土石坝反滤层铺料箱(全).doc

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1、土石坝反滤层铺料箱铺筑施工工法山西省水利建筑工程局二O一一年三月目 次一、山西省省级工法申报书1二、科技成果鉴定书8三、土石坝反滤层铺料箱铺筑施工工法16四、效益认证26五、工法应用证明28六、工程照片30七、山西省省级工法评审意见表360山西省省级工法申报书工法名称： 土石坝反滤层铺料箱铺筑施工工法 申报单位： 山西省水利建筑工程局 申报时间： 2011年3月18日 山西省住房和城乡建设厅制工法名称土石坝反滤层铺料箱铺筑施工工法主要完成单位山西省水利建筑工程局通讯地址山西省太原市亲贤北街368号水工大厦705室邮编030006联系人王 芳电话0351-7250540主要完成人员姓名职务职称所

2、在工作单位张保胜副总工工程师山西省水利建筑工程局郝文怀局长高级工程师山西省水利建筑工程局贾佑臣副局长高级工程师山西省水利建筑工程局焦阳太副总工高级工程师山西省水利建筑工程局马晋生科长助理工程师山西省水利建筑工程局工法应用的工程名称及时间2006年2007年应用于山西省张峰水库大坝工程2010年应用于山西省柏叶口水库大坝工程本工法关键技术名称及鉴定时间土石坝反滤层铺料箱施工工法关键技术2011年3月4日鉴定本工法关键技术获成果奖励情况达到国内领先水平注：1、表中的通讯地址和联系人之第一完成单位；2、主要完成人员最多不超过5人；3、表格空间不够的可附页。工法内容简述：土石坝反滤层铺料箱施工工法，主

3、要介绍粘土心墙堆石坝反滤层设计宽度小于3 m时，采用铺料箱实现反滤料铺筑机械化和标准化的施工方法。粘土心墙堆石坝坝体分区从上游向下游依次为堆石区过渡区反滤区粘土区反滤区过渡区堆石区。一般采用“土砂平起，先砂后土法”施工。当反滤层设计宽度小于3 m时，按传统方法无法实现机械化施工，而采用装载机卸料、人工平料方法，摊铺效率低，施工速度慢，施工成本高。不同料种容易相互侵占对方施工位置，产生混料现象。界面弯曲，厚度不一，难以保证反滤料有效宽度和厚度基本一致，为此山西省水利建筑工程局在张峰水库大坝工程实践中经过试验研究，设计了无底铺料箱，用PC-220挖机单向向前牵引，装载机装料，反滤料自动摊铺成型，实

4、现了反滤层设计宽度小于3 m时的机械化、标准化施工，并在2010年柏叶口水库混凝土面板堆石坝垫层料填筑过程中得到成功运用。采用铺料箱铺筑反滤料施工工艺流程为：基础面处理层面处理测量放线铺料箱就位装料铺料碾压检测。关键技术及保密点（有专利权的，请注明专利号）：土石坝反滤层铺料箱施工工法关键技术为铺料箱的设计和按线牵引：1、铺料箱的设计黏土心墙的上游依次为2A、3A料，设计宽度分别为100 cm、150cm； 它的下游依次为2A、2B料，设计宽度分别为150 cm、100cm。黏土心墙上、下游反滤层在同一方向上宽度一致，为此我们设计了二室无底无盖铺料箱，它在顺坝轴线方向呈二室，中间设隔板，二室宽度

5、分别为150 cm、100 cm，可以同时装两种不同的材料；铺料箱尾部设计两个出料口，宽度分别为150 cm、100 cm，高度为34 cm；铺料箱端部设计有牵引架；铺料箱长度350 cm，高度75 cm，满足装载机的斗容量和卸料方便。2、按线牵引每层反滤层在铺料前由测量人员用全站仪按施工图纸测出反滤层边线点，并用白灰洒出铺料边界线，用PC-220挖机吊铺料箱至铺料位置按灰线就位，然后从左向右顺坝轴线方向单向牵引铺料箱行走，黏土心墙上、下游反滤层交替铺筑。技术水平和技术难度（包括与国内外同类技术水平比较）： 本施工工法成功解决了反滤层铺筑宽度小于3 m时无法进行机械化施工以及常规施工易产生混料

6、及铺料宽度、厚度无法保证的技术难题，达到国内领先水平。工程应用情况及推广应用前景：土石坝主要采用土石方机械进行施工，山西省水利建筑工程局在张峰水库大坝施工中通过试验和实践采用铺料箱铺筑反滤料施工工艺，实现了反滤层工作面窄小时的机械化施工，并在2010年柏叶口水库混凝土面板堆石坝垫层料填筑过程中得到成功运用。本工法既可以用于粘土心墙堆石坝反滤料铺筑，也可以用于其它堆石坝和均质土坝中的反滤料（垫层料）铺筑，只需针对铺料宽度、厚度及反滤料（垫层料）特性设计制作相应的铺料箱即可。经济效益或社会效益： 采用铺料箱铺筑反滤料技术与传统的铺筑反滤料方法相比：充分保证了铺料厚度与填筑尺寸，减少了界面混料现象，

7、降低了施工成本，加快了施工进度，保证了反滤层的施工质量。受到监理单位、设计单位、建设单位一致好评，取得了很好的社会效益和经济效益。专家评审意见年 月 日（公章）省住房和城乡建设厅审定意见年 月 日（公章）科学技术成果鉴定证书晋建科鉴字2010第240号 成果名称： 土石坝反滤层铺料箱施工工法关键技术 完成单位： 山西省水利建筑工程局鉴 定 形 式 ：会议鉴定组织鉴定单位：山西省住房和城乡建设厅（盖章）鉴 定 日 期 ：2011年3月4日鉴定批准日期：2011年3月4日简要技术说明及主要技术性能指标 一、技术简要说明铺料箱铺筑反滤料的施工工艺原理是：按照设计尺寸制作二室无盖无底铺料箱，中间设隔板

8、，可同时装两种材料，出料口尺寸与铺料宽度、铺料厚度基本一致，通过PC-220挖机顺设计线从左往右向前牵引铺料箱，反滤料自动成型。主要工艺流程为：基础面处理层面处理测量放线铺料箱就位装料铺料碾压检测。 二、主要技术性能指标（1）铺料箱出口宽度与设计相同，铺料厚度34 cm。（2）界面最大误差小于5 cm，厚度误差小于2 cm。（3）14 t振动碾碾压6遍，骑缝碾压宽度0.5 m，垂直水流方向碾压搭接长度1.5 m。推广应用前景及措施铺料箱铺筑反滤料施工工艺简单，免除了平料工序，减少了相邻料的犬牙交错宽度，避免了混料现象，实现了设计宽度小于3 m时的反滤层施工机械化，从而节省了投资，提高了工效。铺

9、料箱铺筑反滤层施工技术既可以用于粘土心墙堆石坝反滤料铺筑，也可以用于其它堆石坝和均质土坝中的反滤料（垫层料）铺筑，只需针对铺料宽度、厚度及反滤料（垫层料）特性设计制作相应的铺料箱即可。主要技术文件目录一、技术总结二、经济与社会效益分析三、用户意见证明 鉴 定 意 见2011年3月4日，山西省住房与城乡建设厅聘请同行专家组成鉴定委员会对“土石坝反滤层铺料箱施工工法关键技术”进行了鉴定。鉴定委员会听取了课题组的技术、经济和社会分析报告，经认真讨论后提出如下鉴定意见：一、所提供的资料齐全，编写规范。二、反滤层铺料箱根据铺料宽度、铺料厚度及反滤料的特性等进行设计，有效解决了混料及铺料宽度、铺料厚度不均

10、问题，可连续施工，便于流水作业。三、该项技术与传统工艺比较，经济效益非常明显，平均每方反滤料铺筑费用可减少510元，在土石坝反滤层施工中具有广泛的推广价值。四、该项技术经实践检验，既可行又可靠，具有良好的应用前景。综上所述，该项技术达到国内领先水平。主持鉴定单位意见同意鉴定意见 2011年3月4日 组织鉴定单位意见同意鉴定意见 2011年3月4日 主 要 研 制 人 员 名 单序号姓 名性别出生年月技术职称文化程度工作单位对成果贡献1张保胜 男1965.04工程师中专山西省水利建筑工程局主要完成人2郝文怀 男1963.09高级工程师本科山西省水利建筑工程局主要完成人3贾佑臣 男1955.04高

11、级工程师本科山西省水利建筑工程局主要完成人4焦阳太男1962.12高级工程师本科山西省水利建筑工程局主要完成人5马晋生男1967.12助理工程师中专山西省水利建筑工程局主要完成人土石坝反滤层铺料箱铺筑施工工法山西省水利建筑工程局张保胜 郝文怀 贾佑臣 焦阳太 马晋生1. 前言土石坝是利用当地材料建造的重力坝，有良好的安全性、适用性和经济性。黏土心墙堆石坝是土石坝的一个主要坝型，坝体中部为黏土防渗体，上下游部位为堆石体，防渗体与堆石体之间设有反滤层和过渡层。它充分利用了堆石的高强度、自稳性、抗冲刷、自排水和粘土的防渗特点，使用土石方机械施工，具有经济、环保与快速三大优势。反滤层在坝体中起着排水滤

12、土作用，其填筑质量的好坏直接影响大坝蓄水和坝体安全。反滤层在满足排水滤土功能前提下为降低工程成本其设计宽度一般小于3 m，因此无法直接用机械摊铺施工，普遍采用装载机堆料、人工铺料的工艺施工。反滤一层和反滤二层之间、反滤二层和过渡层之间的界线不易控制，不同料不可避免地存在相互侵占现象，铺料宽度和厚度难以掌握，影响反滤层施工质量和进度，必须想办法予以改进。山西省水利建筑工程局在张峰水库粘土心墙堆石坝施工中通过试验研究和筑坝实践，摸索出一套反滤层宽度小于3 m时的机械摊铺方法铺料箱施工工法。即用铺料箱进行反滤层铺筑，替代人工铺料的传统施工方法，成功地解决了影响反滤层填筑质量和施工进度的技术难题，对粘

13、土心墙堆石坝工程施工具有推广价值。2. 工法特点与装载机堆料、人工铺料的传统施工工艺相比较，本工法具有以下特点：2.1反滤层铺筑宽度和厚度均匀，成型规则，两种不同料之间不存在相互侵占现象，坝面污染少，能够充分保证施工质量。2.2免除了人工铺料工序，施工工序简单，便于操作，实现了各工序的连续作业。工效提高一倍，每方降低施工成本10元。2.3施工过程中避免了人机交叉作业，施工作业安全。3. 适用范围铺料箱铺筑反滤层施工技术，既可以用于粘土心墙堆石坝的反滤料铺筑，也可以用于其它堆石坝和均质土坝中的反滤料铺筑，只需针对铺料宽度、厚度及反滤料特性设计制作相应的铺料箱即可。4. 工艺原理根据相邻反滤层的每

14、层铺料宽度和厚度为固定值这一特点，采用10mm厚钢板和75 mm宽角铁设计制作二室无盖无底铺料箱，其主要尺寸为：总长度350 cm，总高度110 cm,上部总宽度270 cm，下部总宽度250 cm，中间设置隔板分为左右两室，两室宽度分别为150 cm、100 cm可以同时装两种材料，两室出料口宽度与铺料宽度相同，出料口高度为铺料厚度34cm，料箱长度与装载机斗宽相匹配，满足一定容积并便于拖动。铺料箱牵引架长度为90cm，宽度与料箱宽度一致。每层反滤料铺筑前，将心墙上下游反滤层边线用白灰标记，用PC-220挖机将铺料箱吊至指定位置，铺料箱左右两侧与白灰线重合，铺料箱前进方向与铺料方向一致，装载

15、机每装满一箱料，用PC-220挖机顺白灰线方向向前牵引铺料箱一段距离，每次牵引距离以保证铺料箱内料堆高度不低于出料口高度为准，如此连续作业，两种反滤料自动铺筑成型，然后用振动平碾碾压。心墙一侧反滤料铺筑完成后转入另一侧铺筑。5. 施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程本工法的铺料箱施工工艺流程如图5.1。图5.1 铺料箱施工工艺流程图5.2 操作要点5.2.1 基础面处理在基础面上铺筑第一层反滤料时，用装载机堆料、人工铺料并用振动平碾无振碾压。5.2.2 层面处理每层反滤料铺筑前，人工将层面上的粘土、石块等杂物清理干净。5.2.3 测量放线每层反滤料铺筑前，测量人员采用全站仪按设计图纸放出铺

16、料边线位置，并将边线用白灰标记。5.2.4 铺料箱就位用PC-220反铲挖掘机将铺料箱吊放到反滤层设计位置，使铺料箱的框边与白灰线重合，铺料箱牵引架方向朝向铺料方向。5.2.5 运输与装料用ZL-50装载机将反滤料装入20 t自卸汽车，从反滤料加工场运输至填筑坝段上下游堆石体已碾压完毕的层面上集中堆放，然后用ZL-50装载机从料堆处将不同的反滤料分别铲运到铺料箱各室内，随铺随装。5.2.6 铺料每装满一箱反滤料，用PC-220反铲挖掘机牵引铺料箱沿白灰线向前拖行一段距离，在铺料过程中要保证铺料箱内反滤料高度始终大于铺料厚度，箱内不能脱料。铺料箱偏离白灰线距离超过5 cm时应及时用挖机调整。如此

17、连续作业，将两种反滤料铺筑完成。在靠近岸坡处，铺料箱难以铺筑的局部地方，用装载机堆料、人工摊铺。5.2.7 碾压当一段反滤料相邻的防渗体土料、过渡料、堆石料铺筑完成后，采用14 t自行式振动平碾沿铺筑方向碾压6遍，振动碾行走速度控制在2km/h以内，最大激振率为245 kN。当反滤料与防渗体土料、过渡料或坝壳堆石料填筑面高程一致时，用平碾骑缝碾压，碾迹跨过界面至少0.5 m。5.2.8 检测检查项目：干密度（相对密度）、颗粒级配、含泥量。取样频度：1次/500m3，每层至少1次。检测方法：干密度（相对密度）采用核子密度仪或挖坑灌水法检测，颗粒级配、含泥量采用筛分法检测。6材料与设备6.1 主要

18、材料原材料主要为加工好的符合设计要求粒径和级配的2A、2B反滤料和3A、3B过渡料，设计要求如下：6.1.1 2A、2B反滤料要求1. 压实后的级配上下包线见表6.1.1。 2A、2B反滤料级配各粒径含量与特征参数表 表6.1.1反滤料种类粒径范围（mm）包线名称颗粒组成（小于某粒径的颗粒含量百分数）%604020105210.50.20.10.0752A0.120上包线1008671513722300下包线100796449301552B560上包线1006738120下包线10077451202. 经加工的各种反滤料的颗粒级配，应符合施工图纸的要求，超径颗粒含量不应大于3%，逊径颗粒含量不

19、应大于5%，针片状颗粒含量不应大于10%，小于0.1 mm的颗粒含量应小于5%。3. 反滤料压实后的渗透系数应大于4.8610-4 cm/s。4. 反滤料压实后的相对密度应不小于0.70。6.1.2 3A、3B过渡料要求1. 压实后的级配上下包线见表6-2。2. 经加工的各种过渡料的颗粒级配，应符合施工图纸的要求，超径颗粒含量不应大于3%，逊径颗粒含量不应大于5%，针片状颗粒含量不应大于10%，小于0.1 mm的颗粒含量应小于5%。 3A、3B过渡料设计级配表 表6.1.2过渡料种类粒径范围（mm）包线名称颗粒组成（%）3001501501001006060202010105.05.02.02

20、.01.01.00.50.53A0.1250上包线4.511.519.59.58.0107.07.522.5下包线15.59.010.519.09.08.09.07.57.05.53B4300上包线6.017222712.512.53.00下包线39161421100（3）过渡料压实后的渗透系数应大于6.9410-3cm/s。（4）过渡料压实后的相对密度应不小于0.75。6.2 设备本工法中使用的主要设备及器具见表6-3。表6-3 主要设备及器具序号设备名称型号数量用途1破碎机1反滤料加工2振动筛1反滤料加工3皮带输送机1反滤料加工4装载机ZL-502装料5自卸汽车20t5反滤料运输6铺料箱1

21、摊铺7挖掘机PC-2201摊铺8振动碾14t2碾压9钢环1检测10套筛2检测11磅秤1检测7. 质量控制7.1 应执行的标准规范本工法应执行的主要标准规范有碾压式土石坝施工规范DLT5129-2001、水利水电工程施工测量规范SL52-93、水利水电基本建设单元工程质量等级评定标准七38-92等。7.2 质量控制要点7.2.1 原材料质量控制定期检测加工好的反滤料颗粒级配、含泥量等，不合格时通过调整加工工艺或按设计级配用掺配方法进行调整。7.2.2 反滤料抗分离、防污染措施上坝料含水量应适中，尽量减少反滤料倒运次数，减少颗粒分离。不同的反滤料在生产、运输过程中应分开，防止混料。7.2.3 反滤

22、层成型位置及厚度的控制PC-220挖机牵引铺料箱按灰线水平行走，当铺料箱左右侧立板偏离灰线距离超过5 cm或不平度超过2 cm时及时调整。7.2.4 反滤层相对密度及颗粒级配检测反滤层相对密度不合格时应及时补压，颗粒级配检测不合格时清除反滤料，换填合格料再进行压实，直到合格为止。8. 安全措施8.1 施工现场道路交叉处、拐弯处及施工危险区域设置明显警示标志，并派专人指挥车辆通行。8.2 所有进入施工现场的人员须穿工作服、劳保鞋，佩戴安全帽。8.3 专职安全员进行现场检查、巡视，发现安全隐患，及时排查处理。8.4 制定机械操作程序，严格要求操作手、驾驶员按程序操作，经常检查机械，及时排除故障，严

23、格禁止酒后操作机械设备。8.5 实行定机定人操作机械，持证上岗。不熟悉机械性能和操作方法的人员不准操作，非专业人员禁止开动机械设备。8.6 定期和不定期地对施工现场进行安全检查。8.7 施工现场内配备足够的消防水源和消防器材，并保持这些设施经常处于良好状态，随时满足消防要求。8.8 严格限定车辆行驶速度，行车保持安全距离，下坡不准空档滑行，尽量避免在坡上停车、倒车。8.9 在施工区设置一切必需的安全信号。其中包括：标准道路信号、报警信号、危险信号、控制信号及指示信号等。9 环保措施9.1 坝基、砂砾料、块石料、土料等开采，要防止对周围环境造成破坏，工程完成后及时修复施工占地，恢复耕地。9.2

24、保持施工区环境卫生，及时清除垃圾和废弃物，并按指定的地点堆放、处理，不影响周围的环境卫生。9.3 进入现场的材料、设备按要求有序放置，防止工作场地的通道阻塞。9.4 加强对施工现场的噪声、粉尘、废水、废气的控制和治理工作，采用先进设备和技术，降低噪声，控制粉尘，废气浓度，做好废水和废油的治理和排放工作。9.5 施工道路与临时场地经常洒水养护，保证施工区空气清洁。10 效益分析张峰水库大坝采用铺料箱铺筑反滤料技术有效的保证了工程质量和施工进度，与人工铺筑反滤料相比，既保证了界面尺寸，减小了混料现象，同时缩短了施工工期，降低了施工成本。施工运用中受到监理单位、设计单位、建设单位一致好评，取得很好的

25、社会效益和经济效益。土石坝反滤料传统铺筑方法与铺料箱铺筑方法经济分析（每天两班作业，按20062007年市场价格计算）：10.1 传统方法每班25人，ZL-50装载机2台，PC-220挖机1台，每班平均铺筑长度约500 m，按填筑进度，粘土心墙反滤料每天平均填筑一层，长度约1000 m。每天施工费用如下：人工费：25工日250元/工日=2500元；机械费：2台班2500元/台班1台班21200元/台班=4400元；合计：6900元。10.2 铺料箱铺筑方法每班4人，ZL-50装载机2台，PC-220挖机1台，每班平均铺筑长度约1000m，按填筑进度每天一班即可满足要求，因而能及时给粘土、过渡料

26、等填筑提供工作面，加快填筑进度。每天施工费用如下：人工费：4工日50元/工日=200元；机械费：2台班500元/台班1台班1200元/台班=2200元；合计：2400元。10.3 费用比较铺料箱铺筑方法较传统方法每天节省费用：6900-2400=4500元。反滤料铺筑工期从2006年5月中旬开始至2007年11月中旬结束，总工期约18个月，有效工期按15个月计，则节省总费用：45001530=202.5万元。张峰水库大坝采用铺料箱摊铺反滤料约20万m3，平均每方节约施工成本10元。11 应用实例11.1 山西省张峰水库张峰水库位于山西省晋城市沁水县郑庄镇张峰村沁河干流上，距晋城市城区90km，

27、控制流域面积4990km2，水库总库容3.94亿m3，是以城市生活和工业供水、农村人畜饮水为主、兼顾防洪、发电等综合利用的大型水利枢纽工程。张峰水库是“十一五”期间全国重点工程。枢纽工程由拦河大坝、导流泄洪洞、供水发电隧洞、溢洪道、渠首泵站及水电站组成。大坝是山西省首座粘土斜心墙堆石坝，坝顶高程763.8 m，坝高72.2 m，坝顶长634.0 m，坝顶宽10 m。大坝工程于2005年6月正式开工，2007年11月大坝主体工程完工。主要完成工程量：土石方开挖67.08万m3，堆石料填筑225万m3，粘土填筑59.1万m3，反滤料填筑13.97万m3，过渡料填筑21.45万m3，固结灌浆1170

28、6m。采用铺料箱摊铺反滤料和过渡料20万m3。2008年6月大坝通过蓄水安全鉴定，开始下闸蓄水，大坝运行正常。11.2 山西省柏叶口水库柏叶口水库位于山西省吕梁市交城县会立乡柏叶口村上游约500 m的文峪河干流上，控制流域面积875 km2，水库总库容9712万 m3，距下游已建的文峪河水库约30.7km。柏叶口水库的任务是以城市生活和工业供水、文峪河水库防洪为主，兼顾提高现有灌区的灌溉保证率、发电等综合利用的中型水利工程。枢纽工程由大坝、溢洪道、泄洪发电洞、发电站组成。坝顶宽10 m，坝顶长310m，坝顶高程1138.3 m，最大坝高88.3 m。柏叶口水库大坝为我省第一座混凝土面板堆石坝，

29、2009年10月21日正式开工，2010年11月20日实现大坝封顶。主要工程量：土石方开挖50.1万m3，垫层料填筑8.1万m3，过渡料填筑13.2万m3，主次堆石料填筑139万m3， 混凝土面板1.4万m3。反滤料加工系统常规反滤层人工摊铺方式摊铺前放线标记反滤层边线装载机往铺料箱喂料挖掘机拖动铺料箱铺料摊铺成型的反滤一层及反滤二层振动碾骑缝碾压碾压后反滤层层面核子密度仪检测干密度大坝反滤层施工场面张峰水库大坝竣工全景山西省省级工法评审意见表工法名称土石坝反滤层铺料箱铺筑施工工法完成单位山西省水利建筑工程局专家评审意见 一、所提供的资料齐全，编写规范。二、反滤层铺料箱根据铺料宽度、铺料厚度及反滤料的特性等进行设计，有效解决了混料及铺料宽度、铺料厚度不均问题，可连续施工，便于流水作业。三、该项技术与传统工艺比较，经济效益非常明显，平均每方反滤料铺筑费用可减少510元，在土石坝反滤层施工中具有广泛的推广价值。四、该项技术经实践检验，既可行又可靠，具有良好的应用前景。 综上所述，该项技术达到国内领先水平。主任委员签字：主审委员签字： 年 月 日