土石坝工程概述PPT模版课件.ppt

,土石坝工程,概述,土的工程分类和性质,土石料场规划,土石料挖运方案,坝面作业,土石坝施工的质量控制,土石坝的冬雨季施工,概述,土石坝是一种充分利用当地材料的坝型。它具有就地取材，减少大量的外运材料，降低工程成本等优点。,土石坝的施工,包括准备作业、基本作业、辅助作业和附加作业。,准备作业包括:“一平三通”(平整场地、通车、通水、通电),架设通讯线路,修建生产、生活福利、行政办公用房以及排水清基等项工作。,基本作业包括：料场土石料开采,挖、装、运、卸以及坝面铺平、压实、质检等项作业。,辅助作业包括清除施工场地及料场的覆盖,从上坝土料中剔除超径石块、杂物,坝面排水、层间刨毛和加水等，是保证准备作业及基本作业顺利进行,创造良好工作条件的作业。,附加作业是保证坝体长期安全运行的防护及修整工作,包括坝坡修整,铺砌护面块石及铺植草皮等。,第1节 土的工程分类和性质,第1节 土的工程分类和性质,一、土的工程分类,按土的开挖难易程度，一般工程土类分为、级。,二、土的性质,1、含水量,W=,G1-G2,G2,2、渗透性,土的渗透性是指水被水透过的性能，与土的密度有关。一般取决于土的形成条件、颗粒级配、胶体颗粒含量和土的结构等。,3、动水压力（渗透力）和流砂,GD=I,动水压力,流砂,当动水压力等于或大于土的浸水重度时，土颗粒失去自重，处于悬浮状态，随渗流的水一起流动的现象。松散、饱和的细砂和粉砂易产生流砂。,4、可松性（可松性系数）,自然土经开挖后因松散使体积增大，以后再压实也难于恢复到原来的体积的特性。在对土方需求量、料场规划、运输工具数量、土方平衡调配等计算时应可松性影响。,K1=,V2,V1,K2=,V3,V1,K1最初可松系数；,K2最终可松系数；,第2节土石料场规划,第2节 土石料场规划,一、土石料场的选择和规划,土石坝用料量很大,有一定的质量要求，用料工作面较集中，在选坝阶段需对土石料场全面调查。对可供利用的土石料的质量、数量初步掌握，作为坝型选择的依据。在施工前应配合施工组织设计,对料场作深入勘测,并从空间、时间、质与量诸方面进行全面规划。,空间规划,是指对料场位置、高程的恰当选择,合理布置。,1、空间规划,土石料的上坝运距尽可能短.,坝的上下游左右岸最好都选有料场,有利于上下游左右岸同时供料,减少施工干扰,保证坝体均衡上升。,用料时原则上应低料低用,高料高用,减少垂直运输。,时间规划,就是要考虑施工强度和坝体填筑部位的变化。随着季节及坝前蓄水情况的变化,料场的工作条件也在变化。,2、时间规划,在用料规划上应力求做到上坝强度高时用近料场,低时用较远的料场,使运输任务比较均衡，避免不必要的窝工。,对近料和上游易淹的料场应先用,远料和下游不易淹的料场后用;含水量高的料场旱季用,含水量低的料场雨季用。,在料场使用规划中,还应保留一部分近料场供合龙段填筑和拦洪渡汛高峰强度时使用。,3、料场质与量的规划,料场质与量的规划,是料场规划最基本的要求,也是决定料场取舍的重要因素。在选择和规划使用料场时,应对料场的地质成因、产状、埋深、储量以及各种物理力学指标（如容重、含水量、颗粒级配、凝聚力及内摩擦角等）进行全面勘探和试验。勘探精度应随设计深度加深而提高。,充分利用永久和临时建筑物基础开挖碴料是土石坝料场规划的一重要原则，也是料场规划的重要问题，应将其纳入整个用料量中考虑。为此应增加必要的施工技术组织措施,确保碴料的充分利用。例如,若导流建筑物和永久建筑物的基础开挖时间与上坝时间不一致时,则可调整开挖和填筑进度,或增设堆料场储备碴料,供填筑时使用。,在施工组织设计中,进行用料规划,对施工过程的每个阶段用料多少，采用哪些料场应有统一规划，对各料场开采的程序应有统一部署。不仅应使料场的总储量满足坝体总方量的要求,而且应满足施工各个阶段最大上坝强度所需要的料场数量和开挖工作面。,料场规划还应区分主要料场和备用料场，分别加以考虑。主要料场要求质好、量大、运距近,且有利于常年开采;备用料场通常在淹没区外,当前者被淹没或因库区水位抬高,土料过湿或其它原因中断使用时,则用备用料场保证坝体填筑不致中断。,料场储量：应考虑料场查勘的精度、料场天然容重与坝体压实容重的差异,不合规格的土石料的剔除，以及开挖运输、坝面清理、返工削坡等损失。实际可开采总量与坝体填筑量之比一般为:土料 2-2.5;砂砾料 1.5-2.5；水下砂砾料2-3;石料 1.5-2;反滤料应根据筛后有效方量确定,一般不宜小于3；备用料场的储量应为主要料场总储量的20-30%。,二、料场的清理、排水,料场的清理和排水是料场作业的辅助作业。这些工作直接影响采料的质量和开采的进度。,料场清理包括：伐木、除草、剥去表层植土，对石料开采还需清除剥离层等。,料场排水对土料开采有重要影响。因为排水不良使开采的土料含水量过大,不能满足上坝用料的要求。为降低含水量必须采取其它措施,这样既影响开采进度,又额外增加施工费用。料场排水应采取截、排结合,以截为主的措施。,对于地表水应在采料高程以上修筑截水沟加以在拦截。,对于流入开采范围的地表水应挖纵横排水沟迅速排除。,当地下水位太高,为降低地下水位可在采区周围布置井孔或井点。,第3节 土石料挖运方案,第3节 土石料挖运方案,土石坝工程施工挖、运、填的工作量大,强度高，各道工序均由相互匹配的具有独特功能的工程机械来完成，构成“一条龙”的生产工艺流程，称为土石坝的综合机械化施工。,一、综合机械化的基本原则：,在组织综合机械化施工中应遵循以下原则：,1、充分发挥主要机械的作用,主要机械是指对完成关键工序起主导作用的机械。充分发挥它的作用,有利于加快施工进度，降低工程成本。,例如在土石坝施工中用正向铲挖掘机采料，自卸汽车运输上坝，推土机平土,震动辗压实,刨毛机刨毛,洒水车洒水进行综合机械化作业,其中挖掘机是主要机械,一台挖掘机发生故障将导致其它机械停工待料。,2、挖运机械的配套应根据机械的工作特点加于选择,连续式开挖机械一般应与连续式运输机械相配合，循环式开挖机械一般应与循环式运输机械相配合。,3、合理布置工作面,充分发挥机械的工作效率,减少机械的转运时间,要求创造良好的运输条件，避免运输的干扰和故障。保证运输线路有足够的通行能力,提高运输工具的运输能力。应力求避免一环受阻,环环窝工。,二、挖运机械,（一）挖掘机械,按构造及工作特点分,挖掘机有循环单斗式和连续多斗式。单斗式挖掘机按其工作机构又分为：正向铲、反向铲、索铲、抓铲（见下图)。,单斗式挖掘机工作装置的类型（a）正向铲（b）反向铲（c）索铲（d）抓铲,1、正向铲挖掘机：,正向铲挖掘机有回转、行驶和挖掘三个装置。,4、挖斗 5、斗齿 6、斗柄7、动臂过8、铰 9、液压缸,正向铲是土方开挖工程中最常用的挖掘机械。它具有强力的推力装置，能开挖各种坚硬土和破碎后的岩石，适用于挖掘停机地面以上的土石方,也可挖掘停机地面以下不深的地方。,正向铲通常与运输工具配合使用，常用的是自卸汽车。此时，它与运输工具有两种配合方式：,1）侧向掌子：因在挖方宽度较大，运输工具停在正向铲一旁的同一平面上，或略高于正向铲的停机面上。这种方式可使运输工具来往方便,能较快停在装车位置,容易发挥正向铲的生产能力。,2）正向掌子：因在挖方高度较大,运输工具停在正向铲后侧的同一平面上。这种方式运输工具要倒车进入指定地点,且正向铲装车的转角较大,导致其生产率下降。,2、反向铲挖掘机：,适于开挖停机面以下土方（基坑、渠道、管沟），铲土力较正铲小，只能挖-类土。,挖土方式：端向开挖法（沟端开行）、侧向开挖法（沟侧开行）,3、拉铲（索铲）挖掘机,最适于开挖水下土方及含水量大的土方。挖掘半径、卸土半径、卸载高度较大，多用于渠道、基坑、水下砂卵石的开挖。,挖土方式：沟端开挖法（沟端开行）、沟侧开挖法（沟侧开行）,4、抓铲挖掘机,靠其合瓣式铲斗自由下落的冲力切入土中后抓取土料提升，回转后卸料。适于挖掘窄深基坑、深井中的水下淤泥及砂卵石等松软土方。,5、多斗式挖掘机（有多个铲土斗）,适于陆上使用，生产率高。,斗轮式挖掘机 1斗轮；2机房；3履带行驶机构；4壁式带式运输机,斗轮式挖掘机,将链斗式挖掘机的工作机构装在特制的船上进行工作。其构造较简单,生产率高,可以进行水下挖取砂砾石。,采砂船,工作大梁2上设有从动轮4,砂斗3固定在链条上,随主动轮5所带动的从动轮4而转动。砂斗不断挖砂,上升至接砂斗6 的顶部时卸料,再通过皮带机10向船的任何一侧卸料。,(二)挖运组合机械,1、推土机,以拖拉机为原动机械,另加切土刀片的推土器,既可薄层切土又能短距离推运。有固定式和万能式,前者结构简单而牢固,应用普遍,多用液压操作。右图为国产移山-120 型推土机的外形。,若长距离推土,土料从推土器两侧散失较多,有效推土量大为减少。推土机的经济运距为60-10Om。为了减少土料的散失,可在推土器两侧加挡板,或先推成槽,然后在槽中推土,或多台并列推土。,能同时担负开挖、运输、卸土、铺土任务，有推土机和铲运机。,推土机械,2、铲运机,按行驶方式,铲运机分为牵引式和自行式。前者用拖拉机牵引铲斗,后者自身有行驶动力装置。当今多用自行式,因其结构轻便,可带较大的铲斗,行驶速度高,多用低压轮胎,有较好的越野性能。图4-5是铲斗容量7m3的国产CL7型自行式铲运机。,铲运机的经济运距与铲斗容量有关,一般在几百米至几公里以内。大容量的扩运机要求牵引为大,运行的灵活性降低。,（a）装土（b）运土（c）卸土,铲运车工作示意图,(三)运输机械,运输机械有循环式和连续式两种。,1、循环式有:有轨机车和自卸汽车。自卸汽车的吨位一般在10-35t,汽车吨位大小应根据需要并结合路涵条件来考虑。,2、连续式:最常用的连续运输机械是带式运输机。根据有无行驶装置,分为移动式和固定式两种。前者多用于短程运输和散体材料的装卸堆存。固定式常采用分段布置,每段一般在20Om 以内。,1皮带；2驱动鼓轮；3张紧鼓轮；4上托辊5机架；6喂料器；7卸料小车；8张紧重棰,优缺点：带式运输机不受地形限制,结构简单,运行方便灵活,生产率很高。使用时应防止和减轻带的磨损、老化、断裂。,固定带式运输机的构造图,3、装载机是一种短程装运结合的机械。常用的斗容量1-3m3,运行灵活方便。,1装载斗2活动臂3油缸4操作台,斗容量2m3的国产ZL-40型装载机的外形尺寸图,三、挖运设备的生产能力,要确定挖运机械设备的数量,应掌握土石坝施工高峰时段的施工强度,确定选用设备的生产能力（可根据有关产品手册确定,也可以结合实际施工条件,选定参数计算复核）。,1、挖掘机械,挖掘机、装载机和铲运机的生产能力P（台班生产率）可按下式确定：p=(m3/台班)V铲斗的几何容积,m3;T台班工作时间；Kch铲斗充盈系数,表示实际装料容积与土斗几何容积的比值;与挖掘机械及土质有关；,TVKchKt,Kkt,Kk土的松散影响系数,系指挖后松土体积与挖前实土体积的比值,一般取1.101.30;Kt时间利用系数,表示挖掘机工作日时间利用程度,挖掘机取0.7，装载机取0.70.8，铲运机取0.650.75;t每次作业循环时间，min,要提高挖掘机械的实际生产率,必须提高循环式挖掘机的循环次数,即缩短每一循环的工作时间。此外,当挖掘松散土料时,可更换较大的土斗以增大土斗容积;加强机械的现场维修,合理布置掌子面,协调并改善回车和错车场地,改善挖运设备的配合等,都将有利于提高挖掘机械的实际生产率。,机械需要量N计算:,N=,Q,MP,Q由工程总进度决定的月开挖强度，m3/月;M单机月工作台班数;P单机台班生产率，m3/台班,2、运输机械,(1)循环式运输机械数量 n 的确定,QT 运输强度(一昼夜或一班运载的总方量)；q 运输机械装载的有效方量；T1 一昼夜或一班的时间,min;T2一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,min。对于工地常用的汽车、拖拉机,t值为：,t1装车时间,min;t2卸车时间,min;L运距,km;V平均行驶速度,km/h。,则设昼夜或每班运输循环次数m=（T1-T2）/t，生产能力PT为：,(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。带的装满程度与带的形状、所装物料性质和运输机械布置的倾角有关。若以实方计,带式运输机的实际小时生产率PT(m3/h)可按下式计算:,K带形系数;对于平面带,K=200;对于槽形带,K=400；B 带宽,m;v带的运行速度,m/s,通常可取1-2m/s；KB时间利用系数,可取0.75-0.85；KH充盈系数,与装料特性和运载情况有关;砂土取0.85,粘土取0.77,岩石取0.70；Kd土石粒径系数；Ka倾角影响系数。KP土的松散影响系数。,四、挖运强度和挖运机械数量的确定,1、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,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,造成不必要的浪费。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。对于大中型工程,平均日上坝强度通常为1-3 万m3,高的达 10万m3左右。,（1）上坝强度QD(m3/d)按下式计算:,V分期完成的坝体设计方量,以压实方计;Ka坝体沉陷影响系数,可取1.03-1.05;K施工不均衡系数,可取1.2-1.35;K1坝面作业土料损失系数,可取0.9-0.95;T施工分期时段的有效工作日数，为该时段的总日数扣除法定节假日和因雨停工日数。,(2)运输强度QT计算:,Kc压实影响系数,Kc=0/T，0为坝体设计干容重,t/m3,T为土料运输的松散容重,t/m3。K2运输损失系数,可取0.95-0.99,因土料性质及运输方式而异。,(3)开挖强度 Qc的计算：,KC压实系数,为坝体设计干容重0与料场土料天然容重c的比值;K3 土料开挖损失系数,随土料特性和开挖方式而异,一般取几=0.920.97。,2、挖运机械数量的确定,水利工程施工中,采用正向铲与自卸汽车配合是最普遍的挖运方案。挖掘机的斗容量与自卸汽车的载重量为满足工艺要求有个合理匹配关系,应通过计算,复核所选挖掘机的装车斗数m（一般35）。,Q自卸汽车的载重量,t；q选定挖掘机的斗容量,m3；C料场土的天然容重，t/m3；KH挖掘机的土斗充盈系数;KP土料的松散影响系数。,1）装车斗数计算,挖掘机装一车所需斗数要适当：,若m过大,说明所选挖掘机的斗容量偏小,要求挖掘机的数量太多,汽车装车时间过长,影响汽车运输能力的发挥,相应也影响挖掘机作用的发挥,这时宜增大挖掘机的斗容量;,若m过小,说明汽车的载重量偏小,需要汽车的数量过多,由于换车频繁,候车时间过长,既影响挖掘机也影响汽车运输能力的发挥,这时应适当增大汽车的载重量。,通常应使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力。Pa Pc/n,Pa 一辆汽车的生产率,m3/h；Pc 一台挖掘机的生产率,m3/h。,满足高峰施工期上坝强度的挖掘机的数量应为:,NC=QCmax/Pc,满足高峰施工期上坝强度的汽车总数应为:,Na=QTmax/Pa,Qcmax、QTmax分别为高峰施工期开挖及运输土料的最大小时强度(m3/h)。,2）挖掘机及汽车数量计算,第4节 坝面作业,第4节 坝面作业,在进行坝面作业以前,需要进行坝基清理、基础处理、坝肩削坡等准备作业。它包括如下工作：,清除坝基范围灌木、杂草、树根、砖头瓦块、乱石松石、以及有机物含量大于 1%、可溶盐大于2%的浮表土；天然容重小于1.48的细砂、粉砂容易引起基础“液化”,也应全部清除；对岩石基础,应进行岩石清理,将浮碴、浮土冲洗清除干净；做好基础的防渗处理等。当基础开挖和处理基本完成后，就可以进行坝体的铺填、压实施工。,流水作业法施工时,首先根据施工工序数目将坝面划分成段,组织各工种的专业工作队进入所划分的工段施工。这样,对同一工段而言,各专业队按工序依次连续施工;对各专业施工队而言,依次不停地在各工段完成固定的专业工作。其结果是实现了施工专业化,有利于工人熟练程度的提高。同时,各工段都有专业队使用固定的施工机具,从而保证施工过程人、机、地三不闲,避免施工干扰,有利于坝面作业多、快、好、省、安全地进行。,一、坝面作业的施工组织规划,土石坝施工坝面作业的施工程序包括铺土、平土、洒水、压实（对于粘性土料采用平辗压实,压实后铺土前尚应刨毛以保证上下土层的层间结合良好）、质检等工序。坝面作业的施工特点在于工作面狭窄、工序多、机械设备多，没有良好的施工组织将导致施工干扰,影响施工质量,引起窝工,造成人力设备的浪费,延误施工进度。通常采用流水作业法组织坝面施工。,如右图，将坝面作业划分四道工序（铺土、平土洒水、压实、刨毛质检）,将坝面至少划分成四个相互平行的工段。在同一时间内,四个工段均有一个专业队完成一道工序,各专业队依次流水作业。,坝面流水作业示意图 a填土；b平土洒水；c压实；d刨毛质检,正确划分工段是组织流水作业的前提,分段数取决于每个工段的面积（取决于各施工时段的上坝强度）,以及不同高程坝面面积的大小。,各施工阶段的上坝强度，可根据施工进度计划，确定各施工阶段要完成的坝体工程量和相应施工时段的有效工作日求得：,QD=V/nsc,V某施工时段计划要求完成的坝体松土方量（米3）；n工作月数；s每月的有效工作日数；c每天的工作班数。,工段数目m可按下式计算:,m=WD/WB 其中WB=QD/h,WD坝体某一高程工作面面积,可根据施工进度按图确定,m2；WB每一工作时段的铺土面积,m2;h根据压实试验确定的每层铺土厚度,m。,若以m为流水作业工序数,m为每层工段数,二者的大小关系反映流水作业的组织情况。,当m=m,表示流水工段数等于流水工序数,有条件使流水作业在人、机、地三不闲的情况下进行;,当 m m,表示流水工段数大于流水工序数,这样流水作业在“地闲”而人和机械不闲的情况下进行;,当m m,表示流水工段数小于流水工序数,表明人、机闲置,流水作业无法正常进行,这种情况应予避免。,出现第三种情况是由于坝面升高、工作面减小或划分流水工序(即划分专业队)过多所致。要增多流水工段数m,可通过缩短流水单位时间,或降低上坝强度QD,减少单位时间的铺土面积WB来解决。另一条途径是减少流水工序数目m,合并某些工序,例如将铺土、平土洒水、压实和质检刨毛四道工序,合并为三道工序,如可将前两道工序合并为铺土平土洒水一道工序。,坝面作业是保证坝体施工质量的重要一环，要求每道工序把好质量关。,铺土宜平行坝轴线进行,铺土厚度要匀,超径不合格的土块应打碎,石块、杂物应剔除。,进入防渗体内铺土,自卸汽车卸料宜用进占法倒退铺土,使汽车始终在松土上行驶,避免在压实土层上开行,造成超压,引起剪力破坏。汽车穿越反滤层进入防渗体,容易将反滤料带入防渗体内,造成防渗土料与反滤料混杂,影响坝体质量。一般在坝面每隔40-60米设专用“路口”，每填筑二三层换一次“路口”位置，这样既可防止超压产生剪切破坏，也便于集中处理。,按设计厚度铺土平土是保证压实质量的关键。采用带式运输机或自卸汽车上坝,卸料集中，为保证铺土均匀,需用推土机或平土机散料平土。国内不少工地采用“算方上料、定点卸料、随卸随平、定机定人、铺平把关,插杆检查”的措施,使平散工作做到控制有方，检查及时。铺填应平整,避免降雨积水。,坝面填土压实是按设计和试验确定的填土厚度、压实机械重量、压实遍数，在规定的土料含水量的情况下进行的。对于汽车上坝或光面压实机具压实的土层,应刨毛处理,以利层间结合。通常刨毛深度3-5cm。,粘性土料含水量偏低,主要应在料场加水,若需在坝面加水,应力求少、勤、匀以保证压实效果。对非粘性土料,为防止运输过程脱水过量,加水工作主要在坝面进行。石碴料和砂砾料压实前应充分加水,确保压实质量。,二、土料压实的基本理论,土石坝在外水压力、地震力、自重、孔隙水压力等内外荷载的作用下,对填方的稳定性和防渗性要求较高。而填方的自身稳定主要靠土料内部的阻力（内摩擦力和凝聚力）来维持的。土料的内摩擦力、凝聚力以及土料的防渗性能都与土料的密实度密切相关，它们都是随着填土密实度的增大而提高的。例如将干容重为1.4的砂壤土压实后干容重提高到1.7,其抗压强度可提高4倍,其渗透系数将降低2000倍。所以土石坝填土的压实不仅大大增强了防渗性能,而且由于自身稳定性的增强,可以加陡设计边坡,节约工程投资,加快施工进度。,由于土料是三相体,即由固相的土壤颗粒、液相的水和气相的空气组成。土料压卖过程中,土壤颗粒和水是不会被压缩的。所以土料压实的实质就是将水包袤的土壤颗粒挤压填充到土粒间的空隙里,从而排走空气占有的空间,使土料的孔隙率减小,密实度提高。所以土料的压实的过程,就是外荷载作用下将组成土料的三相重新组合的过程。,土料压实的水膜理论揭示了土料的含水量、土壤性质、压实功能的大小对土料压实的影响的内在联系和规律。该理诠认为土料中的水呈两种状态：一种是服从液体规律的自由水,另一种是包裹在土粒表面的弹性水膜。由于土粒表面的物理化学电分子力的作用,使这层弹性水膜类似固体的性质,具有特殊的粘滞性、抗剪性和弹性极限。这层水膜愈薄这种特性愈显著。随着水膜的增厚土粒表面的电分子力的控制作用减弱,从而使这些性能迅速丧失。当水膜增加到某一厚度,它的抗剪性降低到零。在这个厚度以外的水不受土粒表面电分子力的束缚呈自由状态称自由水。而这个厚度范围以内的水,由于受土粒表面电分子力的束缚作用,故称束缚水。,土料压实过程中,只有自由水才产生润滑作用。而受束缚的弹性水膜具有抗剪性,构成土粒间相互位移的阻力。水膜理论从这个观点出发,解释含水量对各种土料压实特性的影响。,1、水膜理论,当土料含水量越过最优含水量时,土料逐渐饱和,随着自由水的增多,束缚水的电分子力作用消失,土粒间的粘结力和摩擦力也逐步消失。土粒间的滑润作用良好,使土粒位移的阻力大为减小。由于土粒失去了电分子力的控制作用而产生“滑跑”,即产生塑流现象。这时由于土粒的“滑跑”,压实外力直接作用在自由水上,不能全部传递到土粒上,难以发挥有效的压实作用,即产生了中和压力。压实功能消耗很大,却得不到较好的压实效果。,2、粘性土压实原理,当粘性土料中含水量越小则弹性水膜越薄,土粒表面电分子力控制作用越大,土料的抗剪性能越强,压实所需的功能越大,则越不容易压实。,而当弹性水膜的厚度逐步增加到土料的抗剪能力趋近于零时,耗费最小的压实功能就能使土料达到最大的密实程度。这时土料的含水量就称为最优含水量。,从被压实的粘性土干容重与含水量的关系曲线图可见如上特性。开始,土料的干容重随含水量的增大而增大。当含水量逐步增大到某一临界值时,干容重达到最大。若含水量进一步增加,超过这一临界含水量,干容重反而减小。曲线表明在一定的压实功能的情况下，最大干容重对应的含水量为最优含水量。同时说明土料的最优含水量随压实功能大小而变化。最优含水量随压实功能增大而减小（实验中以,不同击实功能含水量与 干容重d的关系曲线,锤击次数的多少来表示压实功能的大小)。施工中所说最优含水量是指用确定重量的压实机具进行土料压实中，为获得设计干容重,单位体积的填土消耗压实功能最小的含水量。,对于非粘性土,由于土料的颗粒较粗,单位体积内土粒表面面积比粘性土小得多,因此土粒表面束缚水的电分子力的影响也要小得多。所以非粘性土的粘结力较之颗粒间的摩擦力要小得多。由于颗粒粗,孔隙率相对粘性土为小,压缩性、膨胀性都不大。由于透水性较强,能在外压力及自重力作用下迅速排水,迅速团结。与之相反,粘性土颗粒极细,孔隙率大,压缩性、膨胀性都大；但透水性弱,排水困难,压缩过程缓慢,难以达到固结压实。另外,颗粒级配的均匀性也影响压实效果。颗粒级配不均匀的砂砾料,较颗粒级配均匀的砂土容易压实。,3、非粘性土压实,夯击的特点是作用力为周期性的瞬时冲击动力，有瞬时脉冲作用，其大小随时间而变化。,三、压实机械及其生产能力的计算,由于不同土料的物理力学性质不同，在压实过程中要求作用的外力也不同。,粘性土粘结力大，对含水量大小反映敏感。粘性土料的压实要求作用外力在于克服内部的粘结力。非粘性土，粘结力小，内摩擦力是主要的，因此非粘性土的压实，要求作用外力在于克服内摩擦力，或减少内摩擦力，以较小的作用外力获得较好的压实效果。在压实过程中根据提供外力的压实机具不同，对土料作用的外力分为：碾压、夯击、震动三种。,碾压的特点是作用力为静压力，其大小不随作用时间而变化。,震动的特点是作用力为周期性的重复动力，其大小随时间而变化。其震动周期的长短随震动频率的大小而变化。,土料压实作用外力示意图（a）碾压;（b）夯击;（c）震动,（一）压实机械及压实方法：,1、羊脚碾及其压实方法,羊角碾外形图 1羊角；2加载孔；3碾滚筒；4杆辕框架,根据压实作用力来划分,通常有碾压、夯击、震动压实三种机具。碾压和夯击（更适宜砂性土）可适各类土，震动适宜砂性土。随着工程机械的发展,又有震动和碾压同时作用的震动碾,产生震动和夯击作用的震动夯等。常用的压实机具有以下几种。,在羊角碾碾压滚筒表面设有交错排列的截头圆锥体,状如羊脚。钢铁空心滚筒侧面设有加载孔,加载大小根据设计需要确定。碾滚的轴由框架支承,与牵引的拖拉机用杠辕相连。,羊脚碾的羊脚插入土中,不仅使羊脚端部的土料受到压实而且使侧向土料受到挤压,从而达到均匀压实的效果。在压实过程中,羊脚对表层土有翻松作用,无需刨毛就能保证土料良好的层间结合。,羊角碾的开行方式有两种:进退错距法和圈转套压法。进退错距法操作简便,碾压、铺土和质检等工序协调,便于分段流水作业,压实质量容易保证;国内多采用进退错距法。用这种开行方式,为避免漏压,可在碾压带的两侧先往复压够遍数后,再进行错距碾压。,羊角对土料的正压力和侧压力,进退错距法开行方式,圈转套压法要求开行的工作面较大,适合于多碾滚组合碾压。其优点是生产效率较高,但碾压中转弯套压交接处重压过多,易于超压。当转弯半径小时,容易引起土层扭曲,产生剪力破坏,在转弯的四角容易漏压,质量难以保证。,错距宽度b按下式计算:,b=B/n,B碾滚净宽,m;n 设计碾压遍数。,圈转套压法开行方式,2、震动碾及其压实方法,是一种震动和碾压相结合的压实机械。它是由柴油机带动与机身相连的附有偏心块的轴旋转,迫使碾滚产生高频震动。震动功能以压力波的形式传到土体内。非粘性土料在震动作用下,土粒间的内摩擦力迅速降低,同时由于颗粒大小不均匀,质量有差异,导致惯性力存在差异,从而产生相对位移,使细颗粒填入粗颗粒间的空隙而达到密实。然而,粘性土颗粒间的粘结力是主要的,且土粒相对比较均匀,在震动作用下,不能取得象非粘性土那样的压实效果。,1牵引挂钩2滚碾3轴4偏心块5皮带轮6车架侧壁7隔板8|弹簧悬架,由于震动作用,震动碾的压实影响深度比一般碾压压机械大 1-3倍,可达1m以上。它的碾压面积比震动夯、震动器压实面积大,生产率很高。震动碾压实效果好,使非粘性土料的相对密度大为提高,坝体的沉陷量大幅度降低,稳定性明显增强,使土工建筑物的抗震性能大为改善。故抗震规范明确规定,对有防震要求的土工建筑物必须用震动碾压实。震动碾结构简单,制作方便,成本低廉,生产率高,是压实非粘性土石料的高效压实机械。,3、气胎碾及其压实方法,气胎碾有单轴和双轴之分。单轴的主要构造是由装载荷重的金属车箱和装在轴上的4-6个气胎组成。碾压时在金属车箱内加载,并同时将气胎充气至设计压力。为防止气胎损坏,停 工时用千斤顶将金属箱支托起来,并把胎内的气放掉。,拖行单轴式气胎碾 1金属车厢；2充气轮胎；3千斤顶；4牵挂杠辕,气胎碾在碾压土料时,气胎随土体的变形而变形。随着土体压实密度的增加,气胎的变形也相应增加,从而使气胎与土体的接触面积随之增大,始终能保持较为均匀的压实效果。它与刚性碾比较,气胎不仅对土体的接触压力分布均匀而且作用时间长,压实效果好,压实土料厚度大,生产效率高。,气胎碾压力分布图,气胎碾可根据压实土料的特性调整其内压力,使气胎对土体的压力始终保持在土料的极限强度内。平碾碾滚是刚性的,不能适应土体的变形,荷载过大就会使碾滚的接触应力超过土体极限强度。而气胎碾随着荷载的增加,气胎与土体的接触面增大,接触应力仍不致超过土体的极限强度。气胎碾适宜朝重型高效方向发展。由于气胎碾既适宜于压实粘性土料,又适宜于压实非粘性土料,能做到一机多用,有利于防渗土料与坝壳土料平起同时上升,用途广泛。,4、夯实机械,夯板可以吊装在去掉土斗的挖掘机的臂杆上,借助卷扬机操纵绳索系统使夯板上升。夯击土料时将索具放松,使夯板自由下落,夯实土料,其压实铺土厚度可达1m,生产效率较高。对于大颗粒填料可用夯板穷实,其破碎率比用碾压机械压实大得多。为了提高穷实效果,适应夯实土料特性,在夯击粘性土料或略受冰冻的土料时,尚可将夯板装上羊脚,即成羊脚夯。,夯板的尺寸与铺土厚度h密切相关。在夯击作用下,土层沿垂直方向应力的分布随夯板短边的尺寸而变化。若夯板尺寸不变,表层和底层的应力差值,随铺土厚度增加而增加。差值越大,压实后的土层竖向密度越不均匀。故选择夯板尺寸时,尽可能使夯板的短边尺寸接近或略大于铺土厚度。,夯实机械是利用冲击力来压实土方,最适于压实碾压机械难于施工的狭窄部位土方.常用的有：蛙式打夯机、夯板、强夯机等，,夯板及其压实方法,夯板工作时,机身在压实地段中部后退移动,随夯板臂杆的回转,土料被夯实的夯迹呈扇形。为避免漏夯,夯迹与夯迹之间要套夯,其重迭宽度为10-15cm,夯迹排与排之间也要搭接相同的宽度。为充分发挥夯板的工作效率,避免前后排套压过多,夯板的工作转角以不大于800-900为宜。,1夯板；2提升索；3操纵索 4机房；5支杆,夯板及其工作示意图,（二）压实机械的生产率,1、碾压机械的生产率计算,n碾压遍数；v碾的行驶速度,m/h；B碾压带宽度,m；C碾压带搭接宽度,m；h碾压层厚度,m;KB时间利用系数。,2、夯击机械的生产率计算,n夯击遍数;m每分钟夯击次数;B夯板底宽,m;C夯迹重迭宽度,m；h夯实厚度,m;KB时间利用系数。,(三)压实机械的选择,1、选择压实机械的原则,1)施工队伍现有装备和施工经验等;2)能够满足设计压实标准;3)与压实土料的物理力学性质相适应;4)满足施工强度要求;5)设备类型、规格与工作面的大小、压实部位相应。,2、各种压实机械的适用情况,气胎碾适宜碾压粘性土、砾质土,压实含水量略高于最优含水量的土料。羊脚碾适用压实粘性土,重型羊脚碾宜用于含水量低于最优含水量的重粘性土；震动碾适用压实堆石与砂砾料。夯板适用夯实砂砾料、砂土、粘性土和狭窄场面的填土，对与刚性建筑物、岸坡等的接触带,边角、拐角等部位可用轻便夯夯实。,三、压实标准与压实参数,1、土料的压实标准,土石坝的土料压实标准是根据水工设计要求和土料的物理力学特性提出来的。对粘性土用干容量Yd来控制,对非粘性土以相对密度D来控制。控制标准随建筑物的等级不同而异。,在现场用相对密度来控制施工质量不太方便,通常将相对密度D转换成对应的干容重Yd来控制,其大小按非粘性土不同砾石含量,分别确定不同标准。其换算公式为:,1、2 分别为土料极松散和极紧密时的干容重,t/m3,2、压实参数的确定,在确定土料压实参数前必须对土料场进行充分调查,全面掌握各料场土料的物理力学指标,在此基础上选择具有代表性的料场进行碾压试验,作为施工过程的控制参数。当所选料场土性差,异甚大,应分别进行碾压试验。因试验不能完全与施工条件吻合,在确定压实标准的合格率时,应略高于设计标准。,当初步确定压缩机械类型后，需进一步确定影响压实效果的各种压实参数，作为指导施工的依据。如已经初步确定使用碾压机械，则须确定碾重、铺土厚度、碾压遍数；采用夯击机械，则须确定夯板的重量和尺寸、落高、铺土厚度和夯击次数。这些压实系数是相互制约的。,压实试验前,先参照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。逐步收敛法系指固定其它参数,变动一个参数,通过试验得到该参数的最优值。将优选的此参数和其它参数固定,再变动另一个参数,用试验确定其最优值。通过试验得到每个参数的最优值。最后将这组最优参数再进行一次复核试验。倘试验结果满足设计、施工要求,便可作为现场使用的施工碾压参数。试验中,碾压参数组合可参照下表而定。,试验的铺土厚度和碾压遍数可参照下表选取,并测定相应的含水量和干容重,作出对试验取用压实遍数和铺土厚度相应的关系曲线。再按铺土厚度、压实遍数和最优含水量、最大干容重进行整理并绘制相应的曲线。,不同铺土厚度、不同压实遍数土料含水量和 干容重的关系曲线,根据设计干容重d,从曲线上分别查出不同铺土厚度h1、h2、h3所对应的压实遍数、b、C和对应的最优含水h量d、e、f。最后再分别计算h1/a、h2/b、h3/c之值(即单位压实遍数的压实厚度)进行比较,以单位压实遍数的压实厚度最大者为最经济合理。,铺土厚度、压实遍数、最优含水量、最大干容重的关系曲线,由于非粘性土料的压实效果受含水量影响不显著,故只需作铺土厚度、压实遍数和干容重d的关系曲线,据此便可得到与不同铺土厚度对应的压实遍数a、b、c。最后仍以单位压实遍数的压实厚度进行比较,以h1/a、h2/b、h3/c三值之中的最大者为最经济合理,其相应的压实参数可选作现场施工的压实参数。,干容重、压实遍数、铺土厚度关系曲线,第5节 土石坝施工的质量控制,第5节 土石坝施工的质量控制,土石坝施工的质量检查和控制分如下几个方面：,一、料场的质量检查和控制,对土料场应经常检查所取土料的土质情况、土块大小、杂质含量和含水量是否符合规范规定。其中含水量的检查和控制尤为重要。,若经测定的土料的含水量偏高,一方面应改善料场的排水条件和采取防雨措施,另一方面需将含水量偏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。倘以上方法仍难满足要求,可以采用机械烘干法烘干。,当土料含水量不均匀时,应考虑堆筑“土牛”(大土堆）,使含水量均匀后再外运。,当含水量偏低时,对于粘性土料应考虑在料场加水。料场加水量Q0可按下式计算:,料场加水的有效方法是采用分块筑畦埂,灌水浸渍,轮换取土。地形高差大也可采用喷灌机喷洒,此法易于掌握,节约用水。无论哪种加水方式,均应进行现场试验。对非粘性土料可用洒水车在坝面喷洒加水,避免运输时从料场至坝上的水量损失。,二、坝面的质量检查和控制,在坝面作业中,应对铺土厚度、填土块度、含水量大小、压实后的干容重等进行检查,并提出质量控制措施。对粘性土,含水量的检测是关键。简单办法是“手检”,即手握土料能成团,手指撮可成碎块,则含水量合适。更精确可靠的方法是用含水量测定仪测定。为便于现场质量控制,及时掌握填土压实情况,可绘制干容重、含水量质量管理图。,干容重现场控制管理图,若填土压实不合格,可据以及时采取补压等措施。干容重取样试验结果,其合格率应不小于90%,不合格干容重不得低于设计干容重的98%,且不合格样不得集中。,须对坝面、坝基、削坡、坝肩接合部、与刚性建筑物连接处以及各种土料的过渡带进行检查。对土层层间结合处是否出现光面和剪力破坏应引起足够重视,认真检查。对施工中发现的可疑问题,如上坝土料的土质、含水量不合要求,漏压或碾压遍数不够,超压或碾压遍数过多,铺土厚度不均匀及坑洼部位等应进行重点抽查,不合格者返工。,土坝的堆石棱体主要应检查上坝石料的质量、风化程 度、石块的重量、尺寸、形状、堆筑过程有无离析架空现象发生等。对于堆石的级配、孔隙率大小,应分层分段取样,检查是否符合规范要求。随坝体的填筑应分层埋设沉降管,对施工过程中坝体的沉陷进行定期观测,并作出沉陷随时间的变化过程线。,对于填筑土料、反滤料、堆石等的质量检查记录,应及时整理,分别编号存档,编制数据库,既作为施工过程全面质量管理的依据,也作为坝体运行后进行长期观测和事故分析的佐证。,对于反滤层铺填的厚度、是否混有杂物、填料的质量及颗粒级配等应全面检查。通过