关键词:
土石坝沉降(精选十篇)
土石坝沉降 篇1
在土石坝工程实践中,往往采用分层总和法计算沉降(详见水利行业标准SL274-2001中的规定)。但随着对工程实践的不断认识,也发展了许多沉降变形计算方法,总结起来,基本上可分为三类:第一类为数值计算,常见的数值计算方法如有限元、边界元、离散元等;第二类为规范及经验法;第三类是曲线拟合法,假定土体沉降发展模式(如双曲线等),然后根据实测沉降资料进行曲线拟合,得到沉降随时间变化的解析式。数值方法虽然可以考虑较复杂的边界条件,有很多的优点,但是由于较复杂的本构模型参数的合理选用比较困难,在工程设计中难以采用。曲线拟合法(特别是双曲线法)虽然在生产中广为使用,但往往需要长时间的监测资料。
人工神经网络因具有较强的非线性映射能力和强大的学习能力,可以以任意精度逼近任意非线性曲线,因而得到了广泛的应用。论文借助神经网络这一数学工具建立模型,对某土石坝沉降变形进行分析。
1 神经网络及BP学习算法
神经网络即由许多神经元互相连接作用而成的网络,以现代神经科学研究为基础,为模拟大脑的基本特征提出的人工神经网络的模型。人工神经网络并不能完全真正地反映大脑的功能,它只是对生物神经网络进行简单而抽象的模拟。人工神经网络的信息处理由神经元之间的相互作用来实现,知识与信息的存储表现为网络元件互连分布式的物理联系,人工神经网络的学习和识别决定于各神经元连接权系数的动态演化过程。
BP (BackPropagation)学习算法也称反向传播算法,其核心是通过一边向后传播误差,一边修正误差的方法来不断调节网络参数,以实现或逼近所希望的输入输出映射关系。反向传播算法分两步进行,即正向传播和反向传播。
1.1 正向传播
输入的样本从输入层经过隐单元一层一层进行处理,通过所有的隐层之后,则传向输出层;在逐层处理的过程中,每一层神经元的状态只对下一层神经元的状态产生影响。在输出层把现行输出和期望输出进行比较,如果现行输出不等于期望输出,则进入反向传播过程。
1.2 反向传播
反向传播时,把误差信号按原来正向传播的通路反向传回,并对每个隐层的各个神经元的权系数进行修改,以使误差信号趋向最小。
应用反传(BP)算法训练的多层网络常采用对数-S形(logsig)函数作为传输函数(图1)。由于对数-S形传输函数是可微的,多层网络可以用来逼近几乎任意一个函数,只要在隐层中有足够的神经元。
该传输函数的输入在(-∞,+∞)之间取值,输出则在0到1之间取值,其数学表达式为:
BP算法实质是求取误差函数的最小值问题。这种算法采用非线性规划中的最速下降方法,按误差函数的负梯度方向修改权系数。取期望输出和实际输出之差的平方和为误差函数,则有:
其中:tpi是输出单元的期望值;Opi是实际输出。
2 土石坝沉降变形的神经网络模型
为了利用神经网络原理对土石坝沉降变形进行分析,首先应建立神经网络模型。模型采用一个输入层,一个隐层(两个神经元),一个输出层的网络结构(即1-2-1网络),见图2。隐含层的传输函数是log-sigmoid函数,输出层的传输函数是线性函数。
网络的响应包括两步,每一步对隐层中的一个对数-S形神经元的响应。通过调整网络参数,每一步的曲线形状和位置都可以发生改变。隐层的网络偏值被用来确定每一步曲线的位置,网络权值决定每步曲线的坡度。输出层的网络偏值使整个网络的响应曲线上移或下移。
3 神经网络模型的实现
借助Matlab语言,对上述沉降变形神经网络模型进行实现。Matlab神经网络工具箱中的模型见图3。
模型实现的基本部步骤如下:
1)输入训练样本与校验样本;
2)输入模型参数,包括网络层数、神经元数、传输函数等;
3)选择网络权值和偏置值的初始值,通常选择较小的随机值。
4)对网络进行训练,即根据初始权值与偏置、输入与输出样本、隐单元数、传递函数,多次迭代,直到网络响应和目标函数之差达到某一可接受的水平。
基于BP算法的神经网络设计流程图见图4。
4 模型的验证
模型的训练数据来自某土石坝工程的监测数据,为科学研究目的起见,仅以时间点取代观测时间。
由图5可以看出,土石坝实测沉降量与用神经网络模型预测的变形量之间相差较小,拟合近似度很好。由此可以看出,利用神经网络对土石坝沉降变形进行分析与实际沉降具有良好的一致性。作为一种预测手段,神经网络具有较高的精度,而且随着训练样本的大量输入,精度也会越来越高。
5 结论
土石坝沉降变形是一种非线性行为,受多种因素影响。不仅外在荷载、自然环境对变形有很大影响,而且土体本身性质的复杂性也严重影响到土石坝沉降变形计算的真实性。通过对某土石坝沉降变形实测数据与基于BP算法的神经网络模型预测数据的比较,可以看出,神经网络模型预测数据与实测数据拟合较好。作为非线性科学一个分支的神经网络,由于其具有较强的学习能力,能以较高精度逼近任意非线性函数,故在土石坝沉降变形分析及预测上显示出较强的实用价值和优越性。
摘要:基于神经网络理论和反向传播算法, 建立了土石坝沉降变形预测分析人工神经网络模型, 并借助Matlab语言进行程序设计, 实现神经网络计算。结合某土石坝工程坝顶沉降实测数据, 对模型进行学习训练, 并利用神经网络模型进行沉降变形预测。验证表明, 预测值与实测值有较好的一致性, 同时也说明作为非线性科学一个分支的神经网络, 由于其能以较高的精度逼近任意非线性函数, 在土石坝变形分析上显示出较强的实用价值和优越性。
关键词:神经网络,土石坝沉降,Matlab语言
参考文献
[1]李广信.高等土力学[M].北京:清华大学出版社, 2004.
[2]孙玉民, 王锐.人工神经网络在土石坝安全监测系统中的应用[J].科学之友, 2006 (5) .
[3]王伟.人工神经网络原理——入门与提高[M].北京:北京航空航天大学出版社, 1995.
[4]吴建华, 魏茹生等.神经网络模型下的土石坝安全监测仿真研究[J].系统仿真学报, 2008.
[5]郦能惠.土石坝安全监测分析评价预报系统[M].北京:中国水利水电出版社, 2003.
[6]Martin T.Hagan, Howard B.Demuth, Mark H.Beale著, 戴葵等译.神经网络设计[M].北京:机械工业出版社, 2002 (9)
土石坝毕业设计开题报告(参考) 篇2
土石坝是修建历史最悠久、世界上建设最多而且也是建得最高的一种坝型。公元前2900年,在埃及首都孟非司城(Memphis)附近尼罗河上修建的一座高15m,顶长240m的挡水坝是世界上第一坝,它就是土石坝。我国已建的8.6万座水坝绝大多数是土石坝。前苏联修建的罗贡土石坝坝高325m。土石坝如此长久而广泛地被采用,与它对基础的广泛适应性、筑坝材料可当地采取、施工速度快、经济等主要优点有关。选择土石坝坝型进行设计研究,目的是:①了解土石坝枢纽各建筑物组成、建筑物的工作特点以及在枢纽中的布置;②了解和掌握调洪演算的方法和水库各种特征水位的确定;③在对土石坝枢纽中各建筑物的设计中,了解各建筑物的选型比较方法以及所选定建筑物的设计难点和重点,并掌握相应的设计方法;④掌握计算机绘图和程序计算方法,培养设计报告撰写能力;⑤通过设计研究,培养文献资料查阅、发现问题、独立思考问题和解决问题的能力。
通过土石坝水利枢纽的设计研究,掌握一个水利枢纽的设计步骤程序和方法,学习和发展土石坝设计理论,促进土石坝建设。
2.阅读的主要文献、资料;国内外现状和发展趋势
1)水利电力部,碾压式土石坝设计规范(SDJ218-84),水利电力出版社,1985。
2)华东水利学院主编,水工设计手册,土石坝分册和结构计算分册,水利电力出版社,1984。
3)水利电力部,水工建筑物抗震设计规范(DL 5073-1997),中国电力出版社,1997。
4)华东水利学院译,土石坝工程,水利电力出版社,1978。
5)武汉水利电力学院,水工建筑物基本部分,水利电力出版社,1990。
6)水利电力部,混凝土重力坝设计规范(SDJ21-78),水利电力出版社,1981。
7)中华人民共和国水利部,溢洪道设计规范(SL253-2000),中国水利水电出版社,2000。
8)中华人民共和国水利电力部,水工隧洞设计规范(SD134-84),水利电力出版社,1985。
9)中华人民共和国水利部,水利水电工程钢闸门设计规范(SL 74-95),水利电力出版社,1995。
10)成都科技大学水力学教研室合编,水力学下册,人民教育出版社,1979。
11)华东水利学院等合编,水文及水利水电规划上下册,水利出版社,1981。
对20世纪70年代美国发生的一系列大坝失事进行调查后,美国总统科学技术政策办公室于1979年6月25日在写给卡特总统的报告中指出“虽然人类筑坝已有几千年历史,但是直到目前,坝工技术并不是一门严密的科学,而更恰当地说是一种‘技艺’。不论是建造新坝还是改建老坝,在每一个规划和实施阶段都还需要依赖于经验判断”。因此坝工研究更依赖于工程实践,对其的研究工作贯穿于设计、施工和运行管理的各个环节。从国内外土石坝建设状况看,土石坝数量最多,相应的筑坝经验最丰富。但前些年国内百米以上的土石坝很少,这主要受当时的施工机械和技术限制。近年来,随着施工技术的发展,特别是振动碾压机械的应用,国内土石坝建设速度很快,且往高坝建设发展,目前已开工建设的水布垭面板堆石坝坝高233m。虽然土石坝筑坝经验很丰富,但仍存在许多问题需解决,因此,选择土石坝设计为主要研究方向。主要研究内容及技术路线
研究内容:
1进行坝型选择和枢纽布置方案研究;
2主要建筑物设计。对挡水建筑物进行稳定分析、渗流计算、地基处理和细部结构等的详细设计;对泄水建筑物布置进行设计,对溢洪道过流堰的稳定及边缘应力进行计算和分析,或对泄洪隧洞的进口建筑物设计及对洞身进行衬砌设计计算;施工导流方案研究。
主要技术指标:
1)确定的枢纽布置方案经济合理,便于施工和运行管理;
2)设计的土石坝坝高和防渗体顶高按规范设计,坝剖面满足坝坡稳定和渗透稳定要求;
3)泄洪建筑物泄洪能力满足设计要求,并能泄放校核洪水,溢洪道溢流堰满足稳定和强度要求;
4)水库放空洞在30天内可将水库从正常高水位降至325m高程;
5)水电站引水隧洞洞径按经济管径设计;
6)所确定的施工方案可有效地施工导流,上下游围堰高度满足相应的施工渡汛要求。工作的主要阶段、进度及完成时间
时间安排:共14.0周。
其中熟悉资料0.5周;
枢纽布置(含调洪演算、挡水坝段设计)4.0周;
指定建筑物设计(含土石坝、溢洪道或泄洪隧洞、电站厂房等设计)5.0周;
施工导流0.5周;
成果整理及绘图4.0周。
具体完成时间:
3月1日~3月13日:开题报告;
4月19日~4月30日:老师检查;
6月1日~6月2日:预答辩、毕业设计装订成册;
6月7日:交成果;
谈河道土石坝的施工 篇3
关键词:土石坝;快速施工;措施;方法;问题
前言
近年来,随着新型土石方机械的大量投入及填筑施工工艺水平的不断提高,同时对筑坝材料试验研究的深入,极大地拓宽了土石坝的用料范围和用料模式,为土石坝更广泛地应用提供了有利条件,改变了土石坝施工长期存在着建设工期长、填筑强度低的不足,进一步加快了施工进度。在确保填筑施工质量及安全运行的前提下探讨土石坝的快速施工是很有必要的。
1.河道土石壩施工用料概述
土石坝施工中所需材料一般就地开采,同时还可充分利用各种开挖料,且具有对基础要求低的特点,目前广泛运用的是淹层铺筑并分层压实的碾压式土石坝。
2 河道土石坝快速施工的必要性
2,1加快河道土石坝施工进度,可以使大坝提前发挥经济效益,对建设单位来说至关重要。
2,2从企业追求利润最大化及提高内部收益率的角度考虑,加快大坝施工进度,缩短建设周期,提高经济效益,是每个业主考虑的重点。从满足业主需要的角度出发,往往承诺比招标文件要求的工期提前完成。如何提高施工强度、加快施工速度成了施工单位为赢得市场并得以生存的法宝。
2,3基础的不确定性,也需要采用加快施工进度等措施。随着各类经济的开发和发展,在不良基础的地方也开始修建大型土石坝,而为了满足坝基承载力及基础防渗的需要,可进行填筑施工。然而,地基情况较为复杂,特别是在深覆盖层修建士石坝,基础处理工程量大、不可预见因素多,经常需要防渗墙、振冲、帷幕灌浆、固结灌浆等方式对地基进行综合处理,处理难度大、检查复杂。根据对多个工程的资料分析,基础处理完成时间往往较开工时所制定计划滞后,造成填筑开工时间拖延,而下闸蓄水或竣工工期往往不予调整,造成有效填筑时间缩短,施工单位也不得不采取快速施工措施,而保证按合同工期完工。
2,4水文气象的影响,对填筑强度提出新的要求。土石坝对水文气象的因素极为敏感,在雨季,土料的含水量影响极大,直接影响大坝的填筑,施工强度将受到影响;冬季,土料上冻,如不采取积极措施,也无法进行填筑,且冬雨季填筑施工,存在着高投人、低产出的窘境。因此,充分利用填筑的“黄金季节”,尽量避免冬雨季施工,是施工单位首选的,相对应,在“黄金季节”填筑的工程量也往往极为可观,能否快速施工成为避免冬雨季大方量填筑的首要问题。
2,5渡汛的施工特点,也需要施工单位采用快速施工等措施。由于不允许漫顶过流,故土石坝工程一般发生在工程实施截流后第一个汛前达到拦洪度汛断面挡水这一阶段,截流后同样需要加快施工进度,以期在汛前将坝体全断面或度汛小断面填筑至拦洪度汛高程。根据我国的水文情况,一般在6月份进人汛期。9月份以后,河水流量逐渐变小,河道截流一般选在汛期末枯水期初,所以拦洪渡汛期总的施工工期很短,坝体填筑的施工有效时间非常有限。
3 河道土石坝快速施工的主要方法
土石坝填筑如需快速施工,首先要重视设备及人力资源的投入,其次填筑前的准备工作也要引起高度重视,只有这样才能达到快速施工的目的,否则,容易造成欲速则不达的不良后果。
4、河道土石坝快速施工需作的准备工作
4,1施工前计划的编制。虽然计划编制是每个施工单位都需进行的项日常工作,但对于河道土石坝,存在着一系列相互干扰、相互影响的工作,如只凭经验或简单的分析,往往无法有效的把握施工中出现的新情况、新干扰。通过计算机的运用,极大的提高了计划编制水平和计划的智能性,能够自动进行工期分析、关键线路的分析,在发生干扰事件后,也能迅速进行调整和辅助决策,避免手足无措及盲目施工的现象。
4,2河道土石坝施工前料场的开采。料场对土石坝的重要性不言而喻。完善而慎重显得尤为重要。如具备条件,最好在大坝填筑前储备部分成品料。需要强调指出的是,在施工单位进场后,根据自身的能力和设计要求对周围环境进行详细的了解,调查是否存在可作为坝料的新料场。因此,料场的复勘调查工作,是解决快速施工、降低工程造价不可忽视的因素。
4,3施工道路。为满足快速施工的需要,大量的机械没备投入是不可避免的,而目前运输汽车越来越向大吨位趋势发展,运输车辆的数量也要求相应增多,对施工道路的要求越来越高。工程实践证明,道路越好,运输车辆出勤率越高,填筑效率也相应提高。在道路布置上,应尽量根据实际情况布置成环行双车道,避免车辆的相互干扰,提高单车效率。
4,4碾压试验工作。对土石坝而言,碾压试验工作,也是确定大坝能否顺利填筑的重要参数环节。如指标定的过高,在正式填筑中不易达到,造成增加补压次数过多及采取更重型碾压设备进行施工,效率会降低;如指标定的低,为确保大坝安全,可能将增加许多工程量,也不利于工程快速施工。
5、河道土石坝快速施工的主要方法
5,1在完成各项准备工作,具备填筑条件后,按计划进行坝体填筑,加强各工序的衔接、减少中间环节,是坝体填筑施工的重中之重。合理的坝面分区流水作业,是坝体填筑快速施工的关键。
般将填筑工序分为卸料、摊铺、洒水、压实、质检等工作。根据实际隋况,将分为工段数与工序数,如果工段数与工序数相等,人、机、地不闲。如果工段数大于工序数,人、机不闲,地闲;如果工段数小于工序数,人、机闲,地不闲,流水作业不能正常进行。进行分段是坝面分区流水作业的关键因素。
5,2在坝体填筑量一定的情况下,要缩短填筑时间,必然要增大施工强度,而填筑强度的能否达到预期目的,设备的投入是极为重要的方面,也是是否能够实现快速施工的关键。
5,3加强冬季施工研究和组织,是加快坝体填筑的个方向性选择。只有进行必要的研究,采取可靠的措施,充分利用当地的气候条件,才有可能进行冬季防渗土料施工,而在总体经济上也可能有优势。每一层土料的压实度及含水量均满足规范要求,层间结合良好,不能有干、松土层现象。
6,河道土石坝快速施工需注意的问题
6,1虽然土石坝快速施工已成为潮流,也是未来发展的方向,但从多个方面看,土石坝的快速施工水平,主要依据坝高、填筑工程量、实际施工工期、平均月升高速度及平均月上坝强度等施工技术指标来综合分析、评价,而不是一味求快,只求上升速度。快速施工须在进行科学论证及安全评审后方可实施,否则,将有可能带来不可预料的后果。
6,2快速施工,使坝体沉降量在工程完成后显著增大。根据最近的土石坝施工实践已经反映出,认为土石坝施工碾压完成变形基本完成的观点是有定偏差,由于施工速度过快,大坝投入运行后,土石坝沉降变形过大,以致形成病害隐患的实例已不鲜见。
6,3快速施工,可能造成本应在施工期完成的沉降而留在了运行期来完成,大坝蓄水后增加的附加沉降量及附加水平位移量亦较大,由于防渗土料与堆石料在沉降速率与时间方面均不同步,同时空隙水压力消散较慢,在防渗土料易形成低应力医可能形成拱效应,可能造成坝墙开裂等潜在的安全隐患。
7,结束语
土石坝土料压实质量控制分析 篇4
土料的压实是保证土石坝施工质量的关键。由于土是松散颗粒的集合体, 其自然的稳定性主要取决于土粒的内摩擦力和凝聚力;而土料的内摩擦力、凝聚力和抗渗性都与土的密实性有关, 密实性越大, 其物理力学性能就越好。由于土体是三相体, 即土体是由固相的土粒、液相的水和气相的空气所组成。通常土粒和水是不会被压缩的, 土料压实的实质是将水包裹的土粒挤压填充到土粒间的空隙里, 排走空气占有的空间, 使土料的空隙率减少, 密实度提高。所以, 土料压实的过程实际上就是在外力作用下土料的三相重新组合的过程。土料的压实效果, 与土料本身的性质、颗粒组成情况、级配特点、含水量大小以及压实功能等有关。一般黏性土料的黏结力较大, 摩擦力较小, 具有较大的压缩性, 但由于其透水性小, 排水困难, 压缩过程慢, 所以很难达到固结压实。而非黏性土料黏结力小, 摩擦力大, 具有较小的压缩性, 但由于透水性大, 排水容易, 压缩过程快, 能很快达到密实。土料颗粒的大小与组成也影响压实效果。颗粒愈细, 孔隙比就愈大, 所含矿物分散度愈高, 愈不容易压实。所以黏性土的压实干表观密度低于非黏性土的压实干表观密度。颗粒不均匀的砂砾料比颗粒均匀的砂砾料达到的干表观密度要大一些。土料的含水量也是影响压实效果的重要因素之一。当压实功能一定时, 黏性土的干表观密度随含水量的增加而增大, 当含水量增大到某一临界值时, 干表观密度达到最大, 此时如进一步增加土体含水量, 干密度反而减小, 此临界含水量值称为土体的最优含水量, 即相同压实功能时压实效果最大的含水量。对于每一种土料, 在一定的压实功能下, 只有在最优含水量范围内, 才能获得最大的干表观密度, 且压实也较经济。非黏性土料的透水性大, 排水容易, 不存在最优含水量, 故对含水量不作专门控制。压实功能的大小, 也影响着土料干表观密度的大小。压实功能增大, 干表观密度也随之增大, 而最优含水量随之减小。说明同一种土料的最优含水量和最大干表观密度, 随压实功能的改变而变化, 一般说来, 增加压实功能可增加干表观密度, 这种特性对于含水量过低或过高的土料更为突出。
2 土料压实方式比选
土料不同其物理力学性质也不相同, 因而使之密实的作用外力也不相同。对于黏性土来说, 黏性土料的黏结力是主要的, 这就要求压实作用外力能够克服其黏结力;对于砂性土料、石渣料、砾石料等非黏性土料, 其内摩擦力是主要的, 要求压实作用外力能克服颗料间的内摩擦力。不同的压实机械产生的压实作用外力不同, 按其作用原理, 大体上可以分为碾压、夯击和振动三种基本类型。碾压的作用力是静压力, 其大小不随作用时间变化。夯击的作用力为瞬时动力, 具有瞬时脉冲作用, 其大小随时间和落高而变化。振动的作用力为周期性的重复动力, 其大小随时间呈周期性变化, 振动周期的长短, 随振动频率的大小而变化。常用的土料压实机械有羊脚碾、气胎碾、振动碾和夯实机械等。
(1) 气胎碾:
气胎碾是一种拖式碾压机械, 分单轴和双轴两种.如图所示是单轴气胎碾.单轴气胎碾的主要构造是由装气胎碾载荷载的金属车箱和装在轴上的4~6个充气轮胎组成.碾压时在金属车厢内加载同时将气胎充气至设计压力.为避免气胎损坏, 停工时用千斤顶将金属车箱顶起, 并把胎内的气放出一些。气胎碾的适应范围广, 对黏性土和非黏性土都能压实, 在多雨地区或含水量较高的土料更能突出它的优点。其与羊脚碾联合作业效果更佳。
(2) 羊脚碾:
羊脚碾就是在碾压滚筒表面设有交错排列的截头圆锥体, 状如羊脚, 仅适用于黏性土的压实。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, 从而使土料层均匀受压。对于非黏性土料, 由于土颗粒易产生竖向及侧向移动, 故而碾压效果较差。进退错距法。即沿直线前进后退压实, 反复行驶, 达到要求后错距, 重复进行。此种方式压实质量好, 遍数好控制, 但后退操作不便, 适用于狭窄的工作面;回转套压法。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, 适用于宽阔的工作面, 并可多台羊脚碾同时前进工作。但拐角处及错距交叉处易产生重压和漏压。当转弯半径小时, 容易引起土层扭曲, 产生剪力破坏, 在转弯的四角容易漏压质量难以保证。
(3) 夯实机械:
夯实机械是利用夯实机具的冲击力来压实土料的, 既可以用来夯实砂砾土料, 也可用来夯实黏性土料, 常用的机械有挖掘机夯板和强夯机。挖掘机夯板是一种用起重机械或正向铲挖掘机改装而成的夯实机械。夯板多为圆形或方形, 面积约1m2, 重量为1~2t, 提高高度为3~4m, 利用冲击作用对土体进行压实。其主要优点是压实功能大, 生产率高, 有利于雨期、冬期施工。当石块直径大于500mm时, 工效大大降低, 压实黏性土料时, 表层容易发生剪切破坏。强夯机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。
(4) 振动碾:
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, 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。适用于非黏性土料和黏粒含量、含水量不高的黏性土料的压实。振动碾可以有效地压实堆石体、砂砾料和砾质土, 是土坝砂壳、堆石坝碾压必不可少的工具。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。
3 土料压实质量控制措施
土石料压实得越好, 物理力学性能指标就越高, 坝体填筑质量就越有保证。但土石料的过分压实, 不仅提高了压实费用, 而且会产生剪切破坏, 反而达不到应有的技术经济效果。因此, 应确定合理的压实标准。一般, 黏性土的压实标准主要是以压实干表观密度帕和施工含水量这两个指标来控制的;非黏性土料是以相对密度来控制的;而石渣或堆石体则可用孔隙率作为压实指标。
(1) 黏性土料:
压实干表观密度黏性土料的压实干表观密度常用击实试验来确定。这种方法对大多数黏性土料是合理的、适用的。但是, 土料的塑限含水量、黏粒含量不同, 对压实度都有一定影响, 非黏性土料的压实程度与颗粒级配及压实功能关系密切。
(2) 施工含水量:
施工含水量是由标准击实条件时的最大干表观密度确定的, 但最大干表观密度对应的最优含水量是一个点值。而实际的天然含水量总是在某一范围内变化, 为适应施工的要求, 必须围绕最优含水量规定一个范围, 即含水量的上下限。
(3) 相对密度与干袁观密度换算:
在现场用相对密度来控制施工质量不太方便, 通常将相对密度转换成对应的干表观密度来控制, 其大小按非黏性土不同砾石含量, 分别确定不同标准。
(4) 土料压实参数的确定:
在确定土料压实参数前必须对土料场进行充分调查, 全面掌握各料场土料的物理力学指标, 在此基础上选择具有代表性的料场进行现场试验, 作为施工过程的控制参数。当所选料场土性差异较大时, 应分别进行碾压试验。如试验不能完全与施工条件吻合, 在确定压实标准的合格率时, 应略高于设计标准。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。压实试验前, 应选择具有代表性的料场, 通过理论计算并参照已建类似工程的经验, 初选几种碾压机械和拟定几组碾压参数, 采用逐步收敛法进行试验。先以室内试验确定的最优含水量进行现场试验。
4 结束语
通过对水库大坝不均匀土料填筑过程的压实控制最大干密度变化范围较大的情况时应根据实据情况查明土料的干密度及组成的变化范围, 在土石方填筑施工过程中不易采用一个固定的干密度值进行控制遇到土料场土料分布不均匀合理的确定出切实实际的、有利于工程进展的压实控制指标。根据施工实践经验会随着土料场开采深度的加大而增大但我们的目的是使土料最终的填筑密度均值能达到设计要求。
摘要:结合工作经验论述了在水库实际施工中土料压实难控制的实际问题。主要从土料的颗分试验判明土料及击实试验、压实机械的比选等方面对压实度进行全面控制, 提高了水库大坝工程质量为今后类似工程提供工程参考资料。
关键词:水利工程,土料,压实控制,水库
参考文献
黏土心墙土石坝填筑施工分析 篇5
摘要:填筑施工是黏土心墙土石坝工程的关键环节,对大坝施工质量和安全运行有决定性影响,因此本文从坝体填筑准备和填筑施工两个阶段分析了施工技术与控制的要点。
关键词:黏土心墙土石坝;填筑;施工
拦河筑坝,兴修水利,是为了更好地利用水资源服务经济社会。土石坝是各种拦河坝型式中应用最广泛的一种坝型,能够充分利用当地的土石等材料,对坝基要求不高,可适应各种地质、地形条件,施工技术较简单,方法选择也灵活,扩建加高更方便,所以为国内外筑坝所广泛选用。土石坝有均质坝、心墙坝、斜墙坝、分区坝等坝型,其中黏土心墙坝是各方面比较均衡的一种坝型,受气候影响小,施工质量便于控制。坝体填筑是土石坝施工最关键的环节,也是对工程质量和效率有决定性影响的方面,因此本文对黏土心墙土石坝施工要点进行了分析。
1 坝体填筑施工准备
1.1 坝料复查
黏土心墙坝的坝料通常包含防渗料、反滤料、坝壳料,根据《碾压式土石坝施工规范》(DL/T 5129-2001)规定,施工单位进场前要对勘测设计提供的料场勘察报告、试验资料进行复查,主要目的是验证料场坝料的物理力学性质、储量等相关资料的可靠程度,辅以坑探、钻孔取样等手段,发现问题及时与监理、设计单位协商解决,从而为坝料开采、碾压试验提供准确的依据。例如通过土料场勘探与试验结果发现土料上坝前应调整含水率,不同层次的土料要进行掺配混合才满足填筑要求,经与监理、设计工程师沟通及生产性试验验证,最后决定开采前先灌水,不同层次土料再立体混合开采,这充分说明坝料复查的重要性[1]。
1.2 碾压试验
通过碾压试验可核实坝料的施工性能,验证填筑设计标准的合理性,合理选择施工机械及确定工艺参数,为坝料开采、制备、填筑施工做好准备,如发现问题及时提出修改或补充意见。碾压试验可根据设计技术要求确定碾压试验含水率的控制范围,一般通过击实试验验证最佳含水率与击实性能的关系,一般最优含水率随击实功的增加而降低,而且碾压机械的压实功超过标准击实功,所以最优含水率应选择干侧。这样由击实试验和施工经验确定碾压试验设备组合和工艺流程,再经过碾压试验过程调整工艺参数。例如经过碾压试验,采用凸块碾时,只振碾容易出现水平层状面,如果先静碾再振碾,就会改善水平层状现象[2]。
1.3 坝料开采与制备
经过室内试验和生产性试验,确定坝料各项指标达到设计要求,就可以进行开采和制备。根据设计图纸及填筑计划确定开采工作面,再根据含水率等指标的检测结果确定开采方式与设备组合。心墙黏土料可能要进行掺混,就需要控制混合比例以及最佳含水率。反滤料用于保护心墙黏土料不流失,并有足够的透水性,防止细粒土淤堵,所以其颗粒级配必须严格控制,材料要经过清洗除泥、掺配,检验合格后放在干净场地上,并应保持湿润。坝壳料一般采用砂砾料,对粒度也有一定要求,要控制含泥量和剔除超径颗粒。
2 坝体填筑施工
2.1 填筑顺序
心墙坝有两种填筑顺序,一种是“先反后土”,也就是先填筑反滤料,后填筑心墙黏土料,这样可以防止反滤料侵占黏土料,这也是通常的做法;也有采用“先土后反”的,也就是先填筑黏土料,后填筑反滤料,这种情况主要是考虑到反滤层填筑宽度小的特点,若经现场试验证明能满足设计要求的话,也可采用。各种坝料一般按照测量→卸料→平料→洒水→检查验收的顺序进行。黏土料一般采用进占法卸料;反滤料采用后退法卸料;坝壳料可采用后退法卸料,也可采用进占法,或采用混合法,一般采用进占法,以形成填筑平台,后退法对减少车辆轮胎磨损有利,而混合法是进占法与后退法的结合。
2.2 黏土料填筑施工
黏土心墙料的填筑直接关系到大坝防渗质量和运行安全,所以必须严格控制施工工艺。一般采用分层铺筑碾压法,铺筑前测定土料含水率,其应在最优含水率±2%范围内。坝基上有盖板混凝土的,要先清理混凝土表面粘附的砂浆、乳皮等杂物,并洒水润湿,再涂刷一层浓黏土浆,以改善防渗黏土料与底板混凝土的粘结效果。浓黏土浆按水土质量比1:2.5~3配制,涂刷3~5mm厚,再铺一层50cm厚塑性较高的黏土,边刷边铺。两岸接触带也要涂刷浓黏土浆,高度为松铺层厚度,随后铺料。自卸车进占法上坝卸料,推土机推平,再按照高程控制松铺层厚度,铺成大面后,放出平行坝轴线的碾压参考线,采用振动凸块碾以进退错距法进行碾压,碾压遍数一般6~10遍(根据碾压试验确定的参数),普通黏土碾壓8~10遍,高塑性黏土碾压6~8遍。两岸接触带可采用人工铺筑,冲击夯夯实,再人工刨毛。为避免装料车辆对已填筑工作面产生剪切破坏,应在填筑面上铺填一层厚35~50cm的风化土料,再垫12mm厚钢板作为车辆通道。
2.3 反滤料填筑施工
反滤料一般由Ⅰ、Ⅱ两种料组成,采用“先反后土”顺序时,先铺Ⅱ,再铺Ⅰ;而采用“先土后反”顺序正好相反,先铺Ⅰ,再铺Ⅱ。反滤料与防渗黏土料及反滤料Ⅰ、Ⅱ之间可采用锯齿状填筑,以确保后铺材料不受侵占。采用平行坝轴线后退法进料,由人工配合反铲铺平,振动平碾静压4~6遍。黏土料、反滤料(Ⅰ、Ⅱ),在不同料层交界处要进行骑缝碾压,以确保界面结合良好。反滤料要进行润湿处理,可在碾压前用洒水车喷水2遍。反滤料填筑好后,运料车辆和工程机械不允许再进入行驶。
2.4 坝壳料填筑施工
填筑前,清理河床后,在坝基上回填碎石屑找平,然后用振动平碾碾压,碾压不到位置用电动夯板夯实。自卸车或反铲卸料,推土机推平,振动平碾碾压8遍。坝壳料与反滤料交界处要采用细石料铺筑,并进行骑缝碾压。岸坡接触带应形成便于碾压的坡度。
2.5 雨季填筑施工
土石坝雨季施工尽量避免,但根据工期、雨水强度可以合理安排。土料开挖可采用“井”字形方式,便于排水。储存土料时,可堆成“土牛”形状,加覆盖,四周留出排水沟槽。混合料应备足半个月以上。雨季期间要一直关注天气预报,根据降雨量预测,做好相应的措施。当雨量超过填筑允许强度时,应提前停止进料,用振动碾碾压光滑,再覆盖塑料薄膜,并在两岸留出排水沟。下雨时要组织人员抽水,避免积水。雨后复工,先晾晒或清除表土,当含水率满足要求后,刨毛处理,先铺薄层,大面平整后继续正常填筑[3]。
3 结语
黏土心墙土石坝填筑质量控制的关键是严格控制施工工艺,所以从施工准备阶段就应通过坝料复查、碾压试验合理确定和优化施工参数,在施工过程中严格按碾压试验提供的参数进行施工。由于土石坝施工工序复杂,要做好各个工序的衔接与协调,从而提高施工工效,降低施工成本。
参考文献:
[1] 李秋石. 加快上阿特巴拉水利枢纽B标粘土心墙坝施工的技术措施[J]. 四川水力发电,2014,33(3):24-26,43.
[2] 李旨强. 新疆恰甫其海工程粘土心墙坝防渗体土料施工特性[J]. 东北水利水电,2013(6):14-17.
土石坝的施工现场管理 篇6
一、土石坝概述
土石坝又叫土坝或堆石坝, 是利用建坝当地的土料、石渣、石料、砂砾或混合料等堆建而成的挡水坝, 根据材料、高度、施工方法等不同而命名不同, 目前所用的较为广泛的为碾压式土石坝。现今业主将加快施工进度来缩短所用建筑时间, 使堤坝提前发挥作用, 为自己争取更大的利益作为奋斗目标, 因此在选取施工单位时要求更加严格, 通常会根据招标来确定建筑单位, 而建筑单位在满足客户施工期限要求的同时还要保证工程的质量。施工单位通过加强施工现场管理, 来提高施工效率和工程质量, 以吸引更多的业主, 赢得更为广阔的市场, 可见施工现场管理的重要性。
二、施工现场管理理论依据
在工程设计图的指导下, 按照相关规定的标准制定施工指导书, 明确规定各方面的试验参数, 这些技术上的文件是施工现场管理的重要依据。施工现场的管理能否严格按照相关技术部门制定的要求来施工是达到计划目的的根本。另外完善的管理制度是最大化利用人才的关键。根据个人不同的才能, 指派不同的任务, 使施工现场每个部分都有专业人才进行管理, 能有效地保证体系的健全性。合理的制度可以起到规范、约束操作人员行为的目的, 使各种命令能最有效的得以执行。
三、管理机构分配
类似土石坝工程这类需要多个部门配合完成的工程, 不是一个人或者几个人就能完成管理工作的。为了工程进度、质量问题, 合理地安排管理人员是关键, 因此需要设立严格的管理部门, 实行责任制, 方便现场管理。至上而下设立坝长, 各部门分别设立主管, 对于较大的部门可设立多个主管, 或者在主管下设立组长, 各部门主管无权干涉其他部门工作, 但可提出建议, 由坝长解决部门间存在分歧的问题, 达到灵活、高效、互不干扰的目的, 大大降低施工难度。
四、管理要点
设立了不同的管理部门, 那么如何将各部门衔接在一起, 降低中间环节出现问题的概率, 是管理中面临的一大难题。要解决这一问题, 需要根据严格的管理要求来进行调节, 完善管理体系, 主要需要注意以下几个部分的工作安排:
1. 技术问题
首先要通过分析总结了解各部门面对的技术上的难题。土石坝的主体工程要求的施工工艺较为复杂, 因此施工前一定要做好技术准备工作。首先需要做到的是了解施工图纸, 根据具体要求尽量优化施工程序, 施工中每个部门都要考虑所需材料、队伍配备、资金支持、机械设备和适宜的天气等, 组织好从大到小的管理, 确保每一道工序都在管理者能控制的范围内。同时管理者应该随时掌握市面上的新技术、新设备的更新状态, 有利于随时进行适当的新技术、新设备的引进, 提高施工质量, 并要注意对施工人员进行必要的培训, 帮助他们掌握新材料、新工艺、新设备的使用方法, 避免不必要的浪费。在施工管理之外, 管理者还必须组织好监督工作, 建立一套完善的质量验证系统, 根据部门的不同, 设定不同的质检标准, 保证工程的质量。
2. 施工问题
具体施工包含多个方面, 各方面之间均存在联系, 很多更是存在依存关系, 因此要想施工顺利应该在管理上做好调度。
首先, 布置施工道路, 类似土石坝这种较大工程量的施工, 需要用到很多大型机械辅助施工, 而施工地点往往没有现成的道路可供重型车辆使用, 因此我们在开工前应该先准备好临时通道, 路的好坏不仅关系到工程进度, 还与施工安全息息相关, 根据不同车辆的要求, 在土石坝的施工现场一般要求至少有三种道路布置:主干道, 当施工进行时可设置临时主干道, 当坝体达到相应高度时需要将其拆除, 在此期间应在下游逐渐开始铺设主干道, 根据地形设置道路的高度;坝面的道路, 坝面相对来讲车辆来往密集, 可用多种坝料来进行筑造, 可根据填料的顺序进行铺设, 并根据坝高进行适当调整, 但是必须要保证坝面的上下游畅通;穿心墙道路的铺设可采用黏土或沥青浇筑, 还可搭配厚钢板, 废弃后需要进行清除, 但其施工简便, 能满足运输效率。
其次, 分区作业有利于提高土石坝的建设效率。实践证明, 在土石坝的施工中很多工序都可分开进行, 而土石坝的体型给该方案提供了便利。简单来说在填筑时可分为铺设、抹平、洒水、碾压等, 完成后可进行质量检验, 可在各工序中安排合理的人员和机械进行流水作业, 让每个人每台机器都能同时投入使用, 减少了资源的浪费, 同时大大提高了施工效率, 但必须严格根据施工现场的具体情况进行合理的安排。
再就是要注意质量监督, 施工人员作为第一类接触到坝料的人员, 是坝料的第一检测员, 他们需要对坝料的质量进行控制, 决定坝料铺设的实际厚度, 确定所需碾压参数等。而专业检测人员需要进一步对坝料进行检测, 根据设计的要求严格控制各道工序所用用坝料, 并根据坝料质量确定铺设的厚度, 还需要对坝体的边角进行测量, 保证边角平整、对称, 无粒石几种造成空隙, 在填料时还应保证各层之间无污染, 以免界面发生分离, 接缝处要求削坡接缝, 根据机械和碾压程度确定削坡的宽度。
最后, 很多建筑施工时对气候根据气候不同, 完成时质量会有所差异, 而土石坝的施工也不例外。土石坝在施工时主要应该注意的是冬季施工, 在冬季填料时要严格控制坝料的含水量, 避免年用冻土和冰块, 且在施工中还应注意保温问题, 尤其是在冬季气温变化较大的地区。根据经验总结, 冬季施工时需要注意一下几点:放料的场所应处于向阳位置, 开采前要除去表层冻土和冰块, 坝料在使用时也应保持常温;严格规定冬季所用坝料的含水量;在使用前还需对坝料表面的额冻土进行清理, 铺设时尽量快速, 可适当增加碾压次数;在冬季流水作业、分工合作更为重要, 可最大程度地提高施工效率, 避免坝料温度下降;如遇雨雪天气还用在复工前做好清理工作, 清除表层冰块和积雪, 防止界面污染。
五、小结
浅谈土石坝的施工 篇7
土石坝是目前世界坝工建设工程中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。与其他坝型相比较, 无论从经济方面还是从施工方面, 土石坝具有绝对的优势, 据不完全统计世界土石坝占大坝总数的82.9%, 而在中国土石坝数量占到大坝总数的93%。
因土石坝的施工所用材料一般采用就地开采, 同时在施工中充分利用各种开挖料, 包括当地土料、石料或混合料, 土石坝的施工即是将这些材料经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝, 故土石坝又称作当地材料坝, 对于坝体材料以土和砂砾为主时, 称土坝;以石渣、卵石、爆破石料为主时, 称堆石坝;当两类当地材料均占相当比例时, 称土石混合坝。
土石坝按施工方法的不同, 土石坝可分为:碾压式土石坝、冲填式土石坝、水中填土坝和定向爆破堆石坝等。其中应用最为广泛的是碾压式土石坝, 其主要特点是对基础要求低、适应基础变形强。
土石坝按坝高可分为:低坝、中坝和高坝。而高坝筑坝技术是近代才发展起来的。
碾压式土石坝按照土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类, 又可分为均质坝、土质心墙坝、土质斜墙坝、多种土质坝、人工材料心墙坝、人工材料面板坝等。
土石坝是历史最为悠久的一种坝型。其优点包括:就地取材, 节省钢材、水泥、木材等重要建筑材料, 减少了建坝过程中的远途运输;结构简单, 便于维修和加高﹑扩建;土石坝的坝身是土石散粒体结构, 有适应变形的良好性能, 因此对地基的要求低;施工技术简单, 工序少, 便于组合机械快速施工。其缺点是坝身一般不能溢流, 施工导流不如混凝土坝方便, 粘性土料的填筑受气候条件影响较大等。
土石坝建设最大的病害即是渗流。如何控制和预防渗流是土石坝工程建设中最主要的工作之一。
所谓渗流, 即是指由于填筑土石坝的土料和坝基的砂砾是散粒体结构, 颗粒间存在大量的孔隙, 因此具有一定的透水性。当水库蓄水后, 在水压力的作用下, 水流必然会沿着坝身土料、坝基土体和坝端两岸地基中的孔隙渗向下游, 造成坝身、坝基和绕坝的渗漏。假如这种渗流是在设计控制之下, 大坝任何部位的土体就不会产生渗透破坏, 则为正常渗流, 此时渗流量一般较小, 水质清澈透明, 不含土壤颗粒, 对坝体和坝基不致造成渗透破坏;反之对能引起土体渗透破坏, 或渗流员过大且集中, 水质浑浊, 透明度低, 使坝体或坝基产生管涌, 流土和接触冲刷等渗透破坏, 这种影响蓄水兴利的渗流则为异常渗流。
根据我国早期的土石坝工程的资料统计, 由渗流而引起的破坏事故率约占31.7%。其中大型水库占11座, 而对于中小型水库而言, 漫坝冲垮者最多, 占51.5%, 其次就是渗漏导致垮坝, 占29.1%, 由此可见渗漏造成的溃坝问题是相当严重的。因此确保对坝体和坝基的渗流控制是保证土石坝安全的一项重要措施。
渗流控制的控制理论是在工程实践中的发展和运用起来的, 是实践反馈的结果, 其中渗流的基本原理、渗流场的分析方法、土体渗透稳定性三大部分, 是渗流控制理论的基础。而渗流控制技术是渗流基础理论的实施措施, 它主要包括灌浆技术、反滤坝技术、土石坝坝坡滑动破坏加固技术、土石坝坝体灌注粘土浆加固技术、坝体和坝基的密度加固技术、土工合成材料加固技术以及防渗墙及其坝体坝基加固技术等。
总结起来产生异常渗流的原因有以下几个方面: (1) 坝体填土与排水体之间的反滤层设计不正确, 层间系数过大, 或施工时有错断混层现象, 或填土不够密实, 过大的渗流使填土向排水体流失, 都会造成反滤层破坏失效。反滤层在整个防渗体系中是尤为关键的环节, 即使前面的防渗体裂缝或出现渗漏通道, 只要反滤层工作正常, 排水降压, 渗漏破坏就不会扩大。 (2) 防渗体没有直达基岩或底部连续可靠的粘土层, 在开挖截水槽时, 因施工困难, 半途而废, 从而留下隐患。 (3) 土石坝两岸岸坡产生台阶状。应该开抢成较平顺的坡度, 为减少开挖可以变坡, 在上下两坡度转折处, 两坡角之差不应大于15°~20°, 若有平台, 则平台处填土高度与平台的两端的填土高度, 高差悬殊沉陷量突变, 容易产生裂缝, 导致渗透破坏。
如何组织科学有序的施工, 提高工程质量, 控制渗流是整个过程成败的关键。我认为土石坝过程在施工中应从以下几个方面进行控制:
(1) 做好基础处理, 必须万无一失。很多大型土石坝, 必须要满足坝基承载力及基础防渗的情况下, 完成基础处理的稳固后, 方可进行填筑施工, 特别是在深覆盖层上修建工程, 基础处理工程量大、不可预见因素多, 需要经常采用防渗墙、振冲、帷幕灌浆、固结灌浆等对地基进行综合处理。
(2) 掌握当地地质、水文气象资料, 控制好施工工期的季节性土石坝对水文气象的因素极为敏感, 在雨季, 土料的含水量影响极大, 直接制约着大坝填筑, 施工强度将受到影响;冬季, 土料上冻, 如不采取积极措施, 也无法进行填筑, 且冬雨季填筑施工, 存在着高投入、低产出的窘境。对于度汛期的施工, 应编制具有针对性的施工方案。土石坝工程, 一般不允许漫顶过流, 故土石坝工程“施工高峰期”应控制在工程实施截流后第一个汛前达到拦洪度汛断面挡水这一阶段, 截流后均需加快施工进度, 以确保在汛前将坝体全断面或度汛小断面填筑至拦洪度汛高程。因此给坝体填筑的施工工期有限, 在北方地区采用冬季施工时, 当月平均气温在0℃以下, 有些地区河流结冰、土层冻结, 对开挖工程、混凝土工程、灌浆工程以及填筑工程均有不利的影响, 因此必须要提高月填筑强度, 方能按安全渡汛的要求按期达到拦河高程。
(3) 确保工程所用料场开采土、石料的材料质量料场对土石坝的重要性不言而喻, 却也是最容易影响大坝顺利填筑的软肋。根据工程实践, 一般而言, 料场的地质勘探工作深度远不如坝址, 特别是填筑量最大的堆石料, 往往仅靠几个探洞或地形勘查进行地质描述, 进场后, 与招标文件发生变化的可能性很大, 无法形成大规模开采 (或台阶开采) 条件, 直接影响大坝填筑级配是否得到保证。在防渗土料方面, 含水量的高低也成为大坝能否快速填筑的关键, 因此, 完善而慎重地进行料场复查及复勘工作显得尤为重要, 搞好料场复查和储量计算, 做到心中有数。
此外材料的碾压试验也是非常重要的一项工作。对土石坝而言, 碾压试验是填筑前最为重要的技术参数论证工作, 也是确定大坝能否顺利填筑及确保大坝安全的重要环节。碾压试验工作的好坏, 直接影响坝体的填筑。
碾压试验中还需对防渗土料的含水量进行确定及调节, 同时还应确定好对堆石料洒水量。此外, 为确保土石坝填筑质量, 土石坝工程的施工必须要求进行试坑取样, 只有在填筑面碾压合格并能过验收后方可进行上一层填筑。
(4) 确定合理的坝面分区, 是填筑工作施工的关键由于土石坝体型较大, 为坝面分区流水作业提供了必要的场面, 土石坝工程一般在填筑工序上分为铺料、摊铺、洒水、压实、质检等工作。在坝面分区流水作业中, 防渗土料的施工应根据填筑的需要, 应根据实际情况合理划分填筑区域和进行流水作业, 以及采用的机械设备及填筑情况进行调整。对采用平起填筑与临时断面填筑的土石坝工程, 不可为一味减少临时断面填筑量而影响大型机械的正常施工, 必须要确保填筑质量。
(5) 根据工程实际情况确定并采用坝体坝基加固技术, 主要指采用的土石坝坝体灌注粘土浆加固技术, 包括灌浆设计、灌浆工艺采用等。
水库土石坝渗漏问题探讨 篇8
1.1 心、斜墙裂缝漏水。
土石坝防渗体开裂较常见, 尤其是发生在近年来较普遍的薄心墙土坝中。由于心、斜墙与坝体其他部分的填筑土料不同, 因变形模量的差异使变形不一致, 导致心、斜墙开裂。在裂缝处产生集中渗漏, 渗透水以很大的水力坡降冲涮心、斜墙裂缝, 因管涌作用把防渗体土料带至下游坝体, 使心、斜墙丧失防渗作用。
1.2 坝体因扩建加高, 新老防渗体衔接处理不当漏水。
坝体因多次扩建, 新老防渗体的衔接片是不当漏水。坝体因多次扩建, 新老防渗体的衔接处理往往不严, 造成隐患。特别是心墙坝加高时, 对原有心墙很难采取补强措施。当蓄水位高以后, 其防渗体承受的水力梯度明显加大, 增加了被击穿的危险, 有的将心墙改做斜墙, 但因库内死水排干困难, 使基础处理不严, 造成漏水隐患。
1.3 浸润线抬高使下游坝坡失稳。
已建的均质土坝中, 常存在浸润线比设计计算的有所抬高, 致使坝下游坡面长期处于湿润状态而影响坝坡的稳定。浸润线的抬高多数原因是设计时没有考虑土坝施工时是分层碾压的, 因碾压使坝体形成许多水平层面, 导致水平向渗透系数大于垂直向渗透系数, 产生各向异性渗流场的结果。
1.4 土坝滑坡与处理。
土坝滑坡或沉陷往往是因为填筑的土料差, 设计抗剪指标选用不当, 坝坡设计不合理以及渗漏等原因造成的。
2 坝基渗漏分析
2.1 铺盖裂缝产生的渗漏。
铺盖裂缝一般是由于施工时防渗土料碾压不严, 达不到要求的容重或铺土时含水量过大, 固结时干缩而产生裂缝;或基础不均匀沉陷时铺盖被拉裂;或铺盖下没有做好反滤层, 水库蓄水后在高扬压力下被顶穿破坏;也有施工时就近取土, 破坏了覆盖层作为天然铺盖的防渗作用。
2.2 心墙下截水墙与基础接触冲刷破坏
截水墙与基础的接触边界是最容易形成渗流通道的薄弱环节。在截水墙下游与基础接触边界处设置反滤层失效, 导致接触冲刷产生, 坝体和基础土料被带走, 造成坝体严重破坏。
2.3 岩溶坝基渗漏处理
岩溶坝基渗漏一般采用钻孔帷幕灌浆, 主要应该采用合理布置送浆孔, 在地质测绘或物探查明岩溶分布规律后, 确定钻孔的排距、孔距、灌深、岩溶渗漏通道往往是沿着岩层构造面发育而成, 对于陡倾角结构面或断裂带形成的渗漏通道, 不宜采用垂直灌浆孔座而应采用交叉形斜孔。一般采用自上而下的灌浆法, 即钻一段灌一段的分段灌注法。它比全孔一次钻完后自下而下灌浆法好。按浆液在孔内运动形式又以循环式优于纯压式, 因循环式的回浆管能真实地反映孔内灌浆压力, 孔内浆液保持循环流动可减少沉淀现象, 并能及时排除孔内故障。选用配比适宜的灌浆材料进行灌浆。
3 水库土石坝防渗技术措施
水库的渗漏原因繁多, 处理渗漏的技术也比较复杂, 概括的来说, 当前国内主要使用以下几种手段来处理渗漏问题。
3.1 垂直防渗技术
垂直防渗常适用于地基透水层较薄或隔水层较浅的情况, 以做成封闭式防渗帷幕来根治坝基渗透破坏的险情, 可以比较彻底地解决坝基和坝身渗漏问题。
3.1.1 塑性混凝土防渗墙技术
防渗墙的机理是:使用专用机具 (乌卡斯钻机) , 在已建的坝体或覆盖层透水地基中建造槽型孔, 以泥浆固壁, 并利用高压泵将泥浆压入孔底, 携带岩渣, 再从孔底回流到地面, 然后采用直升导管, 向槽孔内浇筑混凝土, 形成连续的混凝土墙, 起到防渗目的。塑性混凝土是用黏土和膨润土取代普通混凝土中的大部分水泥形成的一种柔性工程材料。普通混凝土相比, 塑性混凝土弹性模量低、极限应变大、能适应较大变形、抗渗性能好的特点。塑性混凝土防渗墙的一般施工步骤是:
(1) 修建施工平台及导向槽。
(2) 划分槽段。槽段的长度宜尽量加长, 以减少槽段间接头数量, 提高墙体的整体性。但受墙基地质条件限制及成槽深度等因素影响, 槽段又不宜过长。根据工程特点, 采用冲击钻与液压抓斗相结合的“两钻三抓”成槽方式, 即用冲击式钻机钻槽孔两端的接头孔, 槽段中间部分用“三抓”完成。
(3) 混凝土浇筑。采用直升导法浇筑水下混凝土由混凝土输送泵往储料斗送料。
(4) 泥浆固壁。塑性混凝土防渗墙施工过程中, 固壁泥浆直接影响工程的施工进程和槽壁的稳定, 并能起到冷却钻头、润滑钻具、悬浮岩屑以及防止坍孔的作用。
(5) 清孔换浆。抓斗在抓孔过程中, 会有部分细砂或其他岩渣悬混在泥浆中, 然后逐渐沉淀到底孔, 抓斗在挖掘槽孔底部时也会遗留少部分细砂和岩渣, 这些淤积物都必须在混凝土浇筑前清理干净否则, 会给墙体质量带来危害。
(6) 墙体塑性混凝土浇筑。塑性混凝土的浇筑采用泥浆下直升导管法, 导管采用直径为250mm的钢制导管, 丝扣连接, 导管安装用16t吊车或冲击钻辅助下设。
(7) 槽段连接。墙段连接采用接头管法, 即在一期槽孔浇筑前在槽孔两端下设钢管, 待混凝土初凝后, 按一定的速度将其拔起, 形成混凝土接头孔。
3.1.2 高压喷射灌浆防渗技术。
高压喷射灌浆防渗技术的机理是:按设计布孔, 利用钻机钻孔, 将喷射管置于孔内 (内含水管、水泥管和风管) , 由喷射出高压射流冲切破坏土体, 同时随喷射流导入水泥浆液与被冲切土体搅拌, 喷嘴上提, 浆液凝固, 在地基中按设计的方向、深度、厚度及结构形式与地基结合成紧密的凝结体, 起到防渗作用。
3.2 水平防渗技术
水平铺盖分利用天然黏土和人工填筑黏土两种, 可以就地取材、造价低、施工工作面大、工期短、简单易行, 不需要特殊的施工设备和器材。按设计要求施工, 可以满足渗透稳定, 但渗透量较大, 坝基下游仍有一定的坡降。因此在采用水平铺盖防渗时, 必须结合下游排水减压设施。
3.3 使用化学补强技术处理水库渗漏
化学补强是在不改变原工程结构的前提下, 利用原混凝土结构强度, 对其薄弱环节产生的裂缝和破损部分, 采用化学物质环氧材料进行局部修补的一种方法目的是恢复建筑物的整体性, 保持混凝土的强度、耐久性和抗渗性。环氧材料具有较高的粘结强度, 并具有一定的弹性能与新老混凝土很好地结合, 是目前较理想的防渗堵漏新型材料, 其组成成分主要有:
主剂环氧树脂是有环氧基团的高分子聚合物, 其结构是线型的, 本身不会固化, 但流动态随温度高低而发生变化加固化剂后, 具有良好的粘结性;固化剂;增韧剂;稀释剂;填料等。
具体步骤:首先清除混凝土表面污渍, 先沿裂缝沟槽, 把漏水处用水玻璃掺水泥止住水, 然后用环氧砂浆修补, 接着填筑环氧砂浆, 待填满后用木板压紧压平。
4 总结
水库是水利产业的重要组成部分。水库是民心工程, 改革开放以来, 尤其是近年来随着经济的快速发展, 国家对水库的各项投资逐渐加大, 水库工程的数量、规模及建设质量都有了巨大的进步。但对水库的防渗漏问题我们仍然不能掉以轻心, 必须在思想和行动上动作起来, 切实提高水库的质量。
参考文献
[1]金丽华, 周岚辉.关于水库风险问题分析, 中国集体经济.2007, 6.
土石坝枢纽布置原则浅析 篇9
1 枢纽布置的基本原则
1.1 安全要求
一般土石坝枢纽布置要求以大坝为主体, 以泄洪建筑物为中心, 特别是土石坝不允许坝顶溢流。因此, 如何确保大坝防洪安全是土石坝布置的首要原则。在某种程度上可以这样说, 选定土石坝的坝址、坝段、坝轴线, 主要是选定合适的溢洪道或泄洪建筑的位置, 并兼顾其它, 然后进行优化。重视泄洪建筑的原则, 主要是由土石坝不允许过水的特点所决定的。
1.2 地形要求
在高山峡谷地区修建土石坝枢纽和布置溢洪道以及泄洪洞、发电引水建筑物的进出口等水工建筑物时, 都可能遇到高边坡问题, 这不仅增加了施工的难度, 加大了工程量, 而且要为长期安全运行增加处理工作量。因此, 要求在枢纽布置时, 尽量减少高边坡开挖。
1.3 地质要求
尽量避开顺坡向的缓倾角、夹泥层等构造发育的工程地质条件。不良的工程地质条件, 对各种泄洪建筑物、引水建筑物、厂房、开挖边坡的稳定性是很不利的, 往往要增加很多的工程处理措施才能保证建筑物的安全。所以在进行枢纽布置时, 要十分注意考虑这些不良的工程地质条件。
地质条件是建坝筑库的基础, 是衡量坝址优劣的重要条件之一。在某种程度上决定着兴建枢纽的难易。在选择坝址、坝型阶段, 应摸清各比较方案的区域、库区和建筑物区的地质情况。坚硬、完整, 无构造缺陷的岩基是理想的坝基。天然地基总会存在这样或那样的地质缺陷, 可通过妥善的地基处理措施使其达到筑坝的要求。但是尤其重要的一是不能疏漏重大地质问题, 二是对重大地质问题要有正确的定性判断, 以便决定坝址的取舍或定出防推论性处理的方案, 或在坝型选择和枢纽布置上设法适应坝址的地质条件。
一般来说, 拱坝对两岸坝基的地质条件要求较高, 重力坝或支墩坝次之, 土石坝要求较低坝要求较高, 低坝要求较低。
1.4 建筑材料
坝址附近应有数量足够、质量能符合要求的筑坝材料, 应便于开采、运输, 且施工期间料场不会被淹没。
1.5 施工要求
要有良好的施工条件, 使枢纽各个建筑物之间的施工干扰最小。枢纽布置时, 要充分注意到为施工创造良好的条件, 包括减少或避免同时多层施工作业, 便于开挖、出渣与砼浇筑, 土石坝填筑等, 这不仅为安全施工打下了基础, 也有利于缩短工期, 降低造价。
1.6 其他要求
对于土石坝, 围堰应布置成为坝体的一部分。必须使枢纽建筑物运行可靠、方便、灵活, 特别是泄洪建筑物, 当没有其他型式的泄洪孔口时, 能灵活地控制与调节泄量。
1.7 综合效益及环境影响
对不同坝址要综合考虑防洪、灌溉、发电、通电、通航、过水、城市和工业用水、渔业及旅游等各部门的经济效益, 还应考虑上游淹没损失以及蓄水枢纽对上、下游环境的各方面影响。兴建蓄水枢纽将形成水库, 使大片原来的陆地和河流型水域变成洧泊型水库, 改变了地区自然景观, 对自然生态和社会经济产生多方面的环境影响。其有利影响是发展了水电、灌溉、供水、养殖、旅游等水利事业和解除了洪涝灾害, 改善了气候条件等。但是, 也会缎带人类带来诸如淹没损失、浸没损失、土壤盐碱化或沼泽化、水库淤积、为区坍荣誉称号或滑坡, 使水温、水质及卫生条件恶化, 生态平衡受到破坏以及造成下游冲刷、河床演变等待不利影响。虽然水库对环境的不利影响与水库带给人类的社会和经济效益相比, 一般来说居次要地位, 但处理不当也可能造成严重的损失和危害, 故在进行水利规划和坝址选择时, 必须对环境影响问题进行认真研究, 并作为方案比选的因素之一加以考虑。
2 坝址及坝轴线选择的基本原则
土石坝坝址与坝轴线的选择对枢纽布置至关重要。坝址和坝轴线选定后, 枢纽的各种建筑物布置也大体上确定, 只是相互位置可以全面发展化。坝址及坝轴线选择主要根据地形、地质、枢纽布置以及施工条件等, 选择几种可能的方案, 通过技术经济比较决定。
2.1 良好的工程地质与水文地质条件是选择坝址和坝轴线的必要条件
土石坝对坝址工程地质条件的要求较宽, 可以建在各种地基上, 只要求满足抗滑稳定、渗透稳定、变形等要求, 有的地基可以经过一定的处理, 使其满足以上基本要求。对本设计中的岩石地基有其具体要求如下:
土石坝的防渗体如有条件直接修建在完整、均一的岩石地基上, 往往是安全的, 基础处理也较简单。岩层最好具有水平或近近似水平面或倾向上游, 当岩层产状为高倾角时, 其走向以垂直河流流向为宜, 当岩层走向为顺河向时, 可能造成施工开挖边坡的稳定和水库蓄水时边坡的稳定问题。一是要有足够的岩石强度;二是岩石地基要具有完整性与均匀性;三是应该避免选择沿基础软弱夹层整体滑动的坝址;四是岩石要有足够的抗水性;五是岩石要有一定的抗渗梯度。
2.2 地形条件
合适的地形条件对溢洪道的布置十分重要, 对于坝体的工程量多少, 施工的难易也影响显著。平原、丘陵地区, 河谷常较开阔, 施工布置比较容易, 可选择较短的坝轴线。而高山峡谷地区, 往往不一定是坝轴线短为最优, 还要考虑施工问题和溢洪道的位置选择。
2.3 土石坝的坝轴线必须远离上游库区的滑坡体
库区如有巨大滑坡体, 其产生的较大涌浪对水工建筑物的破坏已早为人知, 在选择土石坝坝轴线时, 必须查清为区不稳定的山体, 尽量远避, 对于重要的工程, 尚应用模型试验加以论证, 如涌浪不高, 可以用加高坝顶或置防浪墙的措施来解决。
2.4 在选择坝址与坝轴线时必须充分考虑泄洪建筑物的位置
泄洪建筑物的布置是土石坝安全与否的关键, 因此必须修建在合适的地形与良好的地质条件的地区。由于泄洪时往往会引起下游河岸冲刷, 厂房尾声水淤积等问题, 因此在选择坝址及坝线时, 应估计到下游水流衔接条件的难易, 冲刷坑范围内断层的分布与形状等。
2.5 应慎重考虑枢纽建筑物的综合布置
在进行坝址、坝轴线选择时, 除了大坝、泄洪建筑物外, 尚应充分考虑到枢纽其它建筑物如发电厂房, 航运建筑物及施工围堰、导流建筑物的布置, 尤其是发电厂房, 往往是水利水电枢纽的主要建筑物, 必须予以充分重视。
2.6 要有足够的筑坝材料
坝址附近要有足够数量的土、砂、石料、砾石土 (包括风化料) 等筑坝材料, 并具备开采的条件。
2.7 坝址及坝轴线的选择要综合施工总体布置进行
施工总体布置包括施工作业, 交通运输道路, 生活区等, 对工程的施工十分关键, 在选择坝址时, 应结合施工总体布置进行。土石坝坝轴线的布置一般布置成直线, 有时根据地形、地质条件, 可用折线或凸向上游亦或凹向下游, 在转折处应布置曲线的连接段。
参考文献
[1]王世夏.水工设计的理论和方法.中国水利水电出版社, 2000.
[2]陈祖煜.土质边坡稳定分析.水利水电出版社, 2003.
土石坝土工膜防渗渗流分析 篇10
土石坝是利用砂、土、砂砾以及石料等坝址材料填筑而成的挡水建筑物。由于可就地取材、对地形地质条件适应性强、施工进度快、造价低,土石坝是目前最古老且应用较广的坝型。但散粒体材料之间的孔隙,在水压力的作用下,水流会沿坝体土料、坝基土料、坝肩两岸地基中的孔隙向下游渗透,造成坝体、坝基的渗漏。
土工合成材料是一种以聚合物为原材料人工合成的新型防渗材料,在水利水电工程方面的应用主要包括防渗、排水、反滤,隔离、封闭、护岸护底工程、防汛抢险等方面[1]。土工膜防渗结构具有不透水性强,抗冻性好,重量轻,体积小,厚度薄,便于施工和造价低的特点,具有广泛的应用,土工膜防渗技术在我国土石坝中的应用已渐趋成熟,特别在新建的中低土石坝、病险土石坝以及堤防的除险加固中等应用较广[2]。
1 土石坝渗流分析
土石坝如果渗透性过大,不仅使水量大量流失,而且还会引起坝体和坝基产生管涌,流土等渗透变形,严重者可导致溃坝事故[3],必须进行渗流分析。渗流分析研究的主要任务是根据坝体浸润线的位置确定渗透流量和渗透压力、确定坝基平均水力坡降和出逸坡降;土石坝渗流分析方法可分为流体力学法,水力学法,数值解法和流网法,一般可采用水力学法进行计算[4]。
土石坝水力学法渗流分析的基本思路是把坝内渗流区域划分为若干段(一般为两段),建立各段水流的运动方程式,并根据渗流的连续性原理求解渗流要素和浸润线,一般假设[5]:
(1) 坝体内部渗流为层流,认为坝内渗流符合达西定律; (2) 坝体内部渗流为渐变流,认为渗流场中任意过水断面各点的水平流速和比降都是相等的; (3) 渗透系数在相同或近似相同的土料中各向同性。
渗流分析计算时,将坝体横断面分成两段,利用达西定律,对坝体的每一段建立流量方程式,解方程组,便可确定渗流的基本特性。在实际分析中,以虚拟等效的矩形代替上游坝体三角形,假设浸润线在下游水面与排水体上游面的交点进入排水体,即出逸高度为0,坝体浸润线方程式为
式中:q为坝体和坝基单宽流量,m3/(s.m);
K为坝体土层渗透性系数;
H1为铺设薄膜范围内的最大水头,(m);
T为坝基透水层的厚度,(m);
KT为坝基土层渗透性系数;
m1为大坝上游面边坡系数;
m2为大坝下游面边坡系数;
m3为大坝排水体上游面边坡系数。
2 土工膜防渗设计
2.1 土工膜材料选择
在采用土工膜防渗技术时,对土工膜品质及性能提出以下要求[6]: (1) 具备足够的抗拉强度,能承受施工铺设时的拉应力和使用期在水压力作用下不损坏; (2) 在设计应用条件下,有足够长的寿命; (3) 在侵蚀性的液体中,有足够的抗化学侵蚀能力。选择时,其除了满足防渗要求外,还应满足膜本身强度、防渗性、抗化学侵蚀等方面的要求,而且必须结合工程实际情况,考虑各种薄膜性能、单价、产品质量等方面的因素,经济技术比较后选定。选定的土工膜必须满足工程要求,达到技术指标,有特殊工程需要的满足特殊要求极其相关规定。
在使用时,由于土工膜性状受荷载、加荷速率、使用时间、温度和试样尺寸等因素影响,应按有关规定进行测试,对重要工程应进行现场实验,以满足使用的要求。
2.2 土工膜厚度的确定
土工膜厚度的确定应依据防渗和强度两个方面来考虑,其与垫层平整度,材料允许拉应力及弹性模量有关。土工膜厚度的合理与否,是确保土工膜在水压力下不被刺穿漏水的关键因素之一。水利水电工程土工合成材料应用技术规范要求一般选用0.5mm厚度土工膜,隐蔽工程还要求厚度大于0.5mm。土工膜厚度核算公式较多,视工程实际情况选择合理的计算公式。当垫层土体粒径d<22mm时,一般采用下式进行计算[7]
式中:δ为土工膜的厚度,(mm);
d为垫层土壤最大粒径,(mm);
[σ]为膜的允许拉应力,(kPa);
E为薄膜的弹性模量,(kPa);
其他符号同前。
利用土工膜进行防渗时,对计算所得理论厚度,然后考虑其他因素,确定最终的采用值。
2.3 防渗结构设计
在一般土石坝工程中,为了有效保护土工膜防渗体的正常工作,土工膜防渗结构一般由上面保护层、上下垫层、土工膜、支持层等几部分组成[8]。
支持层是对下垫层和防渗土工膜起到稳定可靠的支撑作用,使土工膜受力均匀,免受局部集中应力的破坏,可用级配良好的压实砂砾料,压实土层等材料。下垫层具有保护土工膜不被支持层材料破坏的作用,并使土工膜受力均匀,可采用细粒土,土工织物等材料。上垫层可以使土工膜在水中不被漂起并防止膜料老化,可用透水性良好的砂粒料,沥青砂浆等透水且颗粒较小的材料。上层保护层是外界接触的最外层,具有防御外界水流冲刷,冻冰损坏,紫外线辐射以及膜下水压力的顶托等作用。(见图1)。
施工中一定要做好整体性防渗处理,土工膜要与不透水地基和岸坡严密结合,并注意排水问题[9]。铺膜基面的清理要求做到平整,无尖锐物,防止薄膜刺穿破坏;铺设土工膜不宜张拉太紧,要预留伸缩长度,以适应基体变形;膜料之间的连接一般有粘接法和焊接法,使用粘接剂要与所用膜相匹配;顶部应埋入坝顶锚固槽内,或与坝顶防浪墙紧密连接。膜的底部必须嵌入坝底。
2.4 土工膜结构渗透计算
利用达西公式可近似估算土工膜的渗透性产生的渗透水量[10]
式中:Q为土工膜渗水量,(m3/s);
K1为土工膜渗透系数,(m/s);
A为土工膜渗透面积,(m2);
H1土工膜上下游水位差,(m);
其他符号同前。
为提高土工膜防渗效果,通过土工膜防渗结构的水量应满足要求,渗流量不能造成膜后土体的渗透变形,根据工程实际情况,应做适当修正。
3 结论
土工膜防渗结构在国内某些工程中获得成功,证明了土工膜是一种理想的防渗材料。用土工膜防渗结构,简化了防渗设施的构造,提高了工程防渗能力,缩短了工程工期,降低了工程造价,提高了工程效益。但土工膜一般用于堆石坝的上游坝面防渗体,如何进一步拓宽其使用范围,开展在土工膜材料设计施工监测等方面的研究,在工程应用中检测、科研、设计、施工、管理应多方协作,促进土石坝防渗技术以及土石坝的发展。
参考文献
[1]徐又建.水利工程土工合成材料应用技术[M].郑州:黄河水利出版社, 2000, 10.
[2]张启岳.土石坝加固技术[M].北京:中国水利水电出版社, 1999.
[3]刘杰.土石坝渗流控制理论基础及工程经验教训[M].北京:中国水利水电出版社, 2005.
[4]李立军, 魏家安.土工合成材料在大坝防渗与导流中的应用[J].大坝与安全, 2005, (2) :72-76.
[5]付志刚.土工膜防渗与渗流分析[J].水利天地, 2004 (2) :15-17.
[6]张四平.土工合成材料在水利防渗工程中的应用[J].山西水利科技, 2005, (2) :93-96.
[7]陈淑梅.土工合成材料在水利工程防渗中的应用[J].宁夏农林科技, 2004, (6) :43-44.
[8]谭界雄, 王钊.土工膜防渗技术应用中几个问题的探讨[J].水力发电, 1999, (12) :24-26.
[9]冯耀奇.土工坝渗流及防渗技术措施研究[J].地下水, 2006, (2) :70-72.
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