土石方开挖及填筑工程施工初探

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  摘要:近20余年来,水利水电合理开发利用已经达到前所未有的程度。随
  着水利水电建设的巨大进步,土石方工程技术也得到了快速发展,在施工规模,施工机械化水平,施工强度,施工工期,爆破技术,土石方填筑,土石坝施工等诸多方面都达到国际先进水平,在处理地形地质复杂,施工难度大的工程中也取得了显著成就。综合施工管理水平进一步提高。机械设备是土石方工程的物质技术保证。施工进度的加快与工程质量的提高、消耗与成本的降低及工程效益的提高,都是由机械设备的装配率、完好率与利用率所决定的,因此对设备进行综合管理十分重要。
  关键字:土石方;开挖;填筑;探究
  Abstract: in recent 20 years, the utilization of water resources and hydropower has reached unprecedented levels. Along with the
  With great progress of water conservancy and hydropower construction, t engineering technology has been rapid development, the construction scale, construction mechanization level, the construction intensity, construction period, blasting technology, rubble filling, many aspects, such as earth and rockfill dam construction has reached the international advanced level, in dealing with complex topography and geology, the difficulty in construction of large projects have also made remarkable achievements. Comprehensive construction management level to further improve. Mechanical equipment is guaranteed conditions engineering material technology. The speeding up of the construction progress and the improvement of engineering quality, consumption and cost reduce and engineering benefits of increased, by mechanical equipment assembly, intact rate and utilization rate of, therefore is very important for integrated management of the equipment.
  Key words: conditions; The excavation; Filling; To explore the
  中图分类号:TU751文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
  
  
  一、前言
  随着水利工程建设规模的日益发展,世界上一些大型工程的土石方开挖量常达到数千万立方米,甚至超过亿立方米,如巴基斯坦塔贝拉土石坝(坝体填筑量达1.2亿立方米)和中国葛洲坝水利枢纽土石方开挖量均超过 1亿立方米;巴西伊泰普水电站工程,土石方开挖量达6010万立方米。因此一些发达国家土石方施工机械化水平日益向大型、高效方面发展,主要特点是:①发展大容量、大功率、高效率的土石方施工机械,如10立方米以上的挖掘机,100t级以上的自卸汽车;②各工序所采用的机械配套成龙,容量、效率互相配合;③广泛应用液压技术;④采用电子技术和新材料,广泛应用自动控制技术;⑤既注意发展一机多用的多功能机械,又注意发展专用机械;⑥注意施工机械的维修和保养。
  
  二、土石方的相关概念探究
  2.1土石方的概念
  土石方开挖(earth-rock excavation)是将土和岩石进行松动、 破碎、 挖掘并运出的工程。按岩土性质,土石方开挖分土方开挖和石方开挖。按施工环境是露天、地下或水下,分为明挖、洞挖和水下开挖。在水利工程中,土石方开挖广泛应用于场地平整和削坡,水工建筑物(水闸、 坝、 溢洪道、水电站厂房、泵站建筑物等)地基开挖,地下洞室(水工隧洞、地下厂房、各类平洞、竖井和斜井)开挖,河道、渠道、港口开挖及疏浚,填筑材料、建筑石料及混凝土骨料开采,围堰等临时建筑物或砌石、混凝土结构物的拆除等。
  2.2土石方開挖方式
  土石方开挖是工程初期以至施工过程中的关键工序。在施工前,需根据工程规模和特性,地形、地质、水文、气象等自然条件,施工导流方式和工程进度要求,施工条件以及可能采用的施工方法等,研究选定开挖方式。明挖有全面开挖、分部位开挖、分层开挖和分段开挖等。全面开挖适用于开挖深度浅、范围小的工程项目。开挖范围较大时,需采用分部位开挖。如开挖深度较大,则采用分层开挖,对于石方开挖常结合深孔梯段爆破(见深孔爆破)按梯段分层。分段开挖则适用于长度较大的渠道、溢洪道等工程。对于洞挖,则有全断面掘进、分部开挖和导洞法等开挖方式。
  2.3土石方施工方法
   土石方开挖施工,包括松动、破碎、挖装、运输出渣等工序。石方开挖,除松软岩石可用松土器以凿裂法开挖外,一般需以爆破的方法进行松动、破碎。人工和半机械化开挖,使用锹镐、 风镐、 风钻等简单工具,配合挑抬或者简易小型的运输工具进行作业,适用于小型水利工程。有些灌溉排水沟渠的施工直接使用开沟机,可以一次成形。大中型水利工程的土石方开挖,多用机械施工。
  2.3.1明挖
  除使用各类凿岩、钻孔机械钻孔,进行爆破作业外,主要使用:挖掘机械,如各种单斗挖掘机(见图)或多斗挖掘机;铲运机械,如推土机、铲运机和装载机;有轨运输机械,如机车牵引矿车;无轨运输机械,如自卸汽车等。根据不同条件,采用各种配合方式,进行挖、装、 运、 卸等各项作业。要根据工程规模、施工条件,合理选用适宜的施工机械和相应的施工方法,特别要注意机械设备的配套协调,避免存在薄弱环节。在特定条件下,可采用水力开挖的方法开挖土方;也有采用爆破开挖的方法,即用抛掷爆破或扬弃爆破技术,不仅将土石破碎,并全部或部分地将其抛弃到设计边界以外。
  2.3.2洞挖
  一般常用钻孔爆破法掘进,用机械进行挖装、运卸作业;也可采用全断面隧洞掘进机开挖隧洞;在土质或松软岩层中可用盾构法施工(见隧洞开挖、地下厂房开挖)。
  2.3.3水下开挖
  可以采用索铲、抓斗等陆上开挖机械,但通常多使用各式挖泥船,配合拖轮、驳船等水上运输设备进行联合作业(见疏浚)。
  2.4施工方案的编制
   在满足设计要求、工程质量、施工安全和工期要求等条件下,通过技术经济比较,进行施工方案的优化选择。编制施工方案时,一般应考虑:①开挖方式和施工方法能满足开挖进度要求,与施工导流和混凝土浇筑等前后工序相衔接,并满足防洪和渡汛要求。②根据水文、季节和施工条件,合理安排施工顺序,快速施工,均衡生产。③根据开挖工程规模、土石特性、工作条件、施工方法,选择适用的施工机械设备,挖、装、运、卸各项设备要合理配套。④因地制宜,安排好交通运输路线和施工总平面布置,以及风、 水、 电等系统。⑤搞好土石方平衡调配,注意安排挖采结合、弃填结合,避免重复倒运。弃渣、弃土场地尽量少占农田,并尽可能造地还田。弃渣要避免侵占河道,避免阻碍行洪或抬高电站尾水位影响发电效益。⑥做好施工排水措施,将妨碍施工作业和工程质量的雨水、地表水、地下水和施工废水排至场地以外,为工程创造良好的施工条件。⑦按设计和施工技术规范的要求,保证施工质量。对施工中可能遇到的问题,如流砂现象、边坡稳定、隧洞塌方等,要进行技术分析,提出解决的措施。⑧注意施工安全,按照安全、防火、环境保护、工业卫生等方面规程的规定,制定施工安全技术措施。
  土石方开挖施工管理
  3.1施工机械的正确调配
  施工机械的正确调配在施工过程中应保证:为适应当地条件,保证施工质量、生产能力满足整个施工过程的要求;马机械设备要配套,各类设备均能发挥效率,特别应注意充分发挥主导机械的效率;3挖运机械工作方式合理。掌握施工高峰时段的施工强度,结合实际和设备的生产能力,选定参数计算复核机械数量;今设备机动、灵活、高效、低耗、便于维修、运行费用低、通用性强,能承担先后施工的工程项目,机械利用率高;3合理布置工作而,改善道路条件,减少机械转移时间。
  3.2 施工工序的合理安排
  在进行单元工程分段作业的基础上,可采取以下管理措施使各工序之间进行有机的结合:为施工机械进行工作时,施工员带领班组及时进行初检工作;马第一段工作结束,施工员带领施工机械去第二段进行施工,技术员带领施工队伍相关人员进行完工段复检工作,质检员
  及现场监理工程师进行必要的监督指导;3质检员及现场监理工程师对复检结果核实后,找出薄弱环节进行重点抽检工作;今质检合格后,对所检验工段及时下达开工通知。山于施工机械工作时间一般要比质检工作时间长,因此以上工作程序可以顺利进行且互不}几扰,各工序之间的工作也更具有条理性和针对性,对保证工程质量和降低工程造价提供了必要的保障.从而提高了工作效率及工程效益。
  3.3配件供应管理
  供应管理是生产单位及时有效地修理机械设备的保障,是机械设
  备现场管理的一个重要环节。因此,必须结合当地市场供应配件的情
  况,做到“小库房,人市场”的物资配件供应和管理原则,重视和加强
  机械物资配件的开拓和管理工作,重点设备和进口设备的易损件要有定
  量储存,山于它们直接影响到施工进度,适当储备是必需的。同时采取
  批量订购,从原)一定货,这样价格相对便宜,可以人人减少工程成本。
  对一般设备,仅订一些维护保养件,如各种滤芯、密封件等,可以避免
  占用人量资金。拓宽当地市场,进驻工地后,对当地机械设备市场、机
  电修理进行广泛的调查研究,深入市场了解情况,同一些供应商、代理
  商建立良好关系,开拓和建立机电产品、机械配件、机电设备维修、人
  宗物资易损材料的采购、修理供应网络。并针对以上情况,对一些价格
  高、不常坏的零部件项目的配件不做库存,既降低了库存,又减少了资
  金占用.也缩短了供货周期。
  土石方填筑与压实
  4.1填土压实施工准备
  1)工程项目部要组织技术力量对合同及设计文件进行深入研究,根据具体条件编好施工组织设计。2)做好各项技术准备,并做好/三通一平0、其他临建工程、各种机械设备和器材的準备工作;已做防渗体土料碾压试验,基础清理完成并验收。3)完成导流及引排水工程。4)测量放样工作已验收合格,对主要测点已埋设牢固的标架、基石放样已按设计预留沉降量。5)对土料场进行现场核查,贮量应大于需用量的1.5倍~2.5倍。土质及天然含水量符合设计要求。
  4.2填土的方法
  填土可采用人工填土和机械填土。人工填土一般用手推车运土,人工用锹、耙、锄等工具进行填筑。人工填土只适用于小型土方工程。机械填土可用推土机、铲运机或自卸汽车进行。用自卸汽车填土,需用推土机推开推平,采用机械填土时,可利用行驶的机械进行部分压实工作。填土须分层进行并逐层压实。每层的厚度根据土的种类及选用的压实机械而定。应分层检查填土压实质量,符合设计要求后,才能填筑上层。压实填土的施工缝各层应错开搭接,在施工缝的搭接处,应适当增加压实遍数。填方施工结束后,应检查标高、边坡坡度、压实度等。对基础下的地基土,压实后应及时进行基础施工。
  4.3填土压实方法
  4.3.1碾压法
  碾压法是利用机械滚轮的压力压实土壤,使之达到所需的密实度。碾压机械有平碾及羊足碾等。平碾(光碾压路机)是一种以内燃机为动力的自行式压路机,重量6~15吨。羊足碾单位面积的压力比较大,土壤压实的效果好。羊足碾一般用于碾压粘性土,不适于砂性土,因在砂土中碾压时,土的颗粒受到羊足较大的单位压力后会向四面移动而使土的结构破坏。
  松土碾压宜先用轻碾压实,再用重碾压实,效果较好。碾压机械压实填方时,行驶速度不宜过快,一般平碾不应超过2km/h;羊足碾不应超过3km/h。
  4.3.2夯实法
  夯实法是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实土壤,土体孔隙被压缩,土粒排列得更加紧密。人工夯实所用的工具有木夯、石夯等;机械夯实常用的有内燃夯土机和蛙式打夯机和夯锤等。夯锤是借助起重机悬挂一重锤,提升到一定高度,自由下落,重复夯击基土表面。夯锤锤重1.5~3T,落距2.5~4m。还有一种强夯法是在重锤夯实法的基础上发展起来的。其锤重8~30T,落距6~25m。其强大的冲击能使地基深层得到加固。强夯法适用于粘性土、湿陷性黄土、碎石类填土地基的深层加固。
  4.3.3振动压实法
  振动压实法是将振动压实机放在土层表面,在压实机振动作用下,土颗粒发生相对位移而达到紧密状态。振动碾是一种震动和碾压同时作用的高效能压实机械,比一般平碾提高功效1~2倍,可节省动力30%。用这种方法振实填料为爆破石渣、碎石类土、杂填土和轻亚黏土等非粘性土效果较好。
  五、结束语
  20年来,随着水利水电建设的快速发展,土石方工程施工技术日趋成熟。随后将迎来水利水电发展的良好机遇,但水利水电开发条件越来越复杂,难度越来越大,高海拔及寒冷干燥环境给施工带来不便,需要我们加倍努力,在工程实践总结经验。加强创新理念,促进土石方施工技术的进一步发展。
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