1、水利工程施工技術與施工機械1課程設計一、目的和要求1課程設計的目的（1）鞏固水利水電工程施工課程的相關理論知識。（2）強化學生運用所學專業知識分析和解決工程施工實際問題的能力。（3）進一步培養學生的計算、繪圖能力及使用設計規范、設計手冊、定額、設計圖集、參考資料等基本資料編寫技術報告的能力。（4）培養學生掌握施工組織設計有關內容的設計方法與編制步驟。2課程設計的要求（1）能根據設計任務書的要求，利用所給的基本資料，認真獨立地完成設計任務。（2）獨立思考，敢于創新。（3）報告書應簡明扼要，邏輯性強，結論準確，計算正確；方案有較全面的分析論證且具備良好的技術經濟效益。（4）設計成果均裝入檔案袋，并

2、注明班級、姓名、學號及資料清單，然后上交。二、設計題目、設計內容和成果（一）工程概況S.T 工程樞紐屬一級建筑物，由河床混凝土重力壩、溢洪道、右岸土壩和壩后廠房等部分組成。壩址上下游均有砂石材料，特別是壩址下游砂石藏量豐富，開采運輸比較方便，質量一般符合工程要求。1. 混凝土工程量及工期要求（1）C15混凝土 ( 每位同學學號的最后兩位數都不為零時采用學號數的最后兩位，否43則采用 93.4 ) ×10 m，埋石率 5%。（2）C20混凝土（若學號的倒數第二位數為零時，采用學號數的最后一位數，否則采43用 12.6 ）×10 m（3）總工期 20 個月，在開工后的8 個月內

3、應完成混凝土總量的30%40%，15 個月內應完成總量的 80%90%，剩余的在后5 個月內完成。2. 料場的基本情況，見表 13. 混凝土的配合比，見表 214. 各砂料場的粒徑組成及主要物理性質，見表35. 各礫石料場的粒徑組成及主要物理性質，見表46. 輔助工程砂礫石凈料需要量（不包括損失）：10 4t/20 月砂小石中石大石特大石2.311.601.652.552.03（二）破碎機械為CM-11A型，破碎石料得到的各級砂石料的含量如下（%）砂小石中石大石特大石414154027（三）課程設計要求1. 進行料場規劃，選擇主料場和備用料場2. 混凝土工程施工進度安排，各時段的混凝土澆筑量和

4、砂石料凈需量計算3. 砂石開采量計算4. 進行方案比較：一種方案是減少開采量，利用超徑石破碎補充短缺粒徑砂石量；另一種方案是以最大開采量控制。設33超徑石的破1m 天然砂石料的采運綜合單價是15 元， 1m碎加工單價是 8 元表 1各料場基本特性料場位置及 地形面積高程覆蓋層有效層厚3)洪水及地下水(km 2)(m)厚(m)儲量 (103m(m)情況明壩四右岸壩址下游26.8 平礫石層與紅砂1.2km 有 2 條大0.13550-570142900巖接觸帶 雨季級階地均沖溝有小泉流出右岸壩址下游舊鎮灘6.9km 灘石平坦0.24410-4160.257.51803有水渠與階地相隔右岸壩址下游平

5、谷灘9km 灘道路略有0.13410-4150.185.5708起伏，覆蓋薄，有水渠通過富家溝右岸壩址下游0.33.5715孫家溝10km 山溝里，200河口為沖積灘，460-480 2.0平時為干溝老虎溝溝壁黃土覆蓋，0.057.0390溝中平時無水2表 2混凝土配合比混凝土水灰比含砂率1m3 混凝土中各材料的需要量（kg/m3）等級（ %）水水泥砂小石中石大石特大石C150.6421.3107.5167463427427428427C200.5620.4108193441431431432432表 3各砂料場的顆粒組成與物理性質粒徑平均自然粒空密度度隙粒徑密度<0.150.150.3

6、0.30.60.61.21.22.5 2.55.0(t/m3)模率料場名稱>5.0(t/m 3)(mm)數(%)含量 (%)富家溝與8.88.8814.420.819.2200.461.572.73.1241.9孫家溝老虎溝8.8129.615.22014.4200.401.962.672.7326.6宛家溝9.814.79.111.914.79.8300.341.982.672.3525.8表 4礫石料場天然級配及物理性質料場粒徑 (mm)自然密度粒度模空隙率<55-2020-4040-8080-150>150密度名稱(t/m3)數(%)含量 (%)(t/m 3)明壩四20

7、18.721.821.815.721.812.727.6633.4級階地舊鎮灘1910.411.719.327.6121.872.758.7932平谷灘2013.612.414.321.7181.922.748.4929.9二、設計依據（一）骨料料場規劃應根據料場的分布、開采條件、可利用料的質量、儲量、天然級配、加工要求、棄料多少、運距遠近、生產成本等因素考慮。首先要了解砂石料的需求、流域的近期規劃、料源的狀況，以確定是建立流域或地區的砂石生產基地還是工程專用的砂石系統。滿足水工混凝土對骨料的各項質量要求、其儲量力求滿足各項設計級配的需要，并有必要的富裕量。選用的料場，特別是主料場，應場地開闊

8、，高程適宜，儲量大，質量好，開采季節長，主輔料場應能兼顧洪枯季節互為備用的要求。選擇可采率高，天然級配與設計級配較為接近，用人工骨料調整級配數量少的料場。料場附近有足夠的回車和堆料地，且占用農田少，不拆遷或少拆遷現有生活、生產設施。選擇開采準備工作量小的，施工簡便的料場。（二）天然砂礫料開采量的確定骨料總需要量 qi :qi =(1K C )eij V j (kg,以松方計 )j3式中 KC 混凝土出機以后的損失系數，為0.010.02 。開采天然骨料總量 qi 為 :Qi=(1+k)qi（pi 天然）式中 k 骨料生產過程的損失系數，為個生產環節系數的總和，即k=k1+k2+k3+k4, 其

9、中k1，k2，k3， k4 參考下表生產過程中骨料損耗系數骨料粒徑（ mm）產生損耗的生產環節Ki<55204080204080120水上開采K10.030.020.02水下開采0.070.050.03加工K20.070.020.01運輸堆存K30.050.030.02混凝土生產K40.030.020.02（1）由天然砂石料開采量的計算公式：Qi=(1+K)可知，qi=Qi pi （ 1+K）（2）人工骨料開采量確定如需要開采石料作為人工骨料的料源，則石料開采量可按下式計算：式中 Vr 采石場總開采量， m3，以自然方記K 人工骨料損耗系數，對碎石，加工損失為 0.02 0.06 ，運輸

10、儲存損失為 0.02 0.04 ，對于人工砂，加工損失為 0.08 0.20 ，運輸儲存損失為 0.02 0.06- 每立方米混凝土的骨料用量， t m3 Vo 混凝土的總需要量， m3塊石開采成品獲得率，取80%95%塊石的密度， t m3在采用或部分采用人工骨料方案時，若有可用的開挖棄料，則將其扣除后確定實際開采量。三、計算過程各料場的剝采比的計算及主料場的確定剝采比：明壩四級階地： 0.8933舊鎮灘： 0.0294平谷灘： 0.03274富家溝： 0.5714孫家溝： 0.5714老虎溝： 0.2857由于剝采比 =覆蓋層厚 / 有效層厚，由規范知道剝采比 0.2 ，若其比值越大開挖難

11、度越大，成本也隨之增加，經濟效益低。覆蓋層太大會給開挖增加難度。由于明壩四級階地要考慮雨季，綜上所述明壩四級階地不宜作主料場。舊鎮灘與平谷灘相比，舊鎮灘右岸壩址下游 6.9km 灘石平坦有水渠與階地相隔，平谷灘右岸壩址下游 9km灘道路略有起伏，覆蓋薄，有水渠通過，兩者相比，舊鎮灘的運距較近更有利于施工，所以初步 選舊鎮灘為主料場 , 選平谷灘為輔助料場。（一） 1、本工程混凝土總量 C1560104 m 395%5.7105 m 3C2012.6104 m 32、總工期為 20 個月初步估開工后8 個月應完成混凝土總量的 30%， 15 個月完成總量的60%，剩余 5 個月完成總量的 10%

12、3、前八個月所需要的C156.0105 m 330%1.71105 m 3C2012.6104 m 330%3.78104 m 34、九至十五月所需的C155.7105 m 3(90 30)%34.2104 m 3C2012.6104 m 3(90 - 60)%7.56104 m35、剩余五個月所需要的 C155.7105 m 310%5.7 104 m3C2012.6104 m 310%1.26104 m3表 1、各月所需的混凝土量單位 :104 m 3混凝土前 8個月9至15月剩余5個月總量C151.7134.25.741.64C 203.787.561.2612.60（二）由表 2 可得

13、前八個月其中KC的取值都為 0.01：C15的混凝土中所需的砂q砂 (1K C )eij V j(10.1)1.711054637.9965107jC20的混凝土中所需的砂q砂 (1K C )eij V j(10.1)3.781044411.683107jC15的混凝土中所需的小石5q小石(1K C )eij Vj(10.1)1.711054277.3747107jC20的混凝土中所需的小石q小石(1K C )eij Vj(10.1)3.781044311.645107jC15的混凝土中所需的中石q中石(1K C )eij Vj(10.1)1.711054277.374710 7jC20的混凝

14、土中所需的中石q中石(1K C )eij Vj(10.1)3.781044311.645107jC15的混凝土中所需的大石q大石(1K C )eij V j(10.1)1.711054287.392107jC20的混凝土中所需的大石q大石(1K C )eij V j(10.1)3.781044321.649107jC15的混凝土中所需的特大石q特大石(1K C )eij V j(10.1)1.711054277.3747107jC20的混凝土中所需的特大石q特大石(1K C )eij V j(10.1)3.78 1044321.649107j表 2、前八個月各骨料的用量單位 ×107

15、 混凝土砂小石中石大石特大石C157.99657.37477.37477.3927.3747C201.6831.6451.6451.6491.649（二）九至十五月C15的混凝土中所需的砂q砂(1 KC)eij V j(1 0.1) 3.42 105463 15.992 107jC20的混凝土中所需的砂q砂(1 KC)eij V j (10.1) 7.56 104441 3.367 107j6C15的混凝土中所需的小石q小石(1K C )eij Vj(10.1)3.4210542714.749107jC20的混凝土中所需的小石q小石(1K C )eij Vj(10.1)7.561044313.

16、291107jC15的混凝土中所需的中石q中石(1K C )eij Vj(10.1)3.4210542714.749107jC20的混凝土中所需的中石q中石(1K C )eij Vj(10.1)7.561044313.291107jC15的混凝土中所需的大石q大石(1K C )eij V j(10.1)3.4210542814.783107jC20的混凝土中所需的大石q大石(1K C )eij V j(10.1)7.561044323.299107jC15的混凝土中所需的特大石q特大石(1K C )eij V j(10.1)3.4210542714.749107jC20的混凝土中所需的特大石q

17、特大石(1K C )eij V j(10.1)7.561044323.299107j表 3、九到十五月各骨料的用量單位× 107 混凝土砂小石中石大石特大石C1515.99214.74914.74914.78314.749C203.3673.2913.2913.2993.299（三）剩余五個月C15的混凝土中所需的砂q砂 (1KC)e Vj(1 0.1) 5.7 104463 26.655 106ijjC20的混凝土中所需的砂7q砂 (1KC)e Vj(10.1) 1.26 1044415.612 106jijC15的混凝土中所需的小石q小石(1K C )eij V j(1 0.1)

18、5.710442724.582106jC20的混凝土中所需的小石q小石(1K C )eij V j(1 0.1)1.2610 44315.485106jC15的混凝土中所需的中石q中石(1K C)eij V j(1 0.1)5.710442724.582106jC20的混凝土中所需的中石q中石(1K C)eij V j(1 0.1)1.261044315.485106jC15的混凝土中所需的大石q大石(1K C)eij V j(1 0.1)5.710442824.641106jC20的混凝土中所需的大石q大石(1K C)eij V j(1 0.1)1.261044325.498106jC15的

19、混凝土中所需的特大石q特大石(1K C )jeij V j(1 0.1)5.710342724.582106C20的混凝土中所需的特大石q特大石(1K C )jeij V j(1 0.1)1.2610 4432 5.498106表 4、16 到 20 月各骨料的用量單位×106 混凝土砂小石中石大石特大石C1526.65524.58224.58224.64124.582C205.6125.4855.4855.4985.498表 5、各月骨料的用量單位×107混 1-8 月（ 40%）9-15 月（ 40%）16-12 月（ 20%）凝砂小中大特砂小中大特砂小中大特8土石石石

20、大石石石大石石石大石石石C161415.141516141514158.7.7.7.7.1.3.9.7.4.3.9.1.7.4154756287212751048695010482769505240374550C3.2.2.72.2.3.2.2.2.2.1.1.1.1.1.2049293950492979393524648464702709513495096145349794807777475輔0.0.0.61.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.助9281805789715741635064602564料428275250575257575201818.181820181818191

21、09.9.9.總.2.5.7.1.2.4.5.0.29.489334638量830923216736839698577174739935397898445表六、二十個月所需要的骨料的量單位×107砂小石中石大石特大石用量50.708846.273346.633446.709647.0254（四）（五）各料場可開采的總量1、舊鎮灘可開采的骨料總量 QI=(1+K)q/p 則 qi=QIpi i/1+K 由生產過程中骨料損耗系數表可知：砂：（取 k=0.03+0.07+0.05+0.03=0.18）小石：（取 k=0.02+0.02+0.03+0.02=0.09）中石：（取 k=0.02

22、+0.02+0.03+0.02=0.09）大石：（取 k=0.02+0.01+0.02+0.02=0.07）特大石：（取 k=0.02+0.01+0.02+0.02=0.07 ）砂：qi=QIpi i/1+K=2125×103×1.87×103×19%/1+0.18=6.3984×108kg小石：qi=QIpi i/1+K=2125×103×1.87×103×10.4%/1+0.09=3.781×108kg中石：qi=QIpi i/1+K=2125×103×1.87×

23、;103×11.7%/1+0.09=4.265×108kg大石：qi=QIpi i/1+K=2125×103×1.87×103×19.3%/1+0.07=7.1676×108kg特大石：qi=QIpi i/1+K=2125×103×1.87×103×27.6%/1+0.07=10.250×108kg主料即可開材料量如下表單位：×107砂小石中石大石特大石總量開采量63.98437.8142.6571.676102.50318.62主料場實際可開采料量與計算值得二十個

24、月的用量的差值：單位：× 107砂小石中石大石特大石凈需要量50.708846.273346.633446.709647.02549開采量63.98437.81042.65071.676102.50差量-13.27528.46333.9834-24.9664-55.4746由表可知若將舊鎮灘料場開采完則浪費的料過多，方案一按最大量進行開采砂： Qi=(1+k)qi（pi 天然） =（1+0.18 ） ×50.7088×104÷(19%×1.87)=168.41 ×104m3小石： Qi=(1+k)qi（pi 天然） =（1+0.09

25、）×46.2733×104÷(10.4%×1.87)=259.35×104 m3中石： Qi=(1+k)qi（pi 天然） =（1+0.09 ）×46.6334×104÷(11.7%×1.87)=232.33×104 m3大石： Qi=(1+k)qi（pi 天然） =（1+0.07 ）×46.7096×104÷(19.3%×1.87)=138.48×104 m特大石： Qi=(1+k)qi （pi 天然） =（1+0.07 ）×47.0

26、254×104÷(27.6%×1.87) =99.658×104 m3各種骨料開采總量單位： 104m3砂小石中石大石超大石開采量168.41259.35232.33138.4899.658898.228四、砂石開采方案比較（一）方案一：按最大量進行開采選小石作主料開采，以此方案進行計算的費用為：W=2×104×15=3.4805×107元（二）方案二：減少開采量，利用超徑石破碎補充短缺粒徑砂石量由中石破碎 Qi=(1+k)qi （pi 天然）可計算出 q 小石Q中石 =232.33×104= （1+0.09 ）

27、q 小石 ÷ （10.4%×1.87 ）q小石 =37.810×107kg小石差量為q=46.2733×107-37.810×107=8.4633×107kg取 232.27×104 m3 為開采量進行計算得超經石 W=232.33×104×12%=27.884×104 m3砂：qi=QIpi i/1+K=232.33 ×104×1.87×103×19%/1+0.18=6.995×108kg小石：qi=QIpi i/1+K=232.33 

28、5;104×1.87×103×10.4%/1+0.09=4.608×108kg中石：qi=QIpi i/1+K=232.33 ×104×1.87×103×11.7%/1+0.09=5.173×108kg大石：qi=QIpi i/1+K=232.33 ×104×1.87×103×19.3%/1+0.07=8.455×108kg特大石：qi=QIpi i/1+K=232.33 ×104×1.87×103×27.6%/1+

29、0.07=12.061×108kg單位×107砂小石中石大石特大石凈需要量50.7146.2746.6346.7147.03開采量69.9546.0851.7384.55120.61差量-19.240.19-5.1-37.84-73.58對超經石進行破碎需要量W=4.65÷0.14÷1.87=17.7616×104m3則此方案所需費用W=232.33×104×15+17.7616×104×8=3.6270×107元（三）方案三、若取開采量為200×104m3可得超勁石W=200

30、5;104×12%×1.87=44.88×107砂：qi=QIpi i/1+K=200×104×1.87×103×19%/1+0.18=60.220×10710小石：qi=QIpi i/1+K=200×104×1.87×103×10.4%/1+0.09=35.684×107中石：qi=QIpi i/1+K=200×104×1.87×103×11.7%/1+0.09=44.145×107大石：qi=QIpi i/1+K=200×104×1.87×103×19.3%/1+0.07=67.460×107特大石：qi=QIpi i/1+K=200×104×1.87×103×27.6%/1+0.07=96.471×108單位×107砂小石中石大石特大石凈需要量50.7146.2746.6346.7147.03開采量60.2235.6844.1567.4696.47差量-9.5110.592.48-20.75-49.44對超經石進行破碎需要的超經石 W=(10.59+2.48