土石方工程施工.ppt

辽宁水利水电专业专升本考试辅导,施工技术部分,水利水电工程专业综合课,2014年,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,掌握：土方工程种类、特点；施工过程、施工方法；土方工程分类、土方开挖、运输；压实机械种类，作业方式及适用条件，提高生产率措施，土方工程综合机械化施工及配套机械选择，装药量计算，爆破工程中常用爆破方法。熟悉：土石方施工准备工作、施工方案选择、碾压试验及最优碾压参数确定，土坝坝体填筑施工及质量控制、炸药起爆方法及器材。理解：隧洞开挖的施工过程及开挖方式，炮孔种类及布置，掘进深度与装药量，隧洞开挖作业及其作业组织。了解：爆破作业及安全技术，光面爆破，新奥法。,本章考纲要求,第二部分：土石方工程施工,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,一、掌握：,（一）土石方工程种类,土石坝工程类型：按施工方法分：碾压式土石坝、抛填式堆石坝、定向爆破堆石坝、水力冲填坝。碾压式土石坝按防渗体形式分为：均质土坝、心墙土石坝、斜墙土石坝、面板堆石坝、复合土工材料土石坝。防渗体按材料不同分为：粘土防渗体、砼粘土防渗体、沥青砼防渗体、复合土工材料防渗体。常用的主导坝型：土质心（斜）墙土石坝、砼面板堆石坝、沥青砼心墙堆石坝。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,土石方施工的工程分类：按十六级分类法：级称为土，为岩石。土又按外形特征开挖方法、自然密度不同分为：级土、级土、级土和级土；岩石按强度系数不同分为：松软岩石、中等硬度岩石，坚硬岩石，强度越大，级别越高。土的级别不同，应采用不同的施工方法，施工成本也不同。下表为一般工程土壤分级表。土的分级：,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（二）土方工程特性,土的工程特性指标：有土的表观密度、含水量、可松性、自然倾角。土的工程特性对土方施工和组织具有重要影响，在选择施工方法、施工机具、确定施工劳动定额分配施工任务、计量与计价中要考虑的重要因素。1、表观密度土壤表观密度，就是单位体积土壤的质量。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。单位体积湿土的质量称为湿表观密度。单位体积干土的质量称为干表观密度。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。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：,式中：土经开挖后的松散体积，m；土在自然状态下的体积，m。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,土的可松性系数意义，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。土的表观密度和可松性系数,4、自然倾斜角 自然堆积土壤的表面与水平面所形成的角度，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。挖深在5米以内的窄槽未加支撑时的安全边坡一般可参考表,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,5、土粒与分类根据土的颗粒级配分为：碎石类土、砂土和粘性土。按土的沉积年代，粘土又分为：老粘性土、一般粘性土、新近沉积粘性土。按照土的颗粒大小分类，又可分为块石、碎石、砂粒等，详见表3。土的颗粒分类,挖深在5米以内的窄槽未加支撑时的安全施工边坡,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,6土的松实关系当自然状态的土挖后变松，再经过人工或机械碾压、土又被压实。例如：在填筑拦河坝时，从土区取1m3的自然方，经过挖松运至坝体进行碾压后的实体方，就小于原1m3的自然方，这种性质叫做土的可缩性。土方的名称：自然方、松方、实体方。(1)土的体积关系。当自然土体松动后，气体体积（即孔隙）增大，当土粒数量不变，原自然土体积V自松动后的土体积V松；当经过碾压或振动后，气体被排出，则压实后的土体V实V自。三者之间的关系即：V实V自V松。V实为经压实后的实体方；V松为经扰动后的松方。对于砾、卵石和爆破后的块碎石，由于它们的块度大或颗粒粗，可塑性远小于粘土，因而它们的压实方大于自然方。（2）土的密度关系当1m3的自然土体松动后，土体增大了，因而单位体积的重量变轻了；再经过碾压或振动，使土粒紧密度增加，因而单位体积质量增大。土的密度关系即：松自实,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（三）土方工程施工过程,在水利工程建设中，土方工程施工应用非常广泛。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。土方工程的施工基本过程是：开挖、运输和压实。,（四）土方工程施工方法,土方工程施工方法：可采用人工、机械、爆破、水力冲填施工。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。土方运输的方法有：人工法；机械法。机械法运输方式为无轨运输、有轨运输、带式运输机运输、架空索道运输等。土方填筑压实：可采用人工法、机械施工法；机械施工可采用压实、夯实、振动机械法。土石坝施工方法：可采用干填碾压法、水力冲填法、水中填压法、爆破法。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（五）土方工程分类,就土方工程本身而言，种类繁多。按其工程类型分：挖方、填方、半填半挖。应用如下：挖方：渠道、基坑等；填方：拦河坝、河堤、填方渠道等；半挖半填：半挖半填渠道等。按其施工方法分：人力施工机械施工爆破施工水力机械施工等。对于工程数量大的大中型水利水电工程亦可采取综合的施工方法。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,土方开挖方法：人工法、机械法。一般采用机械施工。土方开挖机械：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。单斗式挖掘机组成：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、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。工作装置组成：由铲土斗、斗柄、推压和提升装置组成。单斗式挖掘机按铲土方向和原理分为：正向铲、反向铲、拉铲和抓铲四种类型，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。,（六）土方开挖,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,A、正铲；b、反铲；c、索铲；d、抓铲。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,1、正向铲挖掘机 挖掘原理：由推压和提升完成挖掘，开挖断面是弧形。适用条件：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。各种土料及软岩、岩碴进行装车。基坑土方开挖方式：常采用正面开挖，土料场及渠道土方开挖方式：常用侧面开挖工作特点：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5m至几十m，工程中常用1-4m。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-级土，硬土要先进行预松。开行方式：沟槽开挖中：沟槽较窄时：沟端开挖，沟端站立，倒退开挖，沟槽较宽时：沟侧开挖，沟侧站立，侧向开挖。反铲的斗容：有0.5m、1.0m、1.6m几种，最大斗容已超过3m。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,3、拉铲挖掘机 原理：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。优点：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：沟端开挖，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 挖土原理：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。适用条件：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。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,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。多斗式挖掘机类型：按其工作方式不同分为：链斗式、斗轮式两种。链斗式挖掘机最常用的型式是采砂船。它是一种构造简单，生产率高适用条件：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。,链斗式采砂船,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,斗轮式挖掘机斗轮式挖掘机：是它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。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。,斗轮式挖掘机,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,三、挖掘机生产率：1、概念：2、机械生产率：机械在单位时间完成合格产品的数量。3、机械理论生产率：机械在设计条件下，不考虑施工对象的差异和不可避免的时间间歇所达到的生产率。4、机械技术生产率：机械在具体施工条件下，考虑施工对象的差异，不停工作所达到的生产率。5、机械实际生产率：机械在具体施工条件下，考虑施工对象的差异和不可避免的时间间歇所达到的生产率。6、挖掘机实际生产率的计算：P=60 n q k充 k松 k误 k时(立米/小时)n单斗挖掘每分钟循环次数，多斗挖掘每分钟倒土斗数；q土斗几何体积，立米；k充-铲斗充盈系数，查表。k松-土的可松性系数，查表。k误-联合作业影响系数，土堆：1.0；运输工具0.9。k时-时间利用系数，。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,四、铲土运输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、装载机等。（一）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。1、推土机类型：按安装方式分：固定式和万能式；按操纵方式分：钢索和液压操纵；按行驶分：履带式和轮胎式。推土机的基本构造见图。,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。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,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。2、适用：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1.5-2m，填高小于2-3m。3、生产率计算：P=60 q k坡 k时/T T=2 L/v+0.5P-确推土机生产率，立米/小时；q一次推运土料的体积；立米；K坡坡度影响系数；上坡大，小坡好；K时时间利用系数；T一次工作循环时间，分钟；L一次开行距离，米；V-开行速度，米/分钟；4、提高生产系的措施：为提高生产率，常采取下坡推土、沟槽推土、并列推土等方法。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,(二)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。其生产率高，运转费用低。1、适用：开挖大型基坑、渠道、路基开挖，大面积场地的平整、土料开采、填筑堤坝等。,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,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,2、铲运机类型：按牵引方式分：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，按行走装置分：履带式和轮胎式。3、铲运机特点：自行式铲运机切土力较小，装满铲斗所需的切土长度较大，但行驶速度快，运距在800-15000米时生产率较高；拖式切土较大，所需切土长度较短，但行驶速度幔，运距在250-350米时生产率高。国产铲运机的斗容有：2.5立米、6立米、7立米、15立米等规格。铲运机的生产率主要取决于铲斗容量及铲土、运土、卸土和回返的工作循环时间。4、提高生产率措施：可采取下坡取土、推土机助推、松土机预松等方法，以加大铲土力、减小铲土阻力，缩短装土时间。5、铲动机开行路线：纵向环形路线、横向环形路线、8字形开行路线三种。选取择合理的开行距线可缩短空程时间，又能减少对铲运机零部件的磨损。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,5、铲运机生产率计算：P=60 q k充 k实/T T=2 L/v+2 P生产率，自然方，立米/小时；K充铲斗充盈系数，取值；k松可松系数，查表；T工作循环时间，分钟；L-一次行程距离，米；V速度，米/分钟。,（三）装载机装载机：是一种挖土、装土和运土连续作业的机械设备。有履带式和轮胎式，轮胎式装载机行走灵活，运转快，效率高，应用多。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,1、适合：松土、轻质土、基坑清淤以及无地下水影响的河渠开挖。挖出的土方可直接卸土、装车或外运，其运距以不超过150米为宜。还适于砂料的采挖及零星材料的挖装及短距离的运输。斗容:0.5立米、1.0立米、1.5立米、2.0立米、2.5立米等。履带式装载机用于恶劣作业条件下作业。2、装载机生产率计算：P=60 K充 K松 K配 K时/t P装载机生产率，自然方，立米/小时；K充-铲斗充盈系数；K松-土的可松性系数；K配-联合作业影响系数；K时-时间利用系数；t-工作循环时间；分钟。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（四）水力开挖机械水力开挖主要有：水枪开挖、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。适用于：水库清於。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（七）土方运输,意义：在土方施工中，土方运输的费用往往占土方工程总费用的60%-90%，因此，确定合理的运输方案，进行合理的运输布置，对于降低土方工程造价具有重要意义。土方运输的特点：运输线路多是临时性的，变化比较大，几乎全是单向运输，运输距离比较短，运输量和运输强度较大。土方运输的类型：1、无轨；2、有轨；3、带式运输机运输；4、架空索道运输等。,（一）无轨运输1、汽车运输1）优缺点：汽车运输具有操纵灵活、机动性大、适应各种复杂地形的优点，但燃料较贵，运输费用较高，维修的要求也高。土方运输一般采用自卸汽车。随着工程规模愈来愈大，大型自卸汽车采用愈来愈多，其载重量达18-25吨，最大已达100-110吨。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,2）路面类型：有土路面、碎石路面、矿渣路面、砼路面和沥青路面。3）运输线路的布置：一般采用双线（往复）或环形两种，运输线路的布置及线路条数必须满足昼夜运输量的要求。2、拖拉机农用车运输：拖拉机运输是以拖拉机牵引拖车进行运输。类型：拖拉机履带式和轮胎式两种。履带式：优点：牵引力大、对道路要求低、对地面压强小，但行驶速度慢适用：运距短、道路不良而汽车运行困难的情况。轮胎式：优缺点：对于道路的要求与汽车相同，行驶速较大，适用：于运距较大的情况。3、架子车运输：架子车是一种人力胶轮车，容积小（立米）。优点：使用轻便灵活，其运距以不超过1公里为宜。架子车上坡可用爬坡机牵引，边坡不小于45度，,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（二）有轨运输1、类型：工程施工所用的有轨运输均为窄轨铁路。窄轨铁路的轨距有1000，762，610毫米几种。轨距1000毫米和762毫米窄轨铁路，可行驶3、6、15立方米可倾翻的车箱，用机车牵引。轨距610毫米的钢轨，可行驶立方米可倾翻的铁斗车，可用人力推运或电瓶车牵引。2、铁路运输的线路布置方式：有单线式，单线带岔道式，双线式及环形式四种。根据运输强度，车辆的运行方式及当地地形条件进行选择。在铁路交叉部位设岔道；当场地窄狭时，可采用转盘。转盘可使单个车辆掉转任意方向当遇到较陡的坡度时，通常采用卷扬道（绞车道）。由卷扬机牵引车辆上、下坡，其坡度可达30%。为保证安全，卷扬道上应设置自动的制动装置。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（三）带式运输机1、特点：是一种连续式运输设备；2、优点：生产率高，机身结构简单、轻便，造价低廉；可做水平运输，也可做斜坡运输，而且可以转任何方向；在运输中途任何地点都可卸料；3、适用：地形复杂、坡度较大、通过比较复杂的地形和跨越沟壑的情况；特别适用于运输大量的粒状材料。4、带式运输机组成：是由胶带（通常称皮带）、两端的鼓筒、承托带条的辊轴、拉紧装置、机架和喂料、卸料设备等部分。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,5、带式运输机分为：固定式和移动式两种。固定式带式运输机没有行走装置，多用于运距较长且线路固定的情况。移动式带式运输机长5-15米，装有轮子，用于需经常移动的短距离运输。6、承托载重带条的上层辊轴：有水平和槽形的两种型式。一般常用的为槽形。我国目前常用的TD-72型固定式带式运输机：胶带的宽度有650、800、1000、1200、1400、1600毫米等，胶带的带速为1.25、1.60、2.50、3.15、4.00米/秒；7、喂料器：为了均匀而连续的向带条上装料，通常用喂料器，料斗上方是储料斗，下方是喂料器。8、卸料：可以在尾部、中部。在运输机尾端卸料时，在尾端鼓筒处装设滑槽或卸料斗；在运输机中部卸料时，可装设卸料小车或挡板。（四）索道运输特点：一种架空式运输。适用：在地形崎岖复杂的地区，用支塔架立起空中索道，运料斗沿索道运送土料、砂石料、碎石等。当高处向低处运送材料时，利用索道的自重下滑，不需要动力，更经济。当低处向高处或水平运土时，则需由动力设备通过牵引索拖动。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（八）压实机械种类,压实方法：按其作用原理分为：碾压、夯击和振动三类。常用的机械有：平碾、肋形碾、羊脚碾、气胎展、振动碾、蛙夯等。碾压和夯击法：用于各类土料。振动法仅适用于：砂性土。（一）羊脚碾：它是碾的滚筒表面设有交错排列的柱体，形若羊脚。1、原理：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，从而使土料层压实。2、优点：土层均匀受压，压实层厚，层间结合好，压实度高，质量好，3、适用：粘土。非粘性土压实中，土颗粒产生竖向及侧向移动，效果不好。,羊脚碾1羊脚；2加载孔；3碾滚筒；4框架,羊脚碾压实原理,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（二）振动碾 是一种具有静压和振动双重功能的复合型压实机械。1、类型：振动平碾，也有振动变形（凸块、肋形）碾。2、原理：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。适用：振动碾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。,振动碾示意图a侧面图；b 剖面图1-牵引挂钩2-碾滚3-轴4-偏心块5-轮6-车架侧壁7-隔板8-弹簧悬架,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（三）气胎碾：利用充气轮胎作为碾，由拖拉机牵引的一种碾压机械。1、原理：这种碾子是一种柔性碾，碾压时碾和土料共同变形。胎面与土层表面的接触压力与碾重关系不大，增加碾重（可达几十至百吨），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。2、适用：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。3、优点：在振动力的作用下，土中的应力可提高4-5倍，压实层达1m以上，有的高达2m，生产率高。,气胎碾压实应力分布,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（四）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、挖掘机夯板等适用：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。夯板一般做成圆型或方型，面积约m，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。夯板用于：坝壳砂砾料。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,挖掘机夯板1、夯板2、控制方向杆3、支杆4、起重索5、定位杆,各种碾压设备适用情况,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,压实机械的生产率1、碾压机械生产率计算：P=v(B-C)h kt/n其中：P-碾压机械生产率；压实方，立米/小时；v-行驶速度，米/小时；B-碾压带宽，米；C-碾压搭接宽度；米；h 碾压层厚度；米；kt-时间利用系数；n-碾压遍数。2、夯实机械生产率计算：P=60m(B-C)(B-C)h kt/n其中：P夯实机械生产率；击实方，立米/小时；m每分钟击实遍数；B夯板底宽，米；C夯迹重垒（搭接）宽度；米；h 击实厚度；米；kt-时间利用系数；n击实遍数。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（九）作业方式及适用条件,1、羊脚碾作业方式：逐圈压实法：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；多台并列法：在宽阔的工作面，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。进退错距法：在狭窄的工作面，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。进退错距法：操作简单、碾压铺土质检等工序协调，便于分段流水作业，压实质量好，遍数好控制，但后退操作不便。,压实机械开行方式a-进退错距法；b-套圈碾压法,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,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。压实遍数可按计算：N=KS/(MF)式中：碾筒表面面积，cm；羊脚的端面积，cm；羊脚的数量；羊脚在土料表面分布不均匀修正系数，一般取1.3。2、振动碾作业方式：前进后退法，3、夯实机械作业方式：一次套打法。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（十）提高生产率措施,单斗挖掘机提高生产率措施：加长斗齿，减小切土阻力；合并一个工作循环各个工作过程，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，维持机械良好性能状态等措施。土料压实提高生率的措施：,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（十一）土方工程综合机械化施工及配套机械选择,（一）综合机械化施工的基本原则土石坝施工中，从料场的开挖、运输，到坝面的铺料和压实各工序，优先考虑用机械施工，力争实现综合机械化施工，原则如下：1、确保主要机械发挥作用 主要机械是指在机械化生产线中起主导作用的机械，充分发挥它的生产效率，有利于加快施工进度，降低工程成本。如土方工程机械化施工中，施工机械组合为：挖掘机、自卸汽车、推土机、振动碾；挖掘机为主要机械，其它为配套机械，挖掘机如出现故障或工效降低，会导致停产或施工强度下降。2、根据机械工作特点进行配套组合 连续式开挖机械和连续式运输机械配合；循环式开挖机械和循环式运输机械配合，形成连续生产线。否则，需要增加中间过渡设备。3、充分发挥配套机械作用 选择配套机械时，确定配套机械的型号、规格和数量时，其生产能力要略大于主要机械的生产能力，以保证主要机械的生产能力。4、便于机械使用维修管理 选择配套机械时，尽量选择一机多能型，减少衔接环节。同一种机械力求型号单一，便于维修管理。5、合理布置、加强保养、提高工效 严格执行机械保养制度，使机械处于最佳状态，合理布置工作面和运输道路。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（二）设备选择配套：分期施工的土石坝，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。1）坝体分期填筑强度Qd（mh）可按下式计算：Qd=VdKK1/(TN)式中：Vd坝体分期填筑方量，m；K施工不均匀系数，可取1.21.2；K1考虑沉陷、削坡、损失等影响系数，可取1.151.2；T分期时段的有效工作日数，d；按分期时段的总日数，扣除节假日、降雨及气温影响可能的停工日数 N每日的工作小时数，以20h计。2）分期施工运输强度QT(m/h):QT=QdK2dy式中：K2土料开挖运输损失系数，取；d设计干表观密度，t/m；y 土料松散状态下干表观密度。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,3）坝体分期施工的开挖强度Qc（m/h）：QcQdK3d/n 式中：K3开挖及运输中的损失系数，可取1.051.10；n土料的天然干表观密度，tm。4）满足上坝填筑强度要求的挖掘机数量Nc为：NcQcPc 式中:Pc1台挖掘机的生产率，mh。5）满足上坝填筑强度要求的汽车数量Na为：Na=QcPa 式中:Pa1辆汽车的生产率，mh。配合一台挖掘机所需的汽车数量，其总的生产率应略大于一台挖掘机的生产率，即 n Pa Pc。根据挖掘机械的斗容选择具有适宜容量的汽车型号：挖掘机装满一车斗数的合理范围应为斗，通常要求装满一车的时间不超过3.54分钟，卸车时间不超过分钟。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（十二）装药量计算,1、爆破圈的概念：当具有一定质量的球形药包在无限均质介质内部爆炸时，在爆炸作用下，距离药包中心不同区域的介质，由于受到作用力有所不同，因而产生不同程度的破坏或振动现象，整个被影响的范围就叫做爆破作用圈。,爆破作用范围示意图1-药包；2-压缩圈；3-抛掷圈；4-松动圈；5-振动圈；6-弧向裂缝；7-径向裂缝；8-环向裂缝；9-爆破漏斗；10-临空面；11-临空面裂缝,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,2、临空面：在有限介质中，被爆破介质与空气或水的接触面称临空面。3、爆破漏斗：在有限介质中，进行单孔爆破，当药包埋设较浅，爆破后将形成以药包中心为顶点的倒圆锥形爆破坑，称之为爆破漏斗。如图所示。4、爆破漏斗的几何参数有：最小抵抗线W：药包中心至临空面的最短距离，即最小抵抗线长度W 爆破漏斗底半径r，在临空面上的半径 爆破作用半径R，可见漏斗深度P。,爆破漏斗示意图1-药包；2-回落的石渣；3-坑外堆积体,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,5、爆破作用指数：爆破漏斗底半径r与最小抵抗线长度W的比值称为爆破作用指数。n=r/w6、爆破分类:当n=1时，r=W，称为标准抛掷爆破；当n1时，rW，称为加强抛掷爆破；当0.75n1时，称为减弱抛掷爆破；当0.33n0.75时，为松动爆破；当n 0.2时，爆破不会使临空面产生破坏，称为内部爆破。各种爆破对应的药包称为：标准抛掷药包、加强抛掷药包、减弱抛掷药包、松动药包和内部药包。各种爆破类型的应用：加强抛掷爆破用于定向爆破筑坝，标准抛掷爆破用于爆破试验，松动爆破用于采石场和保护层的开挖，内部爆破用于扩充药壶。单位耗药量：指爆破单位体积岩石的炸药消耗量。炸药换算系数e：某炸药的爆力F与标准炸药爆力之比（2岩石铵梯炸药为标准炸药，其爆力为320毫升）,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,7、药包：为爆破某一介质而在其中放置一定数量的炸药，称为药包。8、药包类型：按爆破类型分：分为裸露药包、抛掷药包、松动药包、内部作用药包。按药包形状分：分为集中药包和延长药包，当药包的最长边与最短边之比小于4，为集中药包，大于4时为延长药包。9、装药量：目前，由于还不能较精确的计算出各种复杂情况下的相应用药量，所以一般都是根据现场试验方法，大致得出爆破单位体积介质所需的用药量，然后再按照爆破漏斗体积计算出每个药包的装药量。对于单个集药包，其药包重量可按下式计算：Q=KVQ装药量，公斤；K单位岩石耗药量，公斤/立方米；V介质体积，立方米。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,常见岩土的标准单位耗药量表,注：1、表中数据是以2岩石铵梯炸药作为标准计算，若采用其它炸药时，应乘以炸药换算系数。2、表中数据，是在炮眼堵塞良好的情况下确定出来的，如果堵塞不良，则应乘以1-2的堵塞系数。对于黄色炸药等烈性炸药，其堵塞系数不宜大于1.7。3、表中K值是指一个自由面的情况。随着临空面的增多，单位耗药量随之减少：有两个临空面为0.83K；有三个临空面为0.67K。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,炸药换算系数e值表,装药量的多少，取决于爆破岩石的体积、爆破漏斗的规格和其它有关参数。上述公式都是以单自由面集中药包为前提。在工程实际中，都采用成组药包，为了改善爆破效果，都利用更多临 空面进行爆破，这样就使爆破漏斗形状和大小变得复杂，固此在实计算中，要按具体情况确定每个药包所能爆破的体积和所需要的装药量进行累计，计算出总装药量。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（十三）爆破工程中常用爆破方法,爆破基本方法(一)裸露爆破法裸露爆破法：又称表面爆破法,将药包直接放置于岩石表面的爆破。要点：药包放在块石或孤石的中部凹槽或裂隙部位,体积大于1m3的块石，药包可分数处放置,或在块石上打浅孔或浅穴破碎；药包底部可做成集中爆力穴，雷管正放；药包上护以草皮或是泥土沙子，其厚度应大于药包高度或以粉状炸药敷30cm厚。用电雷管或导爆索起爆。优点：裸露爆破不须钻孔设备，操作简单迅速，但炸药消耗量大（比炮孔法多35倍），破碎岩石飞散较远。适于：地面上大块岩石、大孤石的二次破碎及树根、水下岩石与改建工程的爆破。（二）浅孔爆破法浅孔爆破法，系在岩石上钻直径小于75mm，深小于5m的圆柱形炮孔，装延长药包进行爆破。炮孔直径通常用35、42、45、50mm几种。浅孔爆破法常采用阶梯开挖法，,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,炮孔布置参数设计：1）炮孔深度L L=（1.11.5）H 坚硬岩石；L=H 中硬岩石；L=（0.850.95）H 松软岩石；式中，H一阶梯的高度。2）计算抵抗线长度WW=（）H3）炮孔间距a=（）W火雷管起爆（）W电雷管起爆（）W4）炮孔排距a=（）W炮孔布置一般梅花形，依次逐排起爆，起爆多孔采用电力起爆或导爆索起爆。爆破类型：松动爆破。药包重量：按：Q=033kabH(公斤),水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,优点：该法不需复杂钻孔设备；施工操作简单，容易掌握；炸药消耗量少，飞石距离较近，岩石破碎均匀，便于控制开挖面的形状和尺寸，可在各种复杂条件下施工，在爆破作业中被广泛采用。缺点：爆破量较小，效率低，钻孔工作量大。适用条件：于各种地形和施工现场比较狭窄的工作面上作业，如基坑、管沟、渠道、隧洞爆破或用于平整边坡、开采岩石、松动冻土以及改建工程拆除控制爆破。（三）深孔法爆破深孔爆破法：系将药包放在直径大于75mm、深大于5m的圆柱形深孔中爆破。爆前宜先将地面爆成倾角大于55阶梯形，钻孔用轻、中型露天潜孔钻。深孔爆破法炮孔布置参数：1、炮孔深度：L=H+h（米）2、台阶高度H；3-4立米电钻，取12米，1-2立米电钻，取10米；3、加钻长度h；米，h=（0.150.5）Wd(米)；4、钻孔直径d：d=FD(毫米）；D-钻头直径；F-扩大系数；5、底盘抵抗线：wd=HDd/150(m)；D岩石硬度系数，高度影响系数6、孔距：a=m wd(m)7、排距：b=087 a,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,高 度 影 响 系 数,装药方式：装药采用分段或连续。爆破顺序：边排先起爆，后排依次起爆。优点：单位岩石体积的钻孔量少，耗药量少，生产效率高。一次爆落石方量多，操作机械化，可减轻劳动强度。但爆的岩石不够均匀，有1025的大块石需二次破碎，钻孔设备复杂，费用较高。适用：料场、深基坑的松爆，场地整平以及高阶梯中型爆破各种岩石。,8-堵塞长度：L=（16-32）a(米)；9-装药量：Q=q a H Wd（直孔）,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（四）药壶法爆破药壶法爆破：又称葫芦炮，坛子炮。系在普通浅孔或深孔炮孔底先放入少量的炸药，经过一次至数次爆破，扩大成近似圆球形的药壶然后装入一定数量的炸药进行爆破。爆破前，地形宜先造成较多的临空面，最好是立崖和台阶。一般取W（0.50.8）H；a（0.81.2）W；b（0.82.0）W；堵塞长度为炮孔深的0.50.9倍。每次爆扩药壶后，须间隔2030min。扩大药壶用小木柄铁勺掏渣或用风管通入压缩空气吹出。当土质为粘土时，可以压缩，不需出渣。药壶法一般宜与炮孔法配合使用，以提高爆破效果。一般宜用电力起爆，并应敷设两套爆破路线；如用火花起爆，当药壶深在36m，应设两个火雷管同时点爆。为减少钻孔工作量，可多装药，炮孔较深时，将延长药包变为集中药包，大大提高爆破效果。但扩大药壶时间较长，操作较复杂，破碎的岩石块度不够均匀，对坚硬岩石扩大药壶较困难，不能使用。属集中药包的中等爆破，适用于：露天爆破阶梯高度38m的软岩石和中等坚硬岩层；坚硬或节理发育的岩层不宜采用。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,（五）洞室爆破法洞室法：又称竖井法、蛇穴法。系在岩石内部开挖导洞（洞或井）和药室进行爆破。导洞截面：一般为lm1.5m（洞）或 1m1.2m或直径1.2m（井）药室：设单药室或双药室。横洞截面小于0.60.6m时称蛇穴。竖井深度一般为（0.91.0）H，a及b=（0.60.8）H，药室应在离底0.30.7m处，再开挖浅横洞装集中药包。蛇穴底部即为药室。导洞及药室用人力或机械打炮孔爆破方法进行，出渣：横洞用轻轨平板车出渣；竖井用卷扬机、绞车或桅杆吊斗出渣。横洞堵塞：长度不应小于洞高的3倍，堵塞材料用碎石和粘土的混合物，靠近药室处宜用粘土或砂土堵塞密实。操作简单，爆破效果比炮孔法高，节约劳力，出渣容易（对横洞而言），凿孔工作量少，技术要求不高，同时不受炸药品种限制，可用黑火药但开洞工作量大，较费时，排水、堵洞较困难，速度慢，比药壶法费工稍多，工效稍低。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,适用于：六类以上的较大量的坚硬石方爆破；竖井适于场地整平、基坑开挖松动爆破；蛇穴适于阶梯高不超过6m的软质岩石或有夹层的岩石松爆。上述工序完成后即可进行起爆。,水电专业综合课 第二部分 土石方工程施工,水利工程中特殊爆破 控制爆破控制爆破是为达到一定预期目的的爆破。如定向爆破、预裂爆破、光面爆破、岩塞爆破、微差控制爆破、拆除爆破等，介绍常用的几种：（一）预裂爆破：进行石方开挖时，在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝，以缓冲、反射开挖爆破的振动波，控制其对保留岩体的破坏影响，使之获得较平整的开挖轮廓，此种爆破技术为预裂爆破。应用：在水利工程施工中，预裂爆破不仅在垂直、倾斜开挖壁面上得到广泛应用；在规则的曲面、扭曲面、以及水平建基面等也取得了一定成果一它对避免超挖。降低工