，其鏟斗多為前卸式，有的兼可側卸。4單斗挖掘機單斗挖掘機是一種循環作業的施工機械，在土石方工程施工中最常見。按其行走機構的不同，可分為履帶式和輪胎時；按其傳動方式不同，分機械傳動和液壓傳動兩種；按工作裝置不同分為正鏟、反鏟、拉鏟和抓鏟等(圖9-5

9、)。圖9-5(1) 正鏟挖掘機。如圖9-6，正鏟挖掘機由動臂、斗桿、鏟斗、提升索等主要部分組成。圖9-6 圖9-7為正鏟工作過程示意圖。每一工作循環包括挖掘、回轉、卸料、返回四個過程。挖掘時先將土斗放到工作面底部()的位置，然后將鏟斗自下而上提升，同時向前推壓斗桿，在工作面上形成一弧形挖掘帶(、)；鏟斗裝滿后，將鏟斗后退，離開工作面()；回轉挖掘機上部機構至運輸車輛處，打開斗門，將土卸出(、)；此后再回轉挖掘機，進入第二個工作循環。圖9-7 正鏟挖掘機施工時，應注意以下幾點：為了操作安全，使用時應將最大挖掘高度、最大挖掘半徑值減少510%；在挖掘粘土時，工作面高度宜小于最大挖土半徑時的挖掘高度

10、，以防止出現土體倒懸現象；為了發揮挖掘機的生產效率，工作面高度應不低于挖掘一次即可裝滿鏟斗的高度。挖掘機的工作面稱為掌子面，正鏟挖掘機主要用于停機面以上的掌子開挖。根據掌子面布置的不同，正鏟挖掘機有不同的作業方式，如圖9-8所示。圖9-8正向挖土，側向卸土如圖9-8(a)：挖掘機沿前進方向挖土，運輸工具停在側面裝土(可停在停機面或高于停機面上)。這種挖掘運輸方式在挖掘機卸土時，動臂回轉角度很小，卸料時間較短，挖運效率較高，施工中應盡量布置成這種施工方式。正向挖土，后方卸土如圖9-8(b)：挖掘機沿前進方向挖土，運輸工具停在它的后面裝土。卸土時挖掘機動臂回轉角度大，運輸車輛需倒退對位，運輸不方便

11、，生產效率低。適用于開挖深度大施工場地狹小的場合。 ()反向鏟斗式挖掘機反鏟挖掘機為液壓操作方式，適用于停機面以下土方開挖。挖土時后退向下，強制切土，挖掘力比正鏟挖掘機小，主要用于小型基坑、基槽和管溝開挖。反鏟挖土時，可用自卸汽車配合運土，也可直接棄土于坑槽附近。反鏟挖掘機工作方式分為以下兩種：溝端開挖，如圖9-9()：挖掘機停在基坑端部，后退挖土，汽車停在兩側裝土。溝側開挖，如圖9-9(b)：挖掘機停在基坑的一側移動挖土，可用汽車配合運土，也可將土棄于土堆。由于挖掘機與挖土方向垂直，挖掘機穩定性較差，而且挖土的深度和寬度均較小，故這種開挖方法只是在無法采用溝端開挖或不需將棄土運走時采用。圖9

12、-9(3)單斗挖掘機生產效率的計算 挖掘機的生產率是指在單位時間內從掌子中挖取并卸入土堆或車箱的土方量。影響挖掘機生產率的主要因素有：土壤性質、掌子的高度、旋轉角度、工作時間的利用程度、運輸車輛的大小、司機的操作水平和挖掘機的技術狀況等。根據具體施工條件分析上述因素后，單斗挖掘機生產率可按下式計算，即 P=60nqK充K修K時K延/K松 (m3/h，自然方) (92)其中K修1/(0.4K土+0.6)式中 n設計每分鐘循環次數，3600/T，T為挖掘機一個工作循環時間(s)；q鏟斗平裝容量，即鏟斗的幾何容積，；K充鏟斗充盈系數，與土質有關，一般取0.801.10；K修工作循環時間修正系數；K土

13、土壤級別修正系數,可采用1.01.2；轉角修正系數，轉角90。時取1.0，100135。時取1.081.37；K時時間利用系數，取0.80.9；K延聯合工作系數，卸入棄土堆時取1.0，卸入車箱時取0.9；K松土壤的可松性系數。 提高挖掘機生產效率的措施：合理布置掌子面，縮短挖掘機工作循環時間；合理配套挖運設備；規范施工方法和步驟，提高機械設備操作水平，加強施工管理，提高時間利用系數；加強機械維修保養，保證機械正常運轉。二、土方運輸 土方運輸機械可分為：有軌運輸、無軌運輸和皮帶機運輸。1有軌運輸 (1)標準軌運輸(軌距1435mm) 工程量一般不少于30萬m3，運距不少于1km，坡度不宜大于2.

14、5%，轉彎半徑不小于200m。 (2)窄軌運輸 軌距有1000 mm、762 mm、610mm三種。窄軌運輸設備簡單，線路要求比準軌低，能量消耗少，在工程中得到廣泛使用。 有軌運輸路基施工較難，效率較低，除窄軌運輸有時用于隧洞出碴外，一般較少采用。2無軌運輸 (1)自卸汽車運輸 機動靈活，運輸線路布置受地形影響小，但運輸效率易受氣候條件的影響，燃料消耗多，維修費用高。自卸汽車運輸，運距一般不宜小于300m，重車上坡最大允許坡度為810%，轉彎半徑不宜小于20m。(2)拖拉機運輸 拖拉機運輸是用拖拉機拖帶拖車進行運輸。根據行走裝置不同，拖拉機分為履帶式和輪胎式兩種。履帶式拖拉機牽引力大，對道路要

15、求低，但行駛速度慢，適用于運距短、道路不良的情況。輪式拖拉機對道路的要求與自卸汽車相同，適用于道路良好，運距較大的情況。3皮帶機運輸皮帶機是一種連續式的運輸設備。與車輛運輸相比，皮帶機具有以下特點：結構簡單、工作可靠、管理方便，易于實現自動控制；負荷均勻，動力裝置的功率小，能耗低；連續運輸，生產效率高。如圖9-10。圖9-10 三、土方壓實 (一)壓實理論 填筑于土壩或土堤上的土方，通過對其壓實，可以達到以下目的：提高土體密度，提高土方承載能力；加大土壩或土堤坡角，減小填方斷面面積，減少工程量，從而減少工程投資，加快工程進度；提高土方防滲性能，提高土壩或土堤的滲透穩定性。 土壩或土堤填方的穩定

16、性主要取決于土料的內摩擦力和凝聚力。土料的內摩擦力、凝聚力和防滲性能都隨填土的密實程度的增大而提高。例如某種砂壤土的干密度為1.4 g/cm3壓實提高到1.7 g/cm3，其抗壓強度可提高4倍，滲透系數將降低為原來的1/2000。 土體是三相體，即由固相的土粒、液相的水和氣相的空氣所組成。通常土粒和水是不會被壓縮的，土料壓實的實質是將水包裹的土粒擠壓填充到土粒間的空隙里，排走空氣占有的空間，使土料的空隙率減少，密實度提高。所以，土料壓實的過程實際上就是在外力作用下土料的三相重新組合的過程。試驗表明，粘性土的主要壓實阻力是土體內的凝聚力。在鋪土厚度不變的條件下，粘性土的壓實效果(即干密度)隨含水

17、量的增大而增大，當含水量增大到某一臨界值時，干密度達到最大，如此時進一步增加土體含水量，干密度反而減小，此臨界含水量值稱為土體的最優含水量，即相同壓實功能時壓實效果最大的含水量。當土料中的含水量超過最優含水量后，土體中的空隙體積逐步被水填充，此時作用在土體上的外荷，有一部分作用在水上，因此即使壓實功能增加，但由于水的反作用抵消了一部分外荷，被壓實土體的體積變化卻很小，而呈此伏彼起的狀態，土體的壓實效果反而降低。對于非粘性土，壓實的主要阻力是顆粒間的摩擦力。由于土料顆粒較粗，單位土體的表面積比粘性土小得多，土體的空隙率小，可壓縮性小，土體含水量對壓實效果的影響也小， 在外力及自重的作用下能迅速排

18、水固結。粘性土顆粒細，孔隙率大，可壓縮性也大，由于其透水性較差，所以排水固結速度慢，難以迅速壓實。此外，土體顆粒級配的均勻性對壓實效果也有影響。顆粒級配不均勻的砂礫料，較級配均勻的砂土易于壓實。(二)壓實方法 土料的物理力學性能不同，壓實時要克服的壓實阻力也不同。粘性土的壓實主要是克服土體內的凝聚力，非粘性土的壓實主要是克服顆粒間的摩擦力。壓實機械作用于土體上的外力有靜壓碾壓、震動碾壓和夯擊三種，如圖9-11。靜壓碾壓：作用在土體上的外荷不隨時間而變化，如圖9-11(a)所示。夯擊：作用在土體上的外力是瞬間沖擊力，其大小隨時間而變化，如圖9-11(b)所示。震動碾壓：作用在土體上的外力隨時間作

19、周期性的變化，如圖9-11(c)所示。圖9-11(三)壓實機械常用的壓實機械如圖9-12。圖9-12 1平碾平碾的構造如圖9-12(a) 所示。鋼鐵空心滾筒側面設有加載孔，加載大小根據設計要求而定。平碾碾壓質量差，效率低，較少采用。 2肋碾肋碾的構造如圖9-12(b) 所示。一般采用鋼筋混凝土預制。肋碾單位面積壓力較平碾大，壓實效果比平碾好，用于粘性土的碾壓。 3羊腳碾羊腳碾的構造如圖9-12(c) 所示。其碾壓滾筒表面設有交錯排列的羊腳。鋼鐵空心滾筒側面設有加載孔，加載大小根據設計要求而定。羊腳碾的羊腳插入土中，不僅使羊腳底部的土體受到壓實，而且使其側向土體受到擠壓，從而達到均勻壓實的效果。

20、碾筒滾動時，表層土體被翻松，有利于上下層間結合。但對于非粘性土，由于插入土體中的羊腳使無粘性顆粒產生向上和側向移動，會低壓實效果，所以羊腳碾不適于非粘性土的壓實。4氣胎碾 氣胎碾是一種拖式碾壓機械，分單軸和雙軸兩種。圖9-12(d)所示是單軸氣胎碾。單軸氣胎碾的主要構造是由裝載荷載的金屬車箱和裝在軸上的46個充氣輪胎組成。碾壓時在金屬車廂內加載同時將氣胎充氣至設計壓力。為避免氣胎損壞，停工時用千斤頂將金屬車箱頂起，并把胎內的氣放出一些。 氣胎碾在壓實土料時，充氣輪胎隨土體的變形而發生變形。開始時，土體很松，輪胎的變形小，土體的壓縮變形大。隨著土體壓實密度的增大，氣胎的變形也相應增大，氣胎與土體

21、的接觸面積也增大，始終能保持較均勻的壓實效果。另外，還可通過調整氣胎內壓，來控制作用于土體上的最大應力不致超過土料的極限抗壓強度。增加輪胎上的荷重后，由于輪胎的變形調節，壓實面積也相應增加，所以平均壓實應力的變化并不大。因此，氣胎的荷重可以增加到很大的數值。而對于平碾和羊腳碾，由于碾滾是剛性的，不能適應土壤的變形，當荷載過大就會使碾滾的接觸應力超過土壤的極限抗壓強度，而使土壤結構遭到破壞。 氣胎碾既適宜于壓實粘性土，又適宜于壓實非粘性土，適用條件好，壓實效率高，是一種十分有效的壓實機械。5震動碾 震動碾一種振動和碾壓相結合的壓實機械，如圖9-12(e)所示。它是由柴油機帶動與機身相連的軸旋轉，

22、使裝在軸上的偏心塊產生旋轉，迫使碾滾產生高頻震動。震動功能以壓力波的形式傳遞到土體內。非粘性土料在震動作用下，內摩擦力迅速降低，同時由于顆粒不均勻，震動過程中粗顆粒質量大、慣性力大，細顆粒質量小、慣性力小。粗細顆粒由于慣性力的差異而產生相對移動，細顆粒填入粗顆粒間的空隙，使土體密實。而對于粘性土，由于土粒比較均勻，在震動作用下，不能取得像非粘性土那樣的壓實效果。以上碾壓機械碾壓實土料的方法有兩種：圈轉套壓法和進退錯距法，如圖9-13(a)、圖9-13(b)。圈轉套壓法：碾壓機械從填方一側開始，轉彎后沿壓實區域中心線另一側返回，逐圈錯距，以螺旋形線路移動進行壓時。這種方法適用于碾壓工作面大，多臺

23、碾具同時碾壓，生產效率高。但轉彎處重復碾壓過多，容易引起超壓剪切破壞，轉角處易漏壓，難以保證工程質量。進退錯距法：碾壓機械沿直線錯距進行往復碾壓。這種方法操作簡單，容易控制碾壓參數，便于組織分段流水作業，漏壓重壓少，有利于保證壓實質量。此法適用于工作面狹窄的情況。圖9-136蛙夯夯擊機械是利用沖擊作用來壓實土方，具有單位壓力大、作用時間短的特點，既可用來壓實粘性土，也可用來壓實非粘性土，如圖9-12(f)所示。蛙夯由電動機帶動偏心塊旋轉，在離心力的作用下帶動夯頭上下跳動而夯擊土層。夯擊作業時各夯之間要套壓，如圖9-13(c)所示。一般用于施工場地狹窄、碾壓機械難以施工的部位。(四)壓實機械的選

24、擇 選擇壓實機械主要考慮以下原則。 (1)適應筑壩材料的特性。粘性土應優先選用氣胎碾、羊腳碾；礫質土宜用氣胎碾、夯板；堆石與含有特大粒徑(大于500mm)的砂卵石宜用震動碾。 (2)應與土料含水量、原狀土的結構狀態和設計壓實標準相適應。對含水量高于最優含水量12%的土料，宜用氣胎碾壓實；當重粘土的含水量低于最優含水量，原狀土天然密度高并接近設計標準，宜用重型羊腳碾、夯板；當含水量很高且要求的壓實標準低時，粘性土也可選用輕型的肋型碾、平碾。 (3)應與施工強度大小、工作面寬窄和施工季節相適應。氣胎碾、震動碾適用于生產強度要求高和搶時間的雨季作業；夯擊機械宜用于壩體與岸坡或剛性建筑物的接觸帶、邊角

25、和溝槽等狹窄地帶。冬季作業選擇大功率、高效能的機械。(五)壓實參數與壓實試驗壓實標準 土方工程以設計干密度作為壓實標準來控制填方質量。2壓實參數的確定 當初步選擇了壓實機械類型后，還應進一步確定機械所能達到的、具有最佳技術經濟效果的各種壓實參數。為了使土料達到設計要求的壓實效果，且技術經濟效果最佳，要求在施工現場進行壓實試驗，以確定碾重、鋪土厚度、壓實遍數及土料的最優含水量等。3碾壓試驗 碾壓試驗方法步驟如下：(1)選擇一60×6m2的條形試驗區，如圖9-14 所示。將此條帶分為15m長的4等分，各段含水量依次為1、2、3、4，控制其誤差不超過1%。對粘性土，試驗含水量可定為：14%

26、；22%；3；42%（為土料的塑限）。 (2)每段沿長邊等分為4塊，每塊規定其碾壓遍數分別為n1、n2、n3、n4。(3)試驗時，每一小塊內取9個試樣為一組，分別測定其含水量和干密度，根據整個試驗區一次試驗的結果，作出同一鋪土厚度情況下不同壓實遍數的壓實效果曲線，如圖9-15所示。(4)改變鋪土厚度，重復上述步驟。(5)根據鋪土厚度的不同，分別作出各不同鋪土厚度情況下的最優含水量、最大干密度與壓實遍數的關系曲線，如圖9-16所示。圖9-14圖9-15(6)根據設計干密度d，從圖9-16上分別查出不同鋪土厚度時所對應的壓實遍數n1、n2、n3，分別計算h1/ n1、h2/ n2、h3/ n3 (

27、即單位壓實遍數的壓實厚度)，以單位壓實遍數下壓實厚度最大者所對應的壓實參數作為最終施工參數。 對于非粘性土，由于壓實效果與含水量的關系不顯著，所以只需作土料壓實的鋪土厚度、壓實遍數和干密度的關系曲線即可，如圖9-17所示。確定合理的鋪土厚度和壓實遍數時，用設計要求的壓實干密度查圖9-17便可得到與不同鋪土厚度相對應的壓實遍數，然后仍以單位壓實遍數下鋪土厚度最大者所對應的壓實參數作為最終施工參數。圖9-16圖9-17第四節 土石壩施工 按施工方法的不同，土石壩分為填筑碾壓、水力沖填、水中倒土和定向爆破等類型。目前仍以填筑碾壓式為最多。 碾壓式土石壩施工，包括準備作業(如平整場地，修筑道路，架設水

28、、電線路，修建臨時用房，清基、排水等)；基本作業(如土石料開挖、裝運、鋪卸、壓實等)以及為基本作業提供保證條件的輔助作業(如清除料場的覆蓋層、清除雜物、壩面排水、刨毛及加水等)和保證建筑物安全運行而進行的附加作業(如修整壩坡、鋪砌塊石、種植草皮等)。 由于土石壩施工一般不允許壩頂過水，在河道截流后，必須保證在一個枯水期內將大壩修筑到攔洪高程以上。因此，除了應合理確定導流方案以外，還需周密研究料場的規劃使用，采取有效的施工組織措施，確保上壩強度，使大壩在一個枯水期內達到攔洪高程。 一、料場規劃 土石壩用料量很大，在壩型選擇階段應對土石料場全面調查，在施工前還應結合施工組織設計，對料場作進一步勘探

29、、規劃和選擇。料場的規劃包括空間、時間和質量等方面的全面規劃。 空間規劃，是指對料場的空間位置、高程進行恰當選擇，合理布置。土石料場應盡可能靠近大壩，并有利于重車下坡。壩的上下游、左右岸最好都有料場，以利于各個方向同時向大壩供料，保證壩體均衡上升。用料時，原則上低料低用、高料高用，以減少垂直運輸。 時間規劃，是指料場的選擇要考慮施工強度、季節和壩前水位的變化。在用料規劃上力求做到近料和上游易淹的料場先用，遠料和下游不易淹的料場后用；含水量高的料場旱季用，含水量低的料場雨季用。上壩強度高時充分利用運距近、開采條件好的料場，上壩強度低時用運距遠的料場，以平衡運輸任務。在料場使用計劃中，還應保留一部

30、分近料場供合攏段填筑和攔洪度汛施工高峰時使用。料場質與量的規劃，是指對料場的質量和儲料量進行合理規劃。在選擇規劃和使用料場時，應對料場的地質成因、產狀、埋深、儲量以及各種物理力學性能指標進行全面勘探試驗。 料場規劃時還應考慮主要料場和備用料場。主要料場，是指質量好、儲量大、運距近的料場，且可常年開采；備用料場，是指在淹沒范圍以外，當主要料場被淹沒或因庫水位抬高而導致土料過濕或其他原因不能使用時，在備用料場取料，保證壩體填筑的正常進行。應考慮到開采自然方與上壩壓實方的差異，雜物和不合格土料的剔除，開挖、運輸、填筑、削坡、施工道路和廢料占地不能開采以及其他可能產生的損耗。 此外，為了降低工程成本，

31、提高經濟效益，料場規劃時應充分考慮利用永久水工建筑物和臨時建筑物的開挖料作為大壩填筑用料。如建筑物的基礎開挖時間與上壩填筑時間不相吻合時，則應考慮安排必要的堆料場地儲備開挖料。 二、土料的開挖與運輸 1挖運配套方案 常用土石料挖運配套方案有以下幾種： (1)人工開挖，手推膠輪車和架子車運輸。一般手推車載重量100200kg，架子車載重量300500kg，運距不宜大于1km，坡度不宜大于2%。如坡度較陡可采用拉坡機或轉皮帶機運輸。拉坡機拉車上坡坡度不宜陡于1：31：5，爬高不宜大于30m。 (2)挖掘機挖裝，自卸汽車、拖拉機運輸。適宜運距25km，雙線路寬55.5m，轉彎半徑不宜小于50m，坡度

32、不宜大于10%。挖運方案選擇，應根據工程量大小、上壩強度高低、運距遠近和可供選擇的機械型號、規格等因素，進行綜合經濟技術比較后確定。 2挖運機械配套計算 ()挖運強度的確定)上壩強度d：單位時間填筑到壩面上的土方量，按壩面壓實成品方計。d(壓實方，3/d) (93)式中 V某時段內填筑到壩面上的土方量，3；ka壩體沉陷影響系數，取1.031.05； k施工不均衡系數，取1.21.3； k1壩面土料損失系數，取0.90.95； T某時段內的有效施工天數，等于計算時段內的總天數減去法定節假日天數和因雨停工的天數。 2)運輸強度T：為滿足上壩強度要求，單位時間內應運輸到壩面上的土方量，按運輸松方計。

33、 T(松方，3) (9-4)其中 c式中 c壓實影響系數； 1-土料運輸損失系數，取0.950.99； d、y分別為壩面土料設計干密度和土料運輸松散干密度。3)開挖強度C：為了滿足壩面土方填筑要求的，料場土料開挖應達到的強度。 C(自然方，m3/d) (9-5)其中 kc式中 n料場土料自然干密度；k3料場土料開挖損失系數，隨土料性質和開挖方式而異，取0.920.97。 其他符號意義同前。(2)挖運設備數量的確定1)挖掘機需要量Nc的計算 Nc (9-6)式中 Nc挖掘機需要量，臺； Pc挖掘機的生產率，m3/(d.臺)。2)與一臺挖掘機配套的自卸汽車數Na的計算 合理的配套應滿足：當第一輛汽

34、車裝滿后離開挖掘機到再次回到挖掘地點所消耗的時間，應該等于剩下的(Na)輛汽車在裝車地點所消耗的時間。即(Na)(t裝+t位)(t重+t卸+t空)則 Na (9-7) (9-8) (9-9)式中 Na與一臺挖掘機配套的自卸汽車臺數；自卸汽車一個工作循環時間； 裝裝車時間； 重重車開行時間； 卸卸車時間； 空空車返回時間； 位空車就位時間； 挖挖掘機一個工作循環時間； 裝車時間延誤系數； 裝車斗數； 自卸汽車載重量，t； 料料場土料自然密度，t/m3； 挖掘機斗容量，m3； H鏟斗充盈系數； s土料的可松性系數。為了充分發揮挖掘機和自卸汽車的生產效率，合理的裝車斗數m應為35斗。三、清基與壩基處

35、理 清基就是把壩基范圍內的所有草皮、樹木、墳墓、亂石、淤泥、有機質含量大于2%的表土、自然密度小于1.48 g/cm3的細砂和極細砂清除掉，清除深度一般為0.30.8m。對勘探坑，應把坑內積水與雜物全部清除，并用筑壩土料分層回填夯實。 土壩壩體與兩岸岸坡的結合部位是土壩施工的薄弱環節，處理不好會引起繞壩滲流和壩體裂縫。因此，岸坡與塑性心墻、斜墻或均質土壩的結合部位均應清至不透水層。對于巖石岸坡，清理坡度不應陡于1：0.75，并應挖成坡面，不得削成臺階和反坡，也不能有突出的變坡點；在回填前應涂35mm厚的粘土漿，以利結合。如有局部反坡而削坡方量又較大時，可采用混凝土或砌石補坡處理。對于粘土或濕陷

36、性黃土岸坡，清理坡度不應陡于1：1.5。岸坡與壩體的非防滲體的結合部位，清理坡度不得陡于岸坡土在飽水狀態下的穩定坡度，并不得有反坡。 對于河床基礎，當覆蓋層較淺時，一般采用截水墻(槽)處理。截水墻(槽)施工受地下水的影響較大，因此必須注意解決不同施工深度的排水問題，特別注意防止軟弱地基的邊坡受地下水影響引起的塌坡。對于施工區內的裂隙水或泉眼，在回填前必須認真處理。 對于截水墻(槽)，施工前必須對其建基面進行處理，清除基面上已松動的巖塊、石渣等，并用水沖洗干凈。壩體土方回填工作應在地基處理和混凝土截水槍澆筑完畢并達到一定強度后進行，回填時只能用小型機具。截水墻兩側的填土，應保持均衡上升，避免因受

37、力不均而引起截水墻斷裂。只有當回填土高出截水墻頂部0.5m后，才允許用羊腳碾壓實。四、壩體填筑與壓實 1壩面作業施工組織 基坑開挖和地基處理結束后即可進行壩體填筑。壩體土方填筑的特點是：作業面狹窄、工種多、工序多、機械設備多，施工干擾大，若組織不好將導致窩工，影響工程進度和施工質量。壩面作業包括鋪土、平土、灑水或晾曬(控制含水量)、壓實和質量檢查等。為了避免施工干擾、充分發揮各不同工序施工機械的生產效率，一般采用流水作業法組織壩面施工。 采用流水作業法組織施工時，首先應根據施工工序將壩面劃分成若干區段，然后組織各工種專業施工隊依次進入所劃分的區段施工。于是，各專業施工隊按工序依次連續在同一施工

38、區段施工；對各專業施工隊而言，則不停地輪流在各個施工區段完成本專業的施工工作。其結果是完成不同工序的施工機械均由相應的專業施工隊來操作，實現了施工專業化，有利于工人操作熟練程度的提高；同時在施工過程中保證了人、機、地三不閑，避免了施工干擾，有利于壩面作業連續、均衡地進行。由于壩面作業面積的大小隨高程而變化，因此，施工技術人員應經常根據作業面積變化的情況，采取有效措施，合理地組織壩面流水作業。2壩面鋪土壓實鋪土宜沿壩軸線方向進行，厚度要均勻，超徑土塊應打碎，石塊應剔除。在防滲體上用自卸汽車鋪土時，宜用進占法倒退鋪土，使汽車在松土上行駛，以免在壓實的土層上開行而產生超壓剪切破壞。在壩面上每隔406

39、0m應設置專用道口，以免汽車因穿越反濾層將反濾料帶入防滲體內，造成土料與反濾料混淆，影響壩體質量。 按要求厚度鋪土平土，是保證工程質量的關鍵。用自卸汽車運料上壩，由于卸料集中，應采用推土機平土。具體操作時可采用“算方上料、定點卸料、隨卸隨平、鋪平把關、插桿檢查”的措施，鋪填中不應使壩面起伏不平，避免降雨積水。塑性心墻壩或斜墻壩壩面鋪筑時應向上游傾斜1%2%；均質壩應使壩面中部凸起，并分別向上下游傾斜1%2%的坡度，以便排除降水。 塑性心墻壩或斜墻壩的施工，土料與反濾料可采用平起施工法。根據其先后順序，又分為先土后砂法和先砂后土法。 先土后砂法是先填壓三層土料再鋪一層反濾料，并將反濾料與土料整平

40、，然后對土砂邊沿部分進行壓實，如圖9-18(a)所示。由于土料表面高于反濾料，土料的卸、散、平、壓都是在無側限的情況下進行的，很容易形成超坡。在采用羊角碾壓實時，要預留3050cm的松土邊，應避免因土料伸入反濾層而加大清理工作。這種施工方法，在遇連續晴天時，土料上升較快，反濾料往往供不應求，必須注意克服。 先砂后土法是先在反濾料的控制邊線內用反濾料堆筑一小堤，如圖9-18(b)所示。為了便于土料收坡，保證反濾料的寬度，每填一層土料，隨即用反濾料補齊土料收坡留下的三角體，并進行人工搗實，以利于土砂邊線的控制。由于土料在有側限的情況下壓實，松土邊很少，僅2030cm，故采用較多。圖9-18 無論是

41、先砂后土法還是先土后砂法，土料邊沿仍有一定寬度未壓實合格，所以需要每填筑三層土料后用夯實機具夯實一次土砂的結合部位，夯實時宜先夯土邊一側，合格后再夯反濾料一側，切忌交替夯實，以免影響質量。例如某水庫，鋪筑粘土心墻與反濾料時采用先砂后土法施工。自卸汽車將混合料和砂子先后卸在壩面當前施工位置，人工(灑白灰線控制堆筑范圍)將反濾料整理成0.50.6m高的小堤，然后填筑23層土料，使土料與反濾料齊平，再用振動碾將反濾料碾壓8遍。為了解決土砂結合部位土料干密度偏小的問題，在施工中采取了以下措施：用羊角碾碾壓土料時，要求拖拉機履帶緊沿砂堤開行，但不允許壓上砂堤；在正常情況下，靠砂帶第一層土料有1015cm

42、寬干密度不夠，第二層有1025cm寬干密度不夠，施工中要求用人工挖除這些密度不夠的土料，并移砂鋪填；碾壓反濾料時應超過砂界至少0.5m寬，取得了較好的效果。 在塑性心墻壩施工時，應注意心墻與壩殼的均衡上升，如心墻上升太快，易干裂而影響質量；若壩殼上升太快，則會造成施工困難。塑性斜墻壩施工，應待壩殼填筑到一定高度甚至達到設計高度后，再填筑斜墻土料，盡量使壩殼沉陷在防滲體施工前發生，從而避免防滲體在施工后出現裂縫。對于已筑好的斜墻，應立即在上游面鋪好保護層，以防干裂。 當粘性土含水量偏低或偏高，可進行灑水或晾曬。灑水或晾曬工作主要在料場進行。如必須在壩面灑水，為使水分能盡快分布到填筑土層中，可在鋪

43、土前灑1/3的水，其余2/3在鋪好后再灑。灑水后應停歇一段時間，使水分在土層中均勻分布后再進行碾壓。土料的壓實是壩面施工中最重要的工作之一，壓實參數應通過現場試驗確定。碾壓可按進退錯距法或圈轉套壓法進行，碾壓方向必須與壩軸線平行，相鄰兩次碾壓必須有一定的重疊寬度。對因汽車上壩或壓實機具壓實后的土料表層形成的光面，必須進行刨毛處理，一般要求刨毛深度為45cm。 五、土方工程冬雨季施工 (一)土方工程冬季施工 在寒冷地區的冬季，氣溫常在零度以下，由于土料凍結，給土方工程施工帶來很大的困難。水利水電施工組織設計規范（SDJ 33889）規定：當日平均氣溫低于0時，粘性土應按低溫季節施工；當日平均氣溫

44、低于10時，一般不宜填筑土料，否則應進行技術經濟論證。土方工程冬季施工的中心環節是防止土料的凍結。通常可以采用以下三方面的措施：1防凍 (1)降低土料含水量。在入冬前，采用明溝截、排地表水或降低地下水位，使砂礫料的含水量降低到最低限度；對粘性土將其含水量降低到塑限的90%以下，并在施工中不再加水。 (2)降低土料凍結溫度。在填土中加入一定量的食鹽，降低土料凍結溫度。 (3)加大施工強度，保證填土連續作業。采用嚴密的施工組織，嚴格控制各工序的施工速度，使土料在運輸和填筑過程中的熱量損失最小，下層土料未凍結前被新土迅速覆蓋，以利于上下層間的良好結合。發現凍土應及時清除。2保溫 (1)覆蓋隔熱材料。

45、對開挖面積不大的料場，可覆蓋樹枝、樹葉、干草、鋸末等保溫材料。 (2)覆蓋積雪。積雪是天然的隔熱保溫材料，覆蓋一定厚度的積雪可以達到一定的保溫效果。 (3)冰層保溫。采取一定措施，在開挖土料表面形成1015cm厚度冰層，利用冰層下的空氣隔熱對土料進行保溫。 (4)松土保溫。在寒潮到來前，對將要開采的料場表層土料翻松、擊碎，并平整至535cm厚，利用松土內的空氣隔熱保溫。 一般來講，開采土料溫度不低于510，壓實溫度不低于2，便能保證土料的壓實效果。3加熱當氣溫低、風速過大，一般保溫措施不能滿足要求時，則采用加熱和保溫相結合的暖棚作業，在棚內用蒸汽或火爐升溫。蒸汽可以用暖氣管或暖氣包放熱。暖棚作

46、業費用高，只有在冬季較長，工期很緊，質量要求很高，工作面狹長的情況下使用。(二)土方工程雨季施工 在多雨的地區進行土方工程施工，特別是粘性土，常因含水量過大而影響施工質量和施工進度。因此，規范要求：土料施工盡可能安排在少雨季節，若在雨季或多雨地區施工，應選用合適的土料和施工方法，并采取可靠的防雨措施。雨季作業通常采取以下措施：(1)改進粘性土特性，使之適應雨季作業。在土料中摻入一定比例的砂礫料或巖石碎屑，濾出土料中的水分，降低土料含水量。(2)合理安排施工，改進施工方法。對含水量高的料場，采用推土機平層松土取料，以利于降低含水量；晴天多采土，加以翻曬，堆成土堆，并將土堆表面壓實抹光，以利排水，

47、形成儲備土料的臨時土庫，即所謂“土牛”；充分利用氣象預報，晴天安排粘土施工，雨天安排非粘性土施工。(3)增加防雨措施，保證更多有效工作日。對作業面不大的土方填筑工程，雨季施工可以采用搭建防雨棚的方法，避免雨天停工；或在雨天到來時，用帆布或塑料薄膜加以覆蓋；當雨量不大，降雨歷時不長，可在降雨前迅速撤離施工機械，然后用平碾或震動碾將土料表面壓成光面，并使其表面向一側傾斜，以利排水。六、土壩施工質量控制 1料場的質量檢查和控制對土料場應經常檢查所取土料的土質情況、土塊大小、含水量和雜質含量是否符合上壩要求。尤其要注意對粘性土含水量的檢查和控制。若含水量偏高，一方面應加強改善料場的排水條件和采取有效防

48、范措施，另一方面應將含水量高的土料進行翻曬，或采取輪換掌子面的辦法，使土料的含水量降低到規定的范圍再開挖。當土料含水量不均勻時，應考慮堆筑“土牛”，使含水量均勻后再外運。當含水量偏低時，應考慮在料場加水，以提高含水量。 對石料場要經常檢查石質、風化程度、石料大小及形狀等是否符合上壩要求。如發現不合格，應查明原因，并及時處理。2壩面的質量檢查和控制 在土料填筑過程中，應對鋪土厚度、填土塊度、含水量、壓實后的干密度等進行檢查，并提出質量控制措施。對粘性土含水量可采用“手檢”法，即手握土料能成團，手搓可成碎塊，則含水量合格，準確檢測應用含水量測定儀測定。取樣所測定的干密度試驗結果，其合格率應不小于9

49、0%,不合格干密度不得低于設計值的98%，且不能集中出現。粘性土和砂土的密度可用體積為500cm3的環刀測定；礫質土、砂礫料、反濾料可用灌水法或灌砂法測定。對防滲體應選定若干固定斷面取樣檢查，沿壩高510m取一次樣，取代表性試樣總數不應少于30個，在室內進行物理力學性能試驗。對工程特征部位，如壩頂、壩基、削坡處、壩肩結合部位、與剛性建筑物連接處、各種土料的過渡地帶等均應取樣進行檢查。 對于反濾層、過渡層、壩殼等非粘性土的填筑，除按要求取樣外，主要應控制壓實參數，發現問題應及時糾正。在填筑排水反濾層時，每層在25 m×25m范圍內取樣12個；對于條形反濾層，每隔50m設一取樣斷面，每個

50、取樣斷面每層取樣品不得少于4個，且應均勻分布在斷面的不同部位；對于鋪筑厚度、是否混有雜物、填筑質量等應進行全面檢查。反濾料和過渡料的級配應在篩分現場進行控制，如不合要求，應重新篩選。對堆石體主要應檢查上壩塊石的質量、風化程度、石塊的重量、尺寸、形狀，堆筑過程中有無離析架空現象發生。對于堆石的級配、空隙率大小，應分層分段取樣，檢查是否符合設計要求。所有質量檢查的記錄，應隨時整理，分別編號存檔備查。第五節 面板堆石壩施工混凝土面板堆石壩是近期發展起來的一種新壩型，它具有工程量小、工期短、投資省、施工簡便、運行安全等優點。近三十年來，由于設計理論和施工機械、施工方法的發展，更顯出面板堆石壩在各類壩型

51、中競爭優勢。一、堆石材料質量要求和壩體材料分區 面板堆石壩上游有薄層防滲面板，面板可以是鋼筋混凝土的，也可以是柔性瀝青混凝土的。壩體主要是堆石結構。1、堆石材料的質量要求 （1）主要部位的石料抗壓強度不低于78MPa，次要部位石料抗壓強度應在5060MPa之間； （2）石料硬度不應低于莫氏硬度表中的第三級，其韌性不應低于2kgm/cm2；（3）石料的天然密度不應低于2.2g/cm3；（4）石料應具有抗風化能力，其軟化系數水上不低于0.8，水下不低于0.85；2、面板堆石壩的壩體分區 根據面板堆石壩不同部位的受力情況，將壩體進行分區，如圖9-19。圖9-19面板堆石壩標準剖面圖（1）墊層區 主要

52、作用是為面板提供平整、密實的基礎，將面板承受的水壓力均勻傳遞給主堆石體。要求用石質新鮮，級配良好的碎石料填筑。（2）過渡區 主要作用是保護墊層區在高水頭作用下不產生破壞。其粒徑、級配要求符合墊層料與主堆石料間的反濾要求。一般最大粒徑不超過350400mm。（3）主堆石區 主要作用是維持壩體穩定。要求石質堅硬，級配良好，允許存在少量分散的風化料，該區粒徑一般為600800mm。（4）次堆石區 主要作用是保護主堆石體和下游邊坡的穩定。要求采用較大石料填筑，允許有少量分散的風化石料，粒徑一般為10001200mm。由于該區的沉陷對面板的影響很小，故對填筑石料的要求可放寬一些。二、堆石壩填筑工藝、壓實

53、參數和質量控制1、填筑工藝堆石壩填筑可采用自卸汽車后退法或進占法卸料，推土機攤平。后退法 汽車在壓實的壩面上行駛，可減輕輪胎磨損，但推土機攤平工作量很大，影響施工進度。墊層料的攤鋪一般采用后退法，以減少物料的分離。 進占法 自卸汽車在未碾壓的石料上行駛，輪胎磨損較嚴重，卸料時會造成一定分離，但不影響施工質量，推土機攤平工作量可大大減小，施工進度快。 主堆石體、次堆石體和過渡料一般采用自行式或拖式振動碾壓實。墊層料由于粒徑較小，且位于斜坡面，可采用斜坡振動碾壓實或用夯擊機械夯實，局部邊角地帶人工夯實。為了改善墊層料的碾壓效果，可在墊層料表面鋪填一薄層砂漿，既可達到固坡的目的，同時還可利用碾壓砂漿進行臨時度汛，以爭取工期。2、堆石體的壓實參數和質量控制（1）壓實參數 堆石體填料粒徑一般在6001200mm之間，鋪填厚度根據粒徑的大小而不同，一般為60120cm，少數可達150cm以上。振動碾壓實，壓實遍數隨碾重不同而異，一般為46遍，個別可達8遍。 墊層料最大粒徑為150300mm，鋪填厚度一般為2545cm，振動碾壓實，壓實遍數通常為4遍，個別68遍。 堆石壩壩殼石料粒徑較大，一般為10001500mm，鋪填厚度在1m以上，壓實遍數為24遍。 據統計，不同部位的堆石料壓實干密度均在2.102.30g/cm