第四章 土方工程()新.doc

第4章 土方工程本章要求：（一）了解土方施工分級和土的工程特性；（二）熟悉各種土方施工機械的特點，適用條件，土方挖運配套計算方法，挖運工作面布置等；（三）掌握土方壓實原理，壓實參數確定等；（四）了解土方工程在特殊季節(jié)：如冬季和雨季施工方法措施；（五）掌握土方施工的質量控制及施工安全技術。水利水電工程中，土方工程應用非常廣泛。有些水工建筑物，如土壩、土堤、土渠等，幾乎全部都是土方工程。其基本施工類型是挖方和填方；基本施工過程是開挖、運輸和填筑?？筛鶕嶋H情況采用人工、機械、爆破或水力沖填等方法施工。4.1 概述4.1.1 土的施工分級在水利水電工程施工中，根據開挖的難易程度，將土壤分為級，見表4-1。不同級別的土應采用不同的開挖方法，且施工挖掘時所消耗的勞動量和單價亦不同。表4-1 土壤的工程分級土質級別土壤名稱自然濕密度外形特征開挖方法砂土種植土1.651.75疏松，黏著力差或容易透水，略有黏性用鍬（有時略加腳踩）開挖壤土淤泥含根種植土1.751.85開挖能成塊并易打碎用鍬并用腳踩開挖黏土干燥黃土干淤泥含礫質黏土1.801.95粘手，干硬，看不見砂礫用鎬、三齒耙或鐵鍬并用力加腳踩開挖堅硬黏土礫質黏土含卵石黏土1.902.1土壤結構堅硬，將土分裂后成塊狀或含黏粒、礫石較多用鎬、三齒耙等工具開挖4.1.2 土的工程特性土的工程特性對土方工程的施工方法及工程進度影響較大。主要的工程性質有表觀密度、含水量、可松性、自然傾斜角等。1. 表觀密度。土壤表觀密度就是單位體積土壤的質量。土壤保持其天壤組織、結構和含水量時的表觀密度稱為自然表觀密度。單位體積濕土的質量稱為濕表觀密度。單位體積干土的質量稱為干表觀密度。表觀密度是體現黏性土密實程度的指標，常用它來控制黏性土的壓實質量。2. 含水量。含水量是土壤中水的質量與干土質量的百分比。它表示了土壤空隙中含水的程度，含水量的大小直接影響?zhàn)ば酝恋膲簩嵸|量。3. 可松性。自然狀態(tài)下的土經開挖后因變松散而使體積增大的特性，稱為土的可松性。土的可松性用可松性系數Ks表示，即KsV2 /V1 （41）式中 V2土經開挖后的松散體積； V1 土在自然狀態(tài)下的體積。土的可松性系數，可用于計算土方量、進行土方挖填平衡計算和確定運輸工具數量。各種土的可松性系數見表4-2。表4-2 土的密度和可松性系數土的類別自然狀態(tài)挖松后密度（t/m3）可松性系數密度（t/m3）可松性系數砂土壤土黏土砂礫土含砂礫壤土含砂礫黏土卵石1.651.751.751.851.801.951.902.051.852.001.902.101.952.151.01.01.01.01.01.01.01.501.551.651.701.601.651.501.701.701.801.551.751.701.901.051.151.051.101.101.201.101.401.051.101.101.351.154. 自然傾斜角。自然堆積土壤的表面與水平面間所形成的角度，稱為土的自然傾斜角。挖方與填方邊坡的大小與土壤的自然傾斜角有關。確定土體開挖邊坡和填方邊坡應慎重考慮，對于重要的土方開挖邊坡，應專門進行邊坡穩(wěn)定設計；對于中小型臨時邊坡，坡度可根據經驗確定或參考4-3選用。表4-3 中小型土質邊坡容許坡度值土的種類土料性質容許坡度值坡高5m坡高510m碎石土密實中密稍密1:0.351:0.501:0.501:0.751:0.751:1.001:0.501:0.751:0.751:1.001:1.001:1.25粉土飽和度Sr0.51:1.001:1.251:1.001:1.50黏性土堅硬硬塑1:0.751:1.001:1.001:1.251:1.001:1.251:1.251:1.50黃土按地質年代分為次生黃土Q4馬蘭黃土Q3離石黃土Q2午城黃土Q11:0.51:0.751:0.301:0.501:0.201:0.301:0.101:0.201:0.751:1.001:0.501:0.751:0.301:0.501:0.201:0.30注：應結合工程所在地水文、氣象、施工方法等條件具體選定。土方的邊坡開挖應采取自上而下、分區(qū)、分段、分層的方法依次進行，不允許先下后上切腳開挖；對于不穩(wěn)定邊坡的開挖，盡量避免采取爆破方式施工（凍土除外），邊坡加固應及時進行；坡面開挖時，應根據土質情況，間隔一定的高度設置永久性戧臺，戧臺寬度視用途而定，臺面橫向應為反向排水坡，同時在坡腳設置護腳和排水溝；應嚴格施工過程質量控制，避免超、欠挖或倒坡；采用機械開挖時，應距設計坡面留有不小于20cm的保護層，最后用人工進行坡面修整。受施工條件等因素的制約，施工中經常會遇到不穩(wěn)定邊坡，應采取適當措施加以支護，以保證施工安全。支護主要由錨固、護面和支擋幾種型式。其中，護面又有噴護混凝土、塊石（或混凝土塊）砌護、三合土擋護等方法，支擋又有扶壁、支墩、擋土墻（板、樁）等型式。4.2 土方開挖土方開挖常用的方法有人工開挖法和機械開挖法，一般采用機械開挖。用于土方開挖的機械有單斗挖掘機、多斗挖掘機、鏟運機械及水力開挖機械。4.2.1 單斗挖掘機單斗挖掘機是僅有一個鏟土斗的挖掘機械，如圖4-1所示。它由行走裝置、動力裝置和工作裝置三部分組成。行走裝置分為履帶式和輪胎式兩種。履帶式是最常用的一種，它對地面的單位壓力小，可在各種地面上行駛，但轉移速度慢。動力裝置分為電動和內燃機驅動兩種，電動為最常用形式，效率高，操作方便，但需電源。工作裝置由鏟土斗、斗柄、推壓和提升裝置組成。按鏟土方向和鏟土原理分為正鏟、反鏟、拉鏟和抓鏟四種類型，如圖4-1所示，用鋼索或液壓操縱。鋼索操縱用于大中型正鏟，液壓操縱用于小型正鏟和反鏟。1.正鏟挖掘機正鏟挖掘機由推壓和提升完成挖掘，開挖斷面是弧形，最適于挖停機面以上的土方，也能挖掘機面以下的淺層（12m）土方。由于穩(wěn)定性好，鏟土能力大可以挖各種土料及軟巖、巖渣進行裝車。它的特點是循環(huán)式開挖，由挖掘、回轉、卸土、返回構成一個工作循環(huán)，生產率的大小取決于鏟斗大小和循環(huán)時間的長短。正鏟的斗容從0.5m3至幾十立方米不等，工程中常用14 m3。圖4-1 單斗挖掘機（a）正鏟挖掘機；（b）反鏟挖掘機；（c）索鏟挖掘機；（d）抓鏟挖掘機正鏟挖掘機開挖方式有以下兩種：(1）正向開挖、側向裝土。正鏟向前進方向挖土，汽車位于正鏟的側向裝車，如圖4-2所示。鏟臂卸土回轉角度小于90，裝車方便，循環(huán)時間短，生產效率高，常用于土料場及渠道土方開挖 。圖4-2 正向開挖、側向裝土法（a）正向開挖 （b）側向卸土(2）正向開挖、后方裝土。開挖工作面較大，但鏟臂卸土回轉角度大、生產效率降低，如圖4-3所示。常用于基坑土方開挖。圖4-3 正向開挖、后方裝土法正鏟挖掘機工作尺寸見圖4-4，常用挖掘機性能見表4-4。圖44 正鏟挖掘機工作尺寸A停機面以下挖掘深度；R平停機面以上最大挖掘半徑；R小停機面以上最小挖掘半徑；R大最大挖掘半徑；H最大挖掘半徑時的挖掘高度；R最大挖掘高度時的挖掘半徑； H大最大挖掘高度；r大最大卸土半徑；h最大卸土半徑時的卸土高度；r最大卸土高度時的卸土半徑；h大最大裝土高度表4-4 正鏟挖掘機工作性能項目WD-50WD-100WD-200WD-300WD-400WD-1000鏟斗容量（m3）0.51.02.03.04.010.0動臂長度(m)5.56.89.010.510.513.0動臂傾角（）60.060.050.045.045.045.0最大挖掘半徑（m）7.29.011.614.014.418.9最大挖掘高度（m）7.99.09.57.410.113.6最大卸土半徑（m）6.58.010.112.712.716.4最大卸土高度（m）5.66.86.06.66.38.5最大卸土半徑時的卸土高度（m）3.03.73.54.95.8最大卸土高度時的卸土半徑（m）5.17.08.712.415.7工作循環(huán)時間（s）28.025.024.022.02325卸土回轉角度（）100120901001002.反鏟挖掘機反鏟挖掘機能用來開挖停機面以下的基坑（槽）或管溝通及含水量大的軟土等，挖土時由遠而近，就地卸土或裝車，適用于中小型溝渠、清基、清淤等工作。由于穩(wěn)定性及鏟土能力均比正鏟差，故只用來級土，硬土要先進行預松。反鏟挖掘機開挖方法一般有以下幾種：（1）端向開挖法。反鏟停于溝端，后退挖土，同時往溝一側棄土或裝車運走。如圖45（a）所示。（2）側向開挖法。反鏟停于溝側沿溝邊開挖，鏟臂回轉角度小，能將土棄于距溝邊較遠的地方，但挖土寬度比挖掘半徑小，邊坡不好控制，同時機身靠溝邊停放，穩(wěn)定性較差。如圖45（b）所示。圖45 反鏟端向及側向開挖法（a）端向開挖法 （b）側向開挖法（3）多層接力開挖法。用兩臺或多臺挖掘機設在不同作業(yè)高度上同時挖土，邊挖土邊將土傳遞到上層，再由地表挖掘機或裝載機裝車外運。3.拉鏟挖掘機拉鏟挖掘機的鏟斗用鋼索控制，利用臂桿回轉將鏟斗拋至較遠距離，回拉牽拉索，靠鏟斗自重下切裝滿鏟斗，然后回轉裝車或卸土。由于其挖掘半徑、卸土半徑、卸土高度較大，適用于類土開挖，尤其適合于深基坑水下土砂及含水量大的土方開挖，在大型渠道、基坑及水下砂卵石開挖中應用廣泛。開挖方式有溝端開挖和溝側開挖兩種，當開挖寬度和卸土半徑較小時，用溝端開挖；當開挖寬度大，卸土距離遠時，用溝側開挖。4.抓鏟挖掘機抓鏟挖掘機靠鏟斗自由下落中斗瓣分開切入土中，抓取土料合瓣后提升，回轉卸土。適用于開挖土質比較松軟（類土）、施工面狹窄而深的基坑、深槽以及河床清淤等工程，最適宜于水下挖土，或用于裝卸碎石、礦渣等松軟材料，在橋墩等柱坑開挖中應用較多。抓鏟能在回轉半徑范圍內開挖基坑中任何位置的土方。2挖掘機生產率的計算（1）技術生產率 （42）式中 Pj挖掘機技術生產率，自然方，m3 /h； q鏟斗幾何容量，m3，查挖掘機技術參數； n挖掘機每分鐘挖土次數，可根據表4-5進行換算； ks土壤可松性系數，見表4-2； kch鏟斗充盈系數，見表46； ky挖掘機在掌子面內移動影響系數，根據掌子面寬度和爆堆高低而定，可取0.900.98； kz掌子面高低與旋轉角大小的校正系數，見表47。表4-5 一次挖掘循環(huán)延續(xù)時間tx s鏟斗類型挖掘機斗容（m3）0.81.52.03.04.06.09.5正鏟1628162818281828203024342836反鏟2433283730393646425043524656注 旋轉角為90；開挖面高度為最佳值；易挖時取最大值，難挖時取最小值。表46 挖掘機鏟斗充盈系數kch巖土名稱kch巖土名稱kch濕砂、壤土1.01.1中等密實含礫石黏土0.60.8小礫石、砂壤土0.81.0密實含礫石黏土0.60.7中等黏土0.751.0爆得好的巖石0.60.75密實黏土0.60.8爆得不好的巖石0.50.7表47 正鏟挖掘機掌子面尺度校正系數kz最佳掌子面高度的百分比旋轉角304560759012015018040%0.930.890.850.800.720.650.5960%1.101.030.960.910.810.730.6680%1.221.121.040.980.860.770.69100%1.261.161.071.000.880.790.71120%1.201.111.030.970.860.770.70140%1.121.040.970.910.810.730.66160%1.030.960.900.850.750.670.62注 1反鏟可參照正鏟參數選??；2最佳掌子面高度，查挖掘技術參數或使用說明書。（2）.實用生產率式中 Ps挖掘機實用生產率，m3 /臺車；Pj挖掘機技術生產率，自然方，m3 /h；kt時間利用系數，見表48。表48 施工機械時間利用系數作業(yè)條件施工管理條件最好良好一般較差很差最好0.840.810.760.700.63良好0.780.750.710.650.60一般0.720.690.650.600.54較差0.630.610.570.520.45很差0.520.500.470.420.32（3）.提高挖掘機生產率的措施挖掘機是土方機械施工的主導機械，為提高生產率，應采取以下措施：加長斗齒，減小切土阻力；合并回轉、升起、降落的操作過程，采用卸土轉角小的裝車或卸土方式，以縮短循環(huán)時間；小角度裝車或卸土；采用大鏟斗；合理布置工作面和運輸道路；加強機械保養(yǎng)和維修，維持良好的性能。4.2.2 多斗挖掘機多斗挖掘機是有多個鏟土斗的挖掘機械，它能夠連續(xù)地挖土，是一種連續(xù)工作的挖掘機械。按其工作方式不同，分為鏈斗式和斗輪式兩種。1. 鏈斗式挖掘機鏈斗式挖掘機最常用的形式是采砂船，如圖46所示。它是一種構造簡單、生產率高、適用于規(guī)模較大的工程、可以挖河灘及水下砂礫料的多斗式挖掘機。采砂船工作性能見表4-9。圖46 鏈斗式采砂船（a）側視圖 （b）正視圖1斗架提升索；2斗架；3鏈條和鏈斗；4主動鏈輪；5泄料漏斗；6回轉盤；7主機房；8卷揚機；9吊桿；10皮帶機；11泄水槽；12平衡水箱表4-9 采砂船工作性能項目鏈斗容量（L）160200400500理論生產率（m3/h）120150250750最大挖掘深度（m）6.57.012.020.0船身外廓尺寸（長寬高）（m）28.0582.431.982.352.212.43.569.9145.1吃水深度（m）1.01.12.03.12. 斗輪式挖掘機斗輪式挖掘機如圖47所示，斗輪式挖掘機的斗輪裝在斗輪臂上，在斗輪上裝有78個鏟土斗，當斗輪轉動時，下行至拐角時挖土，上行運土至最高點時，土料靠自重和旋轉慣性卸至受料皮帶上，轉送到運輸工具或料堆上。其主要特點是斗輪轉速較快，作業(yè)連續(xù)，斗臂傾角可以改變、并作3600回轉，生產率高，開挖范圍大。斗輪式挖掘機適用于大體積的土方開挖工程，且具有較高的掌子面，土料含水量不宜過大。多與膠帶運輸機配合作長距離運輸。圖47 斗輪式挖掘機（單位：mm）1斗輪；2升降機構；3司機室；4中心料斗；5卸料皮帶機；6雙槽卸料斗；7動力裝置；8履帶；9轉臺；10受料皮帶機；11斗輪臂4.2.3鏟運機械鏟運機械是指一種機械同時完成開挖、運輸和卸土任務，這種具有雙重功能的機械常用的有推土機、鏟運機、平土機等。1.推土機推土機是一種在履帶式拖拉機上安裝推土板等工作裝置而成的一種鏟運機械，是水利水電建設中最常用、最基本的機械，可用來完成場地平整，基坑、渠道開挖，推平填方，堆積土料，回填溝槽，清理場地等作業(yè)，還可以牽引振動碾、松土器、拖車等機械作業(yè)。它在推運作業(yè)中，距離不能超過60100m，挖深不宜大于1.52.0m，填高小于23m。推土機按安裝方式分為固定式和萬能式；按操縱方式分為鋼索和液壓操作；按行駛分為履帶式和輪胎式。圖4-8為國產移山-120型推土機的外形。圖4-8 國產移山120（馬力）型推土機 （單位：mm）1刀片；2推土機；3切土液壓裝置；4拖拉機固定式推土機的推土板，僅能上下升降，強制切土能力差，但結構簡單，應用廣泛，而萬能式不僅能夠升降，還可以左右、上下調整角度，用途較多。履帶式推土機附著力大，可以在不良地面上作業(yè)；液壓式推土機可以強制切土，重量輕，構造簡單，操作方便。 推土機開挖的基本作業(yè)是鏟土、運土、卸土三個工作行程和空載回行程。常用的作業(yè)方法如下： 1）槽形推土法。推土機多次重復在一條作業(yè)線上切土和推土，使地面逐漸形成一條淺槽，再反復在溝槽中進行推土，以減少土從鏟刀兩側漏散，可提高工作效率10%30%。 2）下坡推土法。推土機順著下坡方向切土與推運，借機械向下的重力作用切土，增大切土深度和運土數量，可提高生產率30%40%，但坡度不宜超過15，避免后退時爬坡困難。 3）并列推土法。用23臺推土機并列作業(yè)，以減少土體漏失量。鏟刀相距1530cm，平均運距不宜超過5070m ，亦不宜小于20m。 4）分段鏟土集中推送法。在硬質土中，切土深度不大，將鏟下的土分堆集中，然后再整批推送到卸土區(qū)。堆積距離不宜大于30m，堆土高度以2m以內為宜。 5）斜角推土法。將鏟刀斜裝在支架上或水平放置，并與前進方向成一傾斜角度進行推土。2.鏟運機鏟運機是一種能夠連續(xù)完成鏟運、運土、卸土、鋪土、平土等工序的綜合性土方工程機械，能開挖黏土、砂礫石等。適用于大型基坑、渠道、路基開挖、，大型場地的平整、土料開采、填筑堤壩等。適用于I級土，經濟運距100500m。鏟運機按牽引方式分為自行式和拖式；按操縱方式分為鋼索和液壓操縱；按卸土方式分為自由卸土、強制卸土和半強制卸土。其工作工程見圖49。圖49 鏟運機工作過程示意圖（a）鏟土；（b）運土；（c）卸土1鏟斗；2行走裝置；3連掛裝置；4操縱裝置；5斗門；6斗底和斗后壁根據施工場地的不同，鏟運機常用的開行路線有以下幾種：1）橢圓形開行路線。從挖方到填方按橢圓形路線回轉，適合于長100m內基坑開挖、場地平整等工程使用。2）“8”字形開行路線。即裝土、運土和卸土時按“8”字形運行，可減少轉彎次數和空車行駛距離，提高生產率，同時可避免機械行駛部分單側磨損。3）大環(huán)形開行路線。從挖方到填方均按封閉的環(huán)形路線回轉。當挖土和填土交替，而剛好填土區(qū)在挖土區(qū)的兩端頭，則可采用大環(huán)路線。4）連續(xù)式開行路線。鏟運機在同一直線段連續(xù)地進行鏟土和卸土作業(yè)，可消除跑空車現象，減少轉彎次數，提高生產效率，同時還可使整個填方面積得到均勻壓實。適合于大面積場地整平，且填方和挖方輪次交替出現的地段采用。為了提高鏟運機的生產效率，通常采用以下幾種方法：1）下坡鏟土法。鏟運機順地勢下坡鏟土，借機械下行自重產生的附加牽引力來增加切土深度和充盈數量，最大坡度不應超過20，鏟土厚度以20cm為宜。2）溝槽鏟土法。在較堅硬的地段挖土時，采取預留土埂間隔鏟土。土埂兩邊溝槽深度以不大于0.3m、寬度略大于鏟斗寬度1020cm為宜。作業(yè)時埂與槽交替下挖。3）助鏟法。在堅硬的土體中，使用自行式鏟運機，另配一臺推土機松土或在鏟運機的后拖桿上進行頂推，協助鏟土，可縮短鏟土時間。每34臺鏟運機配置一臺推土機助鏟，可提高生產率30%左右。4.2.4 力開挖機械水力開挖主要有水槍開挖和吸泥船開挖兩種。1.水槍開挖水槍開挖就是利用水槍噴嘴射出的高速水流切割土體形成泥漿，然后輸送到指定地點的開挖方法。水槍可在平面上回轉360，在立面上仰俯5060，射程達2030m，切割分解形成泥漿后，沿輸泥溝自流或由吸泥泵經管道輸送至填筑地點。利用水槍開挖土料場、基坑、節(jié)約勞力和大型挖運機械，經濟效益明顯。水槍開挖適于砂土、亞黏土和淤泥，可用于水力沖填筑壩。對于硬土，可先進行預松，以提高水槍挖土工效。2.吸泥船開挖吸泥船是利用挖泥船下的絞刀將水下土方絞成泥漿，由泥漿泵吸起經浮動輸泥管運至岸上或運泥船上。4.3 土料壓實4.3.1 土料壓實基本理論土是松散顆粒的集合體，其自身的穩(wěn)定性主要取決于土粒內摩擦力和粘結力。而土料的內摩擦力、凝聚力和抗?jié)B性都與土的密實性有關，密實性越大，物理力學性能就越好。例如，干表觀密度為1.4t/m3的砂壤土，壓實后若能夠提高到1.7t/m3，其抗壓強度可以提高4倍，滲透系數將降至原來的1/2000。由于土料壓實，可使壩坡加陡，工程量減少，施工進度加快。土料壓實效果與土料的性質、顆粒組成與級配、含水率以及壓實功能有關。黏性土與非黏性土的壓實有顯著的差別。一般黏性土的黏結力較大，摩擦力較小，具有較大的壓縮性，但由于它的透水性小，排水困難，壓縮過程慢，所以很難達到固結壓實。而非黏性土料正好相反，它的黏結力小，摩擦力大，具有較小的壓縮性，但由于它的透水性大，排水容易，壓縮過程快，所以能很快達到密實。土料顆粒大小與組成也影響壓實效果。顆粒越細，空隙比越大，就越不容易壓實。所以黏性土壓實干表觀密度低于非黏性土壓實干表觀密度。顆粒不均勻的砂礫料比顆粒均勻的砂礫料達到的干表觀密度要大一些。含水量是影響?zhàn)ば酝翂簩嵭Ч闹匾蛩刂?。當壓實功能一定時，黏性土的干表觀密度隨含水量的增大而增大，并達到最大值，此時的含水量為最優(yōu)，大于此含水量后，干表觀密度會減少，因此時土料逐漸飽和，外力被土料內自由水抵消。非黏性土料的透水性大，排水容易，不存在最優(yōu)含水量，故對含水量不作專門控制。壓實功能的大小，也影響著土料干表觀密度的大小。壓實功能增大，干表觀密度也隨之增大，而最優(yōu)含水量隨之減小。說明同一種土料的最優(yōu)含水量和最大干表觀密度，隨壓實功能的改變而變化，這種特性對于含水量過低或過高的土料更為顯著。4.3.2 土料壓實方法與機械壓實方法按其作用原理分為碾壓、夯擊和振動三類。碾壓和夯擊用于各類土，振動法僅適用于砂性土。根據壓實原理，制成各種機械。常用的機械有羊腳碾、氣胎碾、振動碾和夯實機械。1.羊腳碾羊角碾是碾的滾筒表面設有交錯排列的柱體，形似羊腳。碾壓時，羊腳插入土料內部，使羊腳底部土料受到正壓力，羊腳四周側面土料受到擠壓力，碾筒轉動時土料受到羊腳的揉搓力，從而使土料層均勻受壓。羊腳碾壓實層厚，層間結合好，壓實度高，壓實質量好，但僅適于黏性土。非黏性土壓實中，由于土顆粒產生豎向及側向移動，效果不好。壓實原理見圖4-10。圖4-10 羊腳碾壓實原理 圖4-11 氣胎碾壓實原理羊腳碾壓實的方法有以下兩種：1）回轉套壓法。即先沿填土一側開始，逐圈錯距以螺旋形開行，逐漸移動進行壓實，機械始終前進開行，生產率高，適用于寬闊的工作面，并可多臺羊腳碾同時前進工作。但拐角處及錯距交叉處易產生重壓和漏壓。2）進退錯距法。即沿直線前進后退壓實，反復行駛，達到要求后錯距，重復進行。此種方式壓實質量好，遍數好控制，但后退操作不便，用于狹窄工作面。壓實遍數可按下式計算： （43）式中 S碾筒表面面積，； F 羊腳的端面積，； M羊腳的數量；K碾壓時羊腳在土料表面分布不均勻修正系數，一般取1.3。2.氣胎碾氣胎碾是由拖拉機牽引，以充氣輪胎作為壓實構件，利用碾的重量來壓實土料的一種碾壓機械。這種碾子是一種柔性碾，碾壓時碾和土料共同變形，其原理見圖4-11。胎面與土層表面的接觸壓力與碾重關系不大，可通過改變輪胎氣壓的方法來調節(jié)接觸壓力的大小，增加碾重（一般重量為830t，重型的可達到50200t），可以增加與土層接觸面積，壓實深度大，生產效率高，施工費用比凸塊碾低。與剛性平碾相比，氣胎碾壓實效果較好。缺點是需加刨毛等工序，以加強碾壓上下層的結合。氣胎碾的適應范圍廣，對黏性土和非黏性土都能壓實，在多雨地區(qū)或含水量較高的土料更能突出它的優(yōu)點。其與羊腳碾聯合作業(yè)效果更佳，如用氣胎碾壓實，如用氣胎碾壓實，羊腳碾收面，有利于上下層結合；羊腳碾碾壓，氣胎碾收面，有利于防雨。3.振動碾振動碾是一種具有靜壓和振動雙重功能的復合型壓實機械。常見的類型是振動平碾，也有振動變形（表面設凸塊、肋形、羊腳等）碾。它是由起振柴油機帶動碾滾內的偏心軸旋轉，通過連接碾面的隔板，將振動力傳至碾滾表面，然后以壓力波的形式傳到土體內部。非黏性土的顆粒比較粗，在這種小振幅、高頻率的振動力的作用下，摩擦力大大減小，由于顆粒不均勻，慣性力大小不同而產生相對位移，細?；氪至？障抖箍障扼w積減小，從而使土料達到密實。因此，振動碾主要用于壓實非黏性土。振動碾的構造見圖4-12。由于振動力的作用，土中的應力可提高45倍，壓實層達1m以上，有的高達2m，生產率很高。振動碾可以有效地壓實堆石體、砂礫料和礫質土，也能壓實黏性土，是土壩砂殼、堆石壩碾壓必不可少的工具，應用非常廣泛。圖4-12 振動碾構造示意圖1牽引掛鉤；2碾滾；3軸；4偏心塊；5輪；6車架側壁；7隔板；8彈簧懸架4.夯實機械夯實機械是利用夯實機具的沖擊力來壓實土料的，由強夯機、挖掘機夯板等，用于夯實砂礫料，也可以夯實黏性土。適于在碾壓機械難以施工的部位壓實土料。（1）強夯機。是一種發(fā)展很快的強力夯實機械。它由高架起重機和鑄鐵塊或鋼筋混凝土塊做成的夯砣組成。夯砣的重量一般為1040t，由起重機提升1040m高后自由下落沖擊土層，影響深度達45m。壓實效果好，生產率高，用于雜土填方、軟基及水下地層。（2）挖掘機夯板。是一種用起重機械或正向鏟挖掘機改裝而成的夯實機械。其結構見圖4-13。夯板一般做成圓形或方形。面積約1，重量為12t，提升高度為34m。主要優(yōu)點是壓實功能大，生產率高，有利于雨季、冬季施工。當石塊直徑大于50cm時，工效大大降低，壓實黏性土料時，表層容易發(fā)生剪切破壞，有逐漸被振動碾取代之勢。圖4-13 挖掘機夯板示意圖1夯板；2控制方向桿；3支桿；4起重索；5定位桿4.3.3 壓實標準、壓實參數確定及壓實試驗1.壓實標準土料壓實越好，其物理力學性能越好，壩體質量就越有保證。但對土料過分壓實，不僅提高了費用，還會造成剪切破壞。因此，應確定合理的壓實標準。(1)黏性土料粘性土料的壓實標準，主要以壓實干表觀密度和施工含水量這兩個指標來控制。1）壓實干表觀密度。用擊實試驗來確定。我國采用擊實儀25擊（89.75tm/）作為標準壓實功能，得出一般不少于2530組最大干密度的平均值（t/）作為依據，從而確定設計干密度（t/）：=m （44）式中 m施工條件系數，一般、級壩及高壩，采用0.970.99，中低壩采用0.950.97。這種方法對大多數粘性土料是合理的、適用的。但是，土料的塑限含水量、黏粒含量不同，對壓實度都有影響，應進行以下修正：以塑限含水量為最優(yōu)含水量，由試驗從壓實功能與最大干表觀密度和最優(yōu)含水量曲線上初步確定壓實功能，當天然含水量與塑限含水量接近且易于施工時，以天然含水量作為最優(yōu)含水量確定壓實功能；考慮沉降控制的要求，通過控制壓縮系數=0.00980.0196c/kg，確定干表觀密度。2）施工含水量。是由標準擊實條件時的最大干表觀密度確定的，但最大干表觀密度對應的最優(yōu)含水量是一個點值，而實際的天然含水量總是在某一范圍內變化。為適應施工的要求，必須圍繞最優(yōu)含水量規(guī)定一個范圍，即含水量的上下限。即在擊實曲線上，以設計干表觀密度值做水平線，與曲線相交的兩點就是施工含水量的控制范圍。如圖4-14所示。圖4-14 設計干表觀密度與施工含水量范圍(2) 砂土及砂礫石砂土及砂礫石的壓實程度與顆粒級配及壓實功能關系密切，一般用相對密度表示。 （45）式中 砂石料的最大孔隙比； 砂石料的最小孔隙比； e設計孔隙比。在施工現場，當使用相對密度不方便時，可換算成相應的干表觀密度（t/）： =/-（-） （46）式中 砂石料最大干表觀密度，t/； 砂石料最小干表觀密度，t/。在填方工程中，一級建筑物可取=0.70.75，二級建筑物可取=0.650.7。(3)石渣及堆石體石渣及堆石體作為壩殼填筑料，壓實標準一般用空隙率表示。根據國內外的經驗，碾壓式堆石壩壩體壓實后空隙率應小于30%,為了防止過大的沉降，一般規(guī)定為22%28%。上游主堆石區(qū)標準為21%25%。2壓實參數確定壓實參數包括碾壓機具重量、含水量、碾壓遍數及鋪土厚度等。根據土料的性質、顆粒大小及組成、壓實標準等條件初步確定壓實機械的類型后，還應進一步確定壓實參數，使之達到經濟合理。最好的方法是進行現場碾壓試驗，確定施工控制含水量、鋪土厚度和壓實遍數。3壓實試驗現場壓實試驗是土石壩施工中的一項技術措施。通過壓實試驗核實壩料設計填筑指標的合理性，作為選擇壓實機械類型和施工參數的依據。土料的壓實試驗，是根據已選擇的壓實機械，來確定鋪土厚度、壓實遍數及相應的含水量。應選擇有代表性的土料，各料場如有差異，應分別試驗。實驗組合方法一般采用淘汰法，也叫逐步收斂法。此法每次變動一種參數，固定其他參數，通過試驗求出該參數的適宜值，依次類推。待各項參數選定后，用選定參數進行復核試驗。這種方法的優(yōu)點是，效果相同時試驗總數較少。試驗場地應平坦、堅實，靠近水源，地形開闊，有水電附屬設施。用試驗土料先在地基上鋪筑一層，壓實到設計標準，將這一層作為基層，然后在上面進行碾壓試驗。試驗區(qū)的面積，每個試驗組合面積為：黏土不小于5m2m(長寬)；礫石土、風化礫石土、砂及砂礫不小于4m8m；卵漂石、堆石料不小于6m10m。由于碾壓時產生側向擠壓，因此試驗區(qū)的兩側應各留出一個碾寬，試驗區(qū)的兩端各留45m（黏土）或810m（堆石壩）作為非試驗區(qū)，以滿足停車和錯車的要求。一般一場試驗可完成十幾或幾十個組合試驗。淘汰法每場只變動一種參數，一般一場試驗布置個組合試驗，黏性土及堆石料一場試驗布置如圖415、圖416所示。圖4-15 黏性土壓實試驗場地布置 圖4-16 堆石料壓實試驗場地布置按不同壓實遍數（n）、不同鋪土厚度（h）和不同含水量（W）進行壓實、取樣。每一個組合取樣數量為：黏土、砂礫石1015個；砂及砂礫68個；堆石料不少于3個。分別測定干表觀密度、含水率和顆粒級配?？衫L出不同鋪土厚度時壓實遍數、干表觀密度與含水量關系曲線，見圖417。根據上述關系曲線，可作h、n、關系曲線，如圖418所示。圖4-17 鋪土厚度、壓實遍數 圖4-18 鋪土厚度、壓實遍數與與干表觀密度、含水量關系曲線 最大干密度、最優(yōu)含水量關系曲線在圖418曲線上，根據設計干表觀密度，分別查取不同鋪土厚度所需的碾壓遍數a、b、c及相應的最優(yōu)含水量d、e、f。然后計算壓實遍數與鋪土厚度的比值，即a/、b/和c/，取最小者。因為單位鋪土厚度的壓實遍數最少，需要壓實功能最小，最經濟合理。確定了合理的壓實參數后，將選定的含水量控制范圍與天然含水量比較，看是否便于施工控制，否則，應適當改變含水量或其他參數再進行試驗。4.4 土方特殊季節(jié)施工4.4.1 土方冬季施工冬季土方施工，由于0以下凍結，注意防凍和保溫措施。1防凍：降低土埌中的含水量，挖排水溝、截水溝,使土中含水量到塑限0.9倍，施工中不再加水，其中凍土塊不超過15%，凍土塊粒徑d 鋪土厚，且連續(xù)作業(yè)，加1%食鹽等措施，可使施工繼續(xù)在-12的條件下進行。下層未凍前迅速復蓋上一層，及時清除凍土，有利防止土料凍結。水利水電工程建設強制性標準SDJ213-83第8.3.5條規(guī)定，負溫下填筑，應做好壓實土層防凍保溫工作，避免土層凍結。均質壩體及心墻、斜墻等防滲體不得凍結，否則必須將凍結部分挖除。2保溫：（1）復蓋隔熱材料；在填筑壓實土體表面加一層保溫復蓋層，以免凍結。（2）松土：在填筑土層表面層刨松，使表面松土對下層土層達到保溫作用，防止下層凍結。（3）加熱：在重要關鍵部位可考慮采用加熱防凍措施。4.4.2 雨季施工雨季施工，注意排水和防雨措施，首先根據工程進展、施工要求及氣候變化等，制訂施工組織設計，取土場高程不被水淹、土料儲備滿足需要，并修建排水設施。如若土場含水量偏高，應采取翻曬處理，或輪換掌子面的辦法，使土料含水量降到規(guī)定的范圍內。另外在含水量偏高的土料中摻入干土料摻含攪拌均勻后上壩填筑。再就是在土料場采用防雨措施，搭蓋防雨棚，以防雨水淋濕土場。4.5 土方工程施工質量控制及施工安全技術施工質量檢測與控制是土方工程質量和安全的重要保證，它貫穿于施工的各個環(huán)節(jié)和施工全過程。它包括料場和壩面的質檢與控制。4.5.1 料場的質量檢測與控制首先對料場規(guī)劃，對料場質與量要保證滿足要求，量方面要求實際開采總量與 體填筑量之比一般為：土料22.5，砂礫料1.52，水下砂礫料23，石料1.52，反濾料為篩后有效方量不少于3。料場規(guī)劃還應從空間（上下游、左右岸，不同高程）和時間（季節(jié)、雨季、汛期、非汛期）上進行規(guī)劃。對料場質量檢查與控制從以下幾方面進行：1對土料場應經常檢查所取土料的土質情況、土質大小、雜質含量和含水量等。其中含水量的檢查和控制尤為重要。2若土料的含水量偏高，一方面應改善料場的排水條件和采取防雨措施，另一方面需將含水量偏高的土料進行翻曬處理，或采取輪掌子面的辦法，使土料含水量降低到規(guī)定范圍再開挖。3當含水量偏低時，對于黏性土料應考慮在料場加水。料場加水的有效方法是采用分塊筑畦埂，灌水浸漬，輪換取土。地形高差大也可采用噴灌機噴灑。無論哪種加水方式，均應進行現場試驗。對非黏性土料可用灑水車在壩面噴灑加水，避免運輸時從料場至壩上的水量損失。4當土料含水量不均勻時，應考慮堆筑“土?！保ù笸炼眩?，使含水量均勻后再外運。4.5.2 壩面的質量檢查和控制1在壩面作業(yè)中，應對鋪土厚度、土塊大小、含水量、壓實后的干密度等進行檢查，并提出質量控制措施。對黏性土、含水量的檢測是關鍵，可用含水量測定儀測定。干密度的測定，黏性土一般可用體積為200500cm3的環(huán)刀測定；砂可用體積為500cm3的環(huán)刀測定；礫質土、砂礫料、反濾料用灌水法或灌砂法測定；堆石因其空隙大，一般用灌用法測定。當砂礫料因缺乏細料而架空時，也用灌用法測定。2根據地形、地質、壩料特性等因素，在施工特征部位和防滲體中，選定一些固定取樣斷面，沿壩高510m，取代表性試樣（總數不宜少于30個）進行室內物理力學性能試驗，作為核對設計及工程管理之根據。此外，還須對壩面、壩基、削坡、壩肩接合部、與剛性建筑物連接以及各種土料的過渡帶進行檢查。對土層層間結合處是否出現光面和剪力破壞應引起足夠重視，認真檢查。對施工中發(fā)現的可疑問題。如上壩土料的土質、含水量不符合要求，漏壓或碾壓遍數不夠，超壓或碾壓遍數過多，鋪土百度不均勻及坑洼部位等，應進行重點抽查，不合格的應進行返工。3對于反濾層、過渡層、壩殼等非黏性土的填筑，主要應控制壓實參數。在填筑排水反濾層過程中，每層在25m25m的面積內取樣12個；對條形反濾層，每隔50m設一取樣斷面，每個取樣斷面每層取樣不得少于4個，均勻分布在斷面的不同部位，且層間取樣位置應彼此對應。對于反濾層鋪填的厚度、是否混有雜物、填料的質量及顆粒級配等應全面檢查。通過顆粒分析，查明反濾層的層間系數（）和每層的顆粒不均勻系數（）是否符合設計要求。如不符要求，應重新篩選，重新鋪填。4土壩的堆石棱體與堆石體的質量檢查大體相同。主要應檢查上壩石料的質量、風化程度、石塊的重量、尺寸、形狀、堆筑過程有無離析架空現象發(fā)生等。對于堆石的級配、孔隙率大小，應分層分段取樣，檢查是否符合規(guī)范要求。隨壩體的填筑應分層埋設沉降管，對施工過程中壩體的深陷進行定期觀測，并作出深陷隨時間的變化過程線。5對于壩體填料的質量檢查記錄，應及時整理，分別編號存檔，編制數據庫，即作為施工過程全面質量管理的依據，也作為壩體運行后進行長期觀測和事故分析的佐證。6根據水利水電工程建設強制性標準（1）埧體填筑要求1）防滲體填筑，應逐層取樣檢測合格后，方可繼續(xù)鋪填。反濾料、埧殼砂礫料和堆石料的填筑，應逐層檢查埧層料質量、鋪料厚高、灑水量、嚴格控制壓實參數，經檢合格方可繼續(xù)填筑。2）防滲體與兩岸坡及上下游反濾料必須平起施工。3）雨后復工處理要徹底，防滲體表層清漬水，清除混雜活染土，再翻松、晾曬使土料含水量達標。4）埧基填筑應在凍結前處理好，并預先填12m松土或其它防凍措施，防止埧基凍結。若有部分埧基凍結，需仔細檢查。如粘性土含水率小于塑限，砂礫地基凍結后無顯著冰夾層和凍脹現象，經監(jiān)理批準方可繼續(xù)填筑。5）土層中嚴禁夾冰雪，不得含凍塊。必要時減薄層厚，加大壓實功能，保證達設計要求。下雪后復工前應清理埧面積雪，檢查合格后方可復工。（2）結合部位處理：1）防滲體與埧基結合部位應控制含水量與壓實卸接處理好；2）防滲體與岸坡結合部位宜選粘土，薄層小機具壓實，嚴禁漏欠壓，搭接不小于1m，采用緩坡連接。鋪料前應刨毛或灑水。3）施工質量控制要求：見表4-10表4-10 埧凍壓實檢查次數埧料類別及部位檢查項目取樣（檢測）次數防滲體粘性土邊角夯實部位干密度、含水率2-3次/層碾壓面1次/100-200m3均質埧1次/200-500m3礫質土邊角夯實部位