任务一 土石坝工程
土石坝包括各种碾压式土坝、堆石坝和土石混合坝，是一种充分利用当地材料的坝型。施工方法有干填碾压、水中填土、水力冲填（包括水坠坝）和定向爆破修筑等。在我国，尤其是在黑龙江地区，碾压式土石坝是比较常见的。碾压式土石坝施工作业包括准备作业、基本作业、辅助作业和附加作业。
准备作业：三通一平，架设通信线路，修建生产、生活、办公用房，排水清基等。
基本作业：料场土石料开采，挖、装、运、卸和坝面铺平、压实、质检。
辅助作业：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。
附加作业：坝坡修整，铺砌护面块石及铺植草皮等。
土石坝工程施工的主要内容共有以下几方面。
一、坝体材料与料场规划
1.土石坝筑坝材料及其要求
在选坝阶段应从空间与时间、质与量等方面进行全面规划。料场土料的储量一般要求是设计工程量的1.5～2.0倍，并要求提供备用料场。黏性土料采用钻探或坑探取样；砾类土用坑探取样，布孔间距50～100m；防渗料的勘探要仔细按深度查明天然含水量；堆石料的勘探可以采用钻探及洞探。
（1）防渗料。防渗的土料最基本的要求如下。
防渗性：渗透系数不大于1×10-5cm/s时，一般即可满足要求。
施工性：土料的天然含水量在最优含水量附近，不影响压实的超径材料，压实后的坝面有较高的承载力。
（2）坝壳料。工程实践中，堆石、砂砾石及风化料等均可作为坝壳料。
堆石：按其型式可分为抛填、分层碾压、手工干砌石、机械干砌石等；按其材料及来源可分为采石场玄武岩、变质安山岩、砂岩、砾岩、采石场花岗岩、片麻岩、石灰岩、冲击的漂卵石、石渣料等。堆石是最好的筑坝材料，现广泛用于高土石坝的坝壳料。
砂砾石：碾压砂砾石压缩性低，抗剪强度高，但易冲蚀、易管涌。
风化料：属于抗压强度小于30MPa的软岩类，往往存在湿陷问题。
（3）反滤料和过渡料。反滤料一般要满足坚固度要求，应尽量避免用纯砂做反滤料。
2.料场规划的原则
料场的合理规划与使用关系到坝体的施工质量、工期和工程投资，而且还会影响到工程的生态环境和国民经济其他部门。施工前应从空间、时间、质与量等方面进行全面规划。
空间规划：指对料场位置、高程的恰当选择，合理布置。
时间规划：要考虑施工强度和坝体填筑部位的变化。
质与量的规划：应对地质成因、产状、埋深、储量以及各种物理力学指标进行全面勘探和试验。不仅应使料场的总储量满足坝体总方量的要求，而且应满足施工各个阶段最大上坝强度的要求。料尽其用，充分利用永久和临时建筑物基础开挖渣料。
主要料场指质好、量大、运距近，且有利于常年开采的料场；备用料场通常在淹没区外，做主要料场之备用。
3.料场优化的基本方法
土石方平衡的原则：充分而合理地利用建筑物开挖料。料场优化的基本方法如下。
（1）填挖料平衡计算。
（2）土石方调度优化。
（3）弃料处理。
二、土石料的开挖与运输
1.土石料的开采与加工
料场开采前的准备工作：划定料场范围；分期分区清理覆盖层；设置排水系统；修建施工道路；修建辅助设施。
（1）土料的开采。土料开采一般有立面开采和平面开采两种。
立面开采方法适用于土层较厚，天然含水量接近填筑含水量，土料层次较多，各层土质差异较大时的土料。
平面开采方法适用于土层较薄，土料层次少且相对均质、天然含水量偏高需翻晒减水的情况。
规划中应将料场划分成数区，进行流水作业。
（2）土料的加工。
1）调整土料含水量。
降低土料含水量的方法有挖装运卸中的自然蒸发、翻晒、掺料、烘烤等。
提高土料含水量的方法有在料场加水，料堆加水，在开挖、装料、运输过程中加水。
2）掺和、超径料处理。
一般掺和办法有：①水平互层铺料——立面（斜面）开采掺合法；②土料场水平单层铺放掺料——立面开采掺合法；③在填筑面堆放掺合法；④漏斗——带式输送机掺合法。
第①、④种方法采用较多。
砾质土中超径石含量不多时，常用装耙的推土机先在料场中初步清除，然后在坝体填筑面上进行填筑平整时再作进一步清除；当超径石的含量较多时，可用料斗加设蓖条筛（格筛）或其他简单筛分装置加以筛除，还可采用从高坡下料，造成粗细分离的方法清除粗粒径土料。粗粒径较大的过渡料宜直接采用控制爆破技术开采，对于较细的、质量要求高的反滤料、垫层料则可用破碎、筛分、掺和工艺加工。
（3）砂砾石料和堆石料的开采。
1）砂砾石料开采。
陆上开采：一般挖运设备即可。
水下开采：采用采砂船和索铲开采。当水下开采砂砾石料含水量高时，需加以堆放排水。
2）堆石料开采。结合建筑物开挖或由石料场开采，开采的布置要形成多工作面流水作业方式。
开采方法一般采用深孔梯段爆破，特定目的使用洞室爆破。
（4）超径处理。超径块石料的处理方法主要有浅孔爆破法和机械破碎法两种。
浅孔爆破法：指采用手持式风动凿岩机对超径石进行钻孔爆破。
机械破碎法：指采用风动和振冲破石锤破碎超径块石，也可利用吊车起吊重锤，利用重锤自由下落破碎超径块石。
随着工业技术的突飞猛进，施工机械的改进与发明也日新月异。同时，工业的发展尤其是施工机械的发展带动了施工技术的进步，使得以前一些不可能完成的工程建设不再是天方夜谭。作为一名施工人员，对施工机械的了解是必不可少的。
2.挖掘机械
（1）单斗式挖掘机。以正向铲挖掘机为代表的单斗式挖掘机，有柴油或电力驱动两类，后者又称电铲。挖掘机有回转、行使和挖掘三个装置。正向铲挖掘机有强力的推力装置，能挖掘Ⅰ～Ⅳ级土和破碎后的岩石。主要挖掘停机地面以上的土石方，也可以挖掘停机地面以下不深的地方。机型常根据挖斗容量来区分。我国目前生产的单斗式挖掘机有0.5m3、1.0m3、2.0m3、2.5m3、3.0m3、4.0m3、4.6m3、8.0m3、10～15m3，最常用的是1～4m3的。
目前反向铲挖掘机最为常用的是液压反铲。它主要适用于开挖停机面以下的土方开挖，如基坑、渠道、管沟、水下石渣的开挖等。也可开挖停机面以上的土方。反铲与正铲相比，稳定性和铲土能力都较小，因此只能开挖1～2类的土，遇到硬质土需要先刨松，再用反向铲挖掘机开挖，其开挖深度可达4～6m，反向铲挖掘机的斗容量有0.5m3、1.0m3、1.6m3，大的有的已超过3m3。
（2）多斗式挖掘机。斗轮式挖掘机是陆上使用较普遍的一种多斗连续式挖掘机。
3.挖运组合机械
能同时担负开挖、运输、卸土、铺土任务的有推土机和铲运机。
（1）推土机（图2-1）。以拖拉机为原动机械，另加切土片的推土器，既可薄层切土又能短距离推运。它又按推土器在平面能否转动分为固定式和万能式，前者结构简单而牢固，应用普遍，多用液压操作。若长距离推土，土料从推土器两侧散失较多，有效推土量大为减少。推土机的经济运距为60～100m。为了减少推土过程中土料的散失，可在推土器两侧加挡板，或先推成槽，然后在槽中推土，或多台并列推土。
（2）铲运机（图2-2和图2-3）。按行驶方式，铲运机分为牵引式和自行式。前者用拖拉机牵引铲斗，后者自身有行驶动力装置。铲运机的经济运距与铲斗容量有关，一般在几百米至几千米之间。
图2-1 推土机
图2-2 铲运机
图2-3 铲运机示意图
三、土石料开挖运输方案
坝料的开挖与运输，是保证上坝强度的重要环节之一。
开挖运输方案主要根据坝体结构布置特点、坝料性质、填筑强度、料场特性、运距远近、可供选择的机械设备型号等多种因素，综合分析比较确定。
土石坝施工设备的选型对坝的施工进度、施工质量以及经济效益产生重大影响。
1.设备选型的基本原则
（1）所选机械的技术性能能适应工作的要求、施工对象的性质和施工场地特征，保证施工质量，能充分发挥机械效率，生产能力满足整个施工过程的要求。
（2）所选施工机械应技术先进、生产效率高，操作灵活、机动性好，安全可靠，结构简单，易于检修保养。
（3）类型比较单一，通用性好。
（4）工艺流程中各供需所用机械应成龙配套，各类设备应能充分发挥效率，特别应注意充分发挥主导机械的效率。
（5）设备购置费和运行费用较低，易于获得零、配件，便于维修、保养、管理和调度，经济效果好。对于关键的、数量少且不能替代的设备，应使用新购置的设备，以保证施工质量，避免在一条龙生产中卡壳影响进度。
2.土石坝施工中开挖运输方案
（1）正向铲开挖，自卸汽车运输上坝。正向铲开挖、装载，自卸汽车运输直接上坝，通常运距小于10km。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线，装料时停在挖掘机一侧的同一平面上，即汽车鱼贯式地装料与行驶。
（2）正向铲开挖、胶带机运输。国内外水利水电工程施工中，广泛采用了胶带机运输土、砂石料。胶带机的爬坡能力大，架设简易，运输费用较低，比自卸汽车可降低运输费用1/3～1/2，运输能力也较高。胶带机合理运距小于10km，可直接从料场运输上坝；也可与自卸汽车配合，做长距离运输，在坝前经漏斗由汽车转运上坝；与有轨机车配合，用胶带机转运上坝，作短距离运输。
（3）斗轮式挖掘机开挖，胶带机运输，转自卸汽车上坝。对于填筑方量大、上坝强度高的土石坝，若料场储量大而集中，可采用斗轮式挖掘机开挖，其生产率高，具有连续挖掘、装料的特点。斗轮式挖掘机将料转入移动式胶带机，其后接长距离的固定式胶带机至坝面或坝面附近经自卸汽车运至填筑面。这种布置方案，可使挖、装、运连续进行，简化了施工工艺，提高了机械化水平和生产率。
（4）采砂船开挖，有轨机车运输，转胶带机（或自卸汽车）上坝。有轨机车具有机械结构简单、修配容易的优点。当料场集中，运输量大，运距较远（大于10km）时，可用有轨机车进行水平运输。有轨机车运输的临建工程量大，设备投资较高，对线路坡度、转弯半径等的要求也较高。有轨机车不能直接上坝，在坝脚经卸料装置至胶带机或自卸汽车转运上坝。
坝料的开挖运输方案很多，但无论采用何种方案，都应结合工程施工的具体条件，提高机械利用率；减少坝料的转运次数；各种坝料铺筑方法及设备应尽量一致，减少辅助设施；充分利用地形条件，统筹规划和布置。
四、坝体填筑与压实
当基础开挖和基础处理基本完成后，就可进行坝体的铺筑、压实施工。
土石坝坝面作业施工组织规划时，土石坝坝面作业施工程序包括铺料、平仓、洒水、压实、质检等工作。
坝面作业，工作面狭窄，工种多，工序多，机械设备多，施工时需有妥善的施工组织规划。为避免坝面施工中的干扰，延误施工进度，土石坝坝面作业宜采用流水作业施工。
流水作业施工组织应先按施工工序数目对坝面分段，然后组织相应专业施工队依次进入各工段施工。对同一工段而言，各专业队按工序依次连续施工；对各专业施工队而言，依次不停地在各工段完成固定的专业作业。
流水作业施工的结果是实现了施工专业化，有利于工人劳动熟练程度的提高，从而有利于提高劳动效率和工程施工质量。同时，各工段都有专业队施工固定的施工机具，从而保证施工过程人、机、地三不闲，避免施工干扰，有利于坝面作业多、快、好、省、安全地进行。坝体压实检查次数见表2-1。
表2-1 坝体压实检查次数
*堆石料颗粒级配试验组数可比干密度试验适当减少。
五、土石坝的冬雨季施工
1.土石坝冬季施工
当气温降至0℃以下时，土料中发生水分迁移，结冰形成硬土层，难以压实。由于体积膨胀，使土粒间的距离扩大，破坏了土层结构，化冻后的土料变得疏松，降低了施工质量。黏土受冻时，水分迁移慢，有一定的抗冻性；非黏性土受冻时，土粒粗，水分迁移快，极易受冻。
规范规定，日平均气温低于0℃时，按低温季节施工。冬季一般采取露天施工方式，要求：①土料压实温度必须在-1℃以上，当日最低气温在-10℃以下，或虽在0℃以下但风速大于10m/s时，应停工；②黏土料的含水率不大于塑限的90%；③粒径小于5mm的细砂砾料的含水率应小于4%；④填土中严禁带有冰雪、冻块；⑤土、砂、砂砾料与堆石不得加水；⑥防渗体不得受冻。
低温施工应采取如下措施：
（1）防冻措施。降低土料含水量或采用含水量低的土料上坝；挖取深层正温土料，加大施工强度，薄层铺筑，增大压实功能，快速施工，争取受冻前压实结束。
（2）保温措施。加覆盖物保温，如树叶、干草、草袋、塑料布等；设保温冰层，即在土料面上修土埂放水冻冰，将冰层下水放走，形成冰盖，冰盖下的空气夹层起到保温作用；在土料表面进行翻松等。
2.土石坝雨季施工
雨季施工最主要的问题是土料含水量的变化对施工带来的不利影响。黏土对含水量反应敏感，应避开雨天施工，非黏性土可在小雨时施工，大雨时停工。雨季施工应采取有效措施：来雨前用光面碾快速压实松土，防止雨水渗入；铺料时，心墙向两侧、斜墙向下游铺成2%的坡度，以利排水；做好坝面防雨保护，如设防雨棚、覆盖苫布、油布等；做好料场周围的排水系统，控制土料含水量。