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水利工程施工讲义


绪 论
教学目的及要求: 了解国内外在水利水电建设上的历史和现行施 教学目的及要求:通过本章学习, 工发展状况,理解水利工程施工的学科特征、主要特点和必须遵循的主要原则, 从体系上掌握本课程的主要内容、特点和学习方法,建立学习的基本框架,对今 后的各章节学习具有指导意义。 重点: 重点:1.水利工程施工的任务和特点;2.水利工程施工组织与管理的基本原则; 3.本课程的主

要内容和特点。 难点: 难点:1.理解该学科的理论与实践紧密结合的特点;2.掌握当前水利水电工程建 设施工发展的方向和前沿;3.熟记工程建设和管理的基本原则。 教具及参考资料: 中国水利水电 教具及参考资料:周克己, 水利水电工程施工组织与管理. 北京: 出版社,1998 年 10 月 教学方法:讲授法。 教学方法:讲授法。 《水利工程施工》是一门理论与实践紧密结合的专业课。它是在总结国内外 水利水电建设先进经验的基础上,从施工机械、施工技术、施工组织与管理等方 面,研究多快好省地进行水利水电建设基本规律的一门科学。 水利水电建设,可概括分为规划、设计、施工等阶段。各阶段既有分工,又 有联系,相辅相承。水利工程施工这门科学的主要特征是实践性和综合性。前者 要求通过施工实践,检验规划设计的方案,使工程完建并投入使用,这就要求理 论结合实际,因时因地分析问题和解决问题;后者要求在施工过程中,既要领会 规划设计的意图,又要根据施工条件的和水利水电建设的方针政策,优质快速的 进行工程建设, 这就要求综合运用与水利水电建设有关的科学技术和组织管理方 面的经验和知识,使问题得到完满得解决。 一、水利工程施工的任务和特点 水利工程施工的主要任务可归纳如下: 1.设计、合同任务和有关部门的要求,根据工程所在地区的自然条件,当地 社会经济状况,设备、材料和人力等的供应情况以及工程特点,编制切实可行的 施工组织设计; 2.照施工组织设计,做好施工准备,加强施工管理,有计划的组织施工,保 证施工质量,合理使用建设资金多快好省地起全面完成施工任务; 3.施工过程中开展观测,试验和研究工作,促进水利水电建设科学技术的发 展; 水利工程施工的特点,突出反映在水流控制上: 1)水利工程施工常在河流上进行,受水文、气象、地形、地质等因素影响 很大; 2)河流上修建的挡水建筑物,关系着下游千百万人民的生命财产安全,因 此,工程施工必须保证施工质量; 3)在流上修建水利工程,常涉及到许多部门的利益,这就必须全面规划、 统筹兼顾,因而增加了施工的复杂性; 4)水利水电工程一般位于交通不便的山区,施工准备工作量大,不仅要修 建场内外交通道路和为施工服务的辅助企业,而且要修建办公室和生活用房。因 此,必须十分重视施工准备工作的组织,使之既满足施工要求又减少工程投资; 5)水利水电枢纽工程常由许多单项工程所组成,布置集中、工程量大、工 种多、施工强度高,加上地形方面的限制。容易发生施工干扰。因此需要统筹规

划重视现场施工的组织和管理,运用系统工程学的原理,因时因地的选择最优的 施工方案; 6)水利工程施工过程中爆破作业、地下作业、水上水下作业和高空作业等, 常常平行交叉进行,对施工安全很不利。因此,必须十分注意安全施工,防止事 故发生; 二、我国水利工程施工的成就与展望 在我国历史上,水利建设成就卓著。公元前 250 年以前修建的四川都江堰水 利工程,按“乘势利导,因时制宜”的原则,发挥了防洪和灌溉的巨大效益。用 现代系统工程的观点来分析,该工程在结构布局、施工措施、维修管理制度等方 面都是相当成功的。此外,在截流堵口工程中所使用的多种施工技术至今还为各 地工程所沿用。 解放以后,在党和政府的正确领导下,我国的水利水电事业取得了辉煌的成 就。有计划有步骤地开展了大江大河的综合治理;修建了一大批综合利用的水利 枢纽工程和大型水电站;建成了一些大型灌区和机电灌区;中小型水利水电工程 也得到了蓬勃的发展。 随着水利水电事业的发展,施工机械的装备能力迅速增长,已经具有实现高 强度快速施工的能力;施工技术水平不断的提高,进行了长江、黄河等大江大河 的截流,采用了很多施工的新技术新工艺;土石坝工程、混凝土坝工程和地下工 程的综合机械化组织管理水平逐步的提高。水利施工科学的发展,为水利水电事 业展示出一片广阔的前景。 在取得巨大成就的同时,我国的水利水电建设也付出过沉重的代价。如由于 违反基本建设的程序,不遵循施工的科学规律,不按照经济规律办事,使水利水 电建设事业遭受相当大的损失。我国目前大容量高效率多功能的施工机械,其通 用化、系列化、自动化的程度还不高,利用并不充分;新技术、新工艺的研究推 广和使用不够普遍;施工组织管理水平不高;各种施工规范、规章制度、定额法 规等的基础工作比较薄弱。 为了实现我国经济建设的战略目标,加快水利水电建设的步伐,必须认真总 结过去的经验和教训,在学习和引进国外的先进技术、科学管理方法的同时,发 扬自力更生、艰苦创业的精神,走出一条适合我国国情的水利水电工程施工科学 技术的发展道路。 三、水利工程施工组织与管理的基本原则 总结过去水利工程施工的经验,在施工组织与管理方面,必须遵循以下的主 要原则: 1)全面的贯彻多快好省的施工原则:在工程建设中应该根据需要和可能, 尽快地完成优质、高产、低消耗的工程,任何片面强调某一各方面而忽视另一个 方面的做法都是错误的,都会造成不良的后果; 2)按基本建设程序办事; 3)按系统工程的原则合理组织工程施工; 4)实行科学管理; 5)一切从实际出发遵从施工的科学规律; 6)要做好人力物力的综合平衡、连续、有节奏地施工。 四、本课程地主要内容和特点 本课程是一门实践性综合性很强地专业课。根据这一特点,本教材着重阐述 水利水电枢纽工程及其有代表性的水工建筑物的施工程序、施工方案、施工方法

和施工组织管理的方面的基本原理。 在本教材中: 1)施工导流和施工总组织两章是以整个枢纽工程为对象,介绍枢纽工程的 施工程序、施工组织设计的基本内容和要求; 2)爆破工程和基础两章,由于和水利水电枢纽工程、各单项工程的施工都 有联系,故集中阐明其原理和方法,至于它们的应用,则应与具体的工程对象联 系起来进行考虑。 3)枢纽工程中有代表性的建筑物,选择了土石坝、混凝土坝、地下建筑工 程三类建筑物,通过对这些建筑物的施工介绍,举一反三,以说明各类单项施工 工程的特点、原理和方法。 4)经营管理和施工管理,主要着眼于施工企业的经营、管理活动,阐述现 代管理的原理和方法。 本教材以阐述施工技术、施工组织管理的基本原则和基本方法为主,对于施 工机械, 由于学时和篇幅的限制, 仅结合施工技术、 施工方案的论述作适当介绍。 根据教材的内容和特点,学习时应着眼于掌握基本概念、基本原理、基本方法, 并配合生产实习、课堂作业、毕业设计等其它教学环节来运用所学的知识,这样 才能有效的掌握本课程的内容。

第一章 施工导流
第一节 施工导流方式与泄水建筑物 教学目的及要求: 教学目的及要求:通过本节学习,了解施工导流的方式(分段围堰法与全段围堰 法)与泄水建筑物,掌握施工水流控制的全过程。 重点: 重点:1.施工导流的目的及其重要性 2.施工导流的基本方法及其适用条件。 难点: 难点:1.根据复杂的水力条件选择施工导流方式。 教具及参考资料: 水 教具及参考资料:1.成都科学技术大学. 水利水电工程施工导流图集. 北京: 利出版社,1982 年 6 月 教学方法:讲授法。 教学方法:讲授法。 水利水电工程整个施工过程中的施工水流控制(又称施工导流) ,广义上说 可以概括为采取“导、截、拦、蓄、泄”等工程措施来解决施工和水流蓄泄之间 的矛盾,避免水流对水工建筑物施工的不利影响,把河水流量全部或部分地导向 下游或拦蓄起来, 以保证干地施工和施工期不影响或尽可能少影响水资源的综合 利用。 在河流上修建水利水电工程时,为了使水工建筑物能在干地上进行施工,需 要用围堰维护基坑, 并将河水引向预定的泄水通道往下游宣泄。 这就是施工导流。 施工导流方式,大体上可分为三类,即分段围堰法导流、全段围堰法导流、淹 没基坑法导流。 一、分段围堰法导流 分段围堰法亦称分期围堰法,就是用围堰将水工建筑物分段、分期维护起来 进行施工的方法。图 1-1 所示为两期导流的例子。所谓分段,就是在空间上用围 堰将建筑物分为若干施工段进行施工。所谓分期,就是在时间上将导流分为若干

时期。采用分段围堰法导流时,纵向围堰位置的确定,也就是河床束窄程度的选 择是关键问题之一。河床束窄程度可用以下面积束窄度(K)表示:
k= A2 × 100% A1

式中 A2—围堰和基坑所占的过水面积,m2; A1—原河床的过水面积,m2; 国内外一些工程 K 值的取用范围约在 40%~70%之间。 在确定纵向围堰的位置或选择河床的束窄程度时,应重视下列问题:充分利 用河心洲、小岛等有利地形条件;纵向围堰尽可能与导墙、隔墙等永久建筑物相 结合;束窄河床流速要考虑施工通航、筏运、围堰和河床防冲等的要求,不能超 过允许流速;各段主体工程的工程量、施工强度要比较均衡;便于布置后期导流 泄水建筑物,不致使后期围堰过高或截流落差过大。 分段围堰法导流一般适用于河床宽、流量大、施工期较长的工程,尤其在通 航河流和冰凌严重的河流上。分段围堰法导流,前期都利用束窄的原河道导流, 后期要通过事先修建的泄水道导流,常见的有以下几种。 1. 底孔导流 2. 坝体缺口导流 3. 束窄河床导流 上述三种后期导流方式,一般只适用于混凝土坝,特别是重力式混凝土坝。 对于土石坝、非重力式混凝土坝等坝型,若采用分段围堰法导流,常与河床外的 隧洞导流、明渠导流等方式相配合。 二、全段围堰法导流 段围堰法导流,就是在河床主体工程的上下游各建一道断流围堰,使河水经 河床以外的临时泄水道或永久泄水建筑物下泄。主体工程建成或接近建成时,再 将临时泄水道封堵。 全段围堰法导流,其泄水道类型通常有以下几种。 1. 隧洞导流 隧洞导流是在河岸中开挖隧洞, 在基坑上下游修筑围堰, 河水经由隧洞下泄。 一般山区河流,河谷狭窄,两岸地形陡峻,山岩坚实,采用隧洞导流较为普遍。 2. 明渠导流 明渠导流是在河岸上开挖渠道,在基坑上下游修筑围堰,河水经渠道下泄。 3. 涵管导流 涵管导流一般在修筑土坝、堆石坝工程中采用。 三、淹没基坑法导流 这是一种辅助导流方法,在全段围堰法和分段围堰法中均可使用。山区河流 特点是洪水期流量大、历时短,而枯水期流量则很小,水位暴涨暴落、变幅很大。 若按一般导流标准要求来设计导流建筑物,不是挡水围堰修得很高,就是泄水建 筑物的尺寸要求很大,而使用期又不长,这显然是不经济的。在这种情况下,可 以考虑采用允许基坑淹没的导流方法,即洪水来临时围堰过水,若基坑被淹没, 河床部分停工,待洪水退落,围堰挡水时再继续施工。这种方法,基坑淹没所引 起的停工天数不长,施工进度能保证,在河道泥沙含量不大的情况下,导流总费 用较节省,一般是合理的

第二节 围堰工程 教学目的及要求: 了解施工水流控制中临时挡水建筑物围堰的分 教学目的及要求:通过本节学习, 类及适用条件。 重点: 重点:1.围堰的分类;2.围堰的基本型式及构造;3.围堰的防冲及拆除。 难点: 难点:1.根据水力条件确定相应的围堰工程。2.围堰的平面布置及堰顶高程的确 定。 教具及参考资料: 教具及参考资料 : 1.夏明耀, 过水土石围堰. 武汉:武汉水利电力学院,1985 年3月 教学方法:讲授法。 教学方法:讲授法。 围堰是导流工程中的临时挡水建筑物,用来围护施工基坑,保证水工建筑物 能在干地施工。在导流任务完成以后,如果围堰对永久建筑物的运行有妨碍或没 有考虑作为永久建筑物的一部分时,应予拆除。 一、分类 按其所使用的材料,可以:土石围堰、草土围堰、钢板桩格型围堰、混凝土 围堰等。 按围堰与水流方向的相对位置,可以分为:横向围堰和纵向围堰。 按导流期间基坑淹没条件,可以分为:过水围堰和不过水围堰。过水围堰除 需要满足一般围堰的基本要求外,还要满足堰顶过水的专门要求。 二、围堰的基本型式及构造 1.不过水土石围堰 不过水土石围堰是水利水电工程中应用最广泛的一种围堰型式,如图 1-11 所示。它能充分利用当地材料或废弃的土石方,构造简单,施工方便,可以在动 水中、深水中、岩基上或有覆盖层的河床上修建。但其工程量大,堰身沉陷变形 也较大,

若当地有足够数量的渗透系数小于 10-4cm/s 的防渗料(如砂壤土)时,土 石围堰可以采用图 1-11(a) 、(b)两种型式。其中(a)适用于基岩河床;(b)适用

于覆盖层厚度不大的场合。 若当地没有足够数量的防渗料或覆盖层较厚时,土石围堰可以采用图 1-11 (c) 、(d)两种型式,用混凝土防渗墙、高喷墙、自凝灰浆墙或帷幕灌浆来解决 基础防渗问题。 2。过水土石围堰 当采用允许基坑淹没的导流方式时,围堰堰体必须允许过水。因此,过水土 石围堰的下游坡面及堰脚应采取可靠的加固保护措施。目前采用的有:大块石护 面、钢筋石笼护面、加筋护面及混凝土板护面等。较普遍的是混凝土板护面。

图 1-12 所示为江西上犹江水电站(19 世纪 50 年代)采用的混凝土板 3.混凝土围堰 混凝土围堰的抗冲与防渗能力强,挡水水头高,底宽小,易于与永久建筑物 相连接, 必要时还可以过水, 因此应用比较广泛。 国内浙江紧水滩、 贵州乌江渡、 湖南凤滩及湖北隔河岩等水利水电工程中均采用过拱型混凝土围堰作横向围堰, 但多数工程还是以重力式混凝土围堰作纵向围堰。 4.钢板桩格型围堰 钢板桩格型围堰按挡水高度不同,其平面型式有圆筒形格体、扇形格体及花 瓣形格体(见图 1-19)等,应用较多的是圆筒形格体。 5.草土围堰 草土围堰是一种草土混合结构,多用捆草法修建。草土围堰的断面一般为矩 形或边坡很陡的梯形,坡比为 1:0.2~1:0.3,是在施工中自然形成的边坡。 三、围堰的平面布置与堰顶高程 1.围堰的平面布置 围堰的平面布置一般应按导流方案、 主体工程的轮廓和对围堰提出的要求而 定。通常,基坑坡趾离主体工程轮廓的距离,不应小于 20~30m,以便布置排水 设施、交通运输道路及堆放材料和模板等。至于基坑开挖边坡的大小,则与地质 条件有关。当纵向围堰不作为永久建筑物的一部分时,基坑纵向坡趾离主体工程 轮廓的距离,一般不大于 2.0m,以供布置排水系统和堆放模板。如果无此要求, 只需留 0.4-0.6m 就够了。 2. 围堰顶高程 堰顶高程取决于导流设计流量及围堰的工作条件。 下游围堰的堰顶高程由下 式决定:

H d = hd + ha + δ

(1-4)

式中 :Hd—下游围堰堰顶高程,m; hd—下游水位高程,m;可直接从河流水位流量关系查出; ha—波浪爬高,m; δ—围堰的安全超高,m; 上游围堰的堰顶高程由下式决定: Hu = hd + ha + δ + z (1-5)

式中 Hu—上游围堰堰顶高程,m; z—上下游水位差,m;其余符号同上式。 必须指出, 当围堰要拦蓄一部分水流时, 则堰顶高程应通过调洪计算来确定。 纵向围堰的堰顶高程,要与束窄河段宣泄导流设计流量时的水面曲线相适应。因 此,纵向围堰的顶面往往作成阶梯形或倾斜状,其上游和下游分别与上游围堰和 下游围堰顶同高。 四、围堰的防渗和防冲 围堰的防渗、接头和防冲是保证围堰正常工作的关键问题,对土石围堰来说 尤为突出。 1.围堰的防渗 围堰防渗的基本要求,和一般挡水建筑物无大差异。土石围堰的防渗一般采 用斜墙、斜墙接水平铺盖、垂直防渗墙或灌浆帷幕等措施。 围堰的接头处理 围堰的接头是指围堰与围堰、围堰与其他建筑物及围堰与岸坡等的连接而言。混 凝土纵向围堰与土石横向围堰的接头,一般采用刺墙型式,以增加绕流渗径,防 止引起有害的集中渗漏。 2.围堰的防冲 围堰遭受冲刷在很大程度上与其平面布置有关,一般多采用抛石护底、铅丝 笼护底、柴排护底等措施来保护堰脚及其基础的局部冲刷。关于围堰区护底范围 及护底材料尺寸的大小, 应通过水工模型试验确定。解决围堰及其基础的冲刷 问题, 除了护底以外, 还应对围堰的布置给予足够的重视, 力求使水流平顺地进、 出束窄河段。通常在围堰的上下游转角处设置导流墙(图 1-28) 以改善束窄 , 河段进出口的水流条件。 五、围堰的拆除 围堰是临时建筑物,导流任务完成以后,应按设计要求进行拆除,以免影响 永久建筑物的施工及运行。

第三节 导流设计流量

教学目的及要求: 教学目的及要求:通过本节学习,掌握导流设计流量的确定。 重点: 重点:1.导流标准及导流时段的划分。 难点: 难点:1.导流设计流量的确定。 教具及参考资料: 1.胡志根, 刘全,贺昌海,周宜红等. 水利水电工程施工初期导 教具及参考资料: 流标准多目标风险决策研究. 中国工程科学,2001, 3 (8) 2.肖焕雄, 施工水力学. 北京:水利电力出版社,1992 年 6 月 教学方法:讲授法。 教学方法:讲授法。 导流设计流量是选择导流方案、设计导流建筑物的主要依据。导流设计流量 一般需结合导流标准和导流时段的分析来决定。 一、导流标准 广义地说,导流标准是选择导流设计流量进行施工导流设计的标准,它包括 初期导流标准、坝体拦洪时的导流标准等。 施工初期导流标准,按水利水电工程施工组织设计规范的规定,首先需根据 导流建筑物的下列指标,将导流建筑物分为Ⅲ~Ⅴ级。再根据导流建筑物的级别 和类型,在规范规定的幅度内选定相应的洪水重现期作为初期导流标准。 实际上,导流标准的选择受众多随机因素的影响。如果标准太低,不能保证 施工安全;反之,则使导流工程设计规模过大,不仅增加导流费用,而且可能因 其规模太大以致无法按期完成,造成工程施工的被动局面。因此,大型工程导流 标准的确定,应结合风险度的分析,使所选标准更加经济合理。 二、导流时段 在工程施工过程中,不同阶段可以采用不同的施工导流方法和挡水、泄水建 筑物。不同导流方法组合的顺序,通常称为导流程序。导流时段就是按导流程序 所划分的各施工阶段的延续时间,具有实际意义的导流时段,主要是围堰挡水而 保证基坑干地施工的时间,所以也称挡水时段。 导流时段的划分与河流的水文特征、水工建筑物的布置和型式、导流方案、 施工进度等因素有关。在我国,有些河流全年流量变化过程如图 1-30 所示。按 河流的水文特征可分为枯水期、中水期和洪水期。在不影响主体工程施工的条件 下,若导流建筑物只负担枯水期的挡水、泄水任务,显然可大大减少导流建筑物 的工程量,改善导流建筑物的工作条件,具有明显的技术经济效果。因此,合理 划分导流时段,明确不同时段导流建筑物的工作条件,是既安全又经济地完成导 流任务的基本要求。 三、导流设计流量 、 1.不过水围堰 应根据导流时段来确定。如果围堰挡全年洪水,其导流设计 流量就是选定导流标准的年最大流量,导流挡水与泄水建筑物的设计流量相同; 如果围堰只挡某一枯水时段, 则按该挡水时段内同频率洪水作为围堰和该时段泄 水建筑物的设计流量,但确定泄水建筑物总规模的设计流量,应按坝体施工期临 时渡汛洪水标准决定。 2.过水围堰 允许基坑淹没的导流方案,从围堰工作情况看,有过水期和挡 水期之分,显然它们的导流标准应有所不同。 过水期的导流标准应与不过水围堰挡全年洪水时的标准相同。 其相应的导流 设计流量主要用于围堰过水情况下,加固保护措施的结构设计和稳定分析,也用 于校核导流泄水道的过水能力。 挡水期的导流标准应结合水文特点、施工工期及挡水时段,经技术经济比较 后选定。当水文系列较长,大于或等于 30 年时,也可根据实测流量资料分析选

用。其相应的导流设计流量主要用于确定堰顶高程、导流泄水建筑物的规模及堰 体的稳定分析等。

第四节 导流方案 教学目的及要求: 初步根据设计的基本资料和保证工程要求的前 教学目的及要求:通过本节学习, 提下,选择合理的导流方案、确定导流建筑物的布置、构造及尺寸,拟定导流建 筑物的修建。 重点: 重点:1.什么叫导流方案;2.怎样选择导流方案;3.导流程序与进度控制。 难点: 难点:1.导流建筑物的型式、尺寸及布置。 教具及参考资料: 1.胡志根, 刘全,贺昌海,周宜红等. 水利水电工程施工初期导 教具及参考资料: 流标准多目标风险决策研究. 中国工程科学,2001, 3 (8) 2.肖焕雄, 施工水力学. 北京:水利电力出版社,1992 年 6 月 3.Xiao Huanxiong, Han Caiyan, Study on the Stability of Protection Concrete Wedge-Shaped Blocks on the Slope of Overflow Cofferdams , ISHERD, Proceedings Vol.2, 1993, Beijing 教学方法:讲授法。 教学方法:讲授法。 水利水电枢纽工程施工,从开工到完建往往不是采用单一的导流方法,而是 几种导流方式组合起来配合运用(见表 1-4) ,以取得最佳的技术经济效果。这 种不同导流时段、不同导流方式的组合,通常称为导流方案。 导流方案的选择受多种因素的影响。一个合理的导流方案,必须在周密研究 各种影响因素的基础上,拟定几个可能的方案,进行技术经济比较,从中选择技 术经济指标优越的方案。 选择导流方案时应考虑的主要因素如下: ⑴水文条件; ⑵地形条件; ⑶地质及水文地质条件; ⑷水工建筑物的型式及其布置; ⑸施工期间河流的综合利用; ⑹施工进度、施工方法及施工场地布置。 在选择导流方案时,除了综合考虑以上各方面因素外,还应使主体工程尽可 能及早发挥效益,简化导流程序,降低导流费用,使导流建筑物既简单易行,又 适用可靠。为进一步理解导流方案的选择,特举例叙述如下。 实例] [实例] 四川省白龙江宝珠寺水电站工程,是以发电为主,兼有灌溉、防洪等效 益的综合利用大型水电工程。挡水建筑物为混凝土重力坝,坝顶长 524.48m,最 大坝高 132m,水电站厂房为坝后式,属Ⅰ级建筑物。根据水文资料分析,河流 为山区型,洪水涨落变化大,一次洪水过程一般为 1-3 天。汛期在 7-8 月份,实 3 3 测最大洪水流量为 11300 m /s,其 10%频率的最大洪水流量为 7800 m /s,5%频 率为 9570 m3/s;1%频率为 13000 m3/s。河流多年含沙量 2.04 kg/m3;汛期平均 含沙量 2.72 kg/m3;实测最大含沙量 169 kg/m3(1966 年 7 月 25 日) 。 在施工组织设计中,拟定了五个导流比较方案:①全段围堰隧洞导流;②右 岸隧洞、过水围堰、底孔导流;③坝体临时断面挡水、右岸小明槽导流;④右岸 隧洞及左岸明槽导流;⑤右岸大明槽导流、高围堰挡水。经过分析比较,考虑到 地质条件差、工程量大及投资大等因素,不宜开挖专用的导流隧洞。若汛期基坑 过水, 工期又难以保证, 故最后决定采用右岸大明槽导流、 高围堰挡水的方案 (见 图 1-32) 。

明槽所处河段正位于河湾段,上游天然 河道的主流位于右岸,至明槽进口处,转向 左岸。根据水流情况,明槽宜布置在左岸。 但由于地质条件限制,左岸明槽需高边坡开 挖达 140m,且岩层倾向与坡向接近一致,边 坡稳定条件更差,相应的处理工程量较大; 而右岸岩层倾向下游偏内,对边坡稳定有 利,故选定明槽布置于右岸。 导流程序与控制性进度如下所述。 导流程序与控制性进度如下所述 第一期工程:在第一期围堰围护下,修 建右岸宽 35m 的导流明槽,河水由左岸束窄 不多的河床下泄。工期自第 2 年 7 月起至第 4 年 11 月第二期上游围堰截流、 右岸导流明 槽过水为止。 第二期工程:左岸河床截流,并修筑拦 挡 5%频率全年洪水的高围堰, 河水全部经由 导流明槽宣泄。左岸河床坝段混凝土浇筑超 过第二期围堰高程后,拆除第二期围堰。工 期自第 4 年 11 月左岸上游围堰合龙起至第 7 年 11 月右岸明槽截流、左岸坝体永久底孔 开始泄水止。 后期工程: 明槽坝段在第 8 年 5 月前加高至 518m 高程; 汛期由明槽坝段 518m 高程的预留缺口及 485m 高程 2 个 5×10m 临时底孔泄洪; 汛后明槽坝段继续加高, 由永久底孔泄流。工期自第 7 年 12 月起至第 8 年 11 月止。 完建期:此时坝体已浇筑至相当高程,第 8 年 11 月下旬至 12 月中旬,最后 一个底孔闸门沉放,开始蓄水发电。

第五节 截流工程 教学目的及要求: 初步根据设计的基本资料和保证工程要求的前 教学目的及要求:通过本节学习, 提下,选择合理的截流方案、了解截流的基本方法及取定截流设计流量。 重点: 重点:1.截流的基本方法;2.截流流量设计;3.龙口位置的选择。 难点: 难点:1.截流水力计算;2.截流材料备料量确定。 教具及参考资料: 1.长江三峡大江截流工程编委会. 长江三峡大江截流工程. 北 教具及参考资料: 京:中国水利水电出版社,1999 年 12 月 2.贺昌海, 胡志根, 周宜红等. 立堵截流方案风险度分析. 中国工程科学, 2002, 4 (4) 3.Xiao Huanxiong, Han Caiyan, Study on the Stability of Protection Concrete Wedge-Shaped Blocks on the Slope of Overflow Cofferdams , ISHERD, Proceedings Vol.2, 1993, Beijing 教学方法: 教学方法:讲授法 在施工导流中, 只有截断原河床水流, 才能把河水引向导流泄水建筑物下泄, 在河床中全面开展主体建筑物的施工,这就是截 流。在大江大河中截流是一项难度比较大的工作。 整个截流过程包括戗堤的进占、龙口范围的加 固、合龙和闭气等工作。截流以后,再对戗堤进行 加高培厚,直至达到围堰设计要求。 截流在施工导流中占有重要的地位,如果截流 不能按时完成,就会延误整个河床部分建筑物的开 工日期;如果截流失败,失去了以水文年计算的良 好截流时机,则可能拖延工期达一年,在通航河流 上甚至严重影响航运。所以在施工导流中,常把截 流看作一个关键性问题,它是影响施工进度的一个 控制项目。 截流之所以被重视,还因为截流本身无论在技 术上和施工组织上都具有相当的艰巨性和复杂性。 长江葛洲坝工程于 1981 年元月仅用 35.6h 时 3 间,在 4720m /s 流量下胜利截流,为在大江大河上 进行截流,积累了宝贵的经验,而 1997 年 11 月三 峡工程大江截流和 2002 年 11 月三峡工程三期导流 明渠截流的成功,标志着我国截流工程的实践已经 处于世界先进水平。 一、截流的基本方法 河道截流有立堵法、平堵法、立平堵法、平立 堵法、下闸截流以及定向爆破截流等多种方法,但 基本方法为立堵法和平堵法两种。 二、截流设计流量 截流年份应结合施工进度的安排来确定。 截流年份内截流时段的选择,既要把握截流时机,选择在枯水流量、风险较 小的时段进行;又要为后续的基坑工作和主体建筑物施工留有余地,不致影响整 个工程的施工进度。

在确定截流时段时,应考虑以下要求: 1.截流以后,需要继续加高围堰,完成排水、清基、基础处理等大量基坑 工作,并应把围堰或永久建筑物在汛期前抢修到一定高程以上。为了保证这些 工作的完成,截流时段应尽量提前。 2.在通航的河流上进行截流,截流时段最好选择在对航运影响较小的时段 内。因为截流过程中,航运必须停止,即使船闸已经修好,但因截流时水位变化 较大,亦须停航。 3.在北方有冰凌的河流上,截流不应在流冰期进行。因为冰凌很容易堵塞 河道或导流泄水建筑物,壅高上游水位,给截流带来极大困难。 三、龙口位置和宽度 龙口位置的选择,对截流工作顺利与否有密切关系。选择龙口位置时要考虑 下述一些技术要求。 1.一般说来,龙口应设置在河床主流部位,方向力求与主流顺直。 2.龙口应选择在耐冲河床上,以免截流时因流速增大,引起过分冲刷。 3.龙口附近应有较宽阔的场地,以便布置截流运输线路和制作、堆放截流 材料。 原则上龙口宽度应尽可能窄些,这样可以减少合龙工程量,缩短截流延续时 间,但以不引起龙口及其下游河床的冲刷为限。 四、截流水力计算 截流水力计算的目的是确定龙口诸水力参数 的变化规律。它主要解决两个问题:一是确定截 流过程中龙口各水力参数,如单宽流量 q、落差 z 及流速 v 等的变化规律;二是由此确定截流材料 的尺寸或重量及相应的数量等。这样,在截流前, 可以有计划、有目的地准备各种尺寸或重量的截 流材料及其数量,规划截流现场的场地布置,选 择起重、运输设备;在截流时,能预先估计不同 龙口宽度的截流参数,何时何处应抛投何种尺寸 或重量的截流材料及其方量等。 截流时的水量平衡方程为: Q0 = Q1 + Q2 (1-7)

3 式中:Q0 —截流设计流量,m /s; Q1 —分流建筑物的泄流量,m3/s; Q2 —龙口泄流量,可按宽顶堰计算,m3/s。 截流水力计算可采用图解法和电算法。 五、截流材料和备料量 1.截流材料尺寸 在截流中,合理选择截流材料的尺寸或重量,对于截流的成败和截流费用的 节省具有重大意义。截流材料的尺寸或重量取决于龙口的流速。各种不同材料的 适用流速,立堵截流时截流材料抵抗水流冲动的流速,可按下式估算。

v = k 2g

r1 ? r D r

式中:v—水流流速,m/s; K—综合稳定系数; 2 g—重力加速度,m/s ; 3 γ1—石块容重,t/m ; 3 γ—水容重,t/m ; D—石块折算成球体的化引直径,m。 2.截流材料类型 截流材料类型的选择,主要取决于截流时可能发生的流速及开挖、起重、运 输设备的能力,一般应尽可能就地取材。国内外大江大河截流的实践证明,块石 是截流的最基本材料。此外,当截流水力条件较差时,还必须使用人工块体,如 混凝土六面体、四面体、四脚体及钢筋混凝土构架等(见图 1-38) 3.备料量 为确保截流既安全顺利,又经济合理,正确计算截流材料的备料量是十分必 要的。备料量通常按设计的戗堤体积再增加一定裕度。主要是考虑到堆存、运输 中的损失,水流冲失,戗堤沉陷以及可能发生比设计更坏的水力条件而预留的备 用量等。

第六节 拦洪渡汛 教学目的及要求: 教学目的及要求:通过本节学习,初步掌握坝体拦洪渡汛标准及措施。 重点: 重点:1.坝体拦洪标准。 难点: 难点:1.拦洪渡汛的方法和措施。 教具及参考资料: 1.长江三峡大江截流工程编委会. 长江三峡大江截流工程. 北 教具及参考资料: 京:中国水利水电出版社,1999 年 12 月 2.David Stephnson. Rockfill Hydraulic Engineering .1979 3.Xiao Huanxiong, Han Caiyan, Study on the Stability of Protection Concrete Wedge-Shaped Blocks on the Slope of Overflow Cofferdams , ISHERD, Proceedings Vol.2, 1993, Beijing 教学方法: 教学方法:讲授法 水利水电枢纽施工过程中, 中后期的施工导流, 往往需要由坝体挡水或拦洪。 坝体能否可靠拦洪与安全渡汛,将涉及工程的进度与成败。 一、坝体拦洪标准 坝体施工期临时渡汛的导流标准,视坝型和拦洪库容的大小而定,具体可查 阅规范。 若导流泄水建筑物已经封堵,而永久泄水建筑物尚未具备设计泄洪能力,此 时,坝体渡汛的导流标准与上述标准又不相同,应视坝型及其级别按规范选用。 显然,汛前坝体上升高度应满足拦洪要求,帷幕灌浆及接缝灌浆高程应能满足蓄 水要求。根据选定的洪水标准,通过调洪计算,可确定相应的坝体挡水或拦洪高 程。 二、拦洪渡汛措施 根据施工进度安排,如果汛期到来之前坝身不能修筑到拦洪高程,则必须采 取一定工程措施,确保安全渡汛。 1.凝土坝的拦洪渡汛措施 混凝土坝一般是允许过水的,若坝身在汛前不可能浇筑到拦洪高程,为了避 免坝身过水时造成停工,可以在坝面上预留缺口渡汛,待洪水过后,水位回落, 再封堵缺口,全面上升坝体。另外,如果根据混凝土浇筑进度安排,虽然在汛前 坝身可以浇筑到拦洪高程,但一些纵向施工缝尚未灌浆封闭时,可考虑用临时断 面挡水。在这种情况下,必须提出充分论证,采取相应措施,以消除应力恶化的 影响。 2.土坝、堆石坝的拦洪渡汛措施 土坝、堆石坝一般是不允许过水的。若坝身在汛前不可能填筑到拦洪高程, 一般可以考虑降低溢洪道高程、设置临时溢洪道、用临时断面挡水,或经过论证 采用临时坝面保护措施过水。

第七节 封堵蓄水 教学目的及要求: 教学目的及要求:通过本节学习,掌握蓄水计划主要应该解决的问题。 重点: 重点:1.蓄水计划。 难点: 难点:1.导流建筑物的封堵。 教具及参考资料: 1.长江三峡大江截流工程编委会. 长江三峡大江截流工程. 北 教具及参考资料: 京:中国水利水电出版社,1999 年 12 月 2.贺昌海, 胡志根, 周宜红等. 立堵截流方案风险度分析. 中国工程科学, 2002, 4 (4) 3.Xiao Huanxiong, Han Caiyan, Study on the Stability of Protection Concrete Wedge-Shaped Blocks on the Slope of Overflow Cofferdams , ISHERD, Proceedings Vol.2, 1993, Beijing 教学方法: 教学方法:讲授法 在施工后期,根据发电、灌溉及航运等国民经济 各部门所提出的综合要求,确定竣工运用日期,有计 划地进行导流临时泄水建筑物的封堵和水库的蓄水 工作。 一、蓄水计划 水库蓄水要解决的主要问题有: 1.蓄水历时计划,并据以确定水库开始蓄水的 日期,水库蓄水可按保证率为 5%~85%的月平均流量 过程线来制订。 2.校核库水位上升过程中大坝施工的安全性, 并据以拟定大坝浇筑的控制性进度计划和坝体纵缝 灌浆的进程。蓄水计划是施工后期进行施工导流,安 排施工进度的主要依据。 二、导流泄水建筑物的封堵 下闸封堵导流临时泄水建筑物的设计流量,应根 据河流水文特征及封堵条件,采用封堵时段 5~10 年重现期的月或旬平均流量。 导流底孔一般为坝体的一部分,因此封堵时需全孔堵死;而导流隧洞或涵管并不 需要全孔堵死,只浇筑一定长度的混凝土塞,就足以起永久挡水作用。 混凝土塞的最小长度可根据极限平衡条件由下式求出: l = K P w r fg + λ c

式中:K—安全系数,一般取 1.1-1.3; P—作用水头之推力,N; ω—导流隧洞或涵管的断面积,m2;γ —混凝土容重,kg/m3; f—混凝土与岩石(或混凝土)的摩阻系数,一般取 0.60-0.65; g—重力加速度,m/s2; λ—导流隧洞或涵管的周长,m; c—混凝土与岩石(或混凝土)的粘结力,一般取(5-20)×104 ,Pa。 当导流隧洞的断面积较大时,混凝土塞的浇筑必须考虑降温措施,不然产生的温 度裂缝会影响其止水质量。

第八节 基坑排水 教学目的及要求: 教学目的及要求:通过本节学习,初步掌握基坑排水的方法及排水的性质。 重点: 重点:1.排水的性质及基本方法。 难点: 难点:1.排水设备容量的确定。 教具及参考资料: 1.长江三峡大江截流工程编委会. 长江三峡大江截流工程. 北 教具及参考资料: 京:中国水利水电出版社,1999 年 12 月 2.David Stephnson. Rockfill Hydraulic Engineering .1979 3.Xiao Huanxiong, Han Caiyan, Study on the Stability of Protection Concrete Wedge-Shaped Blocks on the Slope of Overflow Cofferdams , ISHERD, Proceedings Vol.2, 1993, Beijing 教学方法: 教学方法:讲授法 在截流戗堤合龙闭气以后,就要排除基坑的积水和渗水。按排水时间及性质 分为: ①基坑开挖前的初期排水; ②基坑开挖及建筑物施工过程中的经常性排水。 一、初期排水 戗堤合龙闭气后,基坑内的积水应有计划地组织排除。初期排水流量一般可 根据地质情况、工程等级、工期长短及施工条件等因素,参考实际工程的经验, 按下列公式来确定。 ( 2 ~ 3 )V Q = T 式中:Q—初期排水流量,m3/s; V—基坑的积水体积,m3; T—初期排水时间,s。 二、经常性排水 基坑内积水排干后,围堰内外的水位差增大,此时渗透流量相应增大,对围 堰内坡、基坑边坡和底部的动水压力加大,容易引起管涌或流土,造成塌坡和基 坑底隆起的严重后果。因此在经常性排水期间,应周密地进行排水系统的布置、 渗透流量的计算和排水设备的选择,并注意观察围堰的内坡、基坑边坡和基坑底 面的变化,保证基坑工作顺利进行。 1.排水系统的布置: 通常应考虑两种不同的情况:一种是基坑开挖过程中的排水系统布置;另一 种是基坑开挖完成后修建建筑物时的排水系统布置。 2.排水量的估算 经常性排水的排水量包括围堰和基坑的渗水、降水、地层含水、基岩冲洗及 混凝土养护弃水等。

第二章 爆破工程
学习的意义: 学习的意义:探索爆破机理,正确掌握各种爆破技术,对加快工程进度,保证工 程质量,降低工程成本具有十分重要的意义。 学习的内容: 爆破是利用炸药的爆炸能量对周围的岩石、混凝土或土等介质进 行破碎、抛掷或压缩,达到预定的开挖、填筑或处理等工程目的的技术。 学习的目的: 应用于水工建筑物基础、 导流隧洞与地下厂房等的开挖、 料场开采、 学习的目的: 定向爆破筑坝和建筑物拆除等。 第一节 爆破器材与起爆方法 教学目的及要求: 教学目的及要求:通过本节学习,了解炸药的性能、起爆器材、起爆方法和起爆 网络。 重点: 重点:1.炸药性能及起爆器材;2.起爆方法和起爆网络。 难点: 难点:1.起爆网络和起爆方法的确定。 教具及参考资料: 教具及参考资料:1.水利水电工程施工技术. 北京:中国水利水电出版社,1995; 2.中国力学学会工程爆破专业委员会. 爆破工程(上、下册) ,北京:冶金工业 出版社,1992。 教学方法: 教学方法:讲授法 一、炸药和起爆器材 炸药:一般来说,凡能发生化学爆炸的物质均可称为炸药 1.药的性能指标:1)威力;2)敏感度;3)氧平衡;4)安定性;5)殉爆距离; 6)最佳密度 常用的工业炸药:1)TNT(三硝基甲苯) ;2)胶质炸药(硝化甘油炸药) ; 铵梯炸药;4)铵油炸药;5)浆状炸药;6)乳化炸药 起爆器材:常用的起爆器材包括各种雷管、用来引爆雷管或传递爆轰波的各种材 料。主要包括:1)雷管;2)导火索;3)导爆索;4)导爆管 二、起爆方法和起爆网路 起爆方法:分类:1)火花起爆;2)电力起爆;3)导爆管起爆;4)导爆索 起爆 起爆网路: 1.含义:无论对钻孔爆破还是洞室爆破,当采用群药包进行爆破时,为了 达到增强爆破效果、控制爆破震动等目的,可能采用齐发、延迟,或组内齐发、 组间延迟等起爆方式,这就要求用起爆材料将各药包联接成既可统一赋能起爆、 又能控制各药包起爆延迟时间的网络。 分类:1)电力起爆网路;2)导爆管起爆网路;3)导爆索。

第二节 爆破基本原理及药量计算 教学目的及要求: 教学目的及要求:通过本节学习,了解爆破的机理,掌握爆破作用指数。 重点: 重点:1.爆破机理;2.爆破漏斗。 难点: 难点:1. 药包种类和装药量计算基本方法。 教具及参考资料: 教具及参考资料:1.水利水电工程施工技术. 北京:中国水利水电出版社,1995; 2.中国力学学会工程爆破专业委员会. 爆破工程(上、下册) ,北京:冶金工业 出版社,1992。 教学方法: 教学方法:讲授法 一、爆破机理 爆破的机理:岩土介质的爆破破碎是炸药爆轰产生 的冲击波的动态作用和爆轰气体准静态作用的联合作用 的结果。 爆破作用的最终影响范围划分为:粉碎圈、破碎圈和震 动圈(如图 2-7 所示) 。 二、爆破漏斗 爆破漏斗:当爆破在有临空面的半无限介质表面附 近进行时,若药包的爆破作用具有使部分破碎介质具有 抛向临空面的能量时,往往形成一个倒立圆锥形的爆破 坑,形如漏斗,称为爆破漏斗(如图 2-8 所示) 。 爆破漏斗的几何特征参数:1)药包中心至临空面的最短 图 2-7 距离,即最小抵抗线长度 W;2)爆破漏斗底半径 r;3) 爆破破坏半径 R;4)可见漏斗深度 P;5)抛掷距离 L。 (爆破漏斗的几何特征反映了药包重量和埋深的关系, 反映了爆破作用的影响范 围。 ) 爆破作用指数:系数 n=r/W,它反 映了爆破漏斗的几何特征。 工程应用中, 通常根据 n 值大小对爆破进行分类。 当 n=1 即 r=W 时,称为标准抛掷爆破; 当 n>1 即 r>W 时,称为加强抛掷爆破; 当 0.75≤n<1 时,称为减弱抛掷爆破; 当 n<0.75 时,称为松动爆破。 有关爆破漏斗的计算:其深度 P 称 为可见漏斗深度,可按下式计算。 P=CW(2n-1) 式中: C 为介质系数;对岩石 C=0.33, 对粘土 C=0.4。 抛掷堆积体距药包中心的最大距离 L 称为抛掷距离,可按下式计算 L=5nW 三、药包种类和装药量计算基本方法 药包种类:分为集中药包和延长药包。若药包的长边和短边的长度分别为 L 和 a, 当 L/a≤4 时,为集中药包;

当 L/a>4 时,为延长药包。 装药量计算公式:对单个集中药包,其装药量计算公式为:

式中:K—规定条件下的标准抛掷爆破的单位耗药量,kg/m ; W—最小抵抗线长度,m; f(n)—爆破作用指数函数。 (标准抛掷爆破:f(n)=1; 3 加强抛掷爆破:f(n)=0.4+0.6n ; 4 + 3n 3 减弱抛掷爆破: f (n) = ( ) 7 3 松动爆破:f(n)=n 。 对钻孔爆破,一般采用延长药包,其药量计算公式为: Q=qV 式中:q 为钻孔爆破条件下的单位耗药量。 (必须指出,式中的 q 与单个集中药包 中的 K 值是有区别的。 )

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第三节 爆破的基本方法 教学目的及要求: 教学目的及要求:通过本节学习,掌握钻孔爆破及洞室爆破的方法。 重点: 重点:1.钻孔爆破;2.洞室爆破。 难点: 难点:1. 钻孔及洞室爆破的参数确定。 教具及参考资料: 教具及参考资料:1.水利水电工程施工技术. 北京:中国水利水电出版社,1995; 2.中国力学学会工程爆破专业委员会. 爆破工程(上、下册) ,北京:冶金工业 出版社,1992。 教学方法: 教学方法:讲授法 工程爆破的基本方法按照药室的形状不同主要可分为: 钻孔爆破、 洞室爆破。 一、钻孔爆破 浅孔爆破:孔径小于 75mm,孔深小于 5m。 (1)炮孔布置参数: 最小抵抗线 W: W = K w d 式中:Kw—岩质系数,一般为 15—30,坚硬岩石取小值,松软岩石取大值; d—钻孔直径。 台阶高度 H: 台阶高度必须大于最小抵抗线,以防止冲天炮;同时炮孔深度也不能太大以 防止炮孔药量分布不均。兼顾到爆破效果和生产率两方面,台阶高度可按下式确 定:
H = (1.2 ~ 2.0)W

3)炮孔深度 L:
L = (0.85 ~ 0.95)W

式中系数对坚硬岩石取大值,松软岩石取小值 孔距 a 和排距 b: 合理的孔距和排距是保证形成平整的新台阶面及爆后岩块均匀的前提。一般有:
a = K aW
Ka 为起爆方式影响系数,对于火花起爆 1.0-1.5,电气起爆 1.2-2.0

4) 堵塞长度 L1: 浅孔台阶爆破多采用连续装药, 装药长度应控制在孔长的 1/2~ 1/3 范围,因此孔口堵塞长度一般不小于孔长的一半。 (2)装药量计算:浅孔爆破药量按延长药包计算,单孔药量为

q—浅孔台阶爆破单耗,一般为 0.2~0.6kg/m3,可按照岩性不同从有关表格中选 取。 (3)起爆网路:常用的微差间隔起爆方法包括排间微差和 V 型起爆。 深孔爆破:孔径大于 75mm,孔深超过 5m。深孔台阶爆破的钻孔分为垂直孔和倾 斜孔。深孔台阶爆破的炮孔布置与参数选择的原则与浅孔爆破类似: (a)炮孔布置参数:

1)台阶高度 H:H 值的选取应综合考虑地质与岩性,开挖强度与进度要求, 钻孔、装碴和运输设备的性能及合理配套等条件来确定。 2)钻孔直径 d:在水工建筑物基础开挖中,钻孔直径一般不超过 150 mm; 在临近建基面、设计边坡轮廓处,孔径一般不大于 110 mm。 3)底盘抵抗线 W:底盘抵抗线是指炮孔中心线至台阶坡脚的水平距离。

式中:D—岩石硬度影响系数,一般取 0.46~0.56,硬岩取小值,软岩取大值; η-台阶高度影响系数 4)超钻深度ΔH:超深可按下式确定:

式中的系数在台阶高度大、岩石坚硬时取大值 5)孔长 L:

式中:α—钻孔倾斜角,一般与台阶坡面角相同;对垂直钻孔,α=900. 6)孔距 a 和排距 b:合理的孔距和排距是保证形成平整的新台阶面及爆后 岩块均匀的前提。一般有:

7)堵塞长度 L1:深孔台阶爆破的堵塞长度可参考以下公式综合确定:

(b)装药量计算: 前排炮孔的单孔药量为:

后排炮孔的单孔药量为:

q—深孔台阶爆破单耗,可按照岩性不同从有关表格中选取; q 的大体范围为:软岩 0.15~0.3kg/m3,中硬岩 0.3~0.45kg/m3,硬岩 0.45~ 0.6kg/m3。 (c)改善深孔爆破效果的技术措施: l)合理利用或创造人工自由面 2)改善装药结构

3)优化起爆网路 4)采用微差挤压爆破 5) 保证堵塞长度和堵塞质量 二、洞室爆破 洞室爆破又称大爆破,其药室是专门开挖的洞室。药室用平洞或竖井相连, 装药后按要求将平洞或竖井堵塞。 洞室爆破的特点及适用范围: 1.特点: 1)洞室爆破一次爆落方量大,有利于加快施工进度; 2)需要的凿岩机械设备简单; 3)节省劳力,爆破效率高; 4)导洞、药室的开挖受气候影响小,但开挖条件差; 5)爆破后块度不均,大块率高,爆破震动、空气冲击波等爆破公害严重。 2.适用范围: (1)挖方量大而集中并需在短期内发挥效益的工程; (2)山势陡峻,不利于钻孔爆破安全施工的场合; (3)定向爆破筑坝; (4)当地质、地形条件满足要求时,洞室爆破可用于定向爆破筑坝、面板堆 石坝次堆料区料场开挖以及定向爆破截流。 药包布置与爆破参数确定: 药包布置与爆破参数确定: (a) 药包布置:为达到良好的爆破效果,需要根据地形地质条件和工程要 求,一般按照“排、列、层”的立体格局布置群药包。 (b) 爆破参数:洞室爆破中,最小抵抗线 W 和爆破作用指数 n 值共同决定 了爆落方量与抛掷率、抛掷距离和爆堆分布状况。W 和 n 是决定爆破规模的两个 最基本参数。主要参数有: 最小抵抗线长度 W:当在双面临空布置单药包或单层药包时,应使两侧的最 小抵抗线 W1 和 W2 满足以下关系: 集中药包 爆破作用指数 n:n 的选择主要根据爆破类型(松动爆破还是抛掷爆破) 和 地形条件(多面临空、斜坡地形或平地等)确定,n 值一般采用 0.7~1.75。 若 采用双排或双层布药,上层和前排药包应适当增大 n 值,同时后排和下层的 n 值应比前排和上层的 n 值大 0.15~0.25。 药包的水平间距 a 和层或垂直间距 b:a 和 b 应分别满足如下关系:

式中:W—相邻药包最小抵抗线的平均值,m; n—相邻药包爆破作用指数的平均值。 3 装药量计算: (1)集中药包: 抛掷爆破:

松动爆破: (2) 条形药包:条形药包的装药量通常以线装药密度 表示,其装药量计算 基础为集中药包的药量计算公式, 通常只是将药量均匀分布于用集中药包药量计 算公式算出的相应药包间距上:

4.施工要点: (1) 药室与导洞布置:集中药包的药室体积 V 按下式计算:

式中:KV—药室扩大系数,当药室无支撑时,取 1.1~1.25; 散装取小值,袋装 取大值;有支护时取 1.5~1.8; Δ—为炸药密实度,t/m3。 (2) 装药堵塞:堵塞时,先用木板封闭药室,再用粘壤土填塞 3~5 m,最 后用石碴料堵塞。总的堵塞长度一般不应小于最小抵抗线长度的 1.2~1.5 倍。 对 T 型导洞可适当缩小堵塞长度。 (3) 起爆网路:电爆网路和电爆与导爆索的复式网路被广泛使用,这是因为 洞室爆破的起爆网路要求万无一失,而只有电爆网路能用仪表检查。 三、预裂爆破和光面爆破 定义: 所谓预裂爆破, 就是首先起爆布置在设计轮廓线上的预裂爆破孔药包, 形成一条沿设计轮廓线贯穿的裂缝, 再在该人工裂缝的屏蔽下进行主体开挖部位 的爆破,保证保留岩体免遭破坏;光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体,然后 再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包,将光爆层炸除,形成一个平整的开挖 面。 成缝机理: 预裂爆破和光面爆破都要求沿设计轮廓产生规整的爆生裂缝面, 两者成缝机理基本一致。 现以预裂缝为例论述它们的成缝机理:预裂爆破采用不耦合装药结构,其特 征是药包和孔壁间有环状空气间隔层, 该空气间隔层的存在削减了作用在孔壁上 的爆炸压力峰值。因为岩石动抗压强度远大于抗拉强度,因此可以控制削减后的 爆压不致使孔壁产生明显的压缩破坏,但切向拉应力能使炮孔四周产生径向裂 纹。加之孔与孔间彼此的聚能作用,使孔间连线产生应力集中,孔壁连线上的初 始裂纹进一步发展, 而滞后的高压气体的准静态作用, 使沿缝产生气刃劈裂作用, 使周边孔间连线上的裂纹全部贯通成缝。 参数设计:预裂爆破和光面爆破的参数设计一般采用工程类比法,并通过现 场试验最终确定。 1.预裂爆破参数: (1)孔径:明挖为 7 0~165mm,隧洞开挖 40~90mm;大型地下厂房为 50~ 110mm。 (2).孔距:与岩石特性、炸药性质、装药情况、开挖壁面平整度要求和孔径 大小有关。孔距一般为孔径的 7~12 倍。质量要求高、岩质软弱、裂隙发育者取 小值。 (3)装药不偶合系数: 不偶合系数指炮孔半径与药卷半径的比值,为防止炮 孔壁的破坏,该值一般取 2~ 5。

(4).线装药密度: 目前以经验公式为主,目前国内较常用公式的基本形式为:

式中:QX—预裂爆破的线装药密度,kg/m; σC—岩石的极限抗压强度,Gpa; a—炮孔间距,m d—钻孔直径,m K、α、β和γ—经验系数。随岩性不同,预裂爆破的线装药密度一般为 200~ 500g/m。为克服岩石对孔底的夹制作用,孔底段应加大线装药密度到 2~5 倍。 2 光面爆破参数: (1)光面爆破层厚度:即最小抵抗线的大小,一般为炮孔直径的 10~20 倍, 岩质软弱、裂隙发育者取小值。 (2)孔距:一般为光面爆破层厚度的 0.75~0.90 倍,岩质软弱、裂隙发育者 取小值。 (3)钻孔直径及装药不偶合系数:参照预裂爆破选用。 (4)线装药密度 Qx:一般按照松动爆破药量计算公式确定:

式中:q—松动爆破单耗,kg/m3; W—光面爆破层厚度。 3.装药结构与起爆: (1) 装药结构分为三段:1)堵塞段;2)孔底加强段;3)均匀装药段 (2) 起爆:为保证同时起爆,预裂爆破和光面爆破一般都用导爆索起爆,并 通常采用分段并联法。

第四节 水利水电工程中的岩石开挖爆破技术 教学目的及要求: 掌握水利水电施工过程中的岩石开挖爆破技术 教学目的及要求:通过本节学习, 和方法。 重点: 重点:1.常规坝基开挖;2.岩石高边坡开挖技术;3.定向爆破筑坝技术。 难点: 难点:1. 水电工程岩石开挖爆破技术参数的选择和确定。 教具及参考资料: 教具及参考资料:1.水利水电工程施工技术. 北京:中国水利水电出版社,1995; 2.中国力学学会工程爆破专业委员会. 爆破工程(上、下册) ,北京:冶金工业 出版社,1992。
教学方法: 教学方法:讲授法

本节将从岩石坝基和高边坡的开挖、定向爆破筑坝、岩塞爆破、面板堆石坝 填筑料开采、围堰和岩坎的爆破拆除等方面,介绍岩石爆破技术在水利水电工程 中的应用。 一、坝基开挖 常规坝基开挖:对坝基保护层以上的岩体开挖,国内广泛运用以毫秒爆破技 术为主的深孔台阶爆破方法。 常用的爆破方式有:齐发爆破、微差爆破、微差顺序爆破、微差挤压爆破和 小抵抗线宽孔距爆破技术等。 常用的深孔台阶爆破参数见表 2-2。 表 2-2 主体建筑物部位的深孔台阶爆破参数 炮 孔 装 药台 阶 底盘抵 排拒 孔 间 距 堵 塞 长 炸药单耗 孔径 孔深 超钻深 抗 线 直 径高 度 类 (mm) (m) 度(m) (m) (m) 度(m) (kg/m3) (mm) (m) (m) 型 主 爆 80-10 70-8 8.0-1 8.5-13. 0.5-1. 3.0-5. 2.0-3. 2.5-6. 2.0-3. 0.35-0.8 孔0 0 2 0 0 0 5 5 0 0 缓 冲 80-10 32-7 8.0-1 8.5-13. 0.5-1. 1.5-2. 1.5-2. 1.5-2. 1.0-2. 0.30-0.7 孔0 0 2 0 0 5 5 5 0 0 坝基保护层开挖:坝基保护层的开挖是控制坝基质量的关键。只有不具备现 场试验的条件下,才允许使用工程类比法确定。用工程类比法确定保护层厚度时 的参考值见表 2-3 。 表 2-3 保护层厚度 岩体特 节理裂隙不发育和 节理裂隙较发育、发育和中 节理裂隙极发育和 性 坚硬的岩体 等坚硬的岩体 软弱的岩体 H/D 25 30 40 注:H 是保护层厚度,D 是梯段炮孔底部的装药直径。 对岩体保护层的开挖,按照现有规定,一般分三层开挖:

(1)炮孔不等穿入建基面 1.5m 的范围,装药直径不得大于 40mm,控制单 响药量不超过 300kg; (2) 对节理裂隙极发育和软弱 岩体,炮孔不得穿入建基面 0.7m 的范围,其余岩体不得超过 0.5m 范围,且炮孔与水平建基面的夹角 不应大于 60o,装药直径不应大于 32mm,须采用单孔起爆方法; (3) 对节理裂隙极发育和软弱 岩体,须留 0.2m 厚岩体进行撬挖, 其余岩体炮孔不得穿过建基面。 二、岩石高边坡爆破开挖 为控制爆破对岩石高边坡的影响,在水电工程建设中广泛采用了预裂爆破、 光面爆破、缓冲爆破和深孔梯段微差爆破技术,图 2-9 是典型的边坡开挖炮孔布 置示意图。图 2-9 边坡开挖炮孔布置示图。 三、定向爆破筑坝 定向爆破筑坝是利用陡峻的岸坡布药, 定向松动崩塌或抛掷爆落岩石至预定 位置,拦断河道,然后通过人工修整达到坝的设计轮廓的筑坝技术。 适用条件: (1)地形上要求河谷狭窄,岸坡陡峻(通常在 40o 以上) ,山高山厚应为设 计坝高的两倍以上; (2)地质上要求爆区岩性均匀、强度高、风化弱、构造简单、覆盖层薄、地 下水位低、渗水量小; (3)水工上对坝体有严格防渗要求的多采用斜墙防渗; (4)泄水和导流建筑物的进出口应在堆积范围以外并满足防止爆破震动影 响的安全要求。 药包布置:图 2-10 定向爆破筑坝药包布置示意图。

四、岩塞爆破 岩塞爆破是一种水下控制爆破。 在已建水库或天然湖泊中取水、 发电、 灌溉、 供水和泄洪时,为修建隧洞的取水口,避免在深水中建造围堰,采用岩塞爆破是 一种经济而有效的方法。

岩塞布置及爆落石碴处理: 1 岩塞布置:岩塞厚度一般为岩塞底部直径的 1~1.5 倍,太厚则难以一次 爆通,太薄则不安全。岩塞的布置见图 2-11。

2 石碴处理: (1)集碴处理; (2)泄碴处理 3 装药量计算、装药及起爆: (1)装药量计算:岩塞爆破为水下爆破,装药量计算应考虑静水压力的作 用,比常规抛掷爆破药量增大 20%~30%,即

式中:Qs—岩塞爆破的装药量; n—爆破作用指数,一般取 1~1.5。 (2)装药:采用洞室与钻孔相结合的爆破方案时,在岩塞中心线居中稍微 偏上的位置布置一个集中药包,而在其外圈则布置扩大爆破钻孔。该方案集中了 前两种方案的优点而克服了两者的缺点,适合于任意断面岩塞的爆破。 (3)起爆:起爆顺序依次为周边预裂孔、中间集中药包(或掏槽爆破孔) 和扩大药包。起爆网路采用复式并-串-并联电爆或电爆加导爆索复式网路。 五、面板堆石坝填筑石料开采 面板堆石坝填筑石料的开采除须满足常规开挖爆破的出渣块度要求外, 还必 须保证开挖石料具有较好的颗粒级配结构。 六、围堰和岩坎的拆除爆破 围堰拆除爆破按照岩渣的处理方式,可分为泄渣爆破和留渣(聚渣)爆破两 类。围堰和岩坎爆破施工一般是利用其顶面、非临水面及围堰内部廊道等无水区 进行钻爆作业。

第五节 爆破公害及安全控制 教学目的及要求: 教学目的及要求:通过本节学习,了解爆破产生的公害及相应的安全控制措施。 重点: 重点:1.爆破地震;2.爆破在岩石和水中产生的冲击波。 难点:1.爆破飞石的安全控制。 难点:1. 教具及参考资料: 教具及参考资料:1.水利水电工程施工技术. 北京:中国水利水电出版社,1995; 2.中国力学学会工程爆破专业委员会. 爆破工程(上、下册) ,北京:冶金工业 出版社,1992。
教学方法: 教学方法:讲授法

在完成岩石爆破破碎的同时,爆破作业必然会带来爆破飞石、地震波、空气 冲击波和噪音等负面效应即爆破公害。因此,在爆破作业中,需研究爆破公害的 产生原因、公害强度的分布与衰减规律,通过科学的爆破设计、采用有效的施工 工艺措施,以确保保护对象(包括人员、设备及邻近的建筑物或构筑物等)的安 全。 一、爆破地震 含义:岩石爆破过程中,除对临近炮孔的岩石产生破碎、抛掷,爆炸能量的 很大一部分将以地震波的形式向四周传播,导致地面振动。这种振动即为爆破地 震。 衡量参数:衡量爆破地震强度的参数包括位移、速度和加速度等。 实践表明质点峰值震动速度与建筑物的破坏程度具有较好的相关性, 因此国 内外普遍采用质点峰值震动速度安全判据。我国《爆破安全规程》 (GB6722-86) 对某些建(构)筑物的允许质点峰值震动速度作了如表 2-4 规定。 表 2-4 建(构)筑物地面质点的安全震动速度 对象描述 安全震动速度(cm/s) 土窑洞、土坯房、毛石房屋 1.0 一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物 2.0~3.0 钢筋混凝土框架房屋 5 水工隧洞 10 交通隧洞 15 矿山巷道 围岩不稳定有良好支护 10 围岩中等稳定有良好支护 20 围岩稳定无支护 30 相关计算公式:质点峰值震动速度的计算用下式

式中:V--质点峰值震动速度,cm/s; n—药包形状系数,欧美等国家的 n 值通常取 0.5,我国和前苏联一般取 1/3; Q--最大单响段药量,kg; R—爆心距,即测点至爆源中心距离,m; K、α—常数,与地质条件、爆破类型及爆破参数有关。

在没有现场试验资料的情况下,不同岩石的 K、α值,可参考表 2-6 确定,对于 较重要工程,应通过现场试验确定 K、α值。 表 2-6 不同岩性的 K、α值 岩性 K α 坚硬岩石 50~150 1.3~1.5 中等坚硬岩石 150~250 1.5~1.8 软弱岩石 250~350 1.8~2.0 二、爆炸空气冲击波和水中冲击波 爆炸空气冲击波:空气冲击波超压达到一定量值后,就会导致建筑物破坏、 人体器官损伤。 《爆破安全规程》 (GB6722—86)规定,为确保作业人员安全,裸露药包每 次爆炸的总药量不得大于 20kg,并由下式确定爆炸空气冲击波对掩体内避炮作 业人员的安全距离。

式中:RF-空气冲击波对掩体内人员的最小安全距离, m; Q— 一次爆破装药量,kg;秒延迟爆破时,Q 按各延迟段中最大药量计算;当采 用毫秒延迟爆破时,Q 按一次爆破的总药量计算。 爆炸水中冲击波:进行水下爆破时,同样会在水中产生冲击波。因此同样需 要针对水中的人员及施工船舶等保护对象按有关规定确定最小安全距离。 三、 爆破飞石 安全距离的计算: 1 洞室爆破:洞室爆破飞石安全距离按下式计算

式中:RF—洞室爆破的飞石安全距离,m; W—最小抵抗线,m; n—爆破作用指数; KF—与地形、风向、风速和爆破类型有关的安全系数,一般取 1.0~1.5,最小 抵抗线方向取大值;当风大而又顺风时,取 1.5~2.0 或更大的值;山谷或垭口 地形,应取 1.5~2.0。 2 钻孔爆破: 目前尚无公式计算飞石安全距离。 爆破安全规程》 GB6722-86) 《 ( 对飞石安全距离仅规定了最小值,见表 2-8。 表 2-8 露天土石爆破个别飞石对人身最小安全距离 爆 破 方 法 个别飞石最小安全距离(m) 破碎大块岩体裸露药包爆破 400 法 破碎大块岩体浅孔爆破法 300 浅孔爆破 300 浅孔药壶爆破 300 蛇穴爆破 300 深孔爆破 按设计,但不小于 300 深孔药壶爆破 按设计,但不小于 300

浅孔孔底扩壶爆破 50 深孔孔底扩壶爆破 100 洞室爆破 按设计,但不小于 300 四、爆破公害的控制与防护 爆破公害的控制与防护可以从爆源、 公害传播途径以及保护对象三方面采取 措施: 1 在爆源控制公害强度: (1)合理采用的爆破参数、炸药单耗和装药结构; (2)采用深孔台阶微差爆破技术; (3)合理布置岩石爆破中最小抵抗线方向; (4)保证炮孔的堵塞长度与质量、针对不良地质条件采取相应的爆破控制措 施对消减爆破公害的强度也是非常重要的方面。 2 在传播途径上削弱公害强度 : (1)在爆区的开挖线轮廓进行预裂爆破或开挖减震槽,可有效降低传播至保 护区岩体中的爆破地震波强度。 (2)对爆区临空面进行覆盖、架设防波屏可削弱空气冲击波强度,阻挡飞石。 (3)保护对象的防护 : (a)当对保护对象的直接防护措施有防震沟、防护屏以及表面覆盖等。 (b)此外,严格爆破作业的规章制度,对施工人员进行安全教育也是保证安全 施工的重要环节。

第三章 基础工程
第一节 基础开挖 教学目的及要求: 教学目的及要求:通过本节学习,掌握基础开挖中的各种问题的解决办法。 重点: 重点:1.水工建筑物对地基的基本要求;2.开挖处理。 难点: 难点:1.开挖处理过程中各种问题的解决办法。 教具及参考资料: 教具及参考资料:1.杨康宁主编.水利水电工程施工技术.北京:中国水利水电 出版社,1997; 2. 王英华主编.水工建筑物.北京:中国水利水电出版社,2004。
教学方法: 教学方法:讲授法

一 各种类型的水工建筑物对地基基础的基本要求 1 具有足够的强度,能够承担上部结构传递的应力。 2 具有足够的整体性和均一性,能够防止基础的滑动和不均匀沉陷 3 具有足够的抗渗性,以免发生严重的渗漏和渗透破坏。 4 具有足够的耐久性,以防在地下水长期作用下发生侵蚀破坏。 二 开挖处理 开挖处理是将不合要求的覆盖层、风化破碎有缺陷的岩层挖掉. 开挖处理注意的问题 三 开挖处理注意的问题 1 及时排除基坑渗水、 积水和地表水, 确保开挖工作在不受水的干扰下进行。 2 合理安排开挖程序,保证施工安全。 3 通盘规划运输线路,组织好出渣运输工作。 4 正确选择开挖方法,保证坝基开挖的质量。 5 合理组织弃渣的堆放,充分利用开挖的土石方。

第二节 岩基灌浆 教学目的及要求: 教学目的及要求:通过本节学习,掌握岩基灌浆的各种办法。 重点: 重点:1.岩基灌浆;2.灌浆施工的主要问题。 难点: 难点:1.灌浆过程中各种参数的确定。 教具及参考资料: 教具及参考资料:1.杨康宁主编.水利水电工程施工技术.北京:中国水利水电 出版社,1997; 2. 王英华主编.水工建筑物.北京:中国水利水电出版社,2004。
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一 岩基灌浆 岩基灌浆是提高岩基强度,加强岩基整体性和抗渗性的有效措施。岩基灌浆 处理是将某种具有流动性和胶凝性的浆液,按一定的配比要求,通过钻孔用灌浆 设备压入岩层的空隙中,经过硬化胶结以后,形成结石,以达到改善基岩物理力 学性能的目的。 岩基灌浆按目的不同,有固结灌浆、帷幕灌浆和接触灌浆。岩基灌浆按灌注 材料不同,主要有水泥灌浆、水泥粘土灌浆和化学灌浆 二 灌浆施工的主要问题 1 钻孔 钻孔方向和钻孔深度是保证帷幕灌浆质量的关键。 2 冲洗 钻孔以后,要将残存在孔底和粘滞底在孔壁的岩粉铁末冲出孔外, 并将岩层裂隙和孔中的填充物冲洗干净。 冲洗工作通常分为:1)钻孔冲洗 2)岩层裂隙冲洗 冲洗方法有高压压水冲洗、高压脉动冲洗和扬水冲洗等 3 压水实验 压水实验是在一定的压力之下,通过钻孔将水压入到孔壁四周 的缝隙中,根据压水量和压水的时间,计算出代表岩层渗透特性的技术参数。 (1)代表岩层的渗透特性的参数单位吸水量ω 就是在单位时间内,通过单位长度试验孔段,在单位水头作用下所压入的水 量。可按下式计算 ω=Q/LH 式中 Q-单位时间内实验孔段的注水总量,L/min H-压水实验的计算水头,m L-压水实验实验孔段的长度 m ω-单位吸水量,L/(min·m·m) (2)压水实验的主要目的 是确定地层的渗透特性,为岩基处理的设计和施工提供技术资料。 4 灌浆 为确保岩基灌浆的质量注意以下问题: (1)钻孔灌浆次序 地基灌浆一般按照先固结后帷幕的顺序。 (2)灌浆方法 按照灌浆时浆液灌注和流动的特点,灌浆方法有纯压式和循 环式两种。按照钻孔灌浆的顺序,有全孔一次灌浆和分段灌浆两种。 (3)灌浆压力 灌浆压力通常是指作用在灌浆段中部的压力,灌浆压力是控制

灌浆质量的一个主要指标。由下式来确定 P=P1+P2±P3 式中 P-灌浆压力,Pa; P1-灌浆管路中压力表的指示压力, Pa; P2-计入地下水水位影响以后的浆液自重压力,按最大的浆液比重进行计算,Pa; P3-浆液在管路中流动时的压力损失, Pa 确定灌浆压力的原则 是在不致破坏基础和坝体的前提下,尽可能采用较高的压力。高压灌浆可以 使浆液更好的压入缩小缝隙内,增大浆液扩散半径,析出多余的水分,提高灌注材 料的密实度。当然灌浆也不能过高,以致使裂隙扩大,引起岩层或坝体的抬高变 形。 (4) 灌浆压力和浆液稠度的控制 提高灌浆质量的重要因素:合理的灌浆压力和浆液稠度使。灌浆压力的控制 基本上两种类型:一次升压法和分次生压法。 (5)灌浆的结束条件和封孔 灌浆的结束条件两个控制指标: 残余吸浆量,又称最终吸浆量,即灌到最后的 限定吸浆量; 吸浆时间,即在残余吸浆量的条件下保持设计规定压力的延续时间。 (6)灌浆的质量检查 5 化学灌浆 化学灌浆是将有机高分子材料配制成的浆液灌入地基或建筑物的裂隙中,经 胶结固化以后,达到防渗、堵漏、补强、加固的目的。

第三节 岩基锚固 教学目的及要求: 教学目的及要求:通过本节学习,掌握岩基锚固的方法。 重点: 重点:1.岩基锚固;2.锚固的结构型式 。 难点: 难点: 教具及参考资料: 教具及参考资料:1.杨康宁主编.水利水电工程施工技术.北京:中国水利水电 出版社,1997; 2. 王英华主编.水工建筑物.北京:中国水利水电出版社,2004。
教学方法: 教学方法:讲授法

一 岩基锚固 是用预应力锚束对岩基施加主动预应力的一种锚固技术,常和建筑物的加固 结合起来,以期加固或改善其受力条件。 锚固的结构型式 二 锚固的结构型式 锚固的结构型式很多,但都由锚孔、锚束两部分组成,其中锚束又由锚头、锚 束自由段和锚固段构成。

第四节 砂砾地基灌浆 教学目的及要求: 教学目的及要求:通过本节学习,掌握砂砾地基的灌浆方法。 重点: 重点:1.可灌性;2.灌浆材料和灌浆方法 。 难点: 难点:1.各种灌浆方法中各种参数的确定 教具及参考资料: 教具及参考资料:1.杨康宁主编.水利水电工程施工技术.北京:中国水利水电 出版社,1997; 2. 王英华主编.水工建筑物.北京:中国水利水电出版社,2004。
教学方法: 教学方法:讲授法

一、砂砾石地基的可灌性 砂砾石地基的可灌性是指砂砾石地层能否接受灌浆材料灌入的一种特性。 它 是决定灌浆效果的先决条件。 1.可灌性决定因素 主要决定于地层的颗粒级配、灌浆材料的细度、灌浆压 力和灌浆工艺等因素。 2.可灌性衡量参数 在工程实践中,常以可灌比来进行衡量. M=D15/d85 式中 M-可灌比; D15 -砂砾石地层颗粒级配曲线上含量为 15%的粒径,mm; d85-灌浆材料颗粒级配曲线上含量为 85%的粒径,mm ; 二、灌浆材料 岩基灌浆多用水泥浆,而砂砾石地基灌浆,以采用水泥粘土浆为好。 三、灌浆方法 砂砾石地层的钻孔灌浆方法有:1.打管灌浆 2.套管灌浆 3.循环钻灌 4.预 埋花管灌浆等。

第五节 防渗墙施工 教学目的及要求: 教学目的及要求:通过本节学习,了解防渗墙的作用,掌握防渗墙的施工方法。 重点: 重点:1.防渗墙概念及基本形式;2.防渗墙施工过程中应注意问题。 难点: 难点:1.泥浆及泥浆系统 教具及参考资料: 教具及参考资料:1.杨康宁主编.水利水电工程施工技术.北京:中国水利水电 出版社,1997; 2. 王英华主编.水工建筑物.北京:中国水利水电出版社,2004。
教学方法: 教学方法:讲授法

一 防渗墙 防渗墙是修建在挡水建筑物和透水地层中防止渗透的地下连续墙,它的实际 应用远远超过了防渗的范围,除了用来控制闸坝基础的渗流外,还用于坝体的防 渗加固,泄水建筑物下游基础的防冲,水工建筑物基础的承重,地下水库的修筑 等。 二 防渗墙的基本型式 防渗墙的基本型式是槽孔型。它是由一段段槽孔套接而成的地下墙。先施工 的槽孔称一期槽孔,后施工的称二期槽孔。 三 防渗墙的施工过程中应注意的问题 1. 造孔准备 (1) 必须根据防渗墙的设计要求和槽孔长度的划分,作好槽孔的测量定位工 作,并在此基础上,设置导向槽。 (2) 导向槽安置好后,在槽侧铺设造孔钻机的轨道,安装钻机,修筑运输道路, 架设动力和照明线路以及供水供浆管道,做好排水、排浆系统。 (3)向槽内充满泥浆,保持泥浆面在槽顶以下 30-50cm。 2. 泥浆和泥浆系统 为了确保防渗墙的施工质量,在造孔成墙的过程中必须维持槽孔孔壁的稳 定。工程中常用泥浆固壁来解决这个问题,泥浆除了固壁作用外,在造孔过程中, 尚有悬浮岩屑和冷却润滑钻头的作用;成墙以后,渗入孔壁的泥浆和胶结在孔壁 的泥皮,还有防渗作用。 3.造孔 (1) 用钻挖机械开挖槽孔,修筑混凝土或粘土防渗墙。 (2) 用一般土方机械挖槽,修筑泥浆槽级配料防渗墙。 (3) 振动沉桩成槽,修筑板桩灌注防渗墙。 4. 混凝土浇筑 粘土混凝土防渗墙的混凝土浇筑和一般的混凝土浇筑不同,是在泥浆液面下 进行的。 造孔以后,浇筑以前,要做好终孔验收和清孔换浆工作。泥浆下浇筑混 凝土常用直升导管法。

第四章

土石坝工程

教学目的和要求:本章目的主要是讲解土石坝工程施工的特点,机械化作业的适用性。要求学生掌握土石 坝施工常用技术,了解常用机械以及适用性;运用、分析土石料的特性,选择施工方法和施工机械。 重点与难点:1.料场的规划 2.土石坝压实参数的确定和机械的选择 3.面板混凝土坝的施工工艺和方法 教具与参考:1.水利施工图片 2.[1]司兆乐 [2]魏璇. 主要教学方法:1.讨论法 水利水电枢纽施工技术.北京:中国水利水电出版社,2002 水利水电工程施工组织设计指南.北京:中国水利水电出版社,1999 2.讲授法 3.演示法

水利水电工程中,土方工程应用非常广泛。有些水工建筑物,如土坝、土堤、土渠等, 几乎全部都是土方工程。 它的基本施工过程是开挖、 运输和压实。 可根据实际情况采用人工、 机械、爆破或水力冲填等方法施工。 准备作业包括:三通一平、临时实施的建设 基本作业包括:料场土石料开采,坝面铺平、压实、质检等 土的施工分级的方法很多, 在水利工程施工中, 根据施工的困难程度, 将土壤分为Ⅳ级, 见表 4-1。 表 4-1
土质级别 土壤名称

土壤的工程分级表
自然湿容重 (t/m?) 外形特征 开挖方法



1.沙土 2.种植土 1.壤土 1.65~1.75

疏松,粘着力差或易 透水,略有粘性 开挖时能成块并易打 1.75~1.85 碎 挖

用锹(有时略加脚 踩)开挖 用锹并用脚踩开



2.淤泥 3.含根种植土 1.粘土 2.干燥黄土

粘手,干硬,看不见 砂砾 1.80~1.95

用镐、三齿或用锹 并用力加脚踩开挖



3.干淤泥 4.含砾质粘土 1.坚硬粘土

土壤结构坚硬,将土 1.90~2.10 分裂后成块状或含粘粒、砾 石较多 开挖

用稿、三齿等工具



2.砾质粘土 3.含卵石粘土

二、土壤的工程特性 1、表观密度 土壤表观密度,就是单位体积土壤的重量。土壤保持其天然组织、结构 和含水量时的表观密度称为自然表观密度。 单位体积湿土的重量称为湿表观密度。 单位体积

干土的重量称为干表观密度。它是体现粘性土密实程度的指标,常用它来控制压实的质量。 2、含水量 表示土壤空隙中含水的程度,常用土壤中水的重量与干土重量的百分比表 示。含水量的大小直接影响粘性土压实质量。
自然状态 土的类别 砂土 壤土 粘土 砂砾土 含砂砾壤土 含砂砾粘土 卵石 容 重 可松系数 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 容 重 挖松后 可松系数 1.05~1. 15 1.05~1. 10 1.10~1. 20 1.10~1. 40 1.05~1. 10 1.10~1.35 1.15

1.65~1.75 1.75~1.85 1.80~1.95 1.90~2.05 1.85~2.00 1.90~2.10 1.95~2.15

1.50~1.55 1.65~1.70 1.60~1.65 1.50~1.70 1.70~1.8 1.55~1.75 1.70~1.90

3、可松性 是自然状态下的土经开挖后因变松散而使体积增大的特性, 这种性质称为土的可松性。土的可松性用可松性系数表示,即: 表 4-2 土的容重和可松性系数 (4-1) K=V2/V1 式中: V2——土经开挖后的松散体积,m?; V1——土在自然状态下的体积,m?。 土的可松性系数,用于计算土方量、进行土方填挖平衡计算和确定运输工具数量。各种 土的可松性系数见表 4-2。 4、自然倾斜角 指自然堆积土壤的表面与水平面间所形成的角度,称为土自然倾斜角。 挖方与填方边坡的大小, 与土壤的自然倾斜角有关。 确定土体开挖边坡和填土边坡应慎重考 虑,重要的土方开挖,应通过专门的设计和计算确定稳定边坡。一般开挖安全边坡可参考表 4-3 。 表 4-3
土的类别 砂土 轻亚粘土 亚粘土 粘土 砾石土 干黄土

挖深在 5 米以内的窄槽未加支撑时的安全施工边坡
人工开挖 1:1.00 1:0.67 1:0.50 1:0.33 1:0.67 1:0.25 机械开挖 1:0.75 1:0.50 1:0.33 1:0.25 1:0.50 1:0.10 撑。 备 注

1、必须做好 防水措施,雨季应 加支撑。 2、附近如有 强烈振动,应加支

第一节

坝体材料与料场规划

教学目的和要求:了解坝体材料适应性和料场规划原则,熟悉土壤的工程特性。 重点与难点:难点在坝体材料的工程特性和料场规划。 教具与参考:工程料场图片,坝体材料的基本情况介绍 主要教学方法:讲授法

一、土石坝筑坝材料及其要求

土石坝最大的特点就是能就地取材,因此,土石坝又叫当地材料坝。 - 1、防渗料 基本要求是防渗性,渗透系数不大于 1×10 5cm/s 时一般能满足要求。 同时希望又一定的抗剪强度, 较好的渗流稳定性, 有适应坝体变形的塑性, 有良好的施工性、 低压缩性,无过量的可溶盐(5%)和有机物(2%)含量等。 细粒土是我国采用最多的防渗材料。只要坝址附近有足够的数量,采用细粒土作为防 渗料通常是比较好的选择。现在,随着施工技术水平的提高,采用风化料和砾质土作为防渗 料得到了比较广泛的应用。 2、坝壳料 堆石、砂砾石及风化料等均可以作为坝壳料。 3、反滤料 一般满足坚固度要求,级配严格,通常采取混凝土砂石料生产系统生产, 但不要去冲洗。也可以采取天然冲积层砂砾石经筛分生产。 二、料场规划的原则 土石坝用料量很大,料场的合理规划与使用,是土石坝施工中的关键问题之一,它 不仅关系到坝体的施工质量、 工期和工程投资, 而且还影响工程的生态环境和国民经济其他 部门。料场选择要从空间、时间、质与量等多方面进行规划。 空间规划:对料场位置、高程进行恰当选择,合理布置。上坝距离尽量短,高程上有利 于载重车辆下坡;原则上高料高用,低料低用; 时间规划:充分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, 料场的工作条件也在变化。 在料场规划使用中, 还应保留一部分近料场供合拢段填筑和拦洪 度讯高峰强度时使用。 料场质量的规划:这是料场选择的最基本要求,也是决定性因素。对料场的地质成因、 产状、埋深、储量以及各种物理力学指标进行全面勘探和实验。做到料尽其用,充分利用永 久和临时建筑物的开挖渣料是土石坝料场规划的重要原则。 三、料场优化的基本方法 土石坝工程,既有大量的土石方开挖,又有大量的土石方填筑。开挖可用料的充分利 用,废弃料的妥善处理,补充料场的选择与开采数量的确定,备用料场的选择,以及物料的 储存、调度是土石坝施工组织设计的重要内容,对保证工程质量,加快施工进度,降低工程 造价等多方面起到重要意义。 1、填挖料平衡计算 根据建筑物设计填筑工程量统计各种料的填筑方案。根据建筑物设计开挖工程量、地 质资料、建筑物开挖料可用不可用分选标准,并进行经济比较,确定并计算可用料和不可用 料数量;根据施工进度计划和渣料存储规划,确定可用料直接上坝和需要存储的数量;根据 折方系数、 损耗系数, 计算各建筑物开挖料的设计使用数量、 舍弃数量和由料场开采的数量, 进行挖、填、堆、弃综合平衡。 2、土石方调度优化 目的是找出总运输量最小的调度方案,从而达到运输费最低,降低工程造价。

第二节

土石方开挖

教学目的和要求:主要要求学生了解土的施工分级和工程特性,了解土石方开挖的施工机械以及适用环境。 重点与难点:讲解重点在于土的施工分级和工程特性。难点在于土石方开挖工程量的确定以及施工力量的 配置等; 教具与参考:工程图片 主要教学方法:讲授法

土方开挖常用的方法有人工法和机械法。 一般采用机械施工。 用于土方开挖的机械有单

斗挖掘机、多斗挖掘机、铲运机械及水力开挖机械。 一、单斗式挖掘机 单斗挖掘机是仅有一个铲土斗的挖掘机械如图 5-1 所示。它由行 走装置、动力装置和工作装置三部分组成。行走装置分为履带式、轮胎式和步行式三类。履 带式是最常用的一种,它对地面的单位压力小、可在各种地面上行驶,得转移速度幔;动力 装置分为电动和内燃机驱动两种,电动为常用型式,效率高,操作方便,但需要电源;工作 装置由铲土斗、斗柄、推压和提升装置组成,按铲土方向和铲土原理分为正向铲、反向铲、 拉铲和抓铲四种类型如图 4-1所示,用钢索或液压操纵。钢索操纵用于大中型正向铲,液 压操纵用于小型正铲和反铲较多。 1、正向铲挖掘机 该种挖掘机,由推压和提升完成挖掘,开挖断面是弧形,最适于挖 停机面以上的土方,也能挖停机面以下的浅层土方。由于稳定性好,铲土能力大,可以挖各 种土料及软岩、岩碴进行装车。它的特点是循环式开挖,由挖掘、回转、卸土、返回构成一 个工作循环,生产率的大小取决于铲斗大小和循环时间长短。正铲的斗容从 0. 5m?至几十 m?,工程中常用 1-4m?。基 坑土方开挖常采用正面开挖,土料场及渠道

图 4-1

单斗挖掘机

(a)正向铲挖掘机; (b)反向铲挖掘机; (c)索铲挖掘机; (d)抓铲挖掘机

土方开挖,常用侧面开挖,还要考虑与运输工具配合问题。挖掘机工作尺寸见图 5-2,常用 挖掘机性能见表 4-4。

图 4-2

正向铲挖掘机工作尺寸

A—停机面以下挖掘深度;R 平—停机面以上最大挖掘半径; R 小—停机面以上最小挖掘半径;R 大—最大挖掘半径; H—最大挖掘半径时的挖掘高度;R—最大挖掘高度时的挖掘半径; H 大—最大挖掘高度;r 大—最大卸土半径;h—最大卸土半径时卸土高 度;

表 4-4
项 目 WD-50 0.5 5.5 60.0 7.2 7.9 6.5 5.6 3.0 5.1 28.0 100 铲斗容量(m?) 动臂长度(m) 动臂倾角(?) 最大挖掘半径(m) 最大挖掘高度(m) 最大卸土半径(m) 最大卸土高度(m) 最大卸土半径卸土高度 (m) 最大卸土高度卸土半径 (m) 工作循环时间(s) 卸土回转角度(°)

正铲挖掘机工作性能
WD-100 1.0 6.8 60.0 9.0 9.0 8.0 6.8 3.7 7.0 25.0 120 WD-200 2.0 9.0 50.0 11.6 9.5 10.1 6.0 3.5 8.7 24.0 90 WD-300 3.0 10.5 45.0 14.0 7.4 12.7 6.6 4.9 12.4 22.0 100 23-25 100 WD-400 4.0 10.5 45.0 14.4 10.1 12.7 6.3 WD-1000 10.0 13.0 45.0 18.9 13.6 16.4 8.5 5.8 15.7

2、反向铲挖掘机 能用来开挖停机面以下的土料,挖土时由远而近,就地卸土或装车, 适用于中小型沟渠、 清基、 清淤等工作。 由于稳定性及铲土能力均比正铲差, 只用来挖Ⅰ-Ⅱ 级土,硬土要先进行预松。反铲的斗容有 0.5m?、1.0m?、1.6m?几种,目前最大斗容已超过 3m?。在沟槽开挖中,在沟端站立倒退开挖,当沟槽较宽时,采用沟侧站立,侧向开挖。 3、 拉铲挖掘机 拉铲式挖掘机的铲斗用钢索控制, 利用臂杆回转将铲斗抛至较远距离, 回拉牵引索,靠铲斗自重下切铲土装满铲斗,然后回转装车或卸土。挖掘半径、卸土半径、 卸土高度较大,最适用于水下土砂及含水量大的土方开挖,在大型渠道、基坑及水下砂卵石 开挖中应用广泛。开挖方式有沟端开挖和沟侧开挖两种,当开挖宽度和卸土半径较小时,用 沟端开挖;开挖宽度大,卸土距离远,用沟侧开挖。 4、抓铲挖掘机 抓铲挖掘机靠铲斗自由下落中斗辨分开切入土中,抓取土料合辨后提 升,回转卸土。适用于挖掘窄深型基坑或沉井中的水下淤泥开挖,也可用于散粒材料装卸, 在桥墩等柱坑开挖中应用较多。 5、单斗挖掘机生产率 单斗挖掘机实用生产率可按下式计算:

P = 60nqK 1 ? K 2 ? K 3 ? K 4 / K 5
式中: n ——设计每分钟循环次数; q ——铲斗容量,m?;

(m?/h)

(4-1)

K1——铲斗充盈系数,正铲取1; K2——卸土延误系数,卸土堆为1.0;卸车为 0.9; K3——时间利用系数,取 0.8-0.9; K4——工作循环时间修正系数,K4=1/(0.4α+0.6β); K5——土壤可松性系数; Α——土壤级别修正系数,取 1.0-1.2; Β——转角修正系数,转角 90? 时取 1.0;100?-135? 取 1.08-1.37。 挖掘机是土方机械化施工的主导机械,为提高生产率,应采取:加长斗齿,减小切土阻 力;合并一个工作循环各个施工过程,小角度装车或卸土,采用大铲斗;合理布置工作面和 运输道路;加强机械保养和维修,维持良好性能等措施。 二、多斗式挖掘机 多斗挖掘机是有多个铲土斗的挖掘机械, 它能够连续地挖土, 是一种连续工作的挖掘机 械,按其工作方式不同,分为链斗式和斗轮式两种。 链斗式挖掘机最常用的型式是采砂船如图 4-3所示。它是一种构造简单,生产率高, 适用于规模较大的工程, 可以挖河滩及水下砂砾料的多斗式挖掘机械。 采砂船工作性能见表 4-5。

图 4-3

链斗式采砂船

1—斗架提升索;2—斗架;3—链条和链斗;4—主动链轮;5-卸料漏斗;6-回转盘; 7-主机房;8—卷扬机;9—吊杆;10—皮带机;11—泄水槽;12-平衡水箱

表 4-5
链斗容量 (L) 项 目

采砂船工作性能表

160 120 6.5 28.05×8×2.4 1.0

200 150 7.0 31.9×8×2.3 1.1

400 250 12.0 52.2×12.4×3.5 2.0

500 750 20.0 69.9×14×5.1 3.1

理论生产率(m/h) 最大挖掘深度(m) 船身外廓尺寸(长×宽×高)(m) 吃水深度(m)

斗轮式挖掘机 如图 4-4 所示斗轮式挖掘机的斗轮装在斗轮臂上,在斗轮上装有 7-8 个 铲土斗,当斗轮转动时,下行至拐弯时挖土,上行运土至最高点时,土料靠自重和旋转惯性 卸入受料皮带上,转送到运输工具或料堆上。其主要特点是斗轮转速较快,作业连续,斗臂 倾角可以改变、并作 360? 回转,生产率高,开挖范围大。

图 4-4

斗轮式挖掘机(单位:mm)

1—斗轮;2—升降机构;3—司机室;4—中心料仓 5—卸料皮带机 6—双槽卸料斗;7—动力装置 8—履带;9—转台;10—受料皮带机;11—斗轮臂

三、铲运机械 铲运机械是指用一种机械同时完成开挖、运输和卸土任务,这种具有双重功能的机械, 常用的有推土机、铲运机、平土机等。 1、推土机 是一种在履带式拖拉机上安装推土板等工作装置而成的一种铲运机械,是 水利水电建设中最常用、 最基本的机械, 可用来完成场地平整、基坑、渠道开挖、推平填方、 堆积土料、回填沟槽、清理场地等作业,还可以牵引振动碾、松土器、拖车等机械作业。它 在推运作业中,距离不能超过 60-100m,挖深不宜大于 1.5-2.0m,填高小于 2-3m。

图 4-5 推土机构造示意图
1-推土板;2-液压油缸;3-推杆;4-引导轮;5-托架; 6-支承轮;7-铰销;8-托带轮;9-履带架;10-驱动轮

推土机按安装方式分为 固定式和万能式; 按操纵方式分为钢索和液压操纵, 按行驶分 为履带式和轮胎式。推土机的基本构造见图 4-5。 2、铲运机 是一种能连续完成铲土、运土、卸土、铺土、平土等工序的综合性土方工 程机械,能开挖粘土、砂砾石等。适用于大型基坑、渠道、路基开挖,大型场地的平整、土 料开采、填筑堤坝等。

图 4-6

铲运机工作过程示意图

(a)铲土; (b)运土; (c)卸土; 1-铲斗; 2-行走装置;3-连挂装置; 4-操纵装置;5-斗门;6-斗底和斗后壁

铲运机按牵引方式分为自行式和拖式; 按操纵方式分为钢索和液压操纵; 按卸土方式分 为自由卸土、强制卸土、半强制卸土。工作过程见图 4-6。固定式推土机的推土板,仅能上 下升降,强 制切土能力差,但结构简单,应用广泛,而万能式不仅能升降,还可左右、上 下调整角度,用途多。履带式推土机附着力大,可以在不良地面上作业;液压式推土机可以 强制切土,重量轻,构造简单,操作方便。推土机推运土料采用前进推后退开行,为提高生 产率,常采取下坡推土、沟槽推土、并列推土等方法。铲运机的土斗较大,但切土能力相对 不足,为了提高生产率,可采取下坡取土、硬土预松、推土机助推等方法。 四、水力开挖机械 水力开挖主要有水枪开挖和吸泥船开挖。 1、水枪开挖 就是利用水枪喷嘴射出的高速水流切割土体形成泥浆,然后输送到指定 地点的开挖方法。水枪可在平面上回转 360?,在立面上仰俯 50?~60?,射程达 20~30m,切 割分解形成泥浆后, 沿输泥沟自流或由吸泥泵经管道输送至填筑地点。 利用水枪开挖土料场、 基坑,节约劳力和大型挖运机械,经济效益明显。水枪开挖适于砂土、亚粘土和淤泥,可用 于水力冲填筑坝。对于硬土,可先进行预松,提高水枪挖土的工效。 2、 吸泥船开挖 它是利用挖泥船下的绞刀将水下土方绞成泥浆, 由泥浆泵吸起经浮动 输泥管运至岸上或运泥船。 五、土石料开挖运输方案 坝料的开挖运输, 是保证上坝强度的重要环节之一。 开挖运输方案主要根据坝体结构布 置特点、坝料性质、填筑强度、料场特性、运输距离、施工设备等多方面因素。比较常见的 开挖运输方案有以下几种: 1、正向铲开挖,自卸汽车运输上坝。 通常运距小于 10km。自卸汽车运输能力高,设 备通用性强,能直接铺料,机动灵活管理方便,设备易获得,在高土石坝施工中得到了广泛 的应用。在施工布置上,正向铲一般采取立面开挖,汽车运输道路可布置成循环路线。可避 免或者减少汽车的倒车时间,正向铲采用 600~900 的转角侧向卸料,回转角度小,生产率 高,能充分发挥正向铲与汽车的效率。 2、正向铲开挖,履带式运输机运输上坝; 履带式运输机爬坡能力打,架设容易,运输 费用低,比自卸汽车运输费低 1/3~1/2,运输能力高。合理运距小于 10km,可直接从料场上 坝;也可与自卸汽车配合,做长距离运输。

3、斗轮式挖掘机开挖,履带式运输机运输,转自卸汽车上坝。对于填筑方量大、上坝 强度高的土石坝,若两场储量大而集中,可采用斗轮式挖掘机开挖,其生产效率高,具有连 续挖掘、装料的特点。 4、采砂船开挖,有轨机车运输,转带式运输机上坝。国内大中型水利工程建设,广泛 采取采砂船开采水下砂石料,配合运输设备运输。 坝料的开挖运输方案很多,必须结合工程施工的具体条件,组织挖、装、运、卸的机械 化联合作业, 提高机械利用效率, 减少坝料的转运次数; 各种坝料铺筑方法及设备尽量一致, 减少辅助设施;充分利用地形条件,进行统筹规划和布置。 运输机械设备的生产能力 机械设备的生产能力以及挖运强度和机械数量的确定 六、运输机械设备的生产能力以及挖运强度和机械数量的确定 1、循环式运输机械数量 n 的确定 n=

QT t q (T1 ? T2 )

(4—2)

QT ——运输强度;
q ——运输工具装在的有效方量;
T1——为昼夜或一班的时间,min; T2——为昼夜或一班内运输工具的非工作时间,min; t ——运输工具周转一次的循环时间。 对于工地常用汽车、拖拉机,t 值为:

t = t1 + t 2 +

2L ×60 v

(4—3)

t 1 —— 装车时间,min; t 2 ——卸车时间,min;
L ——运输距离,km; v ——平均行驶速度,km/h
于是,每昼夜或每班运输循环次数为: m=

T1 ? T2 t
(4—4)

生产能力 PT 为: PT=

q (T1 ? T2 ) t

2、连续带式运输机。 带式运输机的生产率,取决于带宽、带速及带上物料的装满程 度。然而,带的装满程度与带的形状、所装物料性质和运输机布置的倾角有关。若以实方计 算,带式运输机的实际小时生产率 PT 可按下式计算: PT=KB2VKBKHK’PKdKa (4—5) K——带形系数 B—— 带宽 KB——时间利用系数 KH——充盈系数 K’P——土的松散影响系数 Kd——土石粒径系数 Ka——倾角影响系数 3、挖运强度的确定 土石坝施工的挖运强度取决于土石坝的上坝强度,上坝强度又

取决于施工中的气象水文条件、施工导流方式、施工分期、工作面的大小、劳动力、机械设 备、燃料动力供应情况等因素。在施工组织设计中,一般根据施工进度计划各个阶段要求完 成的坝体方量来确定上坝和挖运强度。 合理的施工组织管理应有利于实现均衡生产, 避免生 产大起大落,使人力、机械设备不能充分利用。 (1)上坝强度 QD 可以按下式计算:

V/ Ka K QD= T K1

(4—6)

V / —— 分期完成的坝体设计方量(以压实方量计) K a ——坝体沉陷影响系数
K ——施工不均衡系数

K1 ——坝面作业土料损失系数
T ——施工分期时段的有效工作日数
(2)运输强度 QT 根据上坝强度 QD 确定: QT=

QD KC K2
KC =

(4—7)

K C ——压实影响系数

y0 yT

y0 坝体设计干表观密度

yT 土料运输的松散表观密度
K2——运输损失系数 (3)开挖强度仍根据上坝强度确定: Q c=

QD K /C K2 K3

(4—8)

K / C ——压实系数
K 3 ——土料开挖损失系数
(4) 挖运机械数量的确定 在土石坝施工中, 正向铲与自卸汽车配合是最普遍 的开挖方案。挖掘机的斗容量与自卸汽车的载重量为满足工艺要求有一个合理的匹配关系, 应通过计算,复核所选定挖掘机的装车斗数 m M=

Q y c qK H K
/
p

(4—9)

Q ——自卸汽车的载重量 t yc ——料场土的天然表观密度

K H ——挖掘机的土斗充盈系数
K
/ p

——土料的松散影响系数

通常应使用一台挖掘机所需的汽车数 n 所对应的生产能力略大于此挖掘机的 生产率,以充分发挥挖掘机的生产潜能,因此: Pa ≥

pc n

(4—10)

满足高峰施工期上坝强度的挖掘机的数量为:

Nc =

QT max PC

(4—11)

满足高峰施工期上坝强度的汽车总数应为:

Na =

QT max Pa

(4—12)

第三节

坝体填筑与压实

教学目的和要求:教学目的在于让学生了解土料压实机理,了解土料压实方法与机械,熟悉压实标准及参 数确定;要求学生熟悉压实标准,知道如何确定压实参数 重点与难点:教学重点是土料压实方法与机械,压实标准及参数确定;教学难点是压实标准及参数确定。 教具与参考:工程图片 参考书籍 主要教学方法:实验法、讲解法

当基础开挖和基础处理完成后,即可进行坝体的铺筑、压实。 一、坝面作业的施工组织规划 (一) 坝体填筑的施工组织 1、坝基开挖与处理 防渗体或均质坝与岸坡和河床接触部分应挖至不透水层,岩石开挖清理坡度不陡于 1:0.75,土坡不陡于 1:1.15。岸坡应削成平整的斜坡,不能有明显的变坡点,反坡部位用混 凝土补成正坡。 坝壳与岸坡、 地基接触部分的处理, 主要是清基。 就是把坝基范围内的所有草皮、 树根、 坟墓、乱石以及各种建筑物等全部清除,并认真做好水井、泉眼、地道、洞穴等处理。对地 表和岸坡的粉土、细砂、淤泥、腐殖土等按设计要求清除。清除深度一般为 0.3~0.8m。对 勘探用的试坑,应把坑内积水与杂物全部清除,并用筑坝土料回填夯实。 2、坝面填筑施工程序及特点 坝面作业包括铺土、平土、洒水或晾晒(控制含水量) 、土料压实、修整边坡、修筑反 滤层、排水体及护坡、质量检查等工序。坝面作业由于工作面狭窄、工种多、工序多、机具 多、如施工组织不当,将产生干扰,造成窝工,延误施工进度。所以一般多采用流水作业法 组织坝面施工。 3、坝面流水作业的实施 流水作业法施工, 是根据施工工序数目将坝面划分成几个施工段, 然后组织各工种的专

业队依次进入所划分的施工段同时施工。 对同一施工段而言, 各专业队按工序依次连续进行 施工; 对各专业队, 则不停的轮流在各个施工段完成本专业的施工工作。 施工队作业专业化, 有利于工人技术熟练和提高;在施工过程中保持了人、地、机具等施工资源充分利用,避免 了施工干扰和窝工。 各施工段面积的大小取决于各施工期土料上坝强度。 对于某高程的坝面, 流水施工段数可按下式计算: m=ω坝/ω日 (4-11) 式中 ω坝——某施工时段坝面工作面积,可按设计图纸由施工高程确定,㎡; ω日——每个流水班次的铺土面积,㎡;ω日=Q运/h; h——铺土厚度,m。

图 4-7 坝面流水作业示意

如以 m?表示流水工序数目,当 m=m?时,表示流水施工段数等于流水工序数,说明流 水作业中,人、地、机具等充分发挥作用;当 m>m?时,表示流水施工段数大于流水工序 数,说明流水作业中,人、机具充分发挥作用,但有闲余工作面;当 m<m?时,表示流水 施工段数小于流水工序数,说明流水作业不能正常进行,出现第三种情况是由于坝体升高, 工作面减小,所划分的流水工序过多所致。解决的方法:①增大 m 值,可采取缩小流水单 位时间;合并一些工序,以减小 m?值。使 m=m?。三个工作面的流水作业如图 4-7 所示。 4、坝面填筑施工要求 坝壳及防渗体铺料宜沿坝轴线方向进行,铺料应及时,严格控制铺土厚度,误差应小于 层厚的 10%。防渗体土料应采用进占法卸料,汽车在铺筑的松土上行驶,汽车穿越的防渗体 路口段,经常变换,每隔 40-60m 宜设专用道口,以免汽车因穿越反滤层时将反滤料带入防 渗体内,造成土料反滤料边线混淆,影响坝体质量。防渗体分段碾压时相邻两段交接带应搭 接碾压,垂直于碾压方向搭接宽度不小于 0.3-0.5m,顺碾压方向的搭接宽度为 1-1.5m。平 土要求厚度均匀,以保证压实质量,对于自卸汽车或皮带机上坝,由于卸料集中,多采用推 土机或平土机平土。斜墙坝铺筑时应向上游倾斜 1%-2%的坡度,对均质坝、心墙坝应使坝面 中部凸起,向上下游倾斜 1%-2%的坡度,以便排除雨水,铺填时土料要平整,以免雨后积水, 影响施工。 二、结合部位的施工 土石坝的防渗体要与地基、岸坡及周围其它建筑物的边界相接;由于施工导流、施工分 期、分段分层填筑等要求,还必须设置纵向横向的接坡、接缝。这些结合部位是施工中的薄 弱环节,质量控制应采取如下措施: 。 (1) 土料与坝基结合面处理: 、 一般用薄层、 轻碾的方法施工, 不充许用重碾或重型夯, 以免破坏基础、造成渗漏。粘性土地基:将表层土含水量调至施工含水量上限范围,用与防 渗体土料相同的碾压参数压实,然后创毛 3-5cm,再铺土压实;非粘性土地基:先洒水压实 地基,再铺第一层土料,含水量为施工含水量的上限,采用轻型机械压实;岩石地基:先把 局部不平的岩石修理平整、 清洗干净, 封闭岩基表面节理、 裂隙。 若岩石面干燥可适当洒水, 边涂刷浓泥浆、边铺土、边夯实。填土含水率大于最优含水率 1%-3%,用轻型碾压实。填筑 2m 以后,方可用重型碾压机械。 (2)土料与岸坡及混凝土建筑物结合面处理:填土前,先将结合面的污物冲洗干净, 清除松动岩石,在结合面上洒水湿润,涂刷一层浓粘土浆(厚约 5mm) ,以提高结固强度,防 止产生渗透,搭接处采用粘土,小型机具压实。防渗体与岸坡结合带碾压,搭接宽度不小于

1m。搭接范围内或边角处,不得使用羊脚碾等重型机械。 (3)、坝身纵横接缝处理: 土石坝施工中,坝体接坡具有高差较大,停歇时间长,要 求坡身稳定的特点。一般情况下,土料填筑力争平起施工,斜墙、心墙不充许设纵向接缝。 防渗体及均质坝的横向接坡不应陡于 1:3,高差不超过 15m。均质坝接坡宜采用斜坡和平台 相间的型式,坡度和平台宽度应满足稳定要求,平台高差不大于 15m。接坡面可采用推土机 自上而下削坡。坝体分层施工临时设置的接缝,通常控制在铺土厚度的 1-2 倍以内。接缝在 不同的高程要错缝。 反滤料、垫层料、 三、反滤料、垫层料、过渡料的施工 反滤料、垫层料、过渡料的用量不大,但是要求高,铺料不能分离,一般与防渗体和一 定宽度的大体积坝壳石料平起上升,压实标准高,分区线的误差有一定的控制范围。 填筑的方法有削坡法、挡板法及土、砂松坡接触法三类。 土、砂松坡接触法能适应机械化施工,填筑强度高,可以做到防渗体、反滤层与坝壳料 平起填筑,均衡施工。根据防渗体土料和反滤层填筑的次序、搭接形式的不同,又可以分为 先砂后土法、先土后砂法、土砂平起法等几种。 先土后砂法是先填压三层土料再铺一层反滤料与土料齐平, 然后对反滤料的土砂边沿部 分进行压实,如图 4-7(a)所示。由于土料压实时,表面高于反滤料,土料的卸、铺、平、 压都是在无侧限的条件下进行的,很容易形成超坡。在采用羊脚碾压实时,要预留 30-50 ㎝松土边,避免土料被羊脚碾插入反滤层内。当连续晴天时,土料上升较快,应注意防止土 体干裂。

先砂后土法(见图 4-8b)是先在反滤料的控制边线内,用反滤料堆筑一小堤,为了便 图 4-8 土砂平起法施工示意图(单位:cm) 于土料收坡,保证反滤料的宽度,每填一层土料,随即用反滤料补齐土料,收坡留下的三角 (a)土后砂法;(b)先砂后土法 区,进行人工捣实。这样对控制土砂边线有利。由于土料在有侧限下压实,松土边很少,故 1—心墙设计线;2—已压实层;3—待压层;Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ—填料次序 采用较多。 但无论先砂后土法或先土后砂法, 土料边沿仍有一定宽度未压实合格, 所以需要每填三 层土料用夯实机具夯实一次土砂结合部,先夯土料一侧,等合格后在夯反滤料,切忌交替夯 实,影响质量。 防渗体的铺筑作业应是连续进行的,如因故停工,表面必须洒水湿润,控制含水量。 斜墙宜与下游反滤料及部分坝壳平起填筑,也可滞后于坝壳填筑,待坝壳修筑到一定高 程或达到设计高程,削坡后经验收合格方可填筑斜墙。避免防渗体因坝体沉陷而裂缝。已筑 好的斜墙应立即在上游铺好保护层,防止干裂,保护层距铺填面小于 2m。 心墙施工中,应注意使心墙与砂壳平衡上升。因心墙上升快,易干裂影响质量;砂壳上 升太快,则会造成施工困难。因此要求心墙填筑中应保持同上下游反滤料及部分坝壳平起, 骑缝碾压。为保证土料与反滤料层次分明,采用土砂平起法施工。根据土料与反滤料填筑先 后顺序的不同,又分为先土后砂法和先砂后土法。 反滤料的压实,包括接触带土料和反滤料的压实。当防渗体土料用气胎碾碾压时,反滤 料铺土厚度可与粘土铺土厚度相同, 并同时用气胎碾碾压, 这是施工中压实接触带最好的方 法。 四、压实机械及压实方法

(a)

;

(b)

压实方法按其作用原理分为碾压、夯击和震动三类。 碾压的作用力是静压力,其大小不随作用时间变化; 夯击的作用力是瞬时动力,有瞬时脉冲作用,其大小随时间和落高而变化; 震动的作用力为周期性的重复动力,其大小随时间呈周期性变化,震动周期长短,随震 动频率的大小而变化。 碾压和夯击用于各类土,振动法仅适用于砂性土。根据压实原理,制成各种机械。常用 的机械有羊脚碾、气胎碾、振动碾、夯实机械。 (一)压实机械及压实方法 1、羊脚碾 它是碾的滚筒表面设有交错排列的柱体,形若羊脚。碾压时,羊脚插入土 料内部,使羊脚底部土料受到正压力,羊脚四周侧面土料受到挤压力,碾筒转动时土料受到 羊脚的揉搓力,从而使土料层均匀受压,压实层厚,层间结合好,压实度高,压实质量好, 但仅适于粘土。非粘性土压实中,由于土颗粒产生竖向及侧向移动,效果不好。压实原理见 图 4-9。 羊脚碾压实中,一种是逐圈压实,即先沿填土一侧开始,逐圈错距以螺旋形开行逐渐移 动进行压实, 机械始终前进开行, 生产率高, 适用宽阔的工作面, 并可多台羊脚碾同时工作。 但拐弯处及错距交叉处产生重压和漏压。 另一种方式为进退错距压实, 即沿直线前进后退压 实,返复行驶,达到要求后错距,重复进行。压实质量好,遍数好控制,但后退操作不便。 此法用于狭窄工作面。 压实遍数, 由经验可按土层表面被羊脚普遍压过一遍就能满足要 求估算。压实遍数可按 4-12 计算: N=K·S/ (M·F) (4-12) 式中:S——碾筒表面面积,cm?; F——羊脚的端面积,cm?; M——羊脚的数量; K——碾压时羊脚在土料表面分布不均匀修正系数,一般取 1.3。

图 4-10 图 4-9 羊脚碾压实原理

气胎碾压实原理

2、震动碾 是一种具有静压和振动双重功能的复合型压实机械。常见的类型是振动平 碾,也有振动变形(表面设凸块、肋形、羊脚等)碾。它是由起振柴油机带动碾滚内 的偏心轴旋转,通过连接碾面的隔板,将振动力传至碾滚表面,然后以压力波的形式传到土 体内部。非粘性土的颗粒比较粗,在这种小振幅、高频率的振动力的作用下,摩擦力大大降 低,由于颗粒不均匀,惯性力大小不同而产生相对位移,细粒滑入粗粒孔隙而使空隙体积减

小,从而使土料达到密实。振动碾的构造见图 4-11。

由于振动力的作用,土中的应力可提高 4-5 倍,压实层达 1m 以上,有的高达 2m,生产 率很高。可以有效地压实堆石体、砂砾料和砾质土,也能压实粘性土,是土坝砂壳、堆石坝 碾压必不可少的工具,应用非常广泛。 3、气胎碾 利用充气轮胎作为碾子,由拖拉机牵引的一种碾压机械。这种碾子是一种 柔性碾,碾压时碾和土料共同变形,其原理见图 4-10。胎面与土层表面的接触压力与碾重 关系不大,增加碾重(可达几十吨至上百吨) ,可以增加与土层的接触面积,从而增大压实 影响深度,提高生产率。它即适用于粘性土的压实,也可以压实砂土、砂砾石、粘土与非粘 性土的结合带等。与羊脚碾联合作业效果更佳,如气胎碾压实,用羊脚碾收面,有利于上下 层结合;羊脚碾碾压,气胎碾收面,有利于防雨。 4、 夯实机械 是一种利用冲击能来击实土料的一种机械,有强夯机、挖掘机夯板等, 用于夯实砂砾料,也可以用于夯实粘性土。适于在碾压机械难于施工的部位压实土料。 (1)强夯机 是一种发展很快的强力夯实械机。它是由高架起重机和铸铁块或钢筋混凝 土块做成的夯砣组成。夯砣的重量一般为 10-40t,由起重机提升 10-40m 高后自由下落冲击 土层,影响深度达 4-5m,压实效果好,生产率高,用于杂土填方,软基及水下地层。 (2)挖掘机夯板 是一种用起重机械或正铲挖掘机改装而成的夯实机械。其结构见图 4-12。夯板一般做成圆型或方型,面积约1m?,重量为 1-2t,提升高度为 3-4m。主要优点 是压实功能大,生产率高,有利于雨季、冬季施工。当石块直径大于 50cm 时,工效大大降 低,压实粘土料时,表层容易发生剪力破坏,目前看有逐渐被振动碾取代之势。 五、土石料的压实标准及压实参数的选择 (一)压实标准 毫无疑问, 土料压实越好, 物理力学性能越高, 坝体质量越有保证。 但对土料过分压实, 不仅提高了费用,还会造成剪力破坏。因此,应确定合理的压实标准。 1、粘性土料 其压实标准,主要以压实干表观密度和施工含水量这两个指标来控制。 (1)压实干表观密度 用击实试验来确定。我国采用南实仪 25 击[89.75(t.m)/m?] 作为标准压实功能,得出一般不少于 25-30 组最大干表观密度的平均值 γd·max(t/m?)作为 依据,从而确定设计干表观密度γd(t/m?): γd=m·γd·max (4-13) 式中:m——施工条件系数,一般Ⅰ、Ⅱ级坝及高坝,采用 0.97-0.99,中低坝采用 0.95-0.97。 此法对大多数粘土料是合理的、适用的。但是,土料的塑限含水量、粘粒含量不同,对 压实度都有影响,应进行以下修正:其一:以塑限含水量为最优水量,由试验从压实功能与

最大干密度与最优含水量曲线上初步确定压实功能; 当天然含水量与塑限含水量接近且易于 施工时,以天然含水量做最优含水量确定压实功能;其二:考虑沉降控制的要求 ,通过控 制压缩系 α=0.0098-0.0196cm?/kg,确定干表观密度。 (2)施工含水量 是由标准击实条件时的最大干表观密度确定的,而最大干表观密度 对应的最优含水量是一个点值,而实际的天然含水量总是在某一个范围变动。为适应

图 4-13

设计干表观密度与施工含水量范围

图 4-12 挖掘机夯板示意图
1—夯板;2—控制方向杆;3—支杆 4 —起重索;5—定位杆。

施工的要求,必须围绕最优含量规定一个范围,即含水量的上下限。即在击实曲线上以设计 干表观密度值作水平线与曲线相交的两点就是施工含水量的控制范围。如图 4-13 所示。 (3)砂土及砂砾石 砂土及砂砾石 的压实程度,与颗粒级配及压实功能关系密切,一般用相对密度 Dr 表示。

Dr=(emax-e)/(emax-emin)
式中:

(4-13)

emax——砂石料的最大孔隙比; emin——砂石料的最小孔隙比; e ——设计孔隙比。

在施工现场,当使用相对密度不方便时,可换算成相应的干表观密度 γР(t/m?): (4-14) γР=γmax·γmin/[γmax-Dr(γmax-γmin)] 式中: γmax——砂石料最大干表观密;(t/m?); γmin——砂石料最小干表观密;(t/m?)。 3、石渣及堆石体 石渣及堆石体作为坝壳填筑料,压实指标一般用空隙率表示。根据 国内外的经验,碾压式堆石坝坝体压实后空隙率应小于 30%,为了防止过大的沉陷,一般规 定为 22%-28%。上游主堆石区标准为 21%-25%。 (二)压实参数确定 根据土料的性质、颗粒大小及组成、压实标准等条件初步确定压实机械的类型后,还应 进一步确定压实参数,使之达到经济合理。最好的方法是进行现场碾压试验,确定施工控制 含水量、铺土厚度、压实遍数。 压实试验前, 先通过理论计算并参考已建类似工程的经验, 初选几种碾压机械和拟定几 组碾压参数,采用逐步收敛法进行试验。最后将最优参数进行一次复核试验。若试验结果满 足设计、施工要求,便可以作为现场使用的施工碾压参数。 (三)压实试验 现场压实试验是土石坝施工中的一项技术措施。 通过压试验核实坝料设计填筑指标的合 理性,作为选择压实机械类型、施工参数的依据。

4-14

粘性土碾压场地布置

土料的碾压试验,是根据已选定的压实机械,来确定铺土厚度、压实遍数及相应的含水 量。应选择有代表性的土料,各料场如有差异,应分别试验。 试验组合方法一般采用淘汰法,也叫逐步收敛法。此法每次变动一种参数,固定其它参 数,通过试验求出该参数的适宜值,依此类推。待各项参数选定后,用选定参数进行复核试 验。这种方法的优点是,效果相同时而试验总数较少。 试验场地应平坦、坚实,靠近水源,地形开阔,有水电附属设施。用试验土料先在地基 上铺筑一层,压实到设计标准,将这一层作为基层,然后在上面进行碾压试验。

图 4-15

堆石料压实场地布

试验区的面积:每个试验组合面积为:粘土 不小于 5m×2m(长×宽);砾石土、风化砾 石土、砂及砂砾 不小于 4m×8m;卵漂石、堆石料不小于 6m×10m。由于碾压时产生侧向挤 压,因此,试验区的两侧应各留出一个碾宽,试验区的两端各留出 4m-5m(粘土)或 8m-10m (堆石料)作非试区,以满足停车和错车的要求。 一般试验可完成十几或几十个组合试 验。 淘汰法, 每场只变动一种参数, 一般一场试验布置 4 个组合试验, 粘性土及堆石料一场试验布置如图 4-14、4-15 所示。 按不同压实遍数(n)、不同铺土厚度(h)和不同含水量(W)进行压实,取样。每一个组合 取样数量为:粘土、砂砾石 10-15 个;砂及砂砾 6-8 个;堆石料不少于 3 个。分别测定干表 观密度、含水率、颗粒级配。可作出不同铺土厚度时压实遍数与干表观密度、含水量曲线, 如图 4-16 所示。根据上述关系曲线,再作 h、n、γmax、W0P 关系曲线,如图 4-17 所示。

由图 4-16 曲线上, 根据设计干表观密度 γd, 分别查取不同铺土厚度所需的碾压遍数 a、 b、 及相应的最优含水量 d、 f。 c e、 然后计算压实遍数与铺土厚度比值, a/h1; 2;c/h3, 即 b/h 取最小者。因为单位铺土厚度的压实遍数最少,需要压实功能最少,最经济合理。确定了合 理的压实参数后,将选定的含水量控制范围与天然含水量比较,看是否便于施工控制。否则 适当改变含水量或其它参数再进行试验。

第四节

面板堆石坝施工

教学目的和要求:目的在于介绍堆石材料的质量要求和坝体材料分区,堆石坝填筑工艺,压实参数和质量 控制,钢筋混凝土面板的分块和浇筑,沥青混凝土面板施工;并要求学生掌握必要的施工工艺。 重点与难点:本节教学重点是堆石坝填筑工艺,压实参数和质量控制,钢筋混凝土面板的分块和浇筑;教 学难点钢筋混凝土面板的分块和浇筑。 教具与参考:工程图片 主要教学方法:示例法 工程施工过程演绎 讲授法 演示法

混凝土面板坝的防渗系统由基础防渗工程、趾板、面板组成。特点是:堆石坝坝体能直 接挡水或过水,简化了施工导流与度汛,枢纽布置紧凑,充分利用当地材料。面板坝可以分 期施工,便于机械化施工,施工受气候条件的影响比较小。 一、堆石材料的质量要求和坝体材料分区 (一)堆石材料的质量要求 根据施工组织设计,查明各料场的储量和质量,如果利用施工中挖方石料时,要按料场 要求增做试验。1、2 级高坝坝料室内试验项目应包括坝料的颗粒级配、相对密度、抗剪强 度和压缩模量,垫层料、砂砾料、软岩料的渗透和渗透变形试验。100m 以上的坝,应测定 坝料的应力应变参数。 垫层料 要求有良好的级配,最大粒径为 80mm-100mm,小于 5mm 的颗粒含量为 30%-50%,小于 0.075mm 的颗粒含量不宜超过 8%,中低坝可适当降低要求。用天然砂砾料 作垫层料时,要求级配连续、内部结构稳定、压实后渗透系数为 1/1000~1/10000cm/s。寒冷 地区,垫层的颗粒级配要满足排水性要求。 过渡料要求级配连续、最大粒径不宜超过 300mm。可用人工细石料、经筛分加工的天 然砂砾料等,压实后的过渡料要压缩性小、抗剪强度高、排水性好。 主堆石料可用坝基开挖料或料场开采石料, 要求级配良好, 最大粒径不应超过压实层厚 度,小于 5mm 的含量不宜超过 20%,小于 0.75mm 的颗粒含量不宜超过 5%。在开采前应作

图 4-18

岩基上硬岩堆石坝体分区示意

专门的爆破试验。 (二)面板堆石坝的坝体分区 堆石坝坝体应根据石料来源及对坝料的强度、渗透性、压缩性、施工方便和经济合理性 等要求进行分区。在岩基上用硬岩堆石料填筑的坝体可按图 4-18 分区,从上游向下游依次 分为垫层区、过渡区、主堆石区、及下游堆石区。周边缝下部应设特殊垫层区。100m 以上 的坝,其面板下部设铺盖区及压重区。坝体上游部分的堆石体要求:压缩性要低,防止沉陷 危及防渗面板;防渗性高,防止渗流过大。各区坝料的透水性应按水力过渡要求,从上游向 下游逐渐增加。下游堆石区在下游水位以上的坝料不受此限制。 垫层区的水平宽度应由坝高、地形、施工工艺和经济性比较确定。当用汽车直接卸料, 推土机推平方法施工时,垫层区不宜小于 3m,有专门的铺料设备时,垫层区宽度可减少, 并相应增大过渡区的面积,主堆石区用硬岩时,到垫层区之间应设过渡区,为方便施工,其 宽度不小于 3m。 堆石坝填筑的施工设备、 工艺和压实参数的确定, 和常规土石坝非粘性材料施工没有本 质的区别。 垫层料施工 二、垫层料施工 垫层为堆石坝坡面最上游部分, 可用人工碎石了或级配良好的砂砾料填筑。 为减少面板 混凝土超浇量,改善面板的应力条件,对上游垫层坡面必须进行修整和压实。修整可采用人 工或激光制导反铲进行。坡面修整后即可进行斜坡碾压。 未浇注面板前的上游坡面, 尽管经斜坡碾压后具有比较高的密实度, 但其抗冲蚀和抗人 为因素破坏的性能很差,一边须进行垫层坡面的防护处理。防护的作用有以下三点:防止雨 水冲刷垫层坡面;为面板混凝土施工提供良好的工作面;利用堆石坝体挡水或过水时,垫层 护面可起到临时防渗和保护作用。 混凝土面板或面板浇注前的垫层料,施工期不允许承受反向水压力。 三、趾板施工 趾板的施工工序为:清理工作面、测量与放线、锚杆施工、立模安止水片、架设钢筋、 预埋件埋设、冲洗仓面、开仓检查、浇注混凝土、养护。混凝土浇注可采用滑模或常规模板 进行。

四、钢筋混凝土面板施工 (一) 钢筋混凝土面板的分块 混凝土防渗面板包括趾板(面板底座)和面板两部分。防渗面板应满足强度、抗渗、抗 侵蚀、抗冻要求。趾板设伸缩缝;面板设垂直伸缩缝、周边伸缩缝等永久缝和临时水平施工 缝。混凝土防渗面板分缝分块见图 4-19。 垂直伸缩缝从底到顶布置,中部受压区,分缝间距一般为 12-18m;两侧受拉区按 6-9m 布置。受拉区设两道止水,受压区在底侧设一道止水,水平施工缝不设止水,但竖向钢筋必 须相连。 (二)防渗面板混凝土浇筑与质量 趾板施工:应在趾基开挖处理完毕,经验收合格后进行,按设计要求进行绑扎钢筋、设 置锚筋、预埋灌浆导管、安装止水片及浇筑上游铺盖。混凝土浇筑中,应及时振实,注意止 水片与混凝土的结合质量,结合面不平整度小于 5mm。混凝土浇后 28d 之内,20m 之内不 得进行爆破;20m 之外爆破要严格控制装药量。

面板施工:在趾板施工完毕后进行。当坝高不大于 70m 时,面板在堆石体填筑全部结束后 施工,这主要考虑避免堆石体沉陷和位移对面板产生的不利影响。高于 70m 的堆石坝,考 虑需拦洪渡汛,提前蓄水,面板宜分二期或三期浇筑,分期接缝应按施工缝处理。面板混凝 土浇筑宜采用无轨滑模,起始三角块宜与主面板块一起浇筑。面板混凝土宜采用跳仓浇筑。 滑模应具有安全措施,固定卷扬机的地锚应可靠,滑模应有制动装置。面板钢筋采用现场绑 扎或焊接,也可用预制网片现场拼接。混凝土浇筑中,布料要均匀,每层铺料 250-300cm。 止水片周围需人工布料,防止分离。振捣混凝土时,要垂直插入,至下层混凝土内 5cm,止 水片周围用小振捣器仔细振捣。振动过程中,防止振捣器触及滑模、钢筋、止水片。脱模后 的混凝土,要及时修整和压面。 滑模滑升时,要保持两侧同步,每次滑升距离不大于 30cm,滑升间隔时间不应超过 30min。面板浇筑的平均速度为 1.5m-2.5m/h.。 2、面板混凝土浇筑质量检查项目和技术要求,见表 4-6。 检查数量要求: 趾板浇筑 每浇一块或每 50m?-100m?至少有一组抗压强度试件;每 200m?成型一组抗 冻、抗渗检验试件。

图 4-19

混凝土防渗面板分缝分块(单位:m)
(b)施工缝

( a)分块示意图;

1—坝轴线; 2—面板; 3—趾板; 4—垂直伸缩缝; 5—周边伸缩缝; 6—趾板伸缩缝;7—水平伸缩缝;8—面板钢筋。

面板浇筑 每班取一组抗压强度试件,抗渗检验试件每 500m?-1000m?成型一组,抗冻 检验试件每 1000m?-3000m?成型一组,不足以上数量者,也应取一组试件。 四、沥青混凝土面板施工 表 4-6 面板混凝土浇筑质量检测项目和技术要求 项 目 质 量 要 求 检测方法 沥青混凝土由于抗渗性好,适应 变形能力强, 工程量小, 施工速度快, 表面基本平整,局部不超 正在广泛用于土石坝的防渗体。 混凝土表面 过设计线 3cm,无麻面, 测量观察 沥青混凝土的施工方法有碾压 蜂窝狗洞露筋 法、浇筑法、预制装配法和填石振压 表面裂缝 无或有小裂缝已处理 观察测量 法四种。碾压法是将热拌沥青混合料 深层及贯穿裂缝 无或有已按要求处理 观察检察 摊铺后碾压成型的施工方法,用于土 抗压强度 保证率不小于 80% 试验 石坝的心墙和斜墙施工;浇筑法是将 均匀性 离差系数 Cv 小于 0.18 统计分析 高温流动性热拌沥青混合材料灌注 搞冻性 符合设计要求 试验 到防渗部位,一般用于土石坝心墙; 抗渗性 符合设计要求 试验 预制装配法是把沥青混合料预制成 板或块,在现场装配,目前使用尚少;填石振压法是先将热拌的细粒沥青混合材料摊铺好, 填放块石, 然后用巨型振动器将块石振入沥青混合料中。 在我国应用较为普遍是碾压施工法, 现简介如下。 沥青混凝土原材料:沥青是主要材料,品种和标号应根据设计要求而定,一般选用道路 石油沥青 60 甲和 100 甲。 粗骨料宜选碎石, 最大粒径小于铺筑层厚度的 1/3, 且不大于 25mm, 分成 2-3 级配料,细骨料可选河砂、山砂、人工砂。骨料要求干净、稳定性好。按满足 5 天 以上施工需要量储存。填料种类有石棉、消石灰、水泥、橡胶、塑料等,其掺量由试验确定。 沥青混凝土施工工艺见图 4-20。施工中对温度要严加控制,其标准根据材料性质、施 工地区和施工季节,由试验确定。在日平均气温高于 5℃和日降雨量小于 5mm 时方可施工, 日气温虽然在 5-15℃,风速大于 4 级,也不能施工。
沥青加热 160-190℃

称量

砂石加热 170-200℃

称量





装车运输 150-180℃









160-190℃

130-180℃

>110℃

矿粉加热 100-160℃

称量

图 4-20

沥青混凝土防渗体施工工艺图

1、沥青混凝土斜墙施工 沥青混凝土斜墙施工是在坡面上进行的,施工难度较大,尽量采用机械化流水作业。首 先进行修整和压实坡面,然后铺设垫层,在垫层面上喷涂一层乳化沥青或稀释沥青。准备工 作完成后,用摊铺机或人工铺筑整平胶结层。防渗层一般采用多层铺筑,各区段条幅宽度间 上下层接缝必须相互错开,水平接缝的错距应大于 1m,顺坡纵缝的错距一般为条幅宽度的 1/3-2/3。先用小型振动碾进行初压,再用大型振动碾二次碾压,上行振压,下行静压。施 工接缝及碾压带间, 应重叠碾压 10-15cm。 压实温度应高于 110℃, 二次碾压温度高于 80℃。 防渗层的施工缝是面板的薄弱环节, 尽量加大条幅摊铺宽度和长度, 减少纵向和横向施工缝。

防渗层的施工缝以采用斜面平接为宜,斜面坡度一般为 45°。整平胶结层的施工缝可不作 处理。 上下层的层面必须干燥, 间隔不超过 48h。 防渗层层间应喷涂一薄层稀沥青或热沥青, 用喷洒法施工或橡胶刮板涂刷。 2、沥青混凝土心墙施工 沥青混凝土心墙位于坝体中部,它与过渡层、坝壳填筑尽量平起均衡施工,填铺与压实 都在平面上进行,相对斜墙而言施工难度较小。一般采用专用机械施工。先进行支立钢模, 表面涂刷脱模剂。钢模支立要牢固准确,检查合格后用防雨布等遮盖,填筑两侧过渡料。过 渡层压实,要两侧同时进行(距钢模 15-20cm 部分与防渗体同压) ,压实合格后,再将沥青 混合料注入钢模内铺平。碾压前将钢模拔出。铺填沥青混凝土前,先清面,用红外线加热器 加热到 70℃以上,然后铺填沥青混合料,摊铺厚度一般为 20-30cm,用振动碾在防雨布上 进行碾压,先静压 2 遍,然后振压规定遍数。尽量减少横向接缝,必须设缝时,接缝坡度为 1:3,上下层的横缝互相错开,错距大于 2m。重叠碾压 30-50cm。心墙铺筑后,在心墙两 侧 4m 范围过渡层的压实,禁止使用大型机械。

第五节
节的质量检测和监控; 重点与难点:重难点是施工环节的监控和检测 教具与参考:工程事故案例 主要教学方法:讲授法 工程图片

土石坝施工质量控制

教学目的和要求:教学目的让学生了解土石坝工程质量控制的基本原则;要求学生掌握土石坝施工各个环

土坝施工质量检查与控制,对保证土石坝的质量,具有重要意义。据不完全统计,已查 明发生滑坡的 107 座土坝中,因施工质量差而导致滑坡溃坝的有 73 座,占 68%。因此,在 土石坝施工中, 必需建立建全面质量管理体系, 严格按行业标准和质量合同条款控制施工质 量。 质量控制主要包括料场和坝体填筑两个方面。 一、料场的质量检查和控制 各种筑坝材料应以料场控制为主, 必须是合格的坝料方能运输上坝。 不合格的材料应在 料场处理合格后方能上坝,否则按废料处理。在料场建立专门的质量检查站,主要控制:是 否在规定的料区开采,是否将草皮、覆盖层等清除干净;坝料开采加工方法是否符合规定; 排水系统、防雨措施、负温下施工措施是否完备;坝料性质、级配、含水率是否符合要求。 若土料的含水量偏高, 一方面应该改善料场的排水条件和采取防雨措施, 另一方面应该 将含水量高的土料进行翻晒处理, 或采取轮换掌子面的办法, 使土料含水量降低到规定范围 再开挖。若以上方法不能满足设计要求,可以采取机械烘干。 当土料含水量不均匀时,应考虑堆筑“土牛” ,使含水量均匀后再外运。料场加水量 Q0 可按下示计算: Q 0=

QD y e (W0 + W ? We ) KP

(4—15)

Q0——土料上坝强度

K P ——土料的可松性系数
ye ——料场的土料表观密度

W0 W We ——坝面碾压要求的含水量、装车和运输过程中含水量
的蒸发损失及料场土料的天然含水量。 料场加水的有效方法是采取分开筑畦埂,轮换取土。 对石料场应该经常检查石质、风华程度、爆落块料大小、形状及级配等是否满足上坝 要求。若发现不合要求,应查明原因,及时处理。 二、坝体填筑质量检查和控制 坝面填筑质量是保证土石坝施工质量的关健。 应严格按施工技术要求进行控制, 检查的 项目和内容主要有:1、各填筑部位的边界控制及坝料质量,防渗体与反滤料、部分坝壳料 平起关系;2、碾压机具规格、质量,振动碾振动频率、激振力,气胎碾气胎压力等;3、铺 料厚度和碾压参数;4、防渗体碾压层面有无光面、剪切破坏、弹簧土、漏压、欠压、裂缝 等;5、防渗体每层铺土前,压实土体表面是否按要求进行了处理;6、与防渗体接触的岩石 面上的石粉、泥土以及混凝土表面的乳皮等杂物的清除情况;7、与防渗体接触的岩石面或 混凝土面上是否涂泥浆等;8、过渡料、堆石料有无超径石、大块石集中和夹泥等现象;9、 坝体与坝基、岸坡、刚性建筑物等的结合,纵横向接缝的处理与结合,土砂结合处的压实方 法及施工质量;10、坝坡控制情况。 坝体填筑质量的检查部位和次数见表 4-6 所示。 检查方法: 测密度时, 采用环刀法取样, 应取压实层的下部, 采用挖坑灌砂法或灌水法, 试坑应挖在层间结合面上。对于砂料、堆石料,取样所测的干表观密度,平均值应不小于设 计值,标准差不大于 0.1g/cm?,当样本数小于 20 组时,应按合格率不小于 90%,不合格干 表观密度不得低于设计干表观密度的 95%控制。对于防渗土料,干表观密度或压实度的合 格率不小于 90%,不合格的干表观密度或压实度不得低于设计干表观密度或压实度的 98%。 取样除表中规定外, 根据地形、 地质、 土料性质、 施工条件,对防渗体选定若干个固定断面, 每升高 5-10m,取代表性试样进行室内物理力学性质试验,作为复核工程设计及工程管理的 依据。必要时应留样品蜡封保存,竣工后交工程管理单位。

第六节

土石坝的冬雨季施工

教学目的和要求:要求学生掌握土石坝冬季、雨季施工的要点,了解特殊环境下土石坝施工的控制因素; 重点与难点:冬季雨季施工的要点,各种施工措施 教具与参考:参考书籍 主要教学方法:讲授法

土石坝施工的特点之一,就是大面积的露天作业,直接受外界气候环境的影响,尤其 是对防渗土料的影响更大。降雨会增大土料的含水量,冬季土料又会冻结,都会影响施工质 量。因此,土石坝的冬雨季施工,常成为土石坝施工的障碍,它使施工的有效工作日大大减 少,造成了施工强度的不均匀,增加施工过程拦洪度汛的难度,甚至延误工期。为了保证工 程施工进度,降低工程造价,确保工程工期,在土石坝施工中必须解决冬雨季施工难题。 一、土石坝的冬季施工 土石坝冬季施工:当气温降至 0℃以下,土料中发生水分迁移,结冰形成硬土层,难以 压实。由于体积膨胀,使土粒间的距离扩大,破坏了土层结构,化冻后的土料变的疏松,降 低了施工质量。由于粘土受冻时,水分迁移幔,有一定的抗冻性,非粘性土,土粒粗,水分 迁移快,极易受冻.。 规范规定,日平均气温低于 0℃时,按低温季节施工。冬季一般采取露天施工方式,要 求土料压实温度必须在-1℃以上,当日最低气温在-10℃以下,或虽在 0℃以下但风速大

于 10m/s 时,应停工;粘土料的含水率不大于塑限的 90%,粒径小于 5mm 的细砂砾料的含 水率应小于 4%;填土中严禁带有冰雪、冻块;土、砂、砂砾料与堆石不得加水;防渗体不 得受冻。低温施工应采取如下措施: 1、防冻措施 降低土料含水量,或采用含水量低的土料上坝;挖取深层正温土料,加 大施工强度,薄层铺筑,增大压实功能,快速施工,争取受冻前压实结束。 2、保温措施 加覆盖物保温,如树叶、干草、草袋、塑料布等;设保温冰层,即在土 料面上修土埂放水冻冰,将冰层下水放走,形成冰盖,冰盖下的空气夹层起到保温作用;在 土料表面进行翻松等;还可采用暖棚法施工,当日最低气温低于-100C,多采用简易结构暖 棚和保温材料,将需要填筑的坝面临时封闭起来。 3、负温下施工,对料场也应该采取防冻保温措施。 二、土石坝的雨季施工 雨季施工最主要的问题是土料含水量的变化对施工带来的不利影响。 粘土对含水量反应 敏感,应避开雨天施工,非粘性土可在小雨时施工,大雨停工。雨季施工应采取有效措施: 来雨前用光面碾快速压实松土,防止雨水渗入;铺料时,心墙向两侧、斜墙向下游铺成 2% 的坡度,以利排水;做好坝面防雨保护,如设防雨棚、覆盖苫布、油布等;做好料场周围的 排水系统,控制土料含水量。 在雨季还应加强土料场的排水措施, 及时排除雨水, 土料场停工或下雨时原则上不得有 松土。 运输道路也是雨季施工的关键之一。 一般的泥结碎石路面, 雨水浸泡时, 路面容易破坏, 即使天晴修复,也不能及时完成,影响了工程的进度。所以应加强雨季路面的维护和排水设 施的修整,在多雨地区的主要运输道路,可考虑采用混凝土路面。

第五章

混凝土坝工程

教学目的和要求:本章目的主要让学生深入了解混凝土工程施工特点,以及混凝土工程施工的注意事项。 掌握混凝土工程施工方法。要求熟悉混凝土工程的模板、钢筋作业,熟悉混凝土的制备;掌握常态、 碾压混凝土的施工工艺。 重点与难点:1.混凝土的制备 2.常态混凝土的施工工艺 3.碾压混凝土的施工工艺 4.大体积混凝土的温度控制与预防措施等 教具与参考:1.水利施工图片 2.[1]朱伯芳. [2]李冬升. [3]龚召熊. 主要教学方法: 讲解法 大体积混凝土温度应力与温度控制. 北京:中国电力出版社,1999 混凝土冬季施工. 讨论法 实验法 北京:中国水利水电出版社,2001 水工混凝土的温控与防裂. 北京:中国水利水电出版社,1999

大中型水利水电工程混凝土坝占有很大比重,特别是重力坝、拱坝应用最为普遍。而其 共有特点为:工程量大、质量要求高、与施工导流关系密切、施工季节性强、浇筑强度大、 温度控制严格、施工条件复杂等。 目前混凝土坝的施工方法主要为现场浇筑。 而现场分仓浇筑又可分为传统的分层分块浇 筑和薄层碾压浇筑。到目前为止,前者应用最普遍,后者是一种高效、低成本、具有发展前 途的施工方法。 本章侧重介绍重力坝和拱坝这两种坝型的现场浇筑技术, 也对新兴的碾压混凝土施工技 术加以介绍。 混凝土坝的施工过程和施工方法基本相同,主要包括准备工作、施工导流、基础开挖与 处理、坝体混凝土工程、金属结构安装工程等。 在混凝土坝施工中,大量砂石骨料的采集、加工,水泥和各种掺和料、外加剂的供应是 基础,混凝土制备、运输和浇筑是施工的主体,模板、钢筋作业是必要的辅助。 因此,如何提高混凝土坝施工的综合机械化和管理水平,采用大型、高效、可靠的施工 机械设备,认真研究混凝土坝工程施工是保证混凝土质量,加快施工进度,降低工程成本具 有重要意义。

混凝土坝工程其坝体的施工工艺流程如图 5-1 所示。 用混凝土筑坝具有很多优点,特别是建设 掺 水泥贮存 高坝,是坝工设计人员优先选择的坝型之一。 骨料 和 外 我国建设的大中型水利工程中,混凝土坝占有 料 加 开采 剂 加 很大的比重,特别是重力坝、拱坝应该最普遍。 工 三峡水利枢纽、云南澜沧江上的小湾电站、广 加工 西红水河上的龙滩碾压混凝土电站、四川境内 的锦屏电站、溪洛渡电站等都是混凝土工程。 储存 掺 外 20 世纪 80 年代以来,我国相继修建了一 和 加 拌和水温控 料 剂 批混凝土高坝,规模不断突破以往记录,施工 贮 贮 温控 存 存 工艺不断完善,创造了具有我国特色的施工技 术和建设经验。
混凝土拌和 模板制作 模板安装 坝体混凝土浇筑 图 5-1 混凝土坝的施工工艺 钢筋加工 钢筋架立

第一节

骨料料场规划和生产加 工

教学目的和要求:介绍骨料料场规划和骨料的储存、混 凝土生产系统的设置与布置、混凝土生产系统的组成; 要求学生掌握料场的规划和生产加工的具体过程。 重点与难点:重难点混凝土生产系统的设置与布置 教具与参考:工程图片 主要教学方法:讲授法 料场布置案例 讨论法

砂石骨料是混凝土工程的主要成份。 大中型混凝土坝工程的混凝土用量很大, 砂石骨料 3 的需求量也是相当大的。每立方米混凝土需近 1.5m 砂石骨料,所以骨料质量的好坏直接影 响混凝土强度、水泥用量和温控要求,从而影响大坝的质量和造价。因此,在混凝土坝的设 计施工中应认真研究砂石骨料的储量、 物理力学指标、 杂质含量等, 对各料场进行统筹规划。 一、骨料的料场规划 砂石骨料的主要原料来源于天然砂砾石料场(包括陆地料场、河滩料场和河床料场) , 岩石料场和工程弃碴。 骨料料场规划应根据料场的分布、开采条件、可利用料的质量、储量、天然级配、加工 要求、弃料多少、运输方式、运距远近、生产成本等因素综合考虑。并结合工程实际进行综 合技术经济论证,采用最优方案。 砂石骨料的质量是料场选择的首要前提。其质量应满足 DL/T5144-2001《水工混凝土施 工规范》的要求,一般应避免采用含有碱活性的原料。对天然砂砾料而言要认真研究其自然 级配,对骨料级配调整和混凝土配料调整进行比较,以取得最佳的综合经济效果。人工骨料 级配易于达到设计要求,通常可按最佳级配供料。砂子通常分为粗砂和细砂两级,其大小级 配由细度模数控制,合理取值天然砂为 2.2~3.0,人工砂宜为 2.4~2.8。增大骨料颗粒尺寸、 改善级配,对于减少水泥用量,提高混凝土质量,特别是对大体积混凝土的控温防裂具有积 极意义。 搞好砂石料场规划应遵循如下原则。 1、首先要了解砂石料的需求、流域(或地区)的近期规划、料源的状况,以确定是建 立流域或地区的砂石生产基地还是工程专用的砂石系统。 2、应充分考虑自然景观、珍稀动植物、文物古迹保护方面的要求,将料场开采后的景 观、植被恢复(或美化改造)列入规划之中,在进行经济比较时应计入这方面的投资。

3、满足水工混凝土对骨料的各项质量要求,其储量力求满足各设计级配的需要,并有 必要的富裕量。 初查精度的勘探储量, 一般不少于设计需要量的 3 倍, 祥查精度的勘探储量, 一般不少于设计需要量的 2 倍。 4、选用的料场,特别是主要料场,应场地开阔,高程适宜,储量大,质量好,开采季 节长,主辅料场应能兼顾洪枯季节互为备用的要求。 5、选择可采率高,天然级配与设计级配较为接近,用人工骨料调整级配数量少的料场。 任何工程应充分考虑利用工程弃碴的可能性和合理性。 6、料场附近有足够的回车和堆料场地,且占用农田少,不拆迁或少拆迁现有生活、生 产设施的料场。 7、选择开采准备工作量小,施工简便的料场。 如以上要求难以同时满足,应以满足质量、数量为基础,寻求开采、运输、加工成本费 用低的方案, 确定采用天然骨料、 人工骨料还是组合骨料用料方案。 当工程附近有质量合格, 储量满足工程需要, 开采条件合适, 且不构成环保和河道水运交通影响的天然砂石料时宜优 先采用天然料场。若天然料运距太远,成本太高时才考虑采用人工骨料方案。而组合骨料, 则需确定天然和人工骨料的最佳搭配方案。 通常对天然料场中的超径石, 通过加工补充短缺 级配,形成生产系统的闭路循环,这是减少弃料,降低成本的好办法。 人工骨料通过机械加工,级配比较容易调整以满足设计要求。随着大型、高效、耐用的 骨料加工机械的发展,管理水平的提高,使人工骨料的成本接近甚至低于天然骨料。采用人 工骨料尚有许多天然骨料生产不具备的优点, 如级配可按需调整, 质量稳定, 管理相对集中, 受自然因素影响小,有利于均衡生产,减少设备用量,减少堆料场地,同时尚可利用有效开 挖料。因此,采用人工骨料的工程越来越多,例如贵州的乌江渡、湖南的五强溪、江垭,广 西的岩滩, 湖北的三峡等工程均采用人工骨料或用机械加工骨料搭配, 在实践中取得了明显 的技术经济效果。 二、骨料的生产 1、骨料的加工过程 天然骨料需要经过筛选分级,人工骨料需要通过破碎、筛分加工。 (生产流程如书图 5 —2 所示) 骨料生产工艺流程的设计,主要根据骨料的来源,级配要求,生产强度,堆料场地以及 有无商品用量的要求来全面分析。 按照砂石料开采条件, 天然砂砾料有陆地和水下两种开采方式, 陆地开采雨土料开采类 似。水下开采,可用采砂船、液压反铲等设备开采。 对于人工骨料开采宜采用深孔微差挤压爆破,控制其块度大小。破碎加工块石,不仅应 满足设计级配要求, 也应以整个砂石系统的运输、 加工以及原料和半成品的总费用最低为目 标来确定方案。 骨料运输多采用大吨位自卸汽车运输。 在骨料用量大且建筑道路投资过高的情况下, 采 用皮带运输机运输效果理想。 骨料加工厂的位置应尽可能的靠近料源,且附近有足够的毛料和净料堆放场地。 2、骨料生产能力的确定 (1)天然骨料开采能力的确定 骨料开采量取决于混凝土中各种粒径料的需要量。若第 i 组骨料所需的净料量为 q,则 要求开采天然骨料的总量 Q 可按下式计算。

Qi = (1 + k )

qi Pi

(t )

(5-1)

式中 k——骨料生产过程的损失系数,为各生产环节损失系数的总和,即 k=ki+k2+k3+k4;其中 ki、k2、k3、k4 参见表 5-1; Pi——天然骨料中第 i 种骨料粒径含量的百分数。 第 i 种骨料净料需要量 qi 与第 j 种标号混凝土的工程量 Vj 有关,也与该标号混凝土中 i 种粒径骨料的单位用量 eij 有关。于是,第 i 组骨料的净料需要量 qi 可表达为:

q i = (1 + k c )∑ eijV j
j

(5-2)

式中,kc 为混凝土出机后运输、浇筑中的损失系数,约为 1%~2%。 由于天然级配与混凝土的设计级 配难以吻合, 总是有一些粒径的骨料含 表 5-1 天然骨料生产过程骨料损失系数表 量较多,另一些 损失系数值 骨料损失的 系数 生产环节 粒径短缺。 若为了满足短缺粒径的需要 砂 小石 大中石 而增大开采量, 将导致其余各粒径的弃 水上 0.15-0.2 0.02 0.02 开挖作业 k1 料增加,造成浪费。为避免上述现象, 水下 0.3-0.45 0.05 0.03 加工过程 k2 0.07 0.02 0.01 减少开采总量,可采取如下措施。 运输堆荐 k3 0.05 0.03 0.02 A、调整混凝土骨料的设计级配, 混凝土生产 k4 0.03 0.02 0.02 在允许的情况下,减少短缺骨料的用 量,但随之可能会使水泥用量增加,引起水化热温升增高、温度控制困难等一系列问题,故 需通过比较才能确定。 B、用人工骨料搭配短缺料,天然骨料中大石多于中小石比较常见,故可将大石破碎一 部分去满足短缺的中小石。 采用这种措施, 应利用破碎机的排矿特性, 调整破碎机的出料口, 使出料中短缺骨料达到最多,尽量减少二次破碎和新的弃料,以降低加工费用。总之,骨料 设计优化方案,应使生产总费用最小为目标,经系统分析确定。 (2)人工骨料开采量确定 如需要开采石料作为人工骨料料源,则石料开采量 Vr,可按下式计算:

Vr =

(1 + k )eV0

βγ

(m3,实方)

(5-3)

式中 k——人工骨料损失系数;对碎石,加工损失为 2%~4%,对人工砂,加工损失 为 10%~ 20%;运输储存损失为 3%~6%; e——每方混凝土的骨料用量,t/m3; V0——混凝土的总需用量,m3; β——块石开采成品获得率,取 80%~95%; γ ——块石容重,t/m3。 在采用或部分采用人工骨料方案时, 若有有效开挖石料可供利用时, 应将利用部分扣除, 确定实际开采石料量。 3、骨料生产能力的确定 (1)工作制度 骨料加工厂的工作制度可 表 5-2 骨料加工厂工作制度 根据工程特点, 参照表 5-2, 月工作日数 日工作班数 日有效工作时数 月工作小时数 但在骨料加工厂生产不均 (d) (h) (h) 衡时, 以及骨料供应高峰期 25 2 14 350 每月实际工作日数和实际
25 3 20 500

工作小时数可高于表 6-2 所列数值。具体选定要结合毛料开采、储备和加工厂各生产单元车 间调节能力,以及净骨料的运输条件等综合考虑加班的小时数。 (2)生产能力的确定 骨料加工厂的生产能力应满足高峰时段的平均月需要量,即

Qd = K s (Qc A + Q0 )
式中

Qd ——骨料加工厂的月处理能力,t; Qc ——高峰时段的混凝土月平均浇筑强度,m3; Q0 ——工程其他骨料的月需要量,t;
A ——每立方米混凝土的砂石用量,t,一般可取 2.15~2.20t; K s ——及计骨料加工、转运损耗及弃料在内的综合补偿系数,一般可取 1.2~

1.3,天然砂石料还应考虑级配不平衡引起的弃料补偿。 骨料加工厂的小时生产能力与作业制度有很大关系, 在高峰施工时段, 一个月可以工作 25 天以上,一天也可 3 班作业。但为了统计、分析和比较,建议采用规范的计算方法,一 般可按每月 25 天,每天 2 班 14h 计算。按高峰月强度计算处理能力时,每天可按 3 班 20h 计算。 骨料生产累计过程线的斜率就是加工厂的生产强度, 斜率最大的时段就是骨料的高峰生 3 产时段。据此可确定骨料加工的生产能力 p(m /h)

p=

K 1V K 2 mnT

(5—4)

V——骨料生产高峰期的总产量 T——骨料生产高峰期的月数 K1——高峰时段骨料生产的不均匀系数 K2——时间利用系数 m——每日有效的工作时数 可取 20h n——每月有效工作日数 可取 25~28d 4、天然骨料的开采设备 天然骨料开采,在河漫滩多采用索铲,它是正向铲挖掘机工作机构改装为索具操纵的 铲斗。 采砂船是在一定水深中开采砂砾石的机械,他将斗链式挖掘机的工作机构装在特制的 船上进行工作。通常由生产能力确定采砂船的型号。国内采砂船的小时生产率由 120m3/h 和 250m3/h 两种。 三、骨料加工及加工设备 将采集的毛料加工,一般需通过破碎、筛选和冲洗,制成符合级配、除去杂质的碎石 和人工砂。 (一)骨料的破碎 为了将开采的石料破碎到规定的粒径,往往需要经过几次破碎才能完成。因此,通常将 骨料破碎过程分为粗碎(将原石料破碎到 300~70mm) 、中碎(破碎到 70~20mm)和细碎 (20~1mm)三种。

图 5-3 锥式破碎机工作原理图
1—内锥体;2—破碎室机壳;3—偏心主轴; 4—球形铰;5—伞齿及转动装置;6—出料滑板

水利水电工程工地常用的有颚式破碎机、圆锥破碎机、旋回破碎机、反击式破碎机和立 轴式冲击破碎机。 1、颚式破碎机 如图 5-2 所示,它的破碎槽由两块颚板(一块固定,另一块可以摆动) 构成,颚板上装有可以更换的齿状钢板。工作时,由传动装置带动偏心轮作用,使活动颚板 左右摆动,破碎槽即可一开一合,将进入的石料轧碎,从下端出料口漏出。 颚式破碎机是最常用的粗碎设备,其结构简单,自重较轻,价格便宜,外形尺寸小,配 置高度低,进料尺寸大,排料口开度容易调整。缺点是衬板容易磨损,产品中针片状含量较 高,处理能力较低,一般需配置给料设备。

图 5-2

颚式破碎机

1—进口;2—偏心轮;3—固定颚板; 4—活动颚板;5—偏心轴;6—撑杆; 7—锲形滑块;8—出料口

破碎机生产率的大小,与石料性质、破碎机出料口宽度和喂料的均匀程度、破碎机转速 等因素有关。出料口宽度可以在一定范围内调整,如出料口调宽,可使生产率提高,但产品 粗粒径增多,石料破碎率(即进料平均粒径与出料平均粒径之比)也随之降低。因此,破碎 率应控制在 6~8,当第一次破碎不合要求时,应第二次进行破碎。破碎机转速低则生产率 低;转速过高,碎石来不及下落,生产率也低。 2、旋回破碎机 也可作为颚破后第二阶段破碎,也可直接用于一破,是常用的粗碎设 备,处理能力大,产品粒形较颚式好,可挤满给料,进料无需配给料设备。缺点是结构较颚 式破碎机复杂,自重大,机体高,价格贵,维修复杂,土建工程量大。排料要设缓冲仓和专 用设备。 3、圆锥破碎机 (1)传统圆锥破碎机 最常用的二破和三破设备,有标准、中型、短头三种腔型,弹 簧和液压两种型式。它的破碎室由内、外锥体之间的空隙构成。活动的内锥体装在偏心主轴 上,外锥体固定在机架上,如图 5-3 所示。工作时,由传动装置带动主轴旋转,使内锥体作 偏心转动,将石料碾压破碎,并从破碎室下端出料槽滑出。 传统锥式破碎机工作可靠,磨损轻,不易过粉碎。但其结构和维修较复杂,机体 高,价格较高,破碎产品中针片状含量较高。 (2)高性能圆锥破碎机 与传统圆锥破碎机相比,破碎能力大为提高,可挤满给料, 产品粒形很好,有更多的腔形变化,以适应中碎、细碎、制砂等各工序以及各种不同的生产 要求,操控更为方便可靠,但价格高。我国二滩、三峡工程人工砂石料生产系统中,中细碎 均 采 用 了 这 种 高 性 能圆锥 破 碎 机 。 其 型 号有 HP500SX 、HP300SXPH 、PYZ— 2227 、

OC1560SXST。目前国际上具有代表性的制造厂家分别是瑞典的 Svedala 与美国的 Nordberg 公司。 4、反击式破碎机 反击式破碎机有单转子、双转子、联合式三种形式。我国主要生产 和应用前两种形式,如图 5-4、图 5-5 所示。

图 5-4

单转子反击式破碎机

图 5-5 12508╳1250 双转子反击式破碎机
1—第一道反击板;2—反击板调节拉杆螺栓;3—第二道反击板 4—调节弹簧;5—第二级转子;6—第一级转子

1—打击板;2—转子;3—第一道反击板 4—悬挂反击板的拉杆;5—第二道反击板

其破碎机理属冲击破碎,主要借固定在转子上的打击板,高速冲击被破碎物料,使其沿 薄弱部分(层理、节理等)进行选择性破碎。还通过被冲击料块,从打击处获得的动能,向 反击板进行二次主动冲击,以及料块在破碎腔内的互击,经过打击破碎、反弹破碎、互撞破 碎、铣削破碎四个主要过程反复进行,直至物料粒度小于打击板与反击板间缝隙时被卸出。 破碎比大(一般在 20 左右、最大达 50~60) ,产品细,粒形好,产量高,能耗低,结构简 单,适于破碎中硬岩石。用于中细碎机制砂。缺点是板锤和衬板容易磨损,更换和维修工作 量大,产品级配不易控制,容易产生过粉碎。

图 5-6

BARMAC 立式冲击破碎机的原理图

5、立轴式冲击破碎机 除具备反击式破碎机的一般特性之外,它还具有一些显著 的优点,即产品更细,磨损较卧式反击式破碎为小,适合于作细碎和制砂,但产品粒径组成 不理想“石打石”立式冲击破碎机是我国从瑞典进口的新一代超细碎破碎机的代表,该破碎 机产品粒形优异,级配可调,结构简单,产品可根据岩石破碎工艺要求,可进行成品骨料粒 径的整形,也可专门用于人工砂的生产,其中 BARMAC(如图 5-6)系列产品是典型代表, 已在我国江垭、三峡、棉花滩等水利水电工程中成功使用。 6、棒磨机 制砂用棒磨机通常采用两端轴扎进料,中间边孔排料型,产品粉粒较少,

国内使用最多的规格为φ2100mm×3600mm,如乌江渡、二滩、东风、五强溪工程都是采 用的这种型号。

图 5-7

冲击式破碎机制砂工艺流程图

近年来随着冲击式破碎机、旋盘式破碎机、 “石打石”立轴式破碎机等机型的出现,制 砂工艺由单一棒磨机制砂方式,发展到多种类型及联合型的制砂方式。如三峡工程,采用了 棒磨机、筛分石碴, “石打石”立式冲击破碎机制砂后混合的工艺。如图 5-7 为冲击式破碎 机制砂工艺流程图。 (二)骨料的筛分 分级方法有水力筛分和机械筛分两种。 前者利用骨料颗料大小不同, 水力粗度各异的特 点进行分级,适用于细骨料。后者利用机械力作用经不同孔眼尺寸的筛网对骨料进行分级, 适用于粗骨料。 1、偏心振动筛 又称为偏心筛,如图 5-8 所示。它主要由固定机架、活动筛架、筛网、 偏心轴及电动机等组成。筛网的振动,是利用偏心轴旋转时的惯性作用。偏心轴安装在固定 机架上的一对滚珠轴承中,由电动机通过皮带轮带动,可以轴承中旋转。活动筛架通过另一 对滚珠轴承悬装在偏心轴上。 筛架上装有两层不同筛孔的筛网, 可筛分三级不同粒径的骨料。 当偏心轴旋转时,由于偏心作用,筛架和筛网也就跟着振动,从而使筛网上的石块向前 移动,并向上跳动和向下筛落。 由于筛架与固定机架之间,是通过偏心轴刚性相联的,故将同时发生振动。为了减轻对 固定机架的振动,在偏心轴两端还安装有与轴偏心方向成 180°的平衡块。

图 5-8
(a)构造简图;

偏心振动筛
(b)工作原理

1—活动筛架;2—筛架上的轴承;3—偏心轴;4—弹簧;5—固定机架; 6—皮带轮;7—筛网;8—平衡轮;9—平衡块;10—电动机

偏心筛的特点是刚性振动,振幅固定(3~6mm) ,不因来料多少而变化,也不易因来 料过多而堵塞筛孔。其振动频率为 840~1200 次/min。偏心筛适用于筛分粗、中骨料,常用 来完成第一道筛分任务。 2、惯性振动筛 又称为惯性筛, 如图 5-9 所示。它的偏心轴(或带偏心块的旋转轴)

安装在活动筛架上,利用马达带动旋转轴上网下轮的偏心重,产生离心力而引起筛网振动。

图 5-9
(a)构造简图;

惯性振动筛
(b)工作原理

1—筛网;2—筛架上的偏心轴;3—调整振 幅

惯性筛的特点是弹性振动, 振幅大 小将随来料多少而变化, 容易因来料 多而堵塞筛孔, 故要求来料均匀。 其振幅约 1.6~6mm, 频率 1200~2000 次/min。 适用于中、 细颗粒筛。 3、高效振动筛分机 目前国外广泛采用高效、编织网筛面的振动筛,进行砂石加工厂的分级处理,其优点是 石料在筛网面可以迅速均匀地散开, 而筛网采用钢丝编织的网其开孔率较目前国内普遍采用 的橡胶网与聚胺脂网高出 30%~50%,因而效率高于普通型振动筛。 (三)螺旋洗砂机 常用的洗砂设备是螺旋洗砂机,如图 5-10 所示。它是一个倾斜安放的半圆形洗砂槽, 槽内装有 1~2 根附有螺旋叶片的旋转主轴。斜槽以 18°~20°的倾斜角安放,低端进砂, 高端进水。由于螺旋叶片的旋转,使被洗的砂受到搅拌,并移向高端出料口。洗涤水则不断 从高端通入,污水从低端的溢水口排出。

图 5-10

螺旋式洗砂机

1—洗砂槽;2—带螺旋叶片的旋转轴;3—驱动机构;4—螺旋叶片; 5—皮带机(净砂出口) ;6—加料口;7—清水注入口;8—污水溢出口

图 5-11 盘式真空脱水筛简图
1—筛网;2—螺旋输送机;3—湿砂下料点;4—脱水后砂出料点;5—脱水后砂出料皮带机;6—真空管道

经水力分级后的砂含水率往往高达 17%~24%,必须经脱水方可使用。根据《水工混凝 土施工规范》的要求,成品砂的含水率应稳定在 6%以下,因此必须在水力分级设备后加机 械脱水设备。 二滩工程采用的是圆盘式真空脱水筛, 高频振动脱水筛通过负压吸水及振动脱 水联合作用,达到脱水效果,可控制砂含水率在 10%~12%,如图 5-11 所示。江垭工程采 用多折线式直线振动脱水筛,与圆盘式真空脱水筛相比较,占地面积小,结构简单,不需设 置真空系统。 四、骨料的堆放 为了适应混凝土生产的不均衡性, 可利用堆场储备一定数量的骨料, 以解决骨料的供求 矛盾。骨料储量的多少,主要取决于生产强度和管理水平。 (一)骨料堆场的任务和种类,堆放质量要求 1、为了解决骨料生产与需求之间的不平衡应设置骨料堆场。骨料储存分毛料堆存、半 成品料堆存和成品料堆存三种型式。 毛料堆存用于解决骨料开采与加工之间的不平衡; 半成 品料(经过预筛分的砂石混合料)堆存用于解决骨料加工各工序之间的不平衡;成品料堆存 在于保证混凝土连续生产的用料要求,并起到降低和稳定骨料含水量(特别是砂料脱水) 、 降低或稳定骨料温度的作用。 砂石料的总储量多少取决于生产强度和管理水平。通常按高峰时段月平均值的 50%~ 80%考虑,汛期、冰冻期停采时须按停采期骨料需要量外加 20%裕度校核。 成品料仓各级骨料的堆存,必须设置可靠的隔墙,以防止骨料混级。隔墙高度按骨料自 然休止角(34°~37°)确定,并超高 0.8m 以上。成品堆场容量,尚应满足砂石料自然脱 水要求。 2、防止跌碎和分离是骨料堆存质量控制的首要任务。因此,应该控制卸料的跌落高度, 避免转运过多,堆料过高等。堆料应分层堆料,逐层上升。 在进入拌和机以前,砂料的含水量应控制在 5%以内,但又需要保持一定湿度。 堆存骨料的混级是引起骨料超逊径的重要原因之一,应予以防止。 (二)骨料堆场的型式 1、台阶式 如图 5-12 所示,利用地形的高差,将料仓布置在进料线路下方,由汽车 或铁路矿车直接卸料。料仓底部设有出料廊道(又称地弄) ,砂石料通过卸料弧形阀门卸在 皮带机上运出。为了扩大堆料容积,可用推土机集料或散料。这种料仓设备简单,但须有合 适的地形条件。

图 5-13 栈桥式骨料堆 图 5-12 台阶式骨料堆
1—进料皮带机栈桥;2—卸料小车;3—出料皮带机; 4—自卸容积;5—死容积;6—垫底损失容积;7—推土机

1—料堆;2—廊道;3—出料皮带机

2、栈桥式 如图 5-13 所示,在平地上架设栈桥,栈桥顶部安装有皮带机,经卸料小 车向两侧卸料。料堆呈棱柱体,由廊道内的皮带机出料。这种堆料的方式,可以增大堆料高 度(可达 9~15m) ,减少料堆占地面积。但骨料跌 落高度大,易造成逊径和分离,而且料 堆自卸容积(位于骨料自然休止角斜线中间的容积)小。 3、堆料机堆料 堆料机是可以沿轨道移动,有悬臂扩大堆料范围的专用机械。双悬臂 堆料机如图 5-14(a)所示。动臂堆料机如图 5-14(b)所示,动臂可以旋转和仰俯(变幅范 围在±16°之间) ,能适应堆料位置和堆料高度的变化,避免骨料跌落过高,产生逊径。 为了增大堆料高度,常将其轨道安装在土堤顶部,出料廊道则设于土堤两侧。 (三)骨料堆存中的质量控制

图 5-14

堆料机堆料

(a)双悬臂式; (b)动臂式 1—进料皮带机;2—可两侧移动的梭式皮带机;3—路堤;4—出料皮带机廊道;5—动臂式皮带机

要防止粗骨料跌碎和分离是骨料堆存质量控制的首要任务。卸料时,粒径大于 40mm 骨料的自由落差大于 3m 时,应设置缓降设施。皮带机接头处高差控制在 1.5m 以下。堆料 时,应分层进行,逐层上升。储料仓除有足够的容积外,还应维持不小于 6m 的堆料厚度。 要重视细骨料脱水,并保持洁净和一定湿度。细骨料在进入拌和机前,其表面含水率应控制 在 5%以内,湿度以 3%~8%为宜,过干容易分离。 设计料仓时, 料仓的位置和高程应选择在洪水位之上, 周围应有良好的排水、 排污设施, 地下廊道内应布置集水井、 排水沟和冲洗皮带机污泥的水管。 料仓有关结构设计要符合安全、 经济和维修方便的要求,尽量减少骨料转运次数,防止栈桥排架变形和廊道不均匀沉陷。

第二节

模板和钢筋作业

教学目的和要求:介绍模板的类型、作用,钢筋的加工等。要求学生掌握各种类型模板的适用性,了解钢 筋的施工过程。 重点与难点:重难点是模板的设计,钢筋的下料设计等 教具与参考:图片法 主要教学方法:参观法 讲授法

模板和钢筋作业是钢筋砼工程的重要辅助作业。 合理组织模板和钢筋作业, 不仅对保证 施工安全和混凝土工程质量,加快施工进度具有重大意义,而且会带来明显的经济效益。 一、模板作业 模板作业是钢筋混凝工程的重要辅助作业,模板工程量大,材料和劳动力消耗多,正确 选择材料形成和合理组织施工, 对加快施工速度和降低工程造价意义重大, 模板的主要作用 是对新浇塑性混凝土起成型和支承作用,同时还具有保护和改善混凝土表面质量的作用。 1、模板的基本要求 模板及其支撑系统必须满足下列要求: A、保证工程结构和构件各部分形状尺寸和相互位置的正确; B、具有足够的承载能力、刚度和稳定性,以保证施工安全; C、构造简单,装拆方便,能多次周转使用; D、模板的接缝不应漏浆; E、模板与混凝土的接触面应涂隔离剂脱模,严禁隔离剂玷污钢筋与混凝土接搓处。 2、模板的基本类型 按制作材料,模板可分为木模板、钢模板、混凝土和钢筋混凝土予制模板。 按模板形状可分为平面模板和曲面模板。 按受力条件可分为承重模板和侧面模板; 侧面模板按其支承受力方式, 又分为简支模板、 悬臂模板和半悬臂模板。 按架立和工作特征,模板可分为固定式、拆移式、移动式和滑动式,固定式模板多用于 起伏的基础部位或特殊的异形结构如蜗亮或扭曲面, 因大小不等, 形状各异, 难以重复使用, 拆移式、移动式、滑动式可重复或连续在形状一致或变化不大的结构上使用,有利于实现标 准化和系列化。 (1) 、拆移式模板 它适应于浇注块表面为平面的情况,可做成定型的标准模板,其标 准尺寸,大型的为 100×(325~525)cm,小型的为(75~100)×150cm。前者适用于 3~ 5m 高的浇筑块,需小型机具吊装;后者用于薄层浇筑,可人力搬运,如图 5-15 所示。

图 5-15

平面标准模板(单位:cm)
木;7-支撑木

1-面板;2-肋木;3-加劲肋;4-方木;5-拉条;6-桁架

平面木模板由面板、加劲肋和支架三个基本部分组成。加劲肋(板样肋)把面板联结起来, 并由支架安装在混凝土浇筑块上。

图 5-16

拆移式模板的架立图(单位:m)

(a)围囹斜拉条架立; (b)桁架梁架立 1-钢木桁架;2-木面板;3-斜拉条;4-预埋锚筋;5-U 型埋件; 6-横向围囹;7-对拉条

架立模板的支架,常用围囹和桁架梁,如图 5-16(a)(b)所示。桁架梁多用方木和 、 钢筋制作。立模时,将桁架梁下端插入预埋在下层混凝土块内 U 形埋件中。当浇筑块薄时, 上端用钢拉条对拉;当浇筑块大时,则采用斜拉条固定,以防模板变形。钢筋拉条直径大于 8mm,间距为 1~2m,斜拉角度为 30°~45°。 悬臂钢模板由面板、支承柱和预埋联结件组成。面板采用定型组合钢模板拼装或直接用 钢板焊制。支承模板的立柱,有型钢梁和钢桁架两种,视浇筑块高度而定。预埋在下层混凝 土内的联结件有螺栓式和插座式(U 形铁件)两种。

如图 5-17 为悬臂钢模板的一种结构形式。其支承柱由型钢制作,下端伸出较长, 并用两个接点锚固在预埋螺栓上,可视为固结。立柱上部不用拉条,以悬臂作用支承混凝土

图 5-17

悬臂模板 (单位: mm)

1-面板;2-支臂柱;3-横钢楞;4-紧固螺 母;

侧压力及面板自重。 采用悬臂钢模板,由于仓内无拉条,模板整体拼装,为大体积混凝土要械化施工创造了 有利条件。且模板本身的安装比较简单,重复使用次数高(可达 100 多次) 。但模板重量大 (每块模板重 0.5~2t) ,需要起重机配合吊装。由于模板顶部容易变位,故适用浇筑高度 受到限制,一般为 1.5~2m。用钢桁架作支承柱时,高度也不宜超过 3m。 此外,还有一种半悬臂模板,常用高度有 3.2m 和 2.2m 两种。半悬臂模板结构简单,装 拆方便, 但支承柱下端固结程度不如悬臂模板, 故仓内需要设置短拉条, 对仓内作业有影响。 一般标准大模板的重复利用次数即周转率为 5~10 次,而钢木混合模板的周转率 30~ 50 次,木材消耗减少 90%以上,由于是大块组装和拆卸,故劳力、材料、费用大为降低。 (2) 、移动式模板 对定型的建筑物,根据建筑物外形轮廓特征,做一段定型模板,在 支承钢架上装上行驶轮,沿建筑物长度方向铺设轨道分段移动,分段浇筑混凝土。移动时, 只需将顶推模板的花兰螺丝或千顶收缩, 使模板与混凝土面脱开, 模板可随同钢架移动到拟

图 5-18

移动式模板浇筑混凝土墙

1-支承钢架;2-钢模板;3-花兰螺丝; 4-行驶轮;5-轨道

浇混凝土部位,再用花兰螺丝或千斤顶调整模板至设计浇筑尺寸,如图 5-18 所示。移动式 模板多用钢模,作为浇筑混凝土墙和隧洞混凝土衬砌使用。 (3) 、自升悬臂模板 这种模板的面板、由组合钢模板装而成,桁架、提升柱由型钢、 (a)示提升柱向外移动 5 cm; 钢管焊接而成。如图 5-19 所示。其自升过程如图 5-20 所示,

图 5-19

自升悬臂模板

1—提升柱;2-提升机械;3-预定锚栓; 4-模板锚固件;6-提升柱锚固件;6-柱模板 连接螺栓;7-调节丝杆,8-模板

(b)示将提升柱提升到指定位置; (c)示面板锚固螺栓松开,使面板脱离混凝土面 15 cm; (d)示模板到位后,利用桁架上的调节丝杆调整模板位置,准备浇筑混凝土。这种模板的 突出优点是自重轻, 自升电动装置具有力矩限制与行程控制功能, 运行安全可靠, 升程准确。 模板采用插挂式锚钩,简单实用,定位准,拆装快。 (4) 、滑动式模板 滑动式模板是在混凝土浇筑过程中,随浇筑而滑移(滑升、拉升或水平滑移)的模板, 简称滑模,以竖向滑升应应最广。 滑升式模板是先在地面上按照建筑物的平面轮廓组装一套 1.0~1.2m 高的模板, 随着浇 筑层的不断上升而逐渐滑升,直至完成整个建筑物计划高度内的浇筑。 滑模施工可以节约模板和支撑材料,加快施工进度,改善施工条件,保证结构的整体性 提高混凝土表面质量,降低工程造价。缺点是滑模系统一次性投资大,耗钢量大,且保温条 件差,不宜于低温季节使用。 滑模施工最适于断面形状尺寸沿高度基本不变的高耸建筑物,如竖井、沉井、墩墙、烟 囱、水塔、筒仓、框架结构等的现场浇筑,也可用于大坝溢流面、双曲线冷却塔及水平长条 形规则结构、构件施工。

图 5-20

模板自升过程

(a)提升架外移; (b)提升架提升; (c)模板外移; (d)模板提升

滑升模板如图 5-21 所示由模板系统、 操作平台系统和液压支承系统三部分组成。 模板 系统包括模板、围圈和提升架等。模板多用钢模或钢木混合模板,其高度取决于滑升速度和 混凝土达到出模强度(0.05~0.25MPa)所需的时间,一般高 1.0~1.2m。为减少滑升时与 混凝土间的摩擦力,应将模板自下向上稍向内倾斜,做成单面约 0.2%~0.5%模板高度的正 锥度。围圈用于支承和固定模板,上下各布置一道,它承受由模板传来的水平侧压力和由滑 升摩阻力、模板与圈梁自重、操作平台自重及其上的施工荷载产生的竖向力,多用角钢或槽 钢制成。如果围圈所受的水平力和竖向力很大,也可做成平面桁架或空间桁架,使其具有大 的承载力和刚度,防止模板和操作平台出现超标准的变形。提升架的作用是固定围圈,把模 板系统和操作平台系统连成整体, 承受整个模板和操作平台系统的全部荷载, 并将竖向荷载 传递给液压千斤顶。提升架一般用槽钢做成由双柱和双梁组成的“开”形架,立柱有时也采

图 5-21


滑升模板

1—液压千斤顶;2-钢模板;3-;金属爬

用方木制作。 操作平台系统包括操作平台、内外吊脚手是承放液压控制台、临时堆存钢筋、混凝土及

修饰刚刚出模的混凝土面的施工操作场所, 一般为木结构或钢木混合结构。 液压支承系统包 括支承杆、穿心式液压千斤顶、输油管路和液压控制台等,是使模板向上滑升的动力和支承 装置。 A 支承杆 支承杆又称爬杆,它既是液压千斤顶爬升的轨道,又是滑模装置的承重支柱,承受施工 过程中的全部荷载。

图 5-23

液压千斤顶

(a)进油; (b)爬升; (c)排油

图 5-22

支承杆的连接

(a) 、(b)以母丝扣连接; (c)公母丝扣连接

支承杆的规格与直径要与选用的千斤顶相适应,目前使用的额定起重量为 30kN 的滚珠 式卡具千斤顶,其支承杆一般采用φ25 的 Q235 圆钢。支承杆应调直除锈,当 I 级圆钢采用 冷拉调直时,冷拉率控制在 3%以内。支承杆的加工长度一般为 3~5m,其连接方法可使用丝 扣连接、榫接和剖口焊接,如图 5-22 所示。丝扣连接操作简单,使用安全可靠,但机械加 工量大。 榫接连接亦有操作简单和机械加工量大之特点, 滑升过程中易被千斤顶的卡头带起。 采用剖口焊接时,接口处倘若略有偏斜或凸疤,则要用手提砂轮机处理平整,使能通过千斤 顶孔道。当采用工具式支承杆时,应用丝扣连接。 B 液压千斤顶 滑模工程中所用的千斤顶为穿心液压千斤顶, 支承杆从其中心穿过。 按千斤顶卡具形式 的不同可分为滚珠卡具式和楔块卡具式。 千斤顶的允许承载力, 即工作起重量一般不应超过 其额定起重量 1/2。 液压千斤顶的工作原理如下:工作时,先将支承杆由上向下插入千斤顶中心孔,然后开 动油泵由油嘴 P 进油图 5-23(a) 。由于上卡头与支承杆锁紧,活塞不能下行,在高压油液 的作用下整个缸体被举起,当上升至上、下卡头相互顶紧时,即完成一个提升过程图 5-23 (b) 。排油时上卡放松,下卡头锁紧,上卡头及活塞被排油弹簧向上推动复位图 2-24(c) 。 一次循环的行程一般为 20~30mm。如此往复动作,千斤顶即带动滑模装置沿着支承杆不断 爬升。 C 液压控制台 液压控制台是液压传动系统的控制中心,主要由电动机、齿轮油泵、溢流阀、换向阀、 分油器和油箱等组成。 液压控制台按操作方式的不同,可分为手动和自动控制形式。

D 油路系统 油路系统是连接控制台到千斤顶的液压通路,主要由油管、管接头、分油器和截止阀等 组成。 油管一般采用高压无缝钢管或高压耐油橡胶管, 与千斤顶连接的支油管最好使用高压胶 管,油管耐压力应大于油泵压力的 1.5 倍。 截止阀又称针形阀,用于调节管路及千斤顶的液体流量,以控制千斤顶的升差,一般设 置于分油器上或千斤顶与油管连接处。 (5) 、混凝土及钢筋混凝土模板 它们既是模板,也是建筑物的护面结构,浇筑后作为 建筑物的外壳,不予拆除。素混凝土模板靠自重稳定,可作直壁模板,如图 5-24(a) ,也 可作倒悬模板,如图 5-24(b) 。直壁模板除面板外,还靠两肢等厚的肋墙维持其稳定。若 将此模板反向安装, 让肋墙置于仓外, 在面板上涂以隔离剂, 待新浇混凝土达到一定强度后, 可拆除重复使用,这时,相邻仓位高程大体一致。例如,可在浇筑廊道的侧壁或把坝的下游 面浇筑成阶梯进使用。 倒悬式混凝土预制模板可取代传统的倒悬木模板, 一次埋入现浇凝土 内不再拆除,既省工、又省木材。

图 5-24

混凝土预制模板(单位:cm)

(a)直壁式; (b)倒悬式; 1—面板;2—肋墙;3—连接预埋环;4—预埋吊环

钢筋混凝土模板既可作建筑物表面的镶面板, 也可作厂房、 空腹坝空腹和廊道顶拱的承 重模板,如图 5-25 所示。这样避免了高架立模,既有利于施工安全,又有利于加快施工进 度,节约材料,降低成本。

图 5-25
a—廊道顶拱 拱坝

钢筋混凝土承重模板
b—廊道拱墙 c—空腹顶

预制混凝土和钢筋混凝土模板重均较大,常需起重设备起吊,所以在模板预制时都应

预埋吊环供起吊用。 对于不拆除的预制模板, 对模板与新浇混凝土的接合面需进行凿毛处理。 3、模板的设计荷载 模板及其支承结构应具有足够的强度、 刚度和稳定性, 必须能承受施工中可能出现的各 种荷载的最不利组合, 其结构变形应在允许范围以内。 模板及其支架承受的荷载分基本荷载 和特殊荷载两类。 1、基本荷载有: 3 (1)模板及其支架的自重,根据设计图确定。木材的容重,针叶类按 600kg/m ,阔叶 3 类按 800kg/m 计算; (2)新浇混凝土重量,通常可按 24kN25kN 计算; 3 (3)钢筋重量,对一般钢筋混凝土,可按 1kN/m 计算; (4)工作人员及浇设备、工具等荷载,计算模板及直接支撑模板的楞木时,可按均布 2 2 活荷载 2.5kN/m 及集中荷载 2.5kN 验算。计算支承楞木的构件时,可按 1.5kN/m 计,计算 2 支架立柱时,按 1kN/m 计; 2 (5)振捣混凝土产生的荷载,可按 1kN/m 计; (6)新浇混凝土的侧压力,混凝土初凝前的浇筑速度、捣实方法、凝固速度、坍落度 及浇筑块的平面尺寸等因素有关,其中以前三个因素关系最密切。在振动影响范围内,混凝 土因振动而液化,可按静水压力计算其侧压力,所不同者,只是用流态混凝土的容重取代水 的容重。当计入温度和浇筑速度的影响,混凝土不加缓凝剂,且坍落度在 11cm 以内时,新 浇大体积混凝土的最大侧压力值可参考表 5-3 选用。

表 5-3
温 度 (℃) 5 10 15 20 25 ① 0.1 2.30 2.00 1.80 1.50 1.30 0.2 2.60 2.30 2.10 1.80 1.60

混凝土最大侧压力 Pm 值
平均浇筑速度(m/h) 0.3 2.80 2.50 2.30 2.00 1.80 0.4 3.00 2.70 2.50 2.20 2.00
2

(tf/m )

2



混 凝 土 侧 压 力 0.6 3.30 3.00 2.80 2.50 2.30
3

0.5 3.20 2.90 2.70 2.40 2.20







hm=

Pm r
3hm

压力的法定计算单位为 Pa,1tf/m =9.80665×10 Pa。

2、特殊荷载有: (1)风荷载,根据施工地区和立模部位离地面的高度,按现行《工业与民用建筑荷载 规范》确定; (2)上列 7 项荷载以外的其他荷载。 在计算模板及支架的强度和刚度时, 应根据模板的种类, 选择表 5-4 的基本荷载组合。 特殊荷载可按实际情况计算,如平仓机、非模板工程的脚手架、工作平台、混凝土浇筑过程 不对称的水平推力及重心偏移、超过规定堆放的材料等。 承重模板及支架的抗倾稳定性应按下列要求核算。 A、 倾复力矩 应计算下列三项倾复力矩,并采用其中的最大值。 1)水荷载,按现行《工业与民用建筑物荷载规范》确定; 2)实际可能发生的最大水平作用力;

3)作用于承重模板边缘 150kgf/m 的水平力; B、 稳定力矩 模板及支架的自重,折减系数为 0.8;如同时安装钢筋时,应包括钢筋的重量。 C、 抗倾稳定系数 抗倾稳定系数大于 1.4; 模板的跨度大于 4m; 表 5- 4
项 次 1 模

各种模板结构的基本荷载组合
板 种 类 基 本 荷 载 组 合 计算强度用 1+2+3+4 1+2+3+5 6 或 5+6 计算刚度用 1+2+3 1+2+3 6

承重模板:1)板、薄壳底模板及支架 2)梁、其他混凝土结构(厚 于 0.4m)的底模板及支架

2

竖向模板

4、模板的制作、安装和拆除 (1)模板的制作 大中型混凝土工程模板通常调专门的加工厂制作模板,采用机械化 流水作业,以利于提高模板的生产率和工质量。模板制作的允许误差应符合表 5-5 的规定 要求。 表 5- 5
项 次 1 2 3 模 板 木 类 模 型

模板制作的允许偏差
偏 差 名 称 允 许 偏 差 (mm) ±3 ±5 1 5 2 ±2 2 ±1

小型模板,长和宽 大型模板(长、宽大于 3m) ,长和宽 模板面平整度(未经刨光) : 相邻两板面高差 局部不平(用 2m 直尺检查)

4 钢 5 6 7 模

面板缝隙 模板,长和宽 模板面局部不平(用 2m 直尺检查) 连接配件的孔眼位置

2、模板的安装 模板安装必须按设计图纸测量放样,对重要结构应多设控制点,以利检 查校正。模板安装好后,要进行质量检查;检查合格后,才能进行下一道工序。应经常保持 足够的固定设施,以防模板倾覆。对于大体积混凝土浇筑块,成型后的偏差,不应超过木模 安装允许偏差的 50%~100%,取值大小视结构物的重要性而定。水工建筑物混凝土木模安装 的允许偏差,应根据结构物的安全、运行条件、经济和美观要求确定,一般不得超过表 5- 6 所规定的偏差值。 3、模板的拆除 拆模的迟早,影响混凝土质量和模板使用的周转率。施工规范规定,非 承重侧面模板, 混凝土强度应达到 2.5MPa 以上, 其表面和棱角不因拆模而损坏时方可拆除。 一般需 2~7d,夏天 2~4d,冬天 5~7 d。混凝土表面质量要求高的部位,拆模时间宜晚一 些。而钢筋混凝土结构的承重模板,要求达到下列规定值(按混凝土设计强度等级的百分率 (mm) 表 5- 6 大体积混凝土木模安装的允许偏差

混凝土结构的部位 项 1 2 3 4 5 6 次 平板平整度 偏 差 项 目 外露表面 3 5 10 隐蔽内面 5 10 15

相 邻 两 面 板 高 差 局 部 不 平(用 2m 直 尺 检 查)

结 构 物 边 线 与 设 计 边 线 结 构 物 水 平 截 面 内 部 尺 寸 承 重 模 板 标 高 预 留 孔、洞 尺 寸 及 位 置

± 20 ±5
10

计算)时才能拆模。 1)悬臂板、梁。跨度≤2m,70%;跨度>2m,100%。 2)其它梁、板、拱。跨度≤2m,50%;跨度 2~8m,70%;跨度>8m,100%。 拆模程序和方法。在同一浇筑仓的模板,按“先装的后拆,后装的先拆”的原理,按次 序、有步骤的进行,不能乱撬。拆模时, 应尽量减少对模板的损坏,以提高模板的周转次数。 要注意防止大片模板坠落;高处拆组合钢模板,应使用绳索逐块下放,模板连接件、支撑件 及时清理,收检归堆。 二、钢筋的加工和安装 大型钢筋混凝土工程通常需要设钢筋加工厂承担工程施工所用钢筋的冷处理、 加工及预 制钢筋骨架等任务。 1、钢筋的加工 运至工厂的钢筋应有出厂证明和试验报告单,运至工地后应根据不同等级,钢号、规格 及生产厂家分批分类堆放,不得混淆,且应立牌以资识别。应按施工规范要求,使用前应作 拉力和冷弯试验,需要焊接的钢筋尚应作好焊接工艺试验。 钢筋的加工包括调直、去锈、切断、弯曲和连接等工序。 (1)钢筋调直去锈 钢筋就其直径而言可分为两大类。直径小于等于 12mm 卷成盘条的叫轻筋,大于 12mm 呈棒状的叫重筋。调直 12mm 以下的钢筋,主要采用卷扬机拉直或用调直机调直,用冷拉法 调直钢筋,其矫直冷拉率不得大于 1%(I 级钢筋不得大于 2%) 。钢筋在调直机上调直后,其 表面伤痕不得使钢筋截面面积减少 5%以上。对于直径大于 30mm 的钢筋,可用弯筋机进行调 直。 对于不需要调查的钢筋表面的鳞锈, 应用锤敲去或用钢丝刷清除, 以免影响钢筋与混凝 土的粘结。对于一般浮锈可以不必清除。 (2)钢筋剪切 切断钢筋可用切断机进行。对于直径 22~40mm 的钢筋,一般采用单根切断,对于直径 在 22mm 以下的钢筋,则可一次切断数根。如图 5-26 所示,工作时切口上的两个刀片互相配 合后切断钢筋,对于直径大于 40mm 的钢筋,要用氧气切割 或电弧切割。 (3)钢筋连接 钢筋连接常用的连接方法有:焊接连接,机械连接和绑 扎连接。 1)钢筋焊接 图 5-26 钢筋切断机 钢筋的焊接质量与钢材的可焊性,焊接工艺有关。常用 1— 切口刀片; 2—偏心轴; 3—电动机 的焊接方法有闪光对焊、电弧焊、电渣压力焊和点焊等。 A 闪光对焊 钢筋闪光对焊,它具有生产效率高、操作方便、节约钢材、焊接质量高、接头受力性能

好等许多优点。适用于直径 10~40mm 的 I~Ⅲ级热轧钢筋、直径 10~25mm 的 IV 级热轧钢 筋以及直径 10~25mm 的热处理Ⅲ级钢筋的焊接。 钢筋闪光对焊过程如下:如图 5-27 所示,先将钢筋夹入对焊机的两电极中,闭合电

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