一级建造师 / 水利水电工程管理与实务
第一节 水利水电工程勘测与设计
第一小节 水利水电工程勘测
一、测量仪器的使用
1、常用测量仪器及其作用
1.1水准仪分类及作用
(1)水准仪按精度不同划分为4个等级,分为普通水准仪(DS3、DS10) 和精密水准仪(DS05、DS1)。普通水准仪用于国家三、四等水准及普通水准测量,精密水准仪用于国家一、二等精密水准测量。数字“3”表示该仪器精度,即每公里往返测量高差中数的偶然中误差为±3mm。
(2)水准仪按结构分为微倾水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪和数字水准仪(又称电子水准仪)。
1.2 经纬仪分类及作用
(1)经纬仪按精度从高到低分为DJ05、DJ1、DJ6和DJ10等,D、J分别为“大地测量”和“经纬仪”的汉语拼音的第一个字母,数字表示该仪器精度,如“05”表示一测回方向观测中误差不超过±0.5。
(2)经纬仪根据度盘刻度和读数方式的不同,分为游标经纬仪,光学经纬仪和电子经纬仪。
(3)经纬仪:角度测量(包括水平角和竖直角)、低精度测量中的视距测量。
1.3水准尺
两根为一副,黑面分划的起始数字为“0”,红面底部起始数字不是“0”,一根K=4687mm,另一根K=4787mm,K称为尺常数。
2、常用测量仪器及其作用
2.1水准仪
(1)微倾水准仪的使用步骤:安置仪器、粗平、调焦和照准、精平和读数。
(2)使圆水准气泡居中称为粗平。
(3)自动安平水准仪操作程序:粗平一照准一读数。
2.2经纬仪
经纬仪的使用包括:对中、整平、照准(目镜调焦、粗瞄目标、物镜调焦、准确瞄准目标和读数四个步骤。
二、水利水电工程施工测量的要求
1、基础知识
数字比例尺
(2)1万大比例尺,10万中比例尺,100万小比例尺。
2、施工放样的基本工作
(1)放样数据准备
放样前应根据设计图纸和有关数据使用的控制点成果,计算放样数据,绘制放样草图应经两人独立计算与校核。
(2)平面位置放样方法的选择
直角交会法、极坐标法、角度交会法、距离交会法等。
(3)高程放样方法的选择
1)方法有:水准测量法、光电测距三角高程法、解析三角高程法和视距法等。
2)对于高程放样中误差要求不大于±10mm的部位,应采用水准测量法。
(4)仪器、工具的检验
钢带尺应通过检定,建立尺长方程式。
3、工程开挖测量
3.1开挖工程测量的内容
包括:开挖区原始地形图和原始断面图测量;开挖轮廓点放样;开挖竣工地形、断面测量和工程量测算。
3.2开挖工程细部放样
(1)开挖工程细部放样方法有极坐标法、测角前方交会法、后方交会法等。
(2)用视距法测定距离,其视距长度不应大于50m。预裂爆破放样,不宜采用视距法。
(2)用视差法测定距离,端点法线长度不应大于70m。
3.3断面测量和工程量计算
(1)开挖工程动工前,必须实测开挖区的原始断面图或地形图;
开挖过程中,应定期测量收方断面图或地形图;
开挖工程结束后,必须实测竣工断面图或竣工地形图,作为工程量结算的依据。
(2)开挖工程量的计算中面积计算方法可采用解析法或图解法(求积仪)。
(3)两次独立测量同一区域的开挖工程量其差值小于5%(岩石)和7%(土方)时,可取中数作为最后值。
4、立模与填筑放样
4.1立模和填筑放样的内容
包括:测设各种建筑物的立模或填筑轮廓点;对已架立的模板、预制(埋)件进行形体和位置的检查;测算填筑工程量等。
4.2建筑物的细部放样
(1)混凝土建筑物的高程放样,应区别情况采用不同方法。
1)连续垂直上升的建筑物,高程放样的精度要求较低,主要应防止粗差的产生。
2)溢流面、斜坡面,高程放样的精度与平面位置放样的精度相一致。
3)混凝土抹面层,高程放样的精度通常高于平面位置的放样精度。
4.3建筑物立模放样点的检查
建筑物基础块(第一层)轮廓点的放样,放样和检核点位之差不应大于(m为轮廓点的测量放样中误差)。
4.4填筑工程量测算
(1)混凝土浇筑和土石料填筑工程量,必须从实测的断面(或平面)图上计算求得。
(2)混凝土浇筑块体收方,基础部位应根据基础开挖竣工图计算;基础以上部位,可直接根据水工设计图纸的几何尺寸及实测部位的平均高程计算。
5、施工期间的外部变形监测
5.1施工期间外部变形监测的内容
(1)施工期间外部变形监测应包括下列内容:①施工区的滑坡观测;②高边坡开挖稳定性监测;③围堰的水平位移和沉陷观测;④临时性的基础沉陷(回弹)和⑤裂缝监测等。
(2)变形观测的基点,应尽量利用施工控制网中较为稳固可靠的控制点,也可建立独立的、相对的控制点,精度应不低于四等网的标准。
5.2选点与埋设
(1)基点必须建立在变形区以外稳固的基岩上。
(2)垂直位移的基点,至少要布设一组,每组不少于三个固定点。
(3)测点应与变形体牢固结合,并选在变形幅度、变形速率大的部位,且能控制变形体的范围。
(4)滑坡测点宜设在滑动量大、滑动速度快的轴线方向和滑坡前沿(5)山体或建筑物裂缝观测点,应埋设在裂缝的两侧。
5.3观测方法的选择
(1)滑坡、高边坡稳定监测采用交会法;
(2)水平位移监测采用视准线法;
(3)垂直位移观测,宜采用水准观测法,也可采用满足精度要求的光电测距三角高程法;
(4)地基回弹宜采用水准仪与悬挂钢尺相配合的观测方法。
5.4测量误差
(1)误差产生的原因
1)人的原因。
2)仪器的原因。
3)外界环境的影响。
(2)误差的分类与处理原则
误差按其产生的原因和对观测结果影响性质的不同,分为系统误差、偶然误差和粗差三类。
1)系统误差:规律变化。
2)偶然误差:从表面上看没有任何规律性。
3)粗差:由于观测者粗心或者受到干扰造成的错误。
三、水利水电工程地质与水文地质条件分析
1、地质构造及地震
(1)地质构造按构造形态可分为倾斜构造、褶皱构造和断裂构造三种类型。
(2)褶皱构造基本类型分为背斜和向斜。
(3)断裂构造可分为节理、劈理、断层三类。
2、边坡的工程地质条件分析
(1)常见的边坡变形破坏主要有:松弛张裂、蠕变、崩塌、滑坡。
(2)滑坡是分布最广,危害最大的一种。
3、土质基坑工程地质问题分析
(1)在基坑施工中,为防止边坡失稳,采取的措施有:①设置合理坡度(强度);②设置边坡护面(渗透破坏);③基坑支护(强度);④降低地下水位(渗透破坏)。
(2)基坑降排水的目的主要有:
①增加边坡的稳定性;②对于细砂和粉砂土层的边坡,防止流砂和管涌的发生;③对下卧承压含水层的黏性土基坑,防止基坑底部隆起;
④保持基坑土体干燥,方便施工。
(3)降排水方法的适用条件
①明排法:不易产生流砂、流土、潜蚀、管涌、淘空、塌陷等现象的黏性土、砂土、碎石土的地层;基坑地下水位超出基础底板或洞底标高不大于2.0m。
②管井:第四系含水层厚度大于5.0m;含水层渗透系数K宜大于1.0m/d。
第二小节 水利水电工程设计
一、水利水电工程等级划分及工程特征水位
图片来源于李俊宏老师精讲课程
水利水电工程分等指标
注:水库总库容指水库最高洪水位以下的静库容
水利水电工程等别的划分主要依据水库总库容、防洪、治涝、供水、发电等指标确定。对于综合利用的水利水电工程,当按各综合利用项目的分等指标确定的等别不同时,其工程等别应按其中的最高等别确定。
2、水工建筑物级别划分
2.1永久性水工建筑物级别
根据建筑物所在工程的等别和建筑物的重要性划分为五级。
巧记:永久主12345,永久次33455。
水库大坝按上述规定为2级、3级的永久性水工建筑物,如坝高超过下表指标,其级别可提高一级,但洪水标准可不提高。
水库工程中最大高度超过200m的大坝建筑物,其级别应为1级,其设计标准应专门研究论证,并报上级主管部门审查批准。
2.2堤防工程级别
堤防工程的级别根据其保护对象的防洪标准,按下表确定。
2.3临时性水工建筑物级别
临时挡水和泄水建筑物的级别,应根据保护对象的重要性,失事造成的后果,使用年限和临时建筑物的规模,划分为3、4、5级共三级。
(确定级别是为了确定导流标准,进而确定导流设计流量)
对于同时分属于不同级别的临时性水工建筑物,其级别应按照其中最高级别确定。但对于3级临时性水工建筑物,符合该级别规定的指标不得少于两项。
3、水利水电工程洪水标准
临时性水工建筑物的洪水标准,应根据建筑物的结构类型和级别,在下表的幅度内,合理选用。
临时性水工建筑物洪水标准
(巧记:上下、左右为大约2倍的关系)
4、水利水电工程抗震设防标准
工程抗震设防类别
注:重要泄水建筑物是指其失效可能危及壅水建筑物安全的泄水建筑物。
一般工程采用基本烈度作为设计烈度;甲类的水工建筑物,应在基本烈度基础上提高1度作为设计烈度。
5、水库特征水位及特征库容
5.1水库特征水位
(1)校核洪水位。指水库遇大坝的校核洪水时,在坝前达到的最高水位。它是水库在非常运用校核情况下允许临时达到的最高洪水位,是确定大坝顶高程及进行大坝安全校核的主要依据。(所有最高)
(2)设计洪水位。指水库遇大坝的设计洪水时,在坝前达到的最高水位。它是水库在正常运用设计情况下允许达到的最高洪水位,也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。
(3)防洪高水位。指水库遇下游保护对象的设计洪水时,在坝前达到的最高水位。
(4)防洪限制水位(汛前限制水位)。指水库在汛期允许兴利的上限水位,也是水库汛期防洪运用时的起调水位。
(5)正常蓄水位(正常高水位、设计蓄水位、兴利水位)。指水库在正常运用的情况下,为满足设计的兴利要求在供水期开始时应蓄到的最高水位。是水库最重要的一项特征参数,也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。
(6)死水位(设计低水位)。指水库在正常运用的情况下,允许消落到的最低水位。
5.2水库特征库容
(1)防洪库容。指防洪高水位至防洪限制水位之间的水库容积。
(2)调洪库容。指校核洪水位至防洪限制水位之间的水库容积。(调洪库容包含了防洪库容)
(3)兴利库容(有效库容、调节库容)。指正常蓄水位至死水位之间的水库容积。
用以调节径流,按兴利要求提供水库的供水量或水电站的流量。
(4)重叠库容(共用库容、结合库容)。指防洪库容与兴利库容重叠部分的库容,是正常蓄水位至防洪限制水位之间汛期用于蓄洪、非汛期用于兴利的水库容积。
二、水利水电工程合理使用年限及耐久性
2.1工程合理使用年限
1级、2级永久性水工建筑物中闸门的合理使用年限应为50 年,其他级别的永久性水工建筑物中闸门的合理使用年限应为30年。
2.2耐久性设计要求
(1)水工建筑物所处的侵蚀环境条件
(2)混凝土坝、碾压混凝土坝等大体积混凝土材料应满足下列要求
①普通混凝土的水胶比不应大于0.60,碾压混凝土的水胶比应小于0.70。
②基础混凝土强度等级不应低于C15,过流表面混凝土强度等级不应低于C30。碾压混凝土坝表层混凝土强度等级不应低于C18015,上游面防渗层混凝土强度等级不应低于C18020且宜优先采用二级配碾压混凝土。
三、 水工建筑物结构受力状况及主要设计方法
1、水工建筑物的分类
水工建筑物按使用期限可分为永久性水工建筑物和临时性水工建筑物。按功能分为:
(1)挡水建筑物:各种坝、水闸、堤防、海塘等。
(2)泄水建筑物:如各种溢流坝、坝身泄水孔、岸边溢洪道、水闸和泄水隧洞等。(溢、泄)
(3)输水建筑物:如引水隧洞、引水涵管、渠道等。
(4)取(进)水建筑物:如引水隧洞的进水口段、灌溉渠首和供水用的进水闸、抽水站等。
(5)河道整治建筑物:用以改善河流的水流条件,调整河流水流对河床及河岸的作用以及为防护水库、湖泊中的波浪和水流对岸坡冲刷的建筑物,如丁坝、顺坝、导流堤、护底和护岸等。
(6)专门建筑物:如水电站、船闸、升船机、鱼道、鱼闸、过木道(机)、筏道等。
2、水工建筑物结构荷载(着重记忆永久和偶然)
(1)永久作用荷载:结构自重、永久设备自重、地应力、围岩压力、土压力、预应力、淤沙压力(有排沙设施时可列为偶然荷载)。
(2)可变作用荷载:静水压力、外水压力、扬压力、动水压力、风荷载、雪荷载、冰压力、冻胀力、浪压力、楼面活荷载、平台活荷载、桥机荷载、闸门启闭机荷载、温度荷载、灌浆荷载、土壤空隙水压力、系缆力、撞击力等。
(3)偶然作用荷载:有校核洪水时的静水压力、地震荷载。
3、水工建筑物渗流分析
渗流分析主要内容有:确定渗透压力、渗透坡降(或流速) 、渗流量。
对土石坝,还应确定浸润线的位置。
四、水利水电工程建筑材料的应用
1、建筑材料的类型
建筑材料按其物理化学性质可分为无机材料、有机材料、复合材料三大类。
1.1无机材料
(1)气硬性胶凝材料:石灰、石膏与水玻璃等。只能用于地面上干燥环境的建筑物。
(2)水硬性胶凝材料:水泥等。
1.2有机材料
包括沥青材料、植物材料和合成高分子材料等三类。
土工合成材料包括:土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特殊材料四大类。
2、建筑材料的应用条件
2.1土坝(体)壳用土石料
常用于均质土坝的土料是砂质黏土和壤土,要求其应具有一定的抗渗性和强度,其渗透系数不宜大于1ⅹ10-4cm/s;黏料含量一般为10%~30%;有机质含量(按重量计)不大于5% ,易溶盐含量小于5% 。
2.2防渗体用土石料
一般采用黏土、砂壤土、壤土、黏质土等。
2.3建筑石材
(1)火成岩:包括花岗岩、闪长岩、辉长岩、辉绿岩、玄武岩。
(2)水成岩:石灰岩、砂岩。
(3)变质岩:片麻岩、大理岩、石英岩。
2.4水泥
(1)水泥的品种及主要性能
1)通用水泥(6类):硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥【2020新增】。初凝时间不得早于45min,终凝时间不得迟于600min(10小时)。
2)专用水泥:中、低热水泥、大坝水泥、道路水泥。
3)特性水泥:快硬硅酸盐水泥(3d)、抗硫酸盐水泥、膨胀水泥。
(2)水泥的适应范围
1)水位变化区域的外部混凝土、溢流面受水流冲刷部位的混凝土,应优先选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐大坝水泥,避免采用火山灰质硅酸盐水泥。
2)有抗冻要求的混凝土,应优先选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐大坝水泥,并掺用引气剂或塑化,以提高混凝土的抗冻性。当环境水兼硫酸盐侵蚀时,应优先选用抗硫酸盐硅酸盐水泥。
3)大体积建筑物内部的混凝土,应优先选用矿渣硅酸盐大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等,以适应低热性的要求。
4)位于水中和地下部位的混凝土,宜采用矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥等。(水中和地下没有矿渣硅酸盐大坝水泥)
(3)水泥检验的要求
1)水泥应有生产厂家的出厂质量证明书(包括厂名、品种、强度等级、出厂日期、抗压强度、安定性等代表该产品质量的内容)以及28d 强度证明书。
2)有下列情况之一者,应复试并按复试结果使用:①用于承重结构工程的水泥,无出厂证明者;②存储超过3 个月(快硬水泥超过1个月) ;③对水泥的厂名、品种、强度等级、出厂日期、抗压强度、安定性不明或对质量有怀疑者;④进口水泥。
2.5水泥砂浆
水泥砂浆和易性技术指标包括:流动性和保水性。
(1)流动性用沉入度表示,沉入度大,流动性好。
(2)保水性较多采用分层度表示,分层度以1~2cm为宜。
2.6水泥混凝土
(1)反映水泥混凝土质量的主要技术指标有和易性、强度及耐久性。
(2)和易性
1)和易性包括:流动性、黏聚性、保水性。
2)影响和易性的因素:水泥浆的用量、水泥浆的稠度、砂率、水泥的品种、水泥细度、外加剂的掺入、时间和温度等。
3)坍落度的大小反映了混凝土拌合物的和易性。
(3)混凝土的强度
1)影响混凝土强度的因素有:施工方法及施工质量、水泥强度及水灰比、骨料种类及级配、养护条件及龄期等。
2)混凝土的抗拉强度:一般约为抗压强度的10%。
(4)混凝土的耐久性
耐久性包括抗渗性、抗冻性、抗冲磨性、抗侵蚀性、抗碳化性等。
1)抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透作用的能力。抗渗等级分为:W2、W4、W6、W8、W10、W12等,即表示混凝土能抵抗0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa的水压力而不渗水。
2)抗冻性是指混凝土在饱和状态下,经多次冻融循环作用而不严重降低强度的性能。抗冻等级分为:F50、F100、F150、F200、F250及F300等。决定混凝土抗冻性的重要因素有混凝土的密实度、孔隙构造和数量、孔隙的充水程度。
F100:表示冻融循环100次抗压强度下降不超过25%,质量损失不超过5%。
(5)混凝土的配合比
混凝土配合比的设计,实质上就是确定四种材料用量之间的三个对比关系:水胶比、砂率、浆骨比。
1)水胶比:水与水泥用量之间的对比关系。
2)砂率:砂与石子用量之间的对比关系。
3)浆骨比:用单位体积混凝土用水量表示,表示水泥浆与集料用量之间的对比关系。
(6)集料
细集料:粒径在0.16~5mm之间的骨料
F.M=3.7~3.1 粗砂; F.M=3.0~2.3 中砂;
F.M=2.2~1.6 细砂; F.M=1.5~0.7 特细砂
(巧记:从3.0逆推)
(7)混凝土的外加剂
1)改善混凝土和易性。包括减水剂、引气剂、泵送剂等。
2)调节混凝土凝结时间。包括速凝剂、早强剂、缓凝剂。
3)改善混凝土耐久性。包括引气剂、防水剂、阻锈剂、养护剂等。
4)改善混凝土其他性能。包括膨胀剂、防冻剂、防水剂和泵送剂等。
(8)建筑钢材
工程所用的钢筋有热轧光圆钢筋、热轧带肋钢筋、冷拉热轧钢筋、冷轧带肋钢筋、余热处理钢筋及冷轧扭钢筋、钢丝等。【2020改动】
1)有物理屈服点的钢筋的屈服强度是钢筋强度的设计依据。
2)无物理屈服点的钢筋的极限强度是钢筋强度的设计依据。
3)反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。
4)钢材的力学性能主要有抗拉性能、硬度和冲击韧性。工艺性能有焊接性能及冷弯性能。
(9)钢筋检验
进入施工现场的钢筋,应具有出厂质量证明书或试验报告单,每捆(盘)钢筋均应挂上标牌,标牌上应注有生产厂家、生产日期、牌号、产品批号、规格、尺寸等标记。在运输和储存时不得损坏和遗失这些标牌。【2020改动】
五、水力荷载
水工建筑物的荷载分为:永久作用荷载、可变作用荷载和偶然作用荷载。偶然作用荷载包括:地震作用、校核洪水位时的静水压力。
1、静水压力
1.1静水压力计算
1.2枢纽建筑物的静水压力
坝、水闸等挡水建筑物和河床式水电站厂房在运用静水压力代表值的计算水位应按下列规定确定:
(1)持久设计状况:上游采用水库的正常蓄水位(或防洪高水位),下游采用可能出现的不利水位。
(2)偶然设计状况:上游采用水库的校核洪水位,下游采用水库在该水位泄洪时的水位。
(3)短暂设计状况:采用设计预定该建筑物在检修期的上、下游水位。
2、扬压力
扬压力=浮托力+渗透压力。
浮托力是由坝体下游水深的;
渗透压力是在上、下游水位差作用下产生的。
六、渗流分析
1、土石坝的渗流分析
渗流分析的内容包括:(1)确定浸润线的位置;(2)确定渗流的主要参数——渗流流速与坡降;(3)确定渗流量。
2、闸基的渗流分析
3、渗透系数
渗透系数的大小主要取决于土的颗粒形状、大小、不均匀系数及水温。
一般采用经验法、室内测定法、野外测定法确定。
式中,Q—实测的流量(m3/s);
A—通过渗流的土样横断面面积(m2);
L—通过渗流的土样高度(m);
H—实测的水头损失(m)。
4、渗透变形
渗透变形又称为渗透破坏,是指在渗透水流的作用下,土体遭受变形或破坏的现象。一般可分为管涌、流土、接触冲刷、接触流失四种基本形式。
4.1管涌
(1)非黏性土土体内的细小颗粒沿着粗大颗粒间的孔隙通道移动或被渗流带出,致使土层中形成孔道而产生集中涌水的现象。
(2)一般发生在无黏性砂土、砂砾土的下游坡面和地基渗流的逸出处。
4.2流土
在渗流作用下,非黏性土土体内的颗粒群同时发生移动的现象;或者黏性土土体发生隆起、断裂和浮动等现象。流土现象主要发生在黏性土及较均匀的非黏性土体的渗流出口处。
4.3防止渗透变形的工程措施
(1)改善岩土体的结构特性,提高其抵抗渗透变形的能力;
(2)采取措施截断岩(土)体中的渗透水流或减小岩(土)体中渗透水流渗透比降,使其小于允许比降。
第二类措施中,最可靠的方法是兴建防渗墙,具体工程措施为:
(1)设置水平与垂直防渗体,增加渗径的长度,降低渗透坡降或截阻渗流。
(2)设置排水沟或减压井,以降低下游渗流口处的渗透压力,并且有计划地排除渗水。
(3)对有可能发生管涌的地段,应铺设反滤层,拦截可能被渗流带走的细小颗粒。
(4)对有可能产生流土的地段,则应增加渗流出口处的盖重。盖重与保护层之间也应铺设反滤层。
4.6反滤层和过渡层
(1)反滤层的作用是滤土排水,防止在水工建筑物渗流出口处发生渗透变形。
(2)坝的反滤层必须符合下列要求:
1)使被保护的土不发生渗透变形;
2)渗透性大于被保护土,能通畅地排出渗透水流;
3)不致被细粒土淤塞失效。
六、水流形态及消能方式
1、水流形态
主要包括:恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流、层流与紊流、急流与缓流。
(1)恒定流:流场中任何空间上所有的运动元素不随时间而改变。
(2)均匀流:当水流的流线为相互平行的直线。
(3)层流:各流层的液体质点有条不紊地运动,互不混掺。(最为常见)
(4)急流:当水流遇到障碍物时,只引起局部的水面变化,而这种变化不向上游传播。
2、消能方式
为减小对下游河道的冲刷,采取的消能方式有:①底流消能、②挑流消能、③面流消能、④消力戽消能。
(1)底流消能
主要是靠水跃产生的表面旋滚与底部主流间的强烈紊动、剪切
和掺混作用。该法对地质条件要求较低,既适用于坚硬岩基,也适用于较软弱或节理裂隙较为发育的岩基。
(2)挑流消能
利用溢流坝下游设置挑流坎,把高速水流挑射到下游空中,然后扩散的掺气水流跌落到坝下游河道内。适用于坚硬岩基上的高、中坝。
(3)面流消能
当下游水深较大且比较稳定时,利用鼻坎将下泄的高速水流的主流挑至下游水面,在主流与河床之间形成巨大的底部旋滚,旋滚流速较低,避免高速水流对河床的冲刷。余能主要通过水舌扩散、流速分布调整及底部旋滚与主流的相互作用而消除。高流速的主流位于表层。适用于中、低水头工程尾水较深,流量变化范围较小,水位变幅较小,或有排冰、漂木要求的情况。一般不需要作护坦。
(4)消力戽消能
适用于尾水较深,流量变化范围较小,水位变幅较小,或有排冰、漂木要求的情况,一般不需要作护坦。
第二节 水利水电工程施工水流控制
第一小节 施工导流与截流
一、施工导流标准
(1)导流标准主要包括:导流建筑物级别、导流建筑物设计洪水标准、施工期临时度汛洪水标准和导流泄水建筑物封堵后坝体度汛洪水标准。
(2)导流建筑物级别根据其保护对象、失事后果、使用年限和导流建筑物规模等指标划分为Ⅲ~Ⅴ级。
二、施工导流方式
1、分期(段)围堰导流
适用于河床宽、流量大、工期长的工程,尤其适用通航和冰凌严重的河道,这种导流方法费用低。又包括束窄河床导流和通过已建或在建的建筑物导流。
(1)束窄河床导流
束窄河床导流通常用于分期导流的前期阶段,特别是一期导流。其泄水道是被围堰束窄后的河床。
(2)通过建筑物导流
通过建筑物导流的主要方式,包括设置在混凝土坝体中的底孔导流、混凝土坝体上预留缺口导流、梳齿孔导流,平原河道上低水头河床式径流电站可采用厂房导流等。这种导流方式多用于分期导流的后期阶段。
2、一次拦断河床围堰导流
适用于枯水期流量不大,河道狭窄的河流。按导流泄水建筑物的类型可分为明渠导流、隧洞导流、涵管导流。
(1)明渠导流:一般适用于岸坡平缓或有一岸具有较宽的台地、垭口或古河道的地形。
(2)隧洞导流:适用于河谷狭窄、两岸地形陡峻、山岩坚实的山区河流。
(3)涵管导流:适用于导流流量较小的河流或只用来担负枯水期的导流。
三、截流方法
1、截流方式
(1)截流方式分为戗堤法截流和无戗堤法截流截流两种。
(2)戗堤法截流:立堵、平堵、混合堵(立平堵、平立堵)。
(3)无戗堤法截流:建闸截流、水力冲填法、定向爆破截流、浮运结构截流。
2、减小截流难度的技术措施
2.1减小截流难度的主要技术措施
(1)加大分流量,改善分流条件
(2)改善龙口水力条件
(3)增大抛投料的稳定性,减少块料流失
(4)加大截流施工强度
(5)合理选择截流时段
2.2改善龙口水力条件的措施有:双戗截流、三戗截流、宽戗截流、平抛垫底等。
第二小节 导流建筑物及基坑排水
一、围堰的类型
围堰类型可分为土石围堰、混凝土围堰、钢板桩围堰等。
(1)土石围堰
土石围堰的抗渗结构形式有:斜墙式;斜墙带水平铺盖式;垂直防渗墙式及灌浆帷幕式。
(2)混凝土围堰
混凝土围堰的特点是挡水水头高,底宽小,抗冲能力大,堰顶可溢流。尤其是在分段围堰法导流施工中,用混凝土浇筑的纵向围堰可以两面挡水,而且可与永久建筑物相结合作为坝体或闸室体的一部分。混凝土围堰结构形式有重力式、拱形等形式。
二、围堰布置与设计
不过水围堰堰顶高程和堰顶安全加高值应符合下列规定:
(1)堰顶高程不低于设计洪水的静水位与波浪高度及堰顶安全加高值之和,其堰顶安全加高不低于下表。
(2)土石围堰防渗体顶部在设计洪水静水位以上的加高值:斜墙式防渗体为0.6-0.8m; 心墙式防渗体为0.3-0.6m。
三、基坑排水技术
1、初期排水
1.1排水量的组成及计算
(1)初期排水量的组成
初期排水总量应按围堰闭气后的基坑积水量、抽水过程中围堰及地基渗水量、堰身及基坑覆盖层中的含水量,以及可能的降水量等组成计算。
(2)初期排水量的计算
式中 Q——初期排水流量(m3/s)
V——基坑的积水体积(m3);
T——初期排水时间(s)
η——经验系数,主要与围堰种类、防渗措施、地基情况、排水时间等因素有关,一般取η=3~6。当覆盖层较厚,渗透系数较大时取上限。
1.2水位降落速度及排水时间
对于土质围堰或覆盖层边坡,其基坑水位下降速度必须控制在允许范围内。开始排水降速以0.5~0.8m/d为宜,接近排干时可允许达1.0~1.5m/d。其他形式围堰,基坑水位降速般不是控制因素。
排水时间的确定,应考虑基坑工期的紧迫程度、基坑水位允许下降的速度、各期抽水设备及相应用电负荷的均匀性等因素,进行比较后选定。一般情况下,大型基坑可采用5-7d,中型基坑可采用3~5d。
2、经常性排水
包括:围堰和地基在设计水头的渗流量、覆盖层中的含水量、排水和降水量及施工弃水量。其中降水量可按抽水时段最大日降水量在当天抽干计算;施工弃水量与降水量不应叠加。
四、导流泄水建筑物 (冷门章节)
1、导流泄水建筑物包括:导流明渠、导流隧洞、导流涵管、导流底孔、坝体预留缺口等临时建筑物和部分利用的永久泄水建筑物。
2、导流明渠弯道半径不宜小于3倍明渠底宽,进出口轴线与河道主流方向的夹角宜小于300。
3、导流隧洞弯曲半径不宜小于5倍洞径(或洞宽) ,转角不宜大于600,且应在弯段首尾设置直线段,其长度不宜小于5倍洞径(或洞宽)。
第三节 地基处理工程
一、地基基础的要求及地基处理的方法
1、地基基础的要求
1.1水工建筑物的地基分类
(1)岩基:岩石
(2)软基
由淤泥、壤土、砂、砂砾石、砂卵石等构成的地基,又可细分为砂砾石地基、软土地基。
1)砂砾石地基:砂砾石、砂卵石等构成,空隙大,孔隙率高,渗透性强。
2)软土地基:由淤泥、壤土、粉细砂等细微粒子的土质构成,孔隙率大、压缩性大、含水量大、渗透系数小、承载能力差、沉陷大、触变性强等特点。
1.2水工建筑物对地基基础的基本要求
具有足够的(1)强度(2)整体性和均一性(3)抗渗性(4)耐久性。
2、地基处理的方法(清楚各方法概念即可)
(1)开挖:是地基处理最通用的方法
(2)灌浆
(3)防渗墙
(4)置换法
(5)排水法
(6)挤实法
(7)桩基础
(8)锚固
二、灌浆施工技术
1、灌浆分类
1.1按灌浆材料分类。主要分为水泥灌浆、黏土灌浆和化学灌浆等。
1.2按灌浆目的分类。按灌浆目的分为帷幕灌浆、固结灌浆、接触灌浆、接缝灌浆、回填灌浆、预应力灌浆和补强灌浆等。
(1)帷幕灌浆。帷幕灌浆是用浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙,形成防水幕,以减小渗流量或降低扬压力的灌浆。
(2)固结灌浆。用浆液灌人岩体裂隙或破碎带,以提高岩体的整体性和抗变形能力的灌浆。
(3)接触灌浆。通过浆液灌入混凝土与基岩或混凝土与钢板之间的缝隙,以增加接触面结合能力的灌浆。
(4)接缝灌浆。通过埋设管路或其他方式将浆液灌入混凝土坝体的接缝,以改善传力条件增强坝体整体性的灌浆。(如拱坝的横缝,重力坝的垂直施工缝。)
(5)回填灌浆。用浆液填充混凝土与围岩或混凝土与钢板之间的空隙和孔洞,以增强围岩或结构的密实性的灌浆。
岩基灌浆时,一般先进行固结灌浆,后进行帷幕灌浆,可以抑制帷幕灌浆时地表抬动和冒浆。
1.3按灌浆地层分类。
1.4按灌浆压力分类。可分为常压灌浆和高压灌浆。灌浆压力在3MPa以上的灌浆为高压灌浆。
2、钻孔灌浆用的机械设备
3、灌浆方式和灌浆方法
3.1灌浆方式
灌浆方式有纯压式和循环式两种。
(1)纯压式。
纯压式灌浆是指浆液注入孔段内和岩体裂隙中,不再返回的灌浆方式。多用于吸浆量大,并有大裂隙存在和孔深不超过15m的情况。
(2)循环式
循环式灌浆是指浆液通过射浆管注入孔段底部,部分浆液渗入到岩体裂隙中,部分浆液通过回浆管返回,保持孔段内的浆液呈循环流动状态的灌浆方式。这种方式一方面使浆液保持流动状态,可防止水泥沉淀,灌浆效果好;另一方面可以根据进浆和回浆液比重的差值,判断岩层吸收水泥的情况。
3.2灌浆方法
(1)灌浆方法按同一钻孔内的钻灌顺序分为全孔一次灌浆法和分段钻灌法。分段钻灌法又可分为自上而下分段灌浆法、自下而上分段灌浆法、综合灌浆法和孔口封闭灌浆法。
(2)全孔一次灌浆:多用于孔深不深,地质条件比较良好,基岩比较完整的情况。
4、帷幕灌浆
4.1帷幕灌浆施工工艺主要包括:钻孔、裂隙冲洗、压水试验、灌浆和灌浆的质量检查等。
(1)灌浆:必须分序加密;浆段长度宜为5~6m;灌浆浆液的浓度应由稀至浓,逐级变换。
(2)质量检查:以检查孔压水试验成果为主要依据,灌浆检查孔的数量宜为灌浆孔总数的10%左右。
5、固结灌浆
(1)灌浆
必须分序加密;灌浆孔的基岩灌浆段长不大于6m时,可采用全孔一次灌浆;大于6m时,宜分段灌注,分段长度可采用5~6m,特殊情况下可缩短或加长,但不应大于10m。
(2)质量检查
1)压水试验应在裂隙冲洗后进行,采用单点法。试验孔数不宜少于总孔数的5%。
2)固结灌浆工程的质量检查宜采用检测岩体弹性波波速的方法,检测可在灌浆结束14d后进行。
3)固结灌浆工程的质量检查也可采用钻孔压水试验的方法,检测时间可在灌浆结束7d或3d后进行。检查孔的数量不宜少于灌浆孔总数的5%,压水试验应采用单点法。
4)质量合格标准为:单元工程内检查孔各段的合格率应达85%以上,不合格孔段的透水率值不超过设计规定值的150% ,且不集中。
6、高压喷射灌浆
6.1适用范围:
适用于淤泥质土、粉质黏土、粉土、砂土、砾石、卵(碎)石等松散透水地基或填筑体内的防渗工程。对含有较多漂石或块石的低层,应进行现场高压喷射灌浆试验,以确定其适用性。
6.2基本方法
(1)单管法:桩径0.5~0.9m。
(2)二管法:桩径0.8~1.5m。
(3)三管法:桩径1.0~2.0m。
(4)新三管法:
适用于含较多密实性充填物的大粒径地层。
6.3喷射形式
(a)旋喷、(b)摆喷、(c)定喷
6.4施工程序
钻孔、地面试喷、下喷射管、喷射提升、成桩成板或成墙等。
6.5质量检验
(1)高喷墙的防渗性能应根据墙体结构形式和深度选用围井、钻孔或其他方法进行检查。
(2)高喷墙质量检查宜在以下重点部位进行:地层复杂的部位;漏浆严重的部;可能存在质量缺陷的部位。
(3)围井检查法适用于所有结构形式的高喷墙;厚度较大的和深度较小的高喷墙可选用钻孔检查法。
(4)围井检查宜在围井的高喷灌浆结束7d后进行,如需开挖或取样,宜在14d后进行;钻孔检查宜在该部位高喷灌浆结束28d后进行。
三、防渗墙施工技术
1、防渗墙的类型
1.1按墙体结构形式分类
主要有桩柱型防渗墙、槽孔型防渗墙和混合型防渗墙三类。
1.2防渗墙质量检查
(1)槽孔建造的终孔质量检查应包括下列内容:
1)孔深、槽孔中心偏差、孔斜率、槽宽和孔形。
2)基岩岩样与槽孔嵌入基岩深度。
3)一期、二期槽孔间接头的套接厚度。
(2)槽孔的清孔质量检查应包括下列内容:
1)接头孔刷洗质量
2)孔底淤积厚度
3)孔内泥浆性能(包括密度、黏度、含砂量)。
(3)混凝土浇筑质量检查应包括下列内容
1)导管布置。
2)导管埋深。
3)浇筑混凝土面的上升速度。
4)钢筋笼、预埋件、观测仪器安装埋设。
5)混凝土面高差。
(4)墙体材料检査应遵循下列规定
1)混凝土成型试件应在槽孔口现场取样。
2)抗压强度试件每个墙段至少成型1组,大于500m3的墙段至少成型2组;抗渗性能试件每8~10个墙段成型1组。
3)薄墙抗压强度试件每5个墙段成型1组,抗渗性能试件每20个墙段成型1组。
4)固化灰浆和自凝灰浆应进行抗压及抗渗试验,试验组数根据工程规模确定。
5)确需进行弹性模量试验时,弹性模量试件数量根据需要确定。
1.3墙体质量检査应在成墙28后进行,检査内容为必要的墙体物理力学性能指标、墙段接缝和可能存在的缺陷。检査可采用钻孔取芯、注水试验或其他检测等方法。检查孔的数量宜为每15~20个槽孔1个,位置应具有代表性。遇有特殊要求时,可酌情增加检测项目及检测频率,固化灰浆和自凝灰浆的质量检查可在合适龄期进行。
第四节 土石方工程
一、土石方工程施工的土石分级
依开挖方法、开挖难易、坚固系数等,共划分为16级,其中土分4级,岩石分12级。
1、土的分级(Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ)
2、岩石的分级(Ⅴ~XVI)(15级为20-25,16级为25以上)
3、洞室开挖的围岩分类
(1)地下洞室的围岩的评分基本依据:岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水、主要结构面产状。以围岩强度应力比为参考依据。
(2)围岩分类:Ⅰ 稳定、Ⅱ 基本稳定、Ⅲ 稳定性差、Ⅳ 不稳定、Ⅴ 极不稳定。
二、土方开挖技术
土方开挖的开挖方式包括:自上而下开挖、上下结合开挖、先岸坡后河槽开挖和分期分段开挖等。水利水电工程建设中,土方开挖的方法主要有机械开挖、人工开挖等。
1、机械开挖
机械开挖的主要挖土机械有挖掘机、装载机、推土机和铲运机等。
1.1挖掘机。
(1)正铲挖掘机是土石方开挖中最常用的机械,适用于开挖停机面以上的土石方,也可挖掘停机面以下不深的土方,但不能用于水下开挖。正铲与运输工具配合时,其开挖工作面的布置有侧向挖掘与正向挖掘两种方式。
(2)反铲挖掘机毎一作业循环包括挖掘、冋转、卸料和返回等四个过程。
(3)索铲挖掘机又称拉铲挖掘机,主要用于开挖停机面以下的土料,适用于坑槽挖,掘,也可水下掏掘土石料。
(4)抓斗挖掘机又称抓铲挖掘机,用钢绳牵拉,灵活性较差,工效不高,不能挖掘坚硬土。
1.2 装载机。装载机是应用较广泛的土石方施工机械,与挖掘机比较,它不仅能进行挖装作业,而且能进行集渣、装载、推运、平整、起重及牵引等工作。
1.3推土机。它能平整场地、边坡与道路。开挖基坑、集料与浅沟渠,回填沟槽,以及推树拔根等。推土机用于开挖与推运土料时,其运距以不超过60m为宜。
1.4铲运机。铲运机是集开挖、运输和铺填三项工序于一身的设备,铲运机有拖式和自行式两类。它是一种铲土、裝土、运土、铺土和整平的综合机械。适用于挖方深度和填方高度均不大,开挖Ⅰ~Ⅱ级土(Ⅲ、Ⅳ级土需翻松),运距不远(600~1500m)的情况。
铲运机是一种循环作业机械,由铲土、运土、卸土、回驶四个过程组成。它的开行方式有环形和“8”字形两种。当挖填方靠近(如修渠道和路基等),且挖填方高差在1.5m以内时,常用环形开行,高差超过1.5m时,可采用“8”字形开行。
1.5机械设备配套原则
在选择土方开挖运输机械时应尽可能选用容量大、数量少、型号规格单一的机械,便于管理和修配。
2、闸坝基础人工开挖
闸坝基础开挖中,应特别注意做好排水工作:在安排施工程序时,应先挖出排水沟,然后再分层下挖。临近设计高程时,应留出0.2~0.3m的保护层暂不开挖,待上部结构施工时,再予以挖除。
人工开挖闸坝基础可全面逐层下降,也可分区呈台阶状下挖。
三、石方开挖技术
1、爆破开挖【2020改动】
爆破工程中台阶爆破、预裂和光面爆破是最基本的方法,广泛应用于露天明挖、地下洞室开挖等工程。
按爆破对象的不同,爆破通常分为明挖爆破、地下洞室爆破、水下爆破、水下岩塞爆破、拆除爆破等。
(1)台阶爆破是指开挖面呈阶梯形状,采用延时爆破技术的爆破作业。延时爆破分为毫秒延时爆破、秒延时爆破等。
(2)预裂爆破是指沿开挖边界布置密集爆破孔,采用不耦合装药或装填低威力炸药,在主爆区之前起爆,从而在爆区与保留区之间形成预裂缝,以减弱主爆破对保留岩体的破坏,并形成平整轮廓面的爆破作业。
(3)光面爆破是指沿开挖边界布置密集爆破孔,采取不耦合装药或装填低威力炸药,在主爆区之后起爆,从而形成平整轮廓面的爆破作业。
(4)爆破参数是指爆破介质与炸药特性、药包布置、炮孔的孔径和孔深、装药结构及起爆药量等影响爆破效果因素的总称。合理的爆破参数应通过爆破试验确定。
(5)炮孔装药后应采用土壤、细砂或其他混合物堵塞,严禁使用块状、可燃的材料堵塞。
2、爆破后检查
爆破后人员进入工作面检查等待时间应按下列规定执行:
(1)明挖爆破时,应在爆破后5min进入工作面;当不能确定有无盲炮时,应在爆破后15min进入工作面。
(2)地下洞室爆破应在爆破后15min,并经检查确认洞室内空气合格后,方可准许人员进入工作面。
(3)拆除爆破应等待倒塌建(构)筑物和保留建(构)筑物稳定之后,方可准许人员进入现场。
四、锚固技术
在天然地层中的锚固方法以钻孔灌浆的方式为主。在人工填土中的锚固方法有锚锭板和加筋土两种方式。
喷锚支护
五、地下工程施工【2020大改】
地下工程按其断面大小可分为小断面、中断面、大断面和特大断面四类。
1、洞口开挖
洞口开挖前,应对洞口岩体稳定性进行分析,确定开挖方法、支护措施和洞口边坡加固方案。洞口削坡应自上而下分层进行。
洞口段一般采用先导洞后扩挖的方法施工,采取浅孔弱爆破。断面较小时也可采用全断面开挖、及时支护的方法。当洞口明挖量大或岩体稳定性差、工期紧张时,可利用施工支洞或导洞自内向外开挖,并及时做好支护。
2、平洞开挖
平洞开挖方法应根据围岩类别、工程规模、工期要求、支护参数、施工条件、出渣方式等确定。中小断面洞室,宜采用全断面开挖;大断面、特大断面宜采用分层分区开挖。
下列情况可采用预先贯通导洞法施工:
(1)地质条件复杂,需进一步查清;
(2)为解决排水或降低地下水位;
(3)改善通风和优化交通。
开挖循环进尺应根据围岩情况、断面大小和支护能力、监测结果等条件进行控制,在Ⅳ类围岩中一般控制在2m以内,在Ⅴ类围岩中一般控制在1m以内。
3、斜井与竖井开挖
斜井开挖应综合分析地质条件、结构布置、断面尺寸、坡度、长度、交通条件等因素选择开挖方法和施工设备。斜井倾角为6°~30°时,宜采用自上而下全断面开挖。倾角为30°~45°时,可采用自上而下全断面开挖或自下而上开挖。采用自下而上开挖时,应有扒渣和溜渣设施;倾角为45°~75°时,可采用自下而上先挖导井、再自上而下扩挖,或自下而上全断面开挖。
若不具备从竖井底部出渣的条件时,应全断面自上而下开挖;当竖井底部有岀渣通道,且竖井断面较大时,可选用导井开挖,扩挖宜自上而下进行。当竖井底部有出渣通道时,小断面竖井和导井可采用反井钻机法、爬罐法或吊罐法进行自下而上全断面开挖。在土层中开挖竖井时,应自上而下开挖,边开挖边支护。
4、挖掘机开挖
按照破碎岩石的方法,掘进机大致可分为挤压式(滚压式)和切削式两种类型;按照据进机的作业面是否封闭,可分为开敞式、单盾式和双护盾掘进机。
地下工程施工,符合下列情况时,可研究选用掘进机施工的合理性:
(1)圆形断面,洞径3~12m,洞线比较顺直,洞长超过5km,开挖施工支洞及竖井困难或不经济。
(2)围岩类别1~Ⅲ类,岩体构造均匀,物理力学指标适中,岩溶不发育,断层破碎带较少,围岩变形小。
(3)岩石单轴抗压强度在30-200MPa之间。
(4)地下涌水量较小。
在坚硬、中等坚硬的较完整岩体中开挖隧洞时,宜选用开敞式掘进机开挖;在中等坚硬的完整性较差的岩体、软岩或局部土层中开挖隧洞时,宜选用护盾式掘进机开挖。
第五节 土石坝工程
第一小节 土石坝施工技术
一、土石坝施工机械的配置
1、挖运机械的类型
1.1挖掘机械。土石方工程的开挖机械主要是挖掘机。
1.2挖装运组合机械。挖运组合机械主要有推土机和铲运机;装运结合的机械则有装载机。
1.3运输机械。运输机械有循环式和连续式两种。
(1)循环式运输机械有有轨机车和汽车。
(2)连续运输机械最常用的是带式运输机。
2、施工机械的配置方法
常用土方施工机械的经济运距如下:
(1)履带式推土机的推运距离为15~30m时,可获得最大的生产率。推运的经济运,距一般为30~50m,大型推土机的推运距离不宜超过100m。
(2)轮胎装载机用来挖掘和特殊情况下作短距离运输时,其运距一般不超过100~150m;履带式装载机不超过100m。
(3)牵引式铲运机的经济运距一般为300m。自行式铲运机的经济运距与道路坡度大小、机械性能有关,一般为200~300m。
(4)自卸汽车在运距方面的适应性较强。
二、土石坝建筑的施工碾压试验
1、压实机械
分为静压碾压(静压力)、振动碾压(周期性的重复动力)和夯击(瞬时动力)三种类型。
2、土料填筑标准
(1)黏性土的填筑标准
1)含砾和不含砾的黏性土的填筑标准应以压实度和最优含水率作为设计控制指标。设计最大干密度应以击实最大干密度乘以压实度求得。【2010】
2)1级、2级坝和高坝的压实度应为98%~100%,3级中低坝及3级以下的中坝压实度应为96%~98%。设计地震烈度为8度、9度的地区,宜取上述规定的大值。
(2)非黏性土的填筑标准
砂砾石和砂的填筑标准应以相对密度为设计控制指标。砂砾石的相对密度不应低于0.75,砂的相对密度不应低于0.7,反滤料宜为0.7。
3、压实参数的确定
(1)土料填筑压实参数主要包括:碾压机具的重量、含水量、碾压遍数及铺土厚度等,对于振动碾还应包括振动频率及行走速率等。(6个)
(2)粘性土料压实含水量按土料塑限wp±2%进行试验,即:土料塑限=wp-2%,土料塑限=wp,土料塑限=wp+2%。
(3)以单位压实遍数的压实厚度最大者为最经济、合理。
(4)对非黏性土料的试验,只需作铺土厚度、压实遍数和干密度ρd的关系曲线。
三、土石坝填筑的施工方法(案例+选择)
1、土石坝施工内容
1.1根据施工方法的不同,土石坝分为干填碾压(碾压式)、水中填土、水力冲填(包括水坠坝)、和定向爆破修筑等类型。其中,碾压式土石坝最为普遍。
1.2碾压土石坝的施工作业,包括:准备作业、基本作业、辅助作业和附加作业。
(1)准备作业。包括“四通一平”(通车、通水、通电、通信、平整场地)、修建生产、生活福利、行政办公用房以及排水清基等工作。
(2)基本作业。包括料场土石料开采,挖、装、运、卸以及坝面作业等。
(3)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。
(4)附加作业。包括坝坡修整,铺砌护面块石及铺植草皮等。
2、坝料开采
石料开采:用作坝体的堆石料多采用深孔梯段微差爆破。
3、铺料与整平
(1)铺料宜平行坝轴线进行,铺土厚度要匀。进人防渗体内铺料,自卸汽车卸料宜用进占法倒退铺土。
(2)按设计厚度铺料整平是保证压实质量的关键。一般采用带式运输机或自卸汽车上坝卸料,采用推土机或平土机散料平土。
(3)黏性土料含水量偏低,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。对非黏性土料,为防止运输过程脱水过量,加水工作主要在坝面进行。
(4)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。
4、碾压
碾压机械的开行方式通常有:进退错距法和圈转套压法两种。
(1)进退错距法
错距宽度b(m)按下式计算
b=B/n
式中 B——碾滚净宽(m);
n——设计碾压遍数。
(2)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。
5、接头处理
(1)在坝体填筑中,层与层之间分段接头应错开一定距离,同时分段条带应与坝轴线平行布置,各分段之间不应形成过大的高差。接坡坡比一般缓于1:3。
(2)坝体填筑中,一般都采用土、砂平起的施工方法。土、砂平起填筑,采用两种施工方法:一种是先土后砂法,即先填土料后填砂砾反滤料;另一种是先砂后土法,即先填砂砾反滤料后填土料。
(3)对于坝身与混凝土结构物(如涵管、刺墙等)的连接,靠近混凝土结构物部位不能采用大型机械压实时,可釆用小型机械夯或人工夯实。填土碾压时,要注意混凝土结构物两侧均衡填料压实,以免对其产生过大的侧向压力,影响其安全。
四、土石坝的施工质量控制(案例+选择)
1、料场的质量检查和控制
(1)对土料场应经常检査所取土料的土质情况、土块大小、杂质含量和含水量等。其中含水量的检查和控制尤为重要。
(2)若土料的含水量偏高,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。若以上方法仍难满足要求,可以釆用机械烘干法烘干。
(3)当含水量偏低时,对于黏性土料应考虑在料场加水。料场加水的有效方法是: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。
(4)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。
(5)对石料场应经常检查石质、风化程度、石料级配大小及形状等是否满足上坝要求。
2、坝面的质量检查和控制
(1)在坝面作业中,应对铺土厚度、土块大小、含水量、压实后的干密度等进行检查。
对黏性土,含水量的检测是关键,可用含水量测定仪测定。干密度的测定,黏性土一般可用体积为200~500cm3的环刀取样测定;砂可用体积为500cm3的环刀取样测定;砾质土、砂砾料、反滤料用灌水法或灌砂法测定;堆石因其空隙大,一般用灌水法测定。当砂砾料因缺乏细料而架空时,也用灌水法测定。
(2)对于反滤层、过渡层、坝壳等非黏性土的填筑,主要应控制压实参数。在填筑排水反滤层过程中,每层在25m×25m的面积内取样1~2个;对条形反滤层,每隔50m设取样断面,每个取样断面每层取样不得少于4个。(25平方米1到2个,条形50米4个)
第二小节 混凝土面板堆石坝施工技术
一、面板堆石坝结构布置 (案例+选择)
1、堆石材料的质量要求
2、堆石坝坝体分区
坝体部位不同,受力状况不同,对填筑材料的要求也不同,所以应对坝体进行分区。
堆石坝坝体分区基本定型,主要有垫层区、过渡区、主堆石区、下游堆石区等。
(1)垫层区。主要作用是为面板提供平整、密实的基础。
(2)过渡区。主要作用是保护垫层区在高水头作用下不产生破坏。
(3)主堆石区。是承受水荷载的主要支撑体。
(4)下游堆石区。主要作用是保护主堆石体及下游边坡稳定。
(5)混凝土面板。(补充知识:是主要防渗结构。)
二、坝体填筑施工
堆石坝填筑施工质量控制关键是要对填筑工艺和压实参数进行有效控制。
1、填筑工艺
(1)坝体堆石料铺筑宜采用进占法,必要时可采用自卸汽车后退法,与进占法结合卸料(混合法)。
(2)垫层料的摊铺多采用后退法。
(1)坝体堆石料碾压应采用振动平碾。
(2)压实过程中,有时表层块石有失稳现象。为改善垫层料碾压质量,采用斜坡碾压与砂浆固结相结合的施工方法。
2、堆石坝的压实参数和质量控制
坝料压实检查,应采用碾压参数和干密度(孔隙率)等参数控制,以控制碾压参数为主。
坝料压实检查方法:垫层料、过渡料和堆石料压实干密度检测方法,宜采用挖坑灌水(砂)法。
三、面板及趾板施工
1、混凝土面板的施工
混凝土面板是面板堆石坝的主要防渗结构。面板的施工主要包括混凝土面板的分块、垂直缝砂浆条铺设、钢筋架立、面板混凝土浇筑、面板养护等作业内容。
(1)混凝土面板的分块
面板纵缝的间距决定了面板的宽度。面板的宽度决定了混凝土浇筑能力,也决定了钢模的尺寸及其提升设备的能力。
(补充知识: 施工工艺:基础处理→趾板浇筑→坝体填筑→砂浆铺设→铺设止水→架立侧模→钢筋架立→面板混凝土浇筑)
(2)垂直缝砂浆条铺设。垂直缝砂浆条一般宽50cm,是控制面板体型的关键。砂浆铺设完成后再在其上铺设止水,架立侧模。
(整个面板堆石坝的施工顺序:堆石体的施工填筑到一定高程—垫层区处理提供平衡的基础——垂直缝砂浆条铺设——在其上铺设止水——架立侧模—钢筋架立——混凝土浇筑)
(3)钢筋架立。面板宜采用单层双向钢筋。
(4)面板混凝土浇筑。通常面板混凝土采用滑模浇筑。施工中应控制入槽混凝土的坍落度在3~6m。
(5)面板养护。面板的养护包括保温、保湿两项内容。一般采用草袋保温,锁水保湿,连续养护。面板混凝土宜在低温季节浇筑,混凝土入仓温度应加以控制,并加强混凝土面板表面的保湿和保温养护,直到蓄水为止,或至少90d。
2、沥青混凝土面板施工
沥青面板施工方法:碾压法、浇筑法、预制装配法以及填石振动法。
第六节 混凝土坝工程
第一小节 混凝土拌合设备及其生产能力的确定
一、混凝土拌合设备及其生产能力的确定(案例+选择)
1、拌合设备
1.1拌合机
拌合机按搅拌方式分为强制式、自落式和涡流式三种。
拌合机的主要性能指标是其工作容量。包括装料、拌合、卸料三个循环过程。
1.2拌合站、拌合楼
拌合楼分为进料、贮料、配料、拌合及出料共五层,其中配料层是全楼的控制中心,设有主操纵台。
2、拌合设备生产能力的确定
(1)拌合设备生产能力主要取决于设备容量、台数与生产率等因素。
(2)拌合设备生产能力的计算
1)混凝土拌合系统小时生产能力计算公式
式中 Qh 一小时生产能力(m3/h);
Kh 一小时不均匀系数,可取1.3~1.5;
Qm一混凝土高峰浇筑强度(m3/月);
m 一每月工作天数(d) ,一般取25d;
n 一每天工作小时数(h) ,一般取20h。
2)混凝土初凝条件校核小时生产能力计算公式
式中 S一最大混凝土块的浇筑面积(m2);
D 一最大混凝土块的浇筑分层厚度(m);
t1 一混凝土的初凝时间(h);
t2 一混凝土出机后到浇筑入仓所经历的时间(h)。
二、混凝土运输方案(了解)
1、混凝土运输方案包括:自卸汽车、料罐车、搅拌车等车辆运送混凝土;门式、塔式、缆式起重机以及其他起吊设备配吊罐运送混凝土;胶带机(包括塔带机、胎带机、布料机等)运送混凝土;溜筒、溜管、溜槽、负压(真空)溜槽运送混凝土;混凝土泵输送混凝土等。
2、混凝土运输过程中,因故停歇过久,混凝土拌合物出现下列情况之一者,应按不合格料处理:
(1)混凝土产生初凝。
(2)混凝土塑性降低较多,已无法振捣。
(3)混凝土被雨水淋湿严重或混凝土失水过多。
(4)混凝土中含有冻块或遭受冰冻,严重影响混凝土质量。
三、混凝土的浇筑与养护(选择)
1、浇筑前的准备工作
(1)基础面处理
1)砂砾地基:应清除杂物,整平建基面,再浇10~20cm低强度等级的混凝土作垫层,以防漏浆;
2)土基:应先铺碎石,盖上湿砂,压实后,再浇筑混凝土;
3)岩基:爆破后,用人工清除表面松软岩石、棱角和反坡,并用高压水枪冲洗,直至洁净为止,最后,再用高压风吹至岩面无积水,经质检合格才能开仓浇筑。
(2)施工缝处理
施工缝指浇筑块间临时的水平和垂直结合缝,也是新老混凝土的结合面。在新混凝土浇筑前,应当采用适当的方法将老混凝土表面含游离石灰的水泥膜(乳皮)清除,并使表层石子半露,形成有利于层间结合的麻面。对纵缝表面可不凿毛,但应冲洗干净,以利灌浆。采用高压水冲毛,视气温高低,可在浇筑后5~20h进行;当用风砂枪冲毛时,一般应在浇后一两天进行。施工缝面凿毛或冲毛后,应用压力水冲洗干净,使其表面无渣、无尘,才能浇筑混凝土。
1、入仓铺料
3.1混凝土入仓铺料方法
主要有:平铺法、台阶法和斜层浇筑法。
3.2分块尺寸和铺层厚度
分块尺寸和铺层厚度受混凝土运输浇筑能力的限制。若分块尺寸和铺层厚度已定,要使层间不出现冷缝,应采取措施增大运输浇筑能力。若设备能力难以增加,则应考虑改变浇筑方法,将平铺法改变为斜层浇筑和台阶浇筑,以避免出现冷缝。
3.3铺料间隔时间
混凝土铺料允许间隔时间,主要受混凝土初凝时间和混凝土温控要求的限制,取两者中较小值确定。(注意没有运输和浇筑能力)
4、平仓与振捣
4.1混凝土浇筑仓出现下列情况之一时,应停止浇筑:
(1)混凝土初凝且超过允许面积。
(2)混凝土平均浇筑温度超过允许值,并在1h内无法调整至允许温度范围内。
4.2混凝土浇筑仓出现下列情况之一时,应予挖除:
(1)拌合物出现不合格料的情形:
1)错用配料单配料。
2)混凝土任意一种组成材料计量失控或漏配。
3)出机口混凝土拌合物不均匀或夹带生料,或温度、含气量和坍落度不符合要求。
(2)低等级混凝土混入高等级混凝土浇筑部位。
(3) 混凝土无法振捣密实或对结构物带来不利影响的级配错误混凝土料。
(4)未及时平仓振捣且已初凝的混凝土料。
(5) 长时间不凝固的混凝土料。
5、混凝土养护
(1)塑性混凝土应在浇筑完毕后6~18h内开始洒水养护,低塑性混凝土宜在浇筑完毕后立即喷雾养护。
(2)混凝土养护时间,不宜少于28d,有特殊要求的部位宜延长养护时间(至少28d) 。混凝土养护时间的长短,取决于混凝土强度增长和所在结构部位的重要性。
四、大体积混凝土温控措施(案例+选择)
1、混凝土裂缝情况
大体积混凝土温度裂缝有:
细微裂缝:表面缝宽 δ≤0.1~0.2mm,缝深h ≤30cm
表面裂缝:表面缝宽 δ≤0.2mm,缝深h ≤1m
深层裂缝:表面缝宽 δ≤0.2~0.4mm,缝深h=1~5m
贯穿裂缝:从基础向上开裂且全面贯通全仓。
1、混凝土温控术语
2、混凝土温控与监测
3.1总体要求
(1)施工期应对混凝土原材料、混凝土生产过程、混凝土运输和浇筑过程及浇筑后的温度进行全过程控制。
(2)混凝土温度控制应提出温度控制指标和控制措施。
3.2原材料温度控制
(1)水泥运至工地的入罐或入场温度不宜高于65℃。
(2)应控制成品料仓内集料的温度和含水率。
(3)拌合水水温。
3.3混凝土生产过程温度控制
(1)降低混凝土出机口温度宜采取下列措施:
①集料预冷措施。
②加冰、加制冷水。
(2)控制混凝土出机口温度。
3.4混凝土运输和浇筑过程温度控制
(1)应提出混凝士运输及卸料时间要求;混凝土运输机具应采取隔热、保温、防雨等措施。应提出混凝土坯层覆盖时间要求;混凝土昆凝土人仓后、初凝前应及时进行平仓、振捣或辗压。
(2)混凝土平仓、振捣或碾压后,应及时覆盖保温材料;浇筑或碾压上坯层混凝土时应揭去保温材料。
(3)筑仓内气温高于25℃时应采用喷雾措施。
3.5浇筑后温度控制
(1)混凝土浇筑后温度控制宜采用冷却水管通水冷却、表面流水冷却、表面蓄水降温等措施。
(2)高温季节,常态混凝土终凝后可采用表面流水冷却或表面蓄水降温措施。
(3)坝高大于200m或温度控制条件复杂时,宜采用自动调节通水降温的冷却控制方法。
3.6养护
(1)坝体混凝土施工中出现的所有临时或永久暴露面均应进行养护。常态混凝土应在初凝后3h开始保湿养护;辗压混凝土可在收仓后进行喷雾养护,并尽早开始保湿养护,养护期内应始终使混凝土表面保持湿润状态。
(2)混凝土宜养护至设计龄期,养护时间不宜少于28d。闸墩、抗冲磨混凝土等特,殊部位宜适当延长养护时间。
第二小节 模板与钢筋
一、模板的分类与模板施工(案例+选择)
1、模板的分类
模板根据架立和工作特征分为:固定式、拆移式、移动式和滑升式等。
1.1拆移式模板
一般标准木模板的重复利用次数即周转率为5~10次,而钢木混合模板的周转率为30~50次。
1、模板施工
2.1模板的安装
(1)必须按设计图纸测量放样。
(2)支架必须支承在稳固的地基或已凝固的混凝土上,并有足够的支承面积,防止滑动。支架的立柱必须在两个互相垂直的方向上,用撑拉杆固定,以确保稳定。
(3)对于大体积混凝土浇筑块,成型后的偏差,不应超过模板安装允许偏差的50%~100%,取值大小视结构物的重要性而定。
2.2模板的拆除
(1)拆模时间根据设计要求、气温和混凝土强度增长情况而定。对非承重模板,混凝土强度应达到2.5MPa以上。对于承重板,要求达到规定的设计强度的百分率后才能拆模。
2.3模板支护的安全要求
(1)具有足够的稳定性、刚度和强度。
(2)重要结构物的模板,承重模板,移动式、滑动式、工具式及永久性的模板,均须进行模板设计。
(3)除悬臂模板外,竖向模板与内倾模板都必须设置内部撑杆或外部拉杆,以保证模板的稳定性。
二、钢筋的加工安装技术要求
1、钢筋表示方法及钢筋图【2020改动】
2、钢筋加工
2.1下料长度
钢筋下料长度计算:
(1)直钢筋下料长度=构件长度-保护层厚度+弯钩增加长度(直筋:弯钩减保护)
(2)弯起钢筋下料长度=直段长度+斜段长度-弯曲调整值+弯钩增加长度(弯筋:直斜弯钩减弯曲)
(3)箍筋下料长度=箍筋周长+箍筋调整值(箍周加箍调)
(注:钢筋若需要搭接,还要增加钢筋搭接长度。)
2.2钢筋代换(受力钢筋代换,属于设计变更)
(1)等强度原则:以高一级钢筋代换低一级钢筋时,宜采用改变钢筋直径的方法而不宜采用改变钢筋根数的方法来减少钢筋截面积。
(2)等面积原则:用同钢号某直径钢筋代替另一种直径的钢筋时,其直径变化范围不宜超过4mm,代换后钢筋总截面面积与设计文件规定的截面面积之比不得小于98%或大于103%。
(3)设计主筋采取同钢号的钢筋代换时,应保持间距不变,可以用直径比设计钢筋直径大一级和小一级的两种型号钢筋间隔配置代换。
2.3钢筋加工
钢筋加工一般要经过四道工序:清污除锈、调直、下料剪切、接头加工及弯折。
(1)钢筋在调直机上调直后,其表面伤痕不得使钢筋截面面积减少5%以上。
(2)如用冷拉方法调直钢筋,则其调直冷拉率不得大于1%。
1、钢筋连接
3.1钢筋的接头方式【2020大改】
(1)现场施工钢筋连接宜釆用绑扎搭接、手工电弧焊、气压焊、竖向钢筋接触电渣焊和机械连接等。
(2)钢筋机械连接接头类型包括:套筒挤压连接、锥螺纹连接和直螺纹连接。其中直螺纹连接分为镦粗直螺纹连接和滚压直螺纹连接(滚压直螺纹连接包括直接滚压直螺纹连接、挤肋滚压直螺纹连接、剥肋滚压直螺纹连接)。
(3)钢筋绑扎连接应符合以下要求
1)受拉钢筋小于或等于2mm,受压钢筋直径小于或等于32mm,其他钢筋直径小于等于25mm,可采用绑扎连接。
2)受拉区域内的光圆钢筋绑扎接头的末端应做弯钩,螺纹钢筋的绑扎接头末端不做弯钩。
3)轴心受拉、小偏心受拉及直接承受动力荷载的构件纵向受力钢筋不得采用绑扎连接。
4)钢筋搭接处,应在中心和两端用绑丝扎牢,绑扎不少于3道。
5)钢筋采用绑扎搭接接头时,纵向受拉钢筋的接头搭接长度按受拉钢筋最小锚固长度值控制。
钢筋接头应分散设置在受力较小处,同一构件中的纵向受力钢筋接头宜相互错开,结构构件中纵向受力钢筋的接头应相互错开35d(d为纵向受力钢筋的较大直径),且不小于500mm。
3.2钢筋接头的一般要求
(1)闪光对焊、熔槽焊、接触电渣焊、窄间隙焊、气压焊接头在受弯构件的受拉区,不超过50%,受压区不受限制。
(2)绑扎接头,在构件的受拉区不超过25%,在受压区不超过50%。
(3)机械连接接头在受拉区不宜超过50%。
(4)焊接与绑扎接头距钢筋弯起点不小于10d,也不应位于最大弯矩处。
第三小节 混凝土坝的施工技术
一、混凝土坝施工的分缝分块
1、重力坝的横缝一般不需要进行接缝灌浆,故称为永久缝。
2、拱坝的横缝由于有传递应力的要求,需要进行接缝灌浆处理,称为临时缝。
4、横缝分段、竖缝分块(浇块高度一般在3m以内)
纵缝分块形式有:竖缝、斜缝、错缝、通仓浇筑。
(1)斜缝分块
必须是上游块先浇,下游块后浇。
(2)错缝分块
缝面一般不灌浆,重要部位需要骑缝钢筋。
(1)通仓浇筑
是整个坝段不设纵缝,以一个坝段进行通仓浇筑。
二、混凝土坝的施工质量控制(案例+选择)
1、施工质量控制内容
混凝土坝的施工质量控制应从原材料的质量控制入手,直至混凝土的拌合、运输、入仓、平仓、振捣、养护等各个环节。仅就混凝土的质量控制而言,不仅要在出机口取样,,也应在仓内取样。
2、施工质量检测方法
已建成的结构物,应进行钻孔取芯和压水试验。钢筋混凝土结构物应以无损检测为主,必要时采取钻孔法检测混凝土。
第四小节 碾压混凝土坝的施工技术
一、碾压混凝土坝的施工工艺及特点(案例+选择)
1、碾压混凝土坝的施工工艺
用碾压混凝土筑坝,通常在上游面设置常态混凝土防渗层以防止内部碾压混凝土的层间渗透;为提高溢流面的抗冲耐磨性能一般也采用强度等级较高的抗冲耐磨常态混凝土,这样就使断面形成所谓“金包银”的结构形式。
2、碾压混凝土坝的施工特点
碾压混凝土坝施工主要特点有:采用干贫混凝土;大量掺加粉煤灰,以减少水泥用量;采用通仓薄层浇筑;同时要采取温度控制和表面防裂措施。
(1)采用干贫混凝土【2020改动】
碾压混凝土拌合物的VC值(碾压混凝土拌合物的工作度),现场宜选用2~12s。机口VC值应根据施工现场的气候条件变化动态选用和控制,宜为2~8s。
(2)大量掺加粉煤灰,减少水泥用量
这样不仅可以减少混凝土的初期发热量,增加混凝土的后期强度,简化混凝土的温控措施,而且有利于降低工程成本。
(3)采用通仓薄层浇筑
(2)大坝横缝采用切缝法形成诱导缝
(5)振动压实达到混凝土密实【2020改动】
碾压混凝土依靠振动碾碾压达到混凝土密实。碾压前,通过碾压试验确定碾压遍数及振动碾行走速度。常态混凝土依靠振捣器达到混凝土密实;变态混凝土振捣宜使用强力振捣器。
二、碾压混凝土坝的施工质量控制 (案例+选择)
1、碾压混凝土坝的施工质量控制要点
影响碾压混凝土坝施工质量的因素主要有碾压时拌合料的干湿度,卸料、平仓、碾压的质量控制以及碾压混凝土的养护和防护等。
1.1配合比设计参数【2020新增】
(1)水胶比。根据设计提出的混凝土强度、抗渗性、抗冻性、拉伸变形等要求确定,其值宜不大于0.65。
(2)砂率。通过试验选取最佳砂率值。使用天然粗集料时,三级配碾压混凝土的砂率为28%~32%,二级配为32%~37%;使用人工粗集料时,砂率应增加3%~6%。
(3)单位用水量。根据碾压混凝土VC值、集料种类、最大粒径、砂率、石粉含量、掺合料和外加剂等选定。
(4)掺合料。掺合料种类、掺量应通过试验确定,掺量超过65%时,应作专门的试验论证。
(5)外加剂。外加剂品种和掺量应通过试验确定。
1.2碾压时拌合料干湿度的控制
碾压混凝土的干湿度一般用VC值来表示。VC值太小表示拌合太湿,振动碾易沉陷,难以正常工作。VC值太大表示拌合料太干,灰浆太少,骨料架空,不易压实。
1.3卸料、平仓、碾压中的质量控制
(1)相对压实度是评价碾压混凝土压实质量的指标,对于建筑物的外部混凝土相对压实度不得小于98%,对于内部混凝土相对压实度不得小于97%。
(2)常态混凝土和碾压混凝土结合部的压实控制,无论采用“先碾压后常态”还是“先常态后碾压”或两种混凝土同步入仓,都必须对两种混凝土结合部重新碾压。
(3)每一碾压层至少在6个不同地点,每2h至少检测一次。
1.4碾压混凝土的养护和防护【2020改动】
(1)施工过程中,碾压混凝土仓面应保持湿润。大风、干燥、高温气候下施工时,可采取仓面喷雾措施,防止混凝土表面水分散失。
(2)正在施工和刚碾压完毕的仓面,应防止外来水流入。
(3)混凝土终凝后应立即进行保湿养护。对水平施工缝,养护应持续至上一层碾压,混凝土开始铺筑为止。对永久外露面,宜养护28d以上。台阶棱角应加强养护。
2、混凝土坝的质量控制手段
(1)在碾压混凝土生产过程中,常用VeBe仪测定碾压混凝土的稠度,以控制配合比。
(2)每铺筑碾压混凝土100~200m2至少应有一个检测点,每层应有3个以上检测点,测试宜在压实后1h内进行。表面型核子水分密度仪应在现场用挖坑填砂法或标样法率定。
(3)碾压混凝土的强度在施工过程中是以监测密度进行控制的。钻孔取样是评定碾压混凝土质量的综合方法。钻孔取样评定的内容如下:【2020改动】
①芯样获得率:评价碾压混凝土的均质性。
②压水试验:评定碾压混凝土抗渗性。
③芯样的物理力学性能试验:评定碾压混凝土的均质性和力学性能。
④芯样断口位置及形态描述:描述断口形态,分别统计芯样断口在不同类型碾压层层间结合处的数量,并计算占总断口数的比例,评价层间结合是否符合设计要求。
⑤芯样外观描述:评定碾压混凝土的均质性和密实性。
第七节 堤防与河湖整治工程
第一小节 堤防工程施工技术
一、堤身填筑施工方法(案例)
1、堤基清理的要求
(1)堤基清理范围包括堤身、铺盖和压载的基面。堤基清理边线应比设计基面边线宽出30~50cm 。老堤加高培厚,其清理范围包括堤顶和堤坡。
(2)堤基清理时,应将堤基范围内的淤泥、腐殖土、泥炭、不合格土及杂草、树根等清干净。
(3)堤基内的井害、树坑、坑塘等应按堤身要求进行分层回填处理。
(4)堤基冻结后有明显冰夹层、冻胀现象时未经处理,不得在其上施工。
2、填筑作业面的要求
(1)地面起伏不平时,应按水平分层由低处开始逐层填筑,不得顺坡填填。堤防横断面上的地面坡度陡于1:5时,应将地面坡度削至缓于1:5。
(2)分段作业面长度,机械施工时段长不应小于100m,人工施工时段长可适当缩短。
(3)作业面应分层统一铺土、统一碾压,严禁出现界沟,上、下层的分段接缝应错开。
(4)在软土堤基上筑堤时,如堤身两侧设有压载平台,两者应按设计断面同步分层填筑,严禁先筑堤身后压载。
(5)相邻施工段的作业面宜均衡上升,段间出现高差,应以斜坡面相接,坡度为1:3~1:5。
(6)用光面碾磙压实黏性土填筑层,在新层铺料前,应对压光层面作刨毛处理。
(7)堤身全段面填筑完成后,应作整坡压实及削坡处理,并对堤防两侧护堤地面的坑洼处进行铺填平整。
3、铺填作业的要求
(1)严禁将砂(砾)料或其他透水料与黏性土料混杂,上堤土料中的杂质应予清除。
(2)铺料要求均匀、平整。每层的铺料厚度和土块直径的限制尺寸应通过现场试验确定。
(3)土料或砾质土可采用进占法或后退法卸料,砂砾料宜用后退法卸料。
(4)堤边线超填余量,机械施工宜为30cm,人工施工宜为10cm。
(5)土料铺填与压实工序应连续进行,以免土料含水量变化过大影响填筑质量。
4、压实作业要求
(1)施工前,先做碾压试验,确定机具、碾压遍数、铺土厚度、含水量、土块限制直径,以保证碾压质量达到设计要求。
(2)碾压行走方向,应平行于堤轴线。
(3)分段、分片碾压,相邻作业面的搭接碾压宽度,平行堤轴线方向不应小于0.5m;垂直堤轴线方向不应小于3m。
(4)拖拉机带碾磙或振动碾压实作业,宜采用进退错距法,碾迹搭压宽度应大于10cm。
(5)机械碾压应控制行走速度:平碾≤km/h,振动碾≤2km/h,铲运机为2挡。
(6)碾压时必须严格控制土料含水率。土料含水率应控制在最优含水率±3%范围内。
(7)压实施工宜用履带式拖拉机带平碾、振动碾或气胎碾。
二、护岸护坡的施工方法(偏,选择)
堤防护岸工程通常包括水上护坡和水下护脚两部分。水上与水下之分均指枯水施工期而言。护岸工程的施工原则是先护脚后护坡。
堤岸防护工程一般可分为坡式护岸(平顺护岸)、坝式护岸、墙式护岸等几种。
1、护脚经常采用的形式有抛石护脚、抛枕护脚、抛石笼护脚、沉排护脚等。
2、砌石护坡包括干砌石护坡、浆砌石护坡和灌砌石护坡。
3、坝式防护分为丁坝、顺坝、丁顺坝、潜坝四种形式。
第二小节 河湖整治工程施工技术(选择)
一、水下工程施工(冷门)
1、施工准备
水下工程作业前应通过试生产确定最佳的船舶前移量、横摆速度、挖泥机具下放深度和排泥口吹填土堆集速度等技术参数。
2、施工方法
2.1疏竣工程宜采用顺流开挖方式。吹填工程施工除抓斗船采用顺流施工法外,其他船型应采用逆流施工法。
2.2分条施工时,应按照“远土近调、近土远调”的原则,依次由远到近或由近到远分条开挖。
2.3分层施工应遵循“上层厚、下层薄”的原则。
二、水下工程质量控制
疏浚工程应按下列规定进行质量控制:
(1)断面中心线偏移不应大于1.0m。
(2)应以横断面测量为主,必要时可进行纵断面测量。
(3)水下断面边坡按台阶形开挖时,超欠比应控制在1.0-1.5。
(4)局部欠挖如超出下列规定时,应进行返工处理:
①欠挖厚度小于设计水深的5% ,且不大于0.3m。
②横向浅埂长度小于设计底宽的5% ,且不大于2.0m。
③纵向浅埂长度小于2.5m。
④一处超挖面积不大于5.0m2。
第八节 水闸、泵站与水电站工程
第一小节 水闸施工技术
一、水闸的分类及组成
1、水闸的分类
1.1按水闸承担的任务分类,如下:
(1)节制闸:用于拦洪、调节水位或控制下泄流量。
(2)进水闸:建在河道、水库或湖泊的岸边,用来控制引水流量.
(3)分洪闸
(4)排水闸
(5)挡潮闸
(6)冲沙闸
(7)此外还有为排除冰块、漂浮物等而设置的排冰闸、排污闸等。
1.2按闸室结构形式分为开敞式、胸墙式及涵洞式等。
2、水闸的组成
(1)上游连接段
上游连接段用以引导水流平顺地进入闸室,并与闸室等共同构成防渗地下轮廓。一般包括上游翼墙铺盖、上游防冲槽和两岸的护坡等。
(2)闸室
闸室是水闸的主体部分,其作用是:控制水位和流量,兼有防渗防冲作用。
胸墙设于工作闸门上部,帮助闸门挡水。可以大大减小闸门的尺寸。
(3)下游连接段
下游连接段用以消除过闸水流的剩余能量,一般包括消力池、护坦、海漫、下游防冲槽以及下游翼墙和两岸的护坡等。
二、水闸主体结构的施工方法(案例+选择)
1、水闸混凝土施工
水闸主体结构施工主要包括闸身上部结构以及闸底板、闸墩、止水设施和门槽等方面的施工内容。
1.1水闸混凝土施工原则:
水闸混凝土的施工宜掌握以闸室为中心,按照“先深后浅、先重后轻、先高后矮、先主后次”的原则进行。
1.2平底板施工
水闸底板有平底板与反拱底板两种。平底板的施工总是底板先于
墩墙,而反拱底板的施工一般是先浇墩墙,预留连接钢筋,待沉降稳定后再浇反拱底板。
2、止水设施的施工
为了适应地基的不均匀沉降和伸缩变形,在水闸设计中均设置温度缝与沉降缝,并常用沉降缝代温度缝使用。
2.1沉降缝填料的施工
沉降缝的填充材料,常用的有沥青油毛毡、沥青杉木板、泡沫板及密封胶等多种。
另一种是先在缝的一侧立模浇筑混凝土,并在模板内侧预先钉好安装填充材料的长铁钉数排,然后安装填料。
2.2止水材料
常用的止水材料有紫铜片、橡胶、聚氯乙烯(塑料)等。
2.3止水缝部位的混凝土浇筑
浇筑止水缝部位混凝土的注意事项包括
(1)水平止水片应在浇筑层的中间,在止水片高程处,不得设置施工缝。
(2)浇筑混凝土时,不得冲撞止水片,当混凝土将淹没止水片时,应再次清除其表面污垢并注意防止止水片向下弯折。
(3)振捣器不得触及止水片。
(4)嵌固止水片的模板应适当推迟拆模时间。
3、平面闸门门槽施工
门槽部分的混凝土中埋有导轨等铁件,如滑动导轨,主轮、侧轮及反轮导轨,止水座等。这些铁件的埋设可采取预埋及留槽后浇混凝土两种方法。
3.1门槽二期混凝土浇筑
导轨就位后即可立模浇筑二期混凝土。浇筑二期混凝土时,应采用补偿收缩细石混凝土,并细心捣固,不要振动已装好的金属构件。门槽较高时,不要直接从高处下料,可以分段安装和浇筑(5m一段)。
三、闸门的安装方法(案例+选择)
1、闸门的组成及分类
2、闸门的安装
闸门应有标志,标志内容包括:制造厂名、产品名称、生产许可证标志及编号、制造日期、闸门中心位置和总重量。
2.1平面闸门安装:
平面闸门安装主要包括埋件安装和门叶安装两部分。
(1)埋件安装:指埋设在混凝土内的门槽固定构件,包括底槛、主轨、侧轨、反轨和门帽等。
(2)门叶安装:门叶运至现场,经复测检查合格,装上止水橡皮等附件后,直接吊入门槽。
(3)闸门启闭试验:作全行程启闭试验,要求门叶启闭灵活无卡阻现象,闸门关闭严密,漏水量不超过允许值。
四、启闭机与机电设备的安装方法(冷门)
固定式启闭机的一般安装程序是:(自下而上、先机械后电气)
(1)埋设基础螺栓及支撑垫板。
(2)安装机架。
(3)浇筑基础二期混凝土。
(4)在机架上安装提升机构。
(5)安装电气设备和保安元件。
(6)联结闸门做启闭机操作试验,使各项技术参数和继电保护值达到设计要求。
第二小节 泵站与水电站的布置及机组安装
一、泵站的布置(冷门)
二、水电站的布置(选择)
1、水电站的布置形式
水电站的典型布置形式主要有坝式水电站、河床式水电站及引水式水电站三种。
(1)坝式水电站
坝式水电站一般为中、高水头水电站。
(2)河床式水电站
河床式水电站是发电厂房与挡水闸、坝呈一列式布置在河床上共同起挡水作用的水电站。常建于河流中、下游,一般为低水头、大流量的水电站。
(3)引水式水电站
引水式水电站是利用引水道来集中河段落差形成发电水头的水电站。常建于流量小、河道纵坡降大的河流中、上游。
2、水电站枢纽建筑物的组成
水电站平水建筑物:用来平稳由于水电站负荷变化在引水或尾水建筑物中造成的流量及压力(水深)变化,如有压引水道中的调压室、无压引水道末端的压力前池等。(一平带两压)
三、水轮发电机组与水泵机组安装(选择)
1、水轮机的类型
1.1水轮机的分类
现代水轮机可分为反击式和冲击式两大类。
(1)反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种。
1)轴流式水轮机在低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。
2)贯流式水轮机的适用水头为1~25m。它是低水头、大流量水电站的一种专用机型。
(2)冲击式水轮机按射流冲击转轮的方式不同可分为水斗式、斜击式和双击式三种。
大型水斗式水轮机的应用水头约为300~1700m。小型水斗式水轮机的应用水头约为40~250m。
1.2水轮机的型号
水轮机主轴布置形式:L:立轴 W:卧轴
水轮机引水室特征:J:金属蜗壳 H:混凝土蜗壳 P:灯泡式
阿拉伯数字,表示以cm为单位的水轮机转轮的标称直径。
如:HL220一LJ一500,表示转轮型号为220的混流式水轮机,立轴,金属蜗壳,转轮直径为500cm。
2、水泵机组的选型
2.1水泵类型
2.1.1水泵按工作原理分主要有叶片泵、容积泵和其他类型泵。
2.1.2最常用的水泵类型是叶片泵,叶片泵有离心泵、轴流泵及混流泵等。水泵按泵轴安装形式分为立式、卧式和斜式。
2.1.3水泵选型主要是确定水泵的类型、型号和台数等。
第九节 水利水电工程施工安全技术(高频考点,要通读3-5遍)
一、水利水电工程施工场区安全要求
1、消防
1.1根据施工生产防火安全的需要,合理布置消防通道和各种防火标志,消防通道应保持通畅,宽度不得小于3.5m。
1.2闪点在45℃以下的桶装、罐装易燃液体不得露天存放。
1.3施工生产作业区与建筑物之间的防火安全距离,应遵守下列规定
(1)用火作业区距所建的建筑物和其他区域不得小于25m。
(2)仓库区、易燃、可燃材料堆集场距所建的建筑物和其他区域不小于20m。
(3)易燃品集中站距所建的建筑物和其他区域不小于30m。
1.4加油站、油库,应遵守下列规定
(1)独立建筑,与其他设施、建筑之间的防火安全距离应不小于50m。
(2)周围应设有高度不低于20m的围墙、栅栏。
(3)库区内道路应为环形车道,路宽应不小于3.5m,并设有专门消防通道,保持畅通。
(4)罐体应装有呼吸阀、阻火器等防火安全装置。
(5)避雷装置接地电阻不大于10Ω。
(6)防静电接地装置接地电阻不大于30Ω。
(7)库区内严禁一切火源、吸烟及使用手机。
1.5木材加工厂(场、车间),应遵守下列规定
(1)独立建筑,与周围其他设施、建筑之间的安全防火距离不小于20m。
(2)木屑、刨花、边角料等弃物及时清除,严禁置留在场内,保持场内整洁。
(3)作业场所内禁止使用明火和吸烟。
(4)明显位置设置醒目的禁火警示标志及安全防火规定标识。
2、施工用电
2.1基本规定
(1)施工单位应编制施工用电方案及安全技术措施。
(2)从事电气作业的人员,应持证上岗;非电工及无证人员禁止从事电气作业。
(3)在建工程(含脚手架)的外侧边缘与外电架空线路的边线之间应保持安全操作距离。最小安全操作距离如下表:
注:上、下脚手架的斜道严禁搭设在有外电线路的一侧。
(1)旋转臂架式起重机的任何部位或被吊物边缘与10kV以下的架空线路边线最小水平距离不得小于2m。
(2)施工现场开挖非热管道沟槽的边缘与埋地外电缆沟槽边缘之间的距离不得小于0.5m。
(3)对达不到规定的最小距离的部位,应采取停电作业或增设屏障、遮栏、围栏、保护网等安全防护措施,并悬挂醒目的警示标志牌。
(4)用电场所电气灭火应选择适用于电气的灭火器材,不得使用泡沫灭火器。
2.2现场临时变压器安装
变压器的引线应采用绝缘导线。
2.3施工照明
一般场所宜选用额定电压为220V的照明器,对下列特殊场所应使用安全电压照明器:
(1)地下工程,有高温、导电灰尘,且灯具离地面低于2.5m等场所的照明,应不大于36V。
(2)潮湿和易触及带电体场所的照明不得大于24V。
(3)特别潮湿的场所、导电良好的地面、锅炉或金属容器内的照明不得大于12V。
(4)行灯电源电压不超过36V。
(5)照明变压器应使用双绕组型,严禁使用自耦变压器。
3、高处作业
3.1高处作业的标准
(1)凡在坠落高度基准面2m和2m以上有可能坠落的高处进行作业,均称为高处作业。
高处作业的级别:(2、5、15、30)
1)一级高处作业:高度在2~5m
2)二级高处作业:高度在5~15m
3)三级高处作业:高度在15~30m
4)特级高处作业:高度在30m以上
(2)高处作业的种类分为:一般高处作业和特殊高处作业。
特殊高处作业有8个:强风、异温、雪天、雨天、夜间、带电、悬空、抢救。
3.2安全防护措施
(1)高处作业使用的脚手架平台,应铺设固定脚手板,临空边缘应设高度不低于1.2m的防护栏杆。
(2)在坝顶、陡坡、屋顶、悬崖、杆塔、吊桥、脚手架以及其他危险边沿进行悬空作业时,临空面应搭设安全网或防护栏杆。
(3)安全网距离工作面的最大高度不超过3m。安全网搭设外侧比内侧高0.5m,长面拉直栓牢在固定的架子或固定环上。
(4)从事高处作业时,作业人员应系安全带。高处作业的下方,应设置警戒线或隔离防护棚等安全措施。
(5)上下脚手架、攀登高层构筑物,应走斜马道或梯子,不得沿绳、立杆或栏杆攀爬。
(6)特殊高处作业,应有专人监护,并有与地面联系信号或可靠的通信装置。
(7)遇有六级及以上的大风,禁止从事高处作业。
(8)进行三级、特级、悬空高处作业时,应事先制订专项安全技术措施。施工前,应向所有施工人员进行技术交底。
4、常用安全工具(安全三宝,不包括安全绳)
(1)安全帽、安全带、安全网等安全防护用具具有厂家安全生产许可证、产品合格证和安全鉴定合格证书;
(2)安全防护用具应经常检查和定期试验
1)安全帽:一年一次
2)安全带:每次使用前均应检查,新带使用一年后抽样试验,旧带每6个月抽查试验一次。
3)安全网:一年一次,每次使用前进行外表检查。
(3)高处临空作业应按规定架设安全网,作业人员使用的安全带,应挂在牢固的物体上或可靠的安全绳上,安全带严禁低挂高用。拴安全带用的安全绳,不宜超过3m。
5、施工现场的井、洞、坑、沟、口等危险处应设置明显的警示标志,并应采取加盖板或设置围栏等防护措施。
二、水利水电工程施工操作安全要求
1、爆破作业
1.1爆破器材装卸应遵守下列规定:
(1)夜间装卸爆破器材时,装卸场所应有充足的照明,并只允许使用防爆安全灯照明,禁止使用油灯、电石灯、汽灯、火把等明火照明。
(2)人力装卸和搬运爆破器材,每人一次以25-30kg为限,搬运者相距不得少于3m。
(3)同一车上不得装运两类性质相抵触的爆破器材,且不得与其他货物混装。
(4)装卸过程中司机不得离开驾驶室。遇雷电天气,禁止装卸和运输爆破器材。
1.2爆破器材的运输
(1)硝化甘油炸药必须采取防冻措施;
(2)禁止用翻斗车、自卸汽车、拖车、三轮车、摩托车、自行车等运输爆破器材。
(3)专用车辆运输炸药雷管时,装车高度要低于车厢10cm。车厢、船底应加软垫。雷管箱不许倒放或立放,层间也应垫软垫。(平放)
(4)汽车运输爆破器材,汽车的排气管宜设在车前下侧,并应设置防火罩装置。
1.3爆破
(1)爆破作业应统一指挥,统一信号,专人警戒并划定安全警戒区。爆破后须经爆破人员检查,确认安全后,其他人员方能进入现场。洞挖、通风不良的狭窄场所,还应通风排烟、恢复照明及安全处理后,方可进行其他作业。
(2)明挖爆破音响信号:预告信号30s;准备信号20s;起爆信号10s;解除信号60s
(3)装药和堵塞应使用木、竹制作的炮棍。严禁使用金属棍棒装填。
(4)火花起爆
1)深孔、竖井、倾角大于30°的斜井、有瓦斯和粉尘爆炸危险等工作面的爆破,禁止采用火花起爆。
2)导火索的外露部分不得超过1.0m,以防止导火索互相交错而起火。
3)当信号炮响后,全部人员应立即撤出炮区,迅速到安全地带掩蔽。
4)点燃导火索应使用香或专用点火工具,禁止使用火柴、香烟和打火机。
(5)电力起爆
1)用于同一爆破网路内的电雷管,电阻值应相同。康铜桥丝雷管的电阻极差不得超过0.25Ω,镍铬桥丝雷管的电阻极差不得超过0.5Ω。
2)装炮前工作面一切电源应切除,照明至少设于距工作面30m以外(投光灯、矿灯),只有确认炮区无漏电、感应电后(30mA),才可装炮。
3)雷雨天严禁采用电爆网路。
4)供给每个电雷管的实际电流应大于准爆电流,直流电源:一般爆破不小于2.5A;对于洞室爆破或大规模爆破不小于3A;交流电源:一般爆破不小于3A;对于洞室爆破或大规模爆破不小于4A。
5)网路中全部导线应绝缘。各接头应用绝缘胶布包好,两条线的搭接口禁止重叠,至少应错开0.1m。
6)测量电阻只许使用经过检查的专用爆破测试仪表或线路电桥。严禁使用其他电气仪表进行量测。
7)通电后若发生拒爆,应立即切断母线电源,将母线两端拧在一起,锁上电源开关箱。进行检查的时间:对于即发电雷管,至少在10min以后;对于延发电雷管,至少在15min以后。
(6)导爆索起爆
导爆索只准用快刀切割,不得用剪刀剪断导火索。
(7)导爆管起爆
1)禁止导爆管打结,禁止在药包上缠绕。网路的连接处应牢固,两元件应相距2m。敷设后应严加保护,防止冲击或损坏。
2)只有确认网路连接正确,与爆破无关人员已经撤离,才准许接入引爆装置。
(8)地下爆破
1)地下相向开挖的两端在相距30m以内时,装炮前应通知另一端暂停工作,退到安全地点(200m)。当相向开挖的两端相距15m时,一端应停止掘进,单头贯通。斜井相向开挖,除遵守上述规定外,并应对距贯通尚有5m长地段自上端向下打通。
2)参加爆破工程施工的临时作业人员,应经过爆破安全教育培训,经口试或笔试合格后,方准许参加装药填塞作业。但装起爆体及敷设爆破网路的作业,应由持证爆破员或爆破工程技术人员操作。
3)不应在洞室内和施工现场改装起爆体和起爆器材。
2、堤防工程防汛抢险
(1)堤防工程防汛抢险的抢护原则:前堵后导、强身固脚、减载平压、缓流消浪。
(2)堤身漏洞险情的抢护原则:前截后导、临重于背。
(3)管涌险情的抢护原则:反滤导渗,控制涌水,留有渗水出路。