病险水库整治论文--浅谈水库除险加固土石坝回填施工
浅谈水库除险加固土石坝回填施工一、基本情况龙岩水库位于泸州市泸县海潮镇境内，地处海潮镇陈湾村，距海潮镇4.5kmo水库枢纽建在沱江流域澈溪河支流，属沱江水系。坝址以上集雨面积0.7km2,上游主河道长1.71km,平均坡降40.765%。。水库枢纽工程包括大坝、溢洪道、放水设施。水库总库容40.87万m3,校核洪水位309.81m；设计洪水位309.44m；正常库容31.89万m3,正常水位308.57m；死库容9.94万死水位304.10m。本次整治后，水库总库容40.32万校核洪水位309.74m；设计洪水位309.39m；正常库容31.89万代，正常水位30&57m；死库容9.94万m3,死水位304.10m。水库设计灌溉面积500亩，实际灌面450亩，是一座具有防洪、灌溉、供水等综合效益的小(2)型水库。龙岩水库始于1957年动工兴建，1958年2月工程竣工，运行过程中大坝出现内外滑坡，受财力所限，当吋只进行了局部开挖回填处理，但效果不佳，每年汛期均岀现一定的险情。2004年3刀至10刀由市财政补助5万元，乡镇自筹18万元，对大坝进行了上游坝坡护坡，下游坝坡局部放缓，扩宽溢洪道等措施。因资金不足，溢洪道底板末衬砌，泄槽不完善，无消力池；坝基渗漏末处理。现大坝下游坝坡下半段坝坡仍处于滑动变形屮。大坝为均质土坝，坝轴线长80m,坝顶宽4.4叫坝顶高程310.60m,最大坝高13.8m。大坝上游坝坡坡比1:1.5,高程304.10m至坝顶310.60m已用磴护坡;下游坝坡为3级，坡比分别为1:2.2,1:2.4.1:2.7,未护坡，无排水棱体。坝顶末硬化，现通村机耕道从坝顶通n过，破损严重，坝基渗漏，下游坝坡脚已呈沼泽化。针对大坝现状，采取坝体培厚措施，以防止大坝不稳定带来的隐患。二、料场规划在整个除险加固过程中，料场的合理规划和使用，是土石坝施工中的关键技术之一，它不仅关系到坝体的施工质量、工期和工程造价,甚至还会影响到周围的农林业生产。施工前，应配合施工组织设计，对各类料场作进一步的勘探和总体规划、分期开采计划。使各种坝料有计划、有次序地开采出来，以满足坝体施工的要求。选用料场材料的物理力学性质，应满足坝体设计施工质量要求，勘探中的可供开采量不少于设计需要量的2倍。在储量集中主要料区，布置大型开采设备，避免经常性的转移；保留一定的备用料场（为主要料场总储量的20%〜30%）和近料场，作为施工过程中应急Z用。在料场的使用时间及程序上，规划时应考虑含水量高料场夏季用，含水量低料场雨季用。施工强度高时利用近料，强度低时利用远料，平衡运输强度，避免窝工。对料场高程与相应的填筑部位，应选择恰当，布置合理，有利于重车下坡。作到就近取料，低料低用，高料高用；避免上下游料过坝的交叉运输，减少干扰。充分合理地利用开挖弃渣料，对降低工程造价和保证施工质量具有重要的意义。作到弃渣无隐患，不影响环保。在料场规划中应考虑到挖、填各种坝料的综合平衡，作好土石方的调度规划，合理用料。n料场的覆盖剥离层薄，有效料层厚，便于开采，获得率高。减少料物堆存、倒运，作好料场的防洪、排水、防止料物污染和分离。不占或少占农业耕地，作到占地还地、占田还田。总之，在料场的规划和开采，考虑的因素很多而但又很灵活。对拟定的规划、供料方案，在施工中不合适的即使进行调整，以取得最佳的技术经济效果。三、土石料的开挖和运输在除险加固的整个施工过程中，从料场的开挖、运输，到坝面的平料和压实等各项工序，都可由互相配套的工程机械来完成，构成“一条龙”式的施工工艺流程，即综合机械化施工，实现综合机械化施工,对提高施工技术水平，加快工程建设进度，具有十分重要的意义。1、开挖运输方案坝料的开挖与运输，是保证上坝强度的重要环节之一。开挖运输方案，主要具坝体结构布置特点、坝料性质、填筑强度、料场特性、运距远近、可供选择的机械型号等多种因素，经综合分析比较确定我县的病险水库除险加固施工过程事主要采用正向铲开挖，自卸汽乍运输上坝。正向铲开挖、装载，自卸汽车运输直接上坝，通常运距小于10kmo自卸汽车可运各种坝料，运输能力高，设备通用，能直接铺料,机动灵活，转弯半径小，爬坡能力较强，管理方便，设备易于获得。在施工布置上，正向铲一般都采用立面开挖，汽车运输道路可布置成循环路，装料时停在挖掘机一侧的同一平面上，既汽车鱼贯式地装料n与行驶。这种布置形式，可避免或减少汽车的倒车时间，正向铲采用60°~90°的转角侧向卸料，凹转角度小，生产率高，能充分发挥正向铲与汽车的效率。2.开挖运输机械设备容量确定施工过程屮应根据坝体分期施工的填筑强度和开挖强度来确定相应的机械设备容量，可按q尸KXKiXV/TXN式中：q
Pco为了充分发挥自卸汽车的运输效能，应根据挖掘机械的斗容选择具有适当斗容量（或载重量）的汽车。挖掘机装满一车斗数的合理范围应为3〜5斗，通常要求装满一车时间不超过3.5〜4min,卸车是不超过2mino四、土料压实土石料的压实，是土石坝施工质量的关键。维持土石坝自身稳定的土料内部主力（粘结力和摩擦力）、土料的防渗性能等，都是随土料密实度的增加而提高。例如，于表观密度为1.4t/m3的砂壤土，压实后若提高到1.7t/m3,其抗压强度可提高4倍，渗透系数将降低至1：2000o由于土料压实结果，可使坝坡加陡，加快施工进度，降低工程投资。1、土料压实特性土料压实特性，与土料口身的性质，颗粒组成情况、级配特点、含水量大小以及压实功能等有关。n对于粘性土和非粘性土的压实有显著的差别。一般粘性土的粘结力较大，摩擦力较小，具有较大的压缩性，但由于它的透水性小，排水困难，压缩过程慢，所以很难达到固结压实。而非粘性土料则相反,它的粘结力小，摩擦力大，具有较小的压缩性，但由于它的透水性大,排水容易，压缩过程快，能很快达到压实。土料颗粒粗细组成也影响压实效果。颗粒愈细，空隙比就愈大，所以含矿物分散度愈大，就愈不容易压实。所以粘性土的压实干表观密度低于非粘性土的压实干表观密度。颗粒不均匀的砂砾料，比颗粒均匀的细砂可能达到的干表观密度要大一些。土料的含水量是影响压实效果的重要因素之一。用原南京水利实验处击实仪（南实仪）对粘性土的击实试验，得到的一组击实次数、干表观密度与含水量的关系曲线说明了以上关系的存在。非粘性土料的透水性大，排水容易，压实过程快，能够很快达到压实，不存在最优含水量，含水量不做专门控制。这是非粘性土料与粘性土料压实特性的根本区别。压实功能大小，也影响着土料干表观密度的大小，击实次数增加，干表观密度也随之增大而最优含水量则随之减小。说明同一种土料的最优含水量和最大干表观密度并不是一个恒定值，而是随压实功能的不同而异。一般说来，增加压实功能可增加干表观密度，这种特性，对于含水量较低（小于最优含水量）的土料比对于含水量较高（大于最优含水量）的土料更为显著。2、土石料的压实标准n土料压实得越好，物理力学性能指标就越高，坝体填筑质量就越有保证。但土料的过分压实，不仅提高了压实费用，而且会产生剪力破坏，反而达不到应有的技术经济效果。可见对坝料的压实应有一定的标准，rti于坝料性质不同，因而压实的标准也各异。(1)粘性土料(防渗体)粘性土的压实标准，主要以压实干表观密度和施工含水量这两指标来控制。1•用击实试验来确定压实标准；2•用最优饱和度于塑限的关系；计算最大干表观密度；3•施工含水量确定。(2)砂土及砂砾石砂土及砂砾石是填筑坝体或坝壳的主要材料之一，对其填筑密度也应有严格耍求。它的压实程度与粒径级配和压实功能有密切的关系，一般用相对密度Dr来表示:Dr=(e^-e)/(emax-erain)emax——砂石料的最人空隙比;erain——砂石料的最小空隙比;e——设计空隙比。在施工现场，对相对密度进行控制仍不方便，通常将相对密度换算成相应的干表观密度rp(t/m3)，作为控制的依据.rp=rmaxXtmin/Ermax-Dr(tmax-"Tmin)]式中rmax砂石料最大干表观密度，t/m3；rmin——砂石料最小T•表观密度，t/m3on设计的相对密度，与地震等级、坝高等有关。一般情况下Dr不宜低于0.67。对砂性土，还要求颗粒不能太小和过于均匀，级配要适当，并有较高的密实度，防止产牛•液化。(1)石渣及堆石体(坝壳料)石渣或堆石体作为坝壳材料，可用空隙率作为压实指标。根据国内外的工程实践经验，碾压式堆石体空隙率应小于30%,控制空隙率在适当范围内，有利于防止过大的沉陷和湿陷裂缝。一般规定其压实空隙率为22%〜28%左右(压实平均干表观密度为2.04〜2.24t/m3)以及相应的碾压参数。2.压实机械及压实参变数压实机械对工程进度，工程质量和造价有很大的影响。压实机械的选择原则：应根据筑坝材料的性质、原状土的结构状态、填筑方法、施工强度及作业面积的大小等，选择性能能达到设计施工质量标准的碾压设备类型。如按不同材料分别配苣不同的压实机械，就会出现机械闲置的情况。所以确定机械种类和台数时，还应从填筑整体出发，考虑互相配合使用的可能。(1)、羊脚碾羊脚碾的羊脚插入土屮，不仅使羊脚底部的土料受到压实，而且使侧向上午土料也受到挤压，从而达到均匀的压实效果。羊脚碾仅适用于压实粘性土料和粘土，不适合压非粘性土。土料压实层在一定深n度的范围内，可以获得较高的压实干表观密度，但土体的干表观密度沿深度方向的分布不均匀。羊脚碾的独特优点是能够翻松表面土层，可省去刨毛工序，保证了上下十层的结合质量。此外，羊脚碾还能起到混合土料的作用，可以使土料级配和含水量比较均匀。羊脚顶端接触应力的过大或过小，都会降低碾压效果。(1)、气胎碾气胎碾适用于压实粘土料，也适合于压实非粘性土料，如粘性土、粘土、砂质土和沙砾料等，都可以获得较好的压实效果。气胎碾的充气轮胎，在压实过程中具有一定的弹性，可以和压实的土料同时发生变形，轮胎与土料的接触应力，主要取决于轮胎的充气压力，与轮胎的荷载大小无关。（3）、振动碾振动碾是一种以碾重静压和振动力共同作用的压实机械，较之没有振动的压实机械，土中应力可提高4〜5倍，因而它能有效地压实堆石体、砂砾料和砾质土；也可用与压实粘性土和粘土。（4）、夯实机械（重锤）夯板使用于压实沙砾料、砾质土和粘性土，也可用于压实粘土。五、坝体填筑土石坝的坝基开挖、基础处理及隐蔽工程等验收合格后，就可以全面展开坝体填筑。坝体填筑包括基本作业（卸料、平料、压实及质检）和辅助作业（洒水、刨毛］清理坝面和接触缝处理）。n坝面流水作业土石坝填筑必须严密组织，保证各工序的衔接，通常采用分段流水作业。分段流水作业，是根据施工工序数冃，将坝面分段，组织各工种的专业队伍，依次进入各工段施工。对同一工段来讲，各专业队按工序依次连续施工；对各专业队来讲，依次连续地在各工段完成固定的专业工作。进行流水作业，有利于施工队伍技术水平的提高，保证施工过程中人、地和机具的充分利用，避免施工干扰，有利于坝面连续有序的施工。1.组织流水作业原则1）流水作业方向和工作段大小的划分，要与相应高程的坝面面积相适应，并满足施工机械正常作业要求。宽度应大于碾压机械能错车与压实的最小宽度，或卸料汽车最小转弯半径的2倍，一般为10〜20m；长度主要考虑碾压机械的作业要求，一般为40~100m。其布置形式（A.垂直坝轴线流水；B.平行坝轴线流水；C.交叉流水）。2）坝体填筑工序，按基本作业内容进行划分（辅助作业可穿插进行，不过多占用基本作业时间），其数目与填筑面积大小，铺料方式、施工强度和季节等有关。一般多划分为铺料和压实2个工序；也有划分为铺料、压实、质检3个工序或铺料、平料、压实、质检4个工序。为保证个工序能同时施工，坝面划分的工作段数目至少应等于相应的工序数冃；在坝面较大或强度较低的情况下，工作段数可大于工序数。3）完成填筑土料的作业时间，应控制在一个班以内，最多不超n过一个半班，冬夏季施工为防止热量和水分散失，应尽量缩短作业循环时间。4）应将反滤料和防渗料的施工紧密配合，统一安排。1.拟定流水作业程序1）拟定工序数口n.2）拟定流水作业单位吋间t（h）:t=aXT/n式中T—一个班内有效工作时间,h/班；n~工序数目；a-同一段各工序循环一次所用的班数，一般取1〜1・5・3)计算T作段面积w(m2):w=q/hXt/T式中：q——坝体填筑相应高程的松土上坝强度，013/班；H每层铺松土厚度，m;T——一个班内有效时间，h/班；T——单位时间(h).4)计算工作段数目m,即：m=S/w式中：S—坝体相应高程的填筑面积，m2；w--工作段面积，m2o若in〈n时，流水作业不能止常进行，需要进行适当调整，使两者相等。调整途径为合并某些工序以减少n；缩短流水单位时间t以增加mon2、卸料及平料通常采用自卸汽车、胶带机直接进入坝面卸料，由推土机平铺成要求的厚度。口卸汽车倒土的间距应使后面的平料工作减少，而且便于铺成要求的厚度。在坝面各料区的边界处，铺料会有出入，通常规定其它材料不准进入防渗区边界线的内侧，边界外侧铺土距边界线的距离不能超过5cm。为配合碾压施工，防渗体土料铺筑应平行于坝轴线方向进行。1)、自卸汽车卸料自卸汽车可分为后卸、底卸和侧卸三种。底卸式汽车可边行驶边卸料，但不能运输大粒径的块石或漂石；侧卸式汽车适用运输反滤料及有固定卸料点的运输。自卸汽车上坝的运输线路布置，取决于坝址两岸地形条件，枢纽布置，坝的高低，上坝强度等因素。主要有两种布置方式：一种为汽车自两岸(或一岸)岸坡上坝公路上坝，因此采用由两岸向中央(或一岸想另一岸)进占方式；另一种为汽车沿坝坡“之”字形公路上坝。(1)土料当用自卸汽车防渗土料时，为了避免重型汽车多次反复在已压实的填筑土层上行驶，会使土层产生弹簧土、光面与剪力破坏，严重影响结合层的质量，应采取进占法卸料与平料。即汽车卸料方向向前进展，一边卸料，推土机也随即平料，交替作业，汽车在刚平好的松土上行驶，重车行驶坝面路线应尽量不重复。(2)砂砾料，一般粒径较小，推土机很容易在料堆上平土，因n此，可采用常规的后退法卸料，即汽车卸料方向后退扩展。(1)堆石料堆石料往往含大量的大块径石料，不仅影响推土机、汽车在卸料上行驶，还容易损坏推土机履带和汽车的轮胎；而且也难以将堆石料散开。可采用进占法卸料，推土机随即平料，这样大粒径块石易推至铺料前沿的下部，细部粒料填入堆石体上部的空隙，使表面平整，便于车辆通行。1)、胶带机上坝布置及卸料(1)上坝布置上坝胶带机应根据地形、坝长、施工场地具体条件、运输强度以及施工分期等因素进行布置。布置方式主要有：①岸坡式布置；②坝坡式布置。（2）胶带机坝面卸料与铺土厚度或压实T具有关，可适用于粘性土、砂砾料、砂质土。其优点是可利用坝坡直接上坝，不需专门道路，但要配合专门机械或人工散料，随着坝体升高，将经常移动胶带机，一般有以下儿种卸、散料方式：①摇臂胶带机卸料、推土机散料;②摇臂胶带机卸料，人工——手推车散料。3）、碾压方法坝面的填筑压实，应按一定的次序进行，避免发生漏压与超压。防渗体土料的碾压方向，应平行坝轴线方向进行，不得垂直于坝轴线方向碾压，避免局部漏压形成横穿坝体的集中渗流带。碾压机械行驶的行与行之间必须重叠20〜30cm左右，以免产生漏压。此外，坝料分区之间的边界也容易成为漏压的薄弱带，必须特别注意要互相重叠n碾压。根据工程实践经验，碾压机械行驶速度大小，对坝料（如粘性土）压实效果有一定的影响，各种碾压机械的行驶速度，…般应通过试验确定。自行式碾压机械的行驶速度以1〜2档为宜。羊脚碾、气胎碾可釆用进退错距法或转圈套压法两种。4）、结合部位施工土石坝施工中，坝体的防渗土料不可避免地与地基、岸坡、周围其他建筑的边界相结合；由于施工导流、施工方法、分期分段分层填筑等的要求，还必须设置纵横向的接坡、接缝。所以这些结合部位，都是影响坝体整体性和质量的关键部位，也是施工中的薄弱环节，处理工序复杂，施工技术耍求高，且多系手工操作，质量不易控制。接坡、接缝过多，还会影响到坝体填筑速度，特别是影响机械化施工。对结合部位的施工，必须釆取可靠的技术措施，加强质量控制和管理,确保坝体的填筑质量满足设计要求。1.坝基结合面；2.与岸坡及磴建筑物结合；3.坝体纵横向接坡及接缝。5）、反滤层施工反滤层的填筑方法，大体可分为削坡体、档板法及土、砂松坡接触平起法三类。土、砂松坡接触平起法能适应机械化施工，填筑强度高，可做到防渗体、反滤料与坝壳料平起填筑，均衡施工，被广泛釆用。根据防渗体土料和反滤层填筑的次序，搭接形式的不同，可分为先土后砂法和先砂后土法。n无论是先砂后土法或先土后砂法，土砂之间必然出现犬牙交错的现象。反滤料的设计厚度，不应将犬牙厚度计算在内，不允许过多削弱防渗体的有效断面，反滤料一般不应伸入心墙内，犬牙大小由各种材料的休止角所决定，且犬牙交错带不得大于其每层铺土厚度的1.5〜2倍。六、质量检查控制及事故处理土石坝施工的整个过程屮，加强施工质量的检查与控制，是保证施工质量的重要措施；同时，对施工中出现的质量事故，必须及时地认真处理，确保坝体的安全运用。1、质量检查控制施工质量是直接影响坝体土料物理力学性质，从而影响到大坝安全的重耍因素。施工中质量检查控制的项目较多，从坝基的开挖及处理、直到坝体的填筑，都应按国家和部颁发的有关标准、工程的设计和施工图、技术要求以及工地制定的施工规定进行。2、事故处理最常见的事故是土石坝的防渗土体发工裂缝、滑坡、坝体及坝基漏水等。(1)、T•缩、冻融裂缝干缩裂缝多发生在施工期上下游坝坡或坝顶的填筑面上，其特征是规律性差，呈龟裂状。如不及时处理，将加速水力劈裂或不均匀沉n陷裂缝的产生和发展，造成严重的危害。其防止方法是及吋做好护坡和保护层。对已出现的裂缝，可视深浅的不同，采用开挖回填或将裂缝全部铲除重新回填处理。(1)、沉陷裂缝由于岸坡过陡或坡率变差大，地基不均匀沉降，土体湿陷变形，坝体施工期填筑高度过大及坝体压实不够等原因而产生沉陷裂缝。这种裂缝有横向和纵向两种，而以横向裂缝危害更大。对横向裂缝，不论其大小，都应进行严格的处理，防止贯穿坝体漏水失事。如裂缝深度在1.5m以内，可沿缝开挖成梯形断面，应挖至裂缝尖灭后再加深0・2〜0・5m。以防止遗漏“多”字形成或“纺锤形”裂缝的存在；在裂缝水平方向的开挖宽度，应延伸裂缝尖灭后再加长1〜2m。裂缝开挖后应避免日晒雨淋，防止雨水渗入缝内，回填时耍注意新老土料的结合。（3）、滑坡裂缝土坝的滑坡多出现在均质土坝的施工期或初期运行中，据裂缝的不同特点，可分成滑弧形式和塑流滑动两大类。七、结论及建议龙岩水库除险加固工程，提高了以前水库的防洪标准，灌溉面积增大，粮食增产，种植经济作物有水源作保证，可增加农民收入，经济效益显著。同吋也促进了农村社会稳定，提高人民生活水平，也是实现“三个代表”的重要举措，社会效益明显。n经过对龙岩水库大坝整治后，确保了工程安全运行，新增灌面50亩，改善灌面500亩，以及水库大坝工程自身安全，确保了水库下游人民和交通枢纽的安全，保护下游沿河两岸良FR,增强了工程抗卸旱、洪灾害的能力。土石坝对水库安全及生产经济效益有着不可缺失的重要作用，在丘陵地区更显其实用性。土石坝的建设优点：就地取才，施工方便,经济安全，修善方便，是小型灌溉蓄水的不二选择。政府可加大对土石坝工程的建设，以带来对捉高农林生产的经济效益和人民生命财产的安全。浅谈水库除险加固土石坝回填施工要点工作论文编写：张亚红n2013年6月15日
