一种适用于高土石坝砾石土料开采、掺配和填筑施工方法与流程

1.本发明涉及水利水电工程技术领域，具体涉及一种适用于高土石坝砾石土料开采、掺配和填筑施工方法。


背景技术：

2.土石坝的建设通常就地取材，能够充分利用当地材料，抗震性能好，再配合上大型施工机具如挖、运、填筑及碾压机械的使用，使得土石坝具有造价低、适应性强、工期短等优点。但大部分当地材料的天然级配不满足坝体填筑的需求，需要远距离调运砾石、黏土等对当地土料进行掺配后才能用于坝体的填充，如此便提高了工程造价、延长了工程周期，与就地取材进行填筑的筑坝思想相悖。


技术实现要素：

3.本发明目的在于提供一种适用于高土石坝砾石土料开采、掺配和填筑施工方法，避免进行远距离调运砾石黏土等，从而降低了工程造价，缩短了施工周期且与就地取材进行填筑的筑坝思想相吻合。
4.本发明通过下述技术方案实现：
5.一种适用于高土石坝砾石土料开采、掺配和填筑施工方法，包括土料开采、土料掺配和坝面填筑三大步骤，所述土料开采步骤具体包括土料检测、分层开采、超径砾石剔除和装车运输；
6.所述土料掺配步骤具体包括分层堆放、掺配摊铺、挖坑加水、掺配土料闷水、掺配土料检测、混合掺拌和装车转运；
7.所述坝体填筑步骤具体包括填筑边线标识、分层分段铺料、碾压和填筑层检测，且经检验合格后重复以上操作进行下一层的填筑。本发明中通过在土料开采前对采料场的土料进行检测分析，并依据土料料质检测结果将材料场土料进行分层，并采用立采法进行分层开采，再将开采的土料转运至备料场根据分层情况进行分开堆放，然后根据坝体填筑的需求对分层土料进行掺配及含水量的调整，从而获得符合需求的砾石黏土料，并直接用于坝体的填筑施工。通过上述方法可避免进行远距离调运砾石黏土等，从而降低工程造价、缩短施工周期，且与就地取材进行填筑的筑坝思想相吻合。
8.进一步的技术方案：
9.具体的土料开采步骤：
10.所述土料开采步骤应首先对采料场土料进行天然含水量检测和料质检测，并对土料进行分层；
11.然后按照分层情况进行土料的分层开采，且在开采过程中对超过心墙填筑最大粒径要求的砾石进行剔除；
12.最后实现采料场土料的装车并转运至备料场。
13.进一步的：所述料质检测包括p5含量和黏粒含量的检测。
14.具体的土料掺配步骤：
15.所述土料掺配首先根据采料场来料的级配情况进行分层堆存；
16.然后根据土料的料质检测结果进行砾石和黏土的摊铺与掺配，并将满足坝体填筑土料级配的土料的摊铺在掺配区域内；
17.土料摊铺好后在土料表面开设加水坑，并向加水坑内注水对土料的含水量进行调节；
18.注水完成后对土料进行闷水处理，并在闷水处理完成后对掺配好的土料进行检测；
19.对检测合格的土料进行混合掺拌并形成土牛堆放在混合回采区内备用，对检测不合格的土料再进行掺配或加水操作获得检测合格的土料；
20.最后将备料场制备的合格土料运往施工现场进行坝体的填筑。
21.进一步的：在掺配摊铺好的土料表面横向均匀布置若干道所述加水坑，且所述加水坑长 3m、宽1m、深1m，相邻加水坑之间的间距为1m。
22.进一步的：加水时依据最优含水量与天然含水量之间的差值确定注水量，且在注水时应考虑水的损失量，且满足：z
实际
＝w
最优-w
实际
w
损失
，z＝z
实际
/n，其中，z
实际
为掺配土料实际注水总量，w
最优
为土料的最优含水量，w
实际
为掺配土料的实际含水量，w
损失
为土料掺配时含水量的损失量，z为每道加水坑中的注水量，n为加水坑的开设道数。
23.进一步的：所述闷水处理时间以加水坑中水完全消失为准。
24.具体的坝体填筑步骤：
25.所述坝体填筑首先应该采用测量放线的方法来标识心墙和反滤层之间的填筑界限；
26.标识完成后采用进占法进行铺料，且铺料车的进出均在松土层上，且用推土机向前进占平料；
27.平料完成后采用震动碾以进退错距法进行碾压，且沿平行坝体轴线方向的方向进行碾压；
28.碾压完成后对填筑层进行干容重检测和平整度检测，检测合格后进行下一层坝体的填筑。
29.进一步的：采用分段铺料并碾压，且按照平行与坝体轴线方向顺次进行；
30.进一步的：碾压过程中相邻两道压痕在垂直碾压方向上的搭接宽度为1m～1.5m。
31.进一步的：在进行下一层土料铺设之前需对碾压形成的光面区域进行刨毛处理。
32.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
33.1、本发明一种适用于高土石坝砾石土料开采、掺配和填筑施工方法，在进行土料开采之前应对采料场土料进行料质检测，并且依据p5含量检测和黏粒含量检测的检测结果对土料进行分层，然后依据分层结果用立采法进行土料开采，实现黏土和砾石土的分层立采，并将分层开采出的土料分开进行转运至备料场进行填筑土料的制备，肯避免进行远距离调运砾石黏土等，从而降低了工程造价，缩短了施工周期且与就地取材进行填筑的筑坝思想相吻合。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
35.图1为本发明施工流程图；
36.图2为实施例2中土料开采流程图；
37.图3为实施例3中土料掺配流程图；
38.图4为实施例4中坝面填筑流程图。
具体实施方式
39.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
40.在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
41.在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
42.在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
43.实施例1：
44.如图1所示，本发明一种适用于高土石坝砾石土料开采、掺配和填筑施工方法，包括土料开采、土料掺配和坝面填筑三大步骤，所述土料开采步骤具体包括土料检测、分层开采、超径砾石剔除和装车运输；本实施例中，在进行土料开采之前应对采料场土料进行料质检测及含水量检测，并且依据p5含量检测和黏粒含量检测的检测结果对土料进行分层，然后依据分层结果用立采法进行土料开采，实现黏土和砾石土的分层立采同时对超径石进行剔除，并将分层开采出的土料分开进行转运。
45.所述土料掺配步骤具体包括分层堆放、掺配摊铺、挖坑加水、掺配土料闷水、掺配土料检测、混合掺拌和装车转运；本实施例中，在备料场内先根据分层材料结果对土料进行分开堆放，然后依据坝体填筑对土料的需求通过掺配摊铺、挖坑加水、掺配土料闷水工作进行土料的掺配及含水量的调整，制备得到满足坝体填筑需求的土料，然后再由卸料车将制
备得到的土料转运至坝体施工现场进行坝体心墙的填筑。
46.所述坝体填筑步骤具体包括填筑边线标识、分层分段铺料、碾压和填筑层检测，且经检验合格后重复以上操作进行下一层的填筑。本实施例中，采用分段施工的方式进行坝体的填筑，并且通过设置标识的方式来确定心墙和反滤层之间的填筑界限，且在填筑时应首先保证土质心墙的填筑断面尺寸，同时防渗体、反滤料的施工均保持与心墙填筑同步进行。在进行铺料时需注意分段处的土料搭接，避免在分段处出现土料不足而在分段处出现土料碾压不紧实的虚土层，在进行下一层的填筑之前应该对已碾压合格的坝面进行含水量的检测与调节、光面区域的刨毛处理及表面平整度检测等工作，保证已碾压坝面满足施工要求。
47.避免进行远距离调运砾石黏土等，从而降低了工程造价，缩短了施工周期且与就地取材进行填筑的筑坝思想相吻合
48.实施例2：
49.如图2所示，本实施例在实施例1的基础上对土料开采步骤做进一步的限定：
50.所述土料开采步骤应首先对采料场土料进行天然含水量和料质检测，并对土料进行分层；然后按照分层情况进行土料的分层开采，且在开采过程中对超过心墙填筑最大粒径要求的砾石进行剔除；最后实现采料场土料的装车并转运至备料场。所述料质检测包括p5含量和黏粒含量的检测。在进行土料开采前应该首先完成运料道路的修建、覆盖层的清理及排水系统的布设等工作。本实施例中，在进行土料开采前首先对砾石土层和黏土层进行料质检测，并通过料质检测结果再对砾石土层和黏土层进行分层，进而通过分层结果对砾石土层和黏土层进行分开开采与转运；以此种开采方式获取的土料能够对后续的土料掺配工作提供便利，同时无需在进行远距离调运砾石或黏土等，从而降低了工程造价，缩短了施工周期且与就地取材进行填筑的筑坝思想相吻合。且本实施例中，在对采料场进行土料检测时还需根据采料场的施工场面、地下水位、地质情况、施工方法及施工机械可能开采的深度等因素，对材料场的开采范围、占地面积、弃疗数量、可用料层厚度及有效土料储量等信息进行检测；同时对采集土料进行必要的室内和现场实验，核实土料的物理力学性能(天然干密度、比重、液塑限、压缩性、渗透性、抗剪强度)及压实特性(最大干密度、最优含水量、砾石土的破碎率)；为后续的土料掺配及填筑施工提供数据支撑，保证掺配所得土料能够满足坝体填筑的需求，保证填筑形成的坝体满足施工要求。在选择开采方式时，应综合考虑土料性质、采料场地形、开采机具、料层分布、料层厚度、砾石土料天然含水量大小及水文地质等因素，选择采用里面开采、平面开采或斜面开采；如本实施例中所适应的料层较厚且上下层土料性质不均匀的情况，宜采用立面开采，同时黏土层和砾石土层分开开采，以便更好地进行掺配和含水量的调整。
51.实施例3：
52.如图3所示，本实施例在实施例1的基础上对土料掺配步骤做进一步的限定：
53.所述土料掺配首先根据采料场来料的分层开采结果进行分开堆存；本实施例中，首先在备料场中专门设置一个区域用于采料场来料的堆存，土料进入备料场时应先进行称重，然后土料的堆存应该根据开采时检测的土料料质的不同进行分开堆放，方便后续进行土料掺配时的取料。
54.然后根据土料的料质检测结果进行砾石和黏土的摊铺与掺配，并将满足坝体填筑
土料级配的土料的摊铺在掺配区域内；本实施例中，根据土料的料质检测结果选取砾石与黏土进行混合掺配取得满足坝体填筑施工的填筑土料，其中砾石和黏土的配比应按照实验测得的配比进行确定并掺配，土料摊铺时黏土采用后退法进行摊铺，砾石采用进占法进行摊铺，且顶层宜为砾石层；同时进行摊铺时砾石和黏土的厚度应严格按照标准进行，其误差不应超过10％。
55.土料摊铺好后在土料表面开设加水坑，并向加水坑内注水对土料的含水量进行调节；本实施例中，在完成土料的掺配摊铺后，需对掺配土料进行含水量的检测，若此时土料含水量低于最优含水量，则需对土料含水量进行补充，为加快水分补充速度增强水分补充均匀性，本实施例中通过在土料表面开设若干加水坑，并向加水坑中注水通过加水坑提高土料对水分的吸收，从而提升水分补充的效率，提高满足填筑需求土料的制备，缩短工期。
56.注水完成后对土料进行闷水处理，并在闷水处理完成后对掺配好的土料进行检测；因为土料对水的吸收是需要时间的，故本实施例中，在注水完成后对土料进行静置吸水，以保证添注水能够充分的被土料吸收，从而达到调节土料含水量的效果。
57.对检测合格的土料进行混合掺拌并形成土牛堆放在混合回采区内备用，对检测不合格的土料再进行掺配或加水操作获得检测合格的土料；本实施例中，在土料掺配水含量调整达到标准后，通过将摊铺土料堆放成土牛的过程对土料进行混合掺拌，并且形成的土牛能够减少制备完成土料对备料场区域的占用，为继续进行土料制备腾出空间。
58.最后将备料场制备的合格土料运往施工现场进行坝体的填筑。
59.在掺配摊铺好的土料表面横向均匀布置若干道所述加水坑，且所述加水坑长3m、宽1m、深1m；相邻加水坑之间的间距为1m。本实施例中，所提供的是一种常规情况下最优的加水坑尺寸，故加水坑的尺寸可根据实际施工情况进行调整，满足增加水与土料接触面加快水分吸收即可。同时通过设置多道加水坑的方式来加快水分吸收，提高土料制备效率缩短工期。且每道集水坑中的注水量应该根据总注水量z除加水坑数n得到每道加水坑中注水量z，满足公式：注水量z＝总注水量
÷
加水坑数n。
60.加水时依据最优含水量与天然含水量之间的差值确定注水量，且在注水时应考虑水的损失量，且满足：z
实际
＝w
最优-w
实际
w
损失
，z＝z
实际
/n，其中，z
实际
为掺配土料实际注水总量，w 最优
为土料的最优含水量，w
实际
为掺配土料的实际含水量，w
损失
为土料掺配时含水量的损失量， z为每道加水坑中的注水量，n为加水坑的开设道数。本实施例中，在进行加水是应当考虑静置闷水，土料堆放及运输过程中水分的损耗，例如：土料天然含水量为6％，最优含水量为 12％，则此时加水量应为8％，其中2％的水量用于弥补静置闷水，土料堆放及运输过程中水分的损耗。
61.所述闷水处理时间以加水坑中水完全消失为准。本实施例中，根据实际施工过程中的实践经验总结所得最少的闷水处理时间为7天。
62.加水后每5天，应抽样检测土料砾石层和黏土层的含水量，且每个料堆抽样5组；同时要观察几率每个探坑内黏土层含水率是否一致、地层是否有干土存在等情况。依据上述检测成果，可知加水量是否准确；可判断料堆内水分扩散是否均匀，以确定最短贮存时间；还可及时了解料堆表层含水率的变化，以确定料堆表面是否需要进行补水。
63.实施例4：
64.如图4所示，本实施例在实施例1的基础上对坝面填筑步骤做进一步的限定：
65.所述坝体填筑首先应该采用测量放线的方法来标识心墙和反滤层之间的填筑界限；本实施例中，通过测量放线的方式进行填筑界限的区分，可保证心墙准确有效的进行填筑，同时降低心墙结构与反滤层结构之间的影响。
66.标识完成后采用进占法进行铺料，且铺料车的进出均在松土层上，且用推土机向前进占平料；在填筑施工过程中是禁止重车在已碾压合格的坝面上进行行驶的，故本实施例中，铺料车和推土机均采用进占法进行土料的摊铺。且在施工过程中，在土料表层垫上一层砂砾料作为上下游交通道路使用，并在土料填筑1.5～2米后，需要变换道路避免对同一处进行重复多次碾压，从而出现剪力破坏等问题；每次变换道路都应将该出土料上部的砂卵石料清理干净，然后对于由此形成的横向施工接缝采用不陡于1:3的坡接缝填筑，并进行骑缝碾压。
67.平料完成后采用震动碾以进退错距法进行碾压，且沿平行坝体轴线方向的方向进行碾压；心墙的铺筑应平行与坝体轴线顺次进行，做到及时平料并应铺筑均匀、平整，不得垂直坝体轴线方向进行碾压。如特殊情况(心墙中间仪器埋设部位)下，采用了平面震动碾垂直坝轴线方希那个碾压并进行刨毛处理。此时应特别注意检查是否出现欠压或漏压的情况。为保证心墙碾压时其表面被震动碾翻松的半压实层得到良好的压实，通常在进行施工前先通过实验确定处翻松土层的厚度，并将其计入下一层铺料的厚度中；在心墙填筑时应该采用测量的方法严格控制铺料厚度，在碾压合格的坝面定点测量和各层的顶高程，在铺设下一层松料之后，有定点测量此时的顶高程，两次测量高程的差值即为新铺松土的厚度，需要新铺松土的厚度满足施工的参数要求。
68.碾压完成后对填筑层进行干容重检测和平整度检测，检测合格后进行下一层坝体的填筑。且对填筑层的检测完成后还应完成岸坡处理及其他遗留问题的处理，所有问题处理完成后在经过多重质检验收后才可进行下一层坝体的填筑。
69.采用分段铺料并碾压，且按照平行与坝体轴线方向顺次进行；本实施例中，所述铺料与碾压工序连续进行，若需短时间停工，坝体表层的风干土层需进行洒水湿润，保持含水量在控制范围以内；若长时间停工，应铺设保护层和盖彩条布，复工时需先对填筑面进行检查。
70.碾压过程中相邻两道压痕在垂直碾压方向上的搭接宽度为1m～1.5m。为了保证填筑面的碾压效果，本实施例中，要求在碾压施工时相邻压痕在垂直于碾压方向上的碾压搭接宽度在 1m～1.5m，且相邻施工段间的碾压搭接宽度应不低于0.5m，从而有效的避免出现漏碾、欠碾或过碾的情况。
71.在进行下一层土料铺设之前需对碾压形成的光面区域进行刨毛处理。本实施例中，通过对重车碾压形成的光面进行刨毛处理，消除在光面处形成渗漏通道的可能，保证了坝体填筑的效果。
72.实施例5：
73.本实施例在实施例3的基础上提供一种在土料掺配过程中含水量调节的具体方法，在掺配土料铺料完成后，首先需对掺配土料的实际含水量(w
实际
)进行检测，并通过z
实际
＝w
最优-w 实际
w
损失
计算出实际需要进行注水的重量，其中w
损失
的确定需考虑静置闷水、土料堆放以及运输过程中水分的自然挥发，保证掺配土料在进行填筑施工时满足施工要求即可。然后通过反铲等开挖机械在摊铺好的掺配土料上开设若干用于注水的加水坑，其中加水坑的
尺寸为长 3m、宽1m、深1m，且相邻加水坑之间的间距为1m，以此种结构形式的加水坑能够保证注水能够均匀有效地扩散到整个掺配土料中，使得掺配土料每个部分的含水量均保持在最优含水量状态；且为了方便注水需在备料场中设置专门的土料掺配场所，在此场所内需进行注水管路的铺设，以便与快速有效的进行注水工作提高工作效率。在注水完成后对掺配土料进行静置闷水处理，其处理时间经实际操作确定不低于7天，实际时长以加水坑中注水消失为准；完成静置闷水工作后，用反铲将掺配土料转移至堆料场所并形成不高于5m的土牛，从而缩小掺配土料与空气的接触面，降低水分挥发的速度实现土料的保水，从而使得土料在进行填筑施工时能够有效的满足其施工要求。
74.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。