淺談草土圍堰施工中料場的選擇和機械設備的配置

盧

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

大唐景泰電廠取水口改造工程位于甘肅省白銀市景泰縣五佛鄉沿寺坪下，苦水溝溝口緊鄰景電一期一泵站的上游側，該工程屬大（2）型Ⅱ等工程；永久性建筑物防洪標準按50年一遇洪水設計，200年一遇洪水校核。臨時建筑物防洪標準按10年一遇洪水設計。

該工程草土圍堰的施工分為圍堰填筑、運行維護和圍堰拆除三個階段。主要工程量：草土圍堰30930m3（運距3.1km）、鉛絲籠塊石1876.5m3、圍堰拆除32806.5m3。

該工程草土圍堰的填筑施工工程量大，施工場地狹小，作業強度受作業場地制約，并且位于黃河岸邊，排水量大，受汛期影響大，有效工期有限，必須統籌安排，科學組織，正確地選擇土石料場和機械設備配置，均衡施工，才能確保草土圍堰填筑施工進度和施工質量[1]。

1 地質情況

圍堰所在地周圍地層巖性較簡單，據鉆孔揭示，在垂直方向勘探深度范圍內地層依次為第四系松散沉積物和三疊系上統（T33）的碎屑巖，主要有四層、五種巖性組成，其自上而下情況如下：

（1）表層土、人工堆積塊石碎石土（rQ43）：微紅色、灰白色，結構疏松，局部有架空現象，在整個場地皆有分布，主要為景電一泵站及黃渠隧洞開挖棄渣堆積，土質不均，組成物質混雜，碎石成分以長石石英砂巖為主，一般粒徑5～7cm，最大粒徑11cm，碎石含量約50%～60%，厚度在4.0～4.5m之間。

（2）沖積粉細砂（alQ43）：為黃河漫灘上部細土層，灰白色，土質較均勻，結構疏松，孔隙較發育，成分以砂粒及粉粒組成，厚度在2.0～3.0m之間，層頂面高程1304.0m左右，呈飽和狀，軟塑～流塑狀，其強度小，變形較大。

（3）沖積砂礫卵石層（alQ43）：為黃河漫灘粗粒相堆積物，層位不穩定，青灰色，結構較密實，礫卵石磨圓度較好，為渾圓狀或次圓狀，成分以砂巖、花崗巖、石英巖為主。厚度在0.30～0.60m，埋深6.0m左右。分布在粉細砂下部，為擬建場地的主要含水層。

（4）三疊系上統（T33）的碎屑巖。主要巖性為紫紅色長石石英砂巖和泥質粉砂巖夾長石石英砂巖。

長石石英砂巖：紫紅色，中粗粒結構，成分主要為石英，其次為長石及少量云母，鐵質膠結為主，少量鈣質膠結，較致密堅硬，性脆。層厚2～12m，單層厚0.5～2.2m，中厚層～厚層狀構造，強風化層厚0.6～0.9m。砂粒以中粗砂為主，次棱角狀。

泥質粉砂巖夾長石石英砂巖，為擬建場地的主要巖性，泥質粉砂巖，灰色、黃綠色，薄層，細密，性軟，碎屑成分有石英、云母，層內偶見方解石及巖屑團塊，泥質膠結。干燥狀態較堅硬，但表層易風化成碎裂片狀，單層厚度一般5～30cm，整層厚一般40～60cm，最厚可達2.30m，強風化層厚1.5～2.0m。長石石英砂巖單層厚度一般10～20cm，最厚50cm，較致密堅硬。經現場統計，泥質粉砂巖約占84.2%，長石石英砂巖約占15.8%。

附近無適合的土石方料場。

2 天然建筑材料的選擇

2.1 土料場

1#料場選擇在擬建工程上游約3km的車木峽村的山梁上，開采區的東北邊為新開墾的荒地。該料場現有五佛沿寺至車木峽鄉間道路通行，但路面較窄，大車通行能力較差，需對現有公路進行加寬處理。該料場巖性為輕粉質壤土，土質均一，結構較為疏松。可開采厚度在3～5m，以粉粒為主，砂感強，無層理。根據試驗分析，顆粒組成：粉粒占57.6%、砂粒占28.9%、黏粒占13.5%，屬輕粉質壤土，液限23.8%，塑限15.6%，擊實后最大干密度1.80g∕cm3，擊實后滲透系數：水平9.82×10-7cm∕s、垂直7.45×10-7cm∕s，從幾個主要指標分析，作為圍堰土料，可開采用[2]。

2#土料場選擇在大沙溝左岸，興水村村后的山坡邊，現為新開墾的荒地。距擬建泵站約3.1km，現有便道通行。該料場巖性為重粉質壤土，局部表層為厚0～3m不等的粉質黏土夾砂碎石，砂碎石厚度一般0.10～0.30m，結構較疏松。下部為厚約6m的重粉質壤土，土質較均一，結構較密實。根據試驗分析，顆粒組成：粉粒占58.1%、砂粒占18.0%，黏粒占23.9%，液限24.1%，塑限14.5%，擊實后最大 干 密 度1.89g∕cm3，擊 實 后 滲 透 系 數：水 平4.29×10-8cm∕s、垂直2.60×10-7cm∕s，從幾個主要指標分析，達到一般防滲體的要求，作為圍堰土料，可開采用。兩個土料場主要質量技術指標如表1。

表1 土料產地試驗指標與質量技術指標對比

1#料場儲量為2.5萬m3，2#料場為0.71萬m3，合計儲量3.21 萬m3，滿足設計要求。綜合考慮2#料場優于1#料場。

2.2 塊石料場

塊石料場可選石門溝和車木峽兩個料場。石門溝料場位于景電二期三泵站與四泵站之間的石門溝右岸，距擬建泵站約8.0km，交通方便，現有油路通行。開采區基巖大面積出露，斜坡地形較陡，高差約40m左右，開采時無需剝土。巖性為三疊系中統鐵銹紅色長石石英砂巖，礦物成分以長石、石英為主，鐵質膠結，中厚層～厚層，塊狀構造，粒狀結構，巖性堅硬致密，整個巖體較為完整，從開采斷面及巖體結構特征分析，爆破后巖石塊體大小一般在0.30～0.60m之間，開采率60%～70%，容重2.5g∕cm3以上，吸水率0.4%，場地開闊，山高坡陡，易爆炸開采。各項指標均滿足設計要求。

車木峽料場位于擬建泵站上游2.2km處黃河左岸，其巖性條件基本同石門溝料場，但巖體較破碎，開采成品率較低，開采運輸條件較差，易受限制。

石門溝料場儲量為2500m3，滿足設計要求。車木峽料場開采運輸條件較差，易受限制。綜合考慮選用石門溝料場。

2.3 草及草繩

當地麥草、稻草均能使用，由于用量較大，施工準備時提早聯系定購。

綜上所述，圍堰工程所需土石料儲量能滿足要求，質量不存在問題，可滿足設計要求。

3 機械設備的配置

3.1 草土圍堰填筑機械配置

3.1.1 1.2m3反鏟挖掘機配置

Qh=3600qk∕t

式中：

Qh——挖掘機小時生產率，m3∕h；

q——鏟斗容量，m3；

t——挖掘機每一工作循環延續時間，s，取45s；

k——土料利用系數，取0.85。

則Qh=3600×1.2×0.85∕45=81.6m3∕h

單斗挖掘機臺班生產率：

Qd=8QhKB

式中：

KB——工作時間利用系數，在向汽車上裝土時為0.68～0.72,取KB=0.7。

則Qd=8×81.6×0.7=456.96m3∕臺班

每天按16h即2個臺班計，每臺挖掘機每天可挖土方為：456.96×2=913.92m3∕d

根據施工進度和勞動強度，確定所需挖掘機臺數：

n=1237.2∕913.92=1.35臺

根據計算，選用1.2m3反鏟挖掘機2臺，便能滿足施工要求。

3.1.2 20t自卸汽車配置

Q=TqK1K2∕T0V

式中：

Q——計劃階段時間內的生產量;

T——計劃階段時間,min，每臺班生產時間T=60×8（min）;

q——汽車載重量,t;

K1——噸位利用系數，取0.8;

K2——時間利用系數，取0.85;

V——所運物料的容重,t∕m3，砂壤土為1.65;

T0——汽車每一工作循環時間,min。

T0=t1+t2+t3+t4+t5

式中：

t1——裝車時間，min;

t2——載重行駛時間，min;

t3——卸車時間，min;

t4——空車返回時間，min;

t5——裝車、卸車、轉向、調車時的等候時間或可能出現的停車時間，min。

t1=（V∕P裝）×60

式中：

V——汽車載重量,t；

P裝——挖掘機生產率，m3∕h。

P裝=81.6

V=20∕1.65=12.12

則t1=(12.12∕81.6)×60=8.9min

載重行駛時間：

t2=60L∕V1

式中：

L——運距，km，取3.1；

V1——載重時平均速度，km∕h，取20km∕h。

則t2=60×3.1∕20=9.3min。

卸車時間：取t3=1min。

空車返回時間：

t4=60L∕V2

式中：

L——運距,km;

V2——空車平均速度,km∕h，取30km∕h。

t4=60×3.1∕30=6.2min

裝車、卸車、轉向、調車時的等候時間或可能出現的停車時間按2min估算，則汽車每一工作循環時間為：

T0=t1+t2+t3+t4+t5

=8.9+9.3+1+6.2+2

=26.4min

計劃階段時間內生產量為∶

Q=TqK1K2∕T0V

=(60×8×20×0.8×0.85)∕(26.4×1.65)

=150m3∕臺班

每臺自卸汽車每天按2 個臺班計，則每天運輸300m3，需自卸汽車數為∶

n=1237.2∕(150×2)=4.12，取n=5(輛)

備用一輛，共計6輛。

3.1.3 3m3裝載機配置

PJ技術生產率：

PJ=60qKeKchKcu

Ke=0.8，Kch=0.9，Kcu=1.0

PJ=60×3×0.8×0.9×1

=129.6m3∕h

每天按16h即2個臺班計，一臺裝載機每天裝土方∶

16×129.6 =2073.6m3

裝載機臺數為：1237.2∕2073.6=0.6臺

配備1臺3m3裝載機便可滿足需求。

3.1.4 8t自卸汽車配置

Q=TqK1K2∕T0V

式中：

Q——計劃階段時間內的生產量；

T——計劃階段時間，min，每臺班生產時間T=60×8（min）；

q——汽車載重量，t；

K1——噸位利用系數，取0.8；

K2——時間利用系數，取0.85；

V——所運物料的容重，t∕m3，砂壤土為1.65；

T0——汽車每一工作循環時間，min。

T0=t1+t2+t3+t4+t5

式中：

t1——裝車時間，min;

t2——載重行駛時間,min；

t3——卸車時間，min；

t4——空車返回時間，min；

t5——裝車、卸車、轉向、調車時的等候時間或可能出現的停車時間，min。

t1=（V∕P裝）×60

式中：

V——汽車載重量，t；

P裝——裝載機生產率，m3∕h。

則t1=8∕(129.6×1.65)×60=2.24min

載重行駛時間：

t2=60L∕V1

式中：

L——運距，km，取0.3km；

V1——載重時平均速度，km∕h，取20km∕h。

則t2=60×0.3∕20=0.9min。

卸車時間：取t3=3min

空車返回時間：

t4=60L∕V2

式中：

L——運距，km；

V2——空車平均速度，km∕h，取30km∕h；

t4=60×0.3∕30=0.6min

裝車、卸車、轉向、調車時的等候時間或可能出現的停車時間按1min估算，則汽車每一工作循環時間為：

T0=t1+t2+t3+t4+t5

=2.24+0.9+3+0.5+1

=7.64min

計劃階段時間內生產量為：

Q=TqK1K2∕T0V

=(60×8×8×0.8×0.85)∕(7.64×1.65)

=207.2m3∕臺班

自卸汽車每天按2個臺班計，則每天運輸414.4m3，需自卸汽車數為：

n=1237.2∕414.4=2.98

取n=3輛,備用1輛，共計4輛。

3.1.5 推土機的選擇

選擇T-120 推土機一臺鋪攤碾壓回填土可滿足要求。

圍堰鉛絲籠塊石共計1876.5m3，日需要量為76m3，選用20t自卸汽車1輛。

根據以上計算，草土圍堰工程共配置1.2m3反鏟挖掘機2臺，20t自卸汽車7輛，3.0m3裝載機1臺，8t自卸汽車4輛，T-120推土機1臺即可滿足施工要求。

3.1.6 圍堰拆除設備配置

圍堰拆除設備選用和填筑設備同等配置（見表2）。

表2 草土圍堰施工設備工器具配置表

5 結束語

草土圍堰填筑施工中，土石料場的選擇、儲備量的多少、土石料的質量，直接關系到圍堰填筑的施工質量和施工的連續性。合理的機械設備配置可以促進圍堰填筑施工的進度，不合理會直接造成機械設備的窩工現象。所以草土圍堰施工中料場的正確選擇和機械設備的科學配置尤為重要。