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绪论:在寻找写作灵感吗?爱发表网为您精选了8篇雨水工程论文,愿这些内容能够启迪您的思维,激发您的创作热情,欢迎您的阅读与分享!
1)根据每个人的习惯而定,一般是根据平面和纵断图先按桩号列出雨水各管道主管长度后,按下面的顺序整理出来。
a.先按管道种类列。目前常见的是热塑复合管、钢塑复合管、钢筋混凝土圆管、钢筋混凝土雨水方涵。
b.再把不同管材按管径分列。
c.相同管径的管材还要按具体要求分列。如钢筋混凝土管还应按不同管基分开列,塑料管按环钢度不同分开列,方涵按现浇或预制分开列。d.埋深不同时也要分开列,跟定额相应分为2m,4m,6m,8m等。
2)雨、污水支管也按上述方主管道法列出来。需要注意的是支管一定要平面和纵断核对着列,以免落下。
3)检查井的工程量:
a.先按说明中明确的图集和不同管径确定各段检查井的规格;
b.再根据有无支管确定是直通、三通还是四通,有拐弯处采用扇形井的一般图纸会标明。
4)雨水连接管及雨水口:
a.常见的是D300mm或D400mm的钢筋混凝土承插管,180°混凝土满包管基或120°基础;
b.雨水口形式采用平篦或立篦,规格有单篦、双篦、多篦(数工程量时要注意,路口处为平篦);
c.按井深分开列(不硬性要求);
d.设暗井的按上面要求和明井分开列。
5)沟槽土方及垫层工程量计算。
2沟槽土方及垫层工程量的计算
2.1土壤分类
市政工程中,根据土石方工程施工的难易程度,将土石方划分了等级,分为:一、二类土壤,三类土壤,四类土壤,松石,次坚石,普坚石等六个等级(详细划分见定额)。根据土壤类别选取相应的放坡系数计算沟槽土方量。
2.2沟槽土方的开挖
沟槽土方工程按施工方法可分为人工土方和机械土方。一般沟槽土方开挖都采用机械开挖。人工开挖适用于量小或不宜机械施工的工程。如:雨水连接管沟的开挖、探坑开挖等。
1)沟槽土方开挖公式:V=(a+mh)×h×L×1.025。其中,a为沟槽底宽;m为放坡系数;h为挖深;L为槽长;1.025为检查井、进水井所需增加的开挖量(见定额说明)。
2)沟槽挖深。挖方段的挖填方量应按设计路基标高计算,因路基标高以上的土方在道路工程的土方表中已计算。如原地面标高低于设计土路基标高(填方段),根据施工规范按反挖法考虑,即挖填方按设计管顶标高加50cm计算。
3)土石方工程放坡与支撑的计算。土方开挖时,为了防止塌方,保证施工顺利进行,其土体边壁应采取稳定措施。常用方法是放坡和支护。
a.放坡。条件允许时,可以优先采用放坡。放坡系数以放坡宽度B与挖土深度H之比表示,即K=B/H。坡度通常用1∶K表示,显然,1∶K=H∶B。
b.支撑。在需要放坡的工程中,由于边壁周围受道路或建筑物等限制而不能放坡时,为防止垂直开挖的土体边壁坍塌,应采用支护结构对侧壁进行支撑。支护结构的形式分为支挡土板和支护桩。
4)工作面和开挖断面尺寸。
a.工作面。工作面是指工人施工操作或模板所需增加的开挖断面,与基础材料和施工工序有关。
b.开挖断面尺寸的确定。开挖断面是计算土方工程量的一个基本参数,它的宽度由基础(垫层)底设计宽
度、开挖方式、基础材料及做法所决定。开挖断面通常有以下几种情况。放坡、留工作面。设坡度为1∶K,工作面每边宽c,基础垫层宽a,深度为h,则开挖断面宽B(放线宽)为:B=a+2c+2Kh。双面支挡土板、留工作面。每一侧支挡土板的宽按100mm计算。工作面宽c,基础垫层宽a,则开挖断面宽B为:B=a+2c+200。如果单面支挡土板,则B=a+2c+100。不放坡、不支撑、留工作面。当基础垫层混凝土原槽浇筑时,可以利用垫层顶面宽作为工作面,因此开挖断面宽即等于垫层宽。当基础垫层支模板浇筑时,必须留工作面,则开挖断面宽B=a+2c。
5)填方。沟槽及基坑填方按沟槽或基坑挖方工程量减埋入构筑物的体积计算。钢筋混凝土管的扣除量参照定额第一册《通用项目》第一章《土石方工程》说明计算。其余的根据图纸计算。
6)土方工程量计算需要说明的地方。路基土方与排水土方不允许重复计算。排水工程的挖方与填方应考虑与道路工程进行平衡。
2.3土石方工程量计算规则
此部分详见定额规定。注:槽坑内作业指机械位于槽、坑的开挖线之内,顺槽、坑行进方向开挖。槽坑边作业指机械与槽、坑行进方向垂直,成90°左右进行开挖。
2.4土方工程定额的应用及注意事项
1)机械挖土方中若需人工辅助开挖,则机挖按总量的95%计,人工按总量的5%套相应定额子目乘以系数1.5。
2)干、湿土、淤泥的划分:含水率不小于25%或为常水位以下为湿土;堆积不能成型或具有流变性质的为淤泥或流沙。
3)采用降水措施的土方按干土计算。运湿土,可按相应的运土定额乘以系数1.18执行;汽车运淤泥、流沙按运土定额乘系数1.5。
3管道工程
1)排水管材。
a.钢筋混凝土排水管。钢筋混凝土管是目前使用最广泛的一种管材。按强度一般分为Ⅰ级~Ⅲ级管。施工中根据埋深和工艺确定。接口通常有承插式、企口式和平口式。
b.塑料管。即热塑管(胶圈接口)和钢塑管(热熔接口)。
c.金属管(不常用)。
d.陶土管(不常用)。
2)排水管道垫层及基础。排水管道的基础分为垫层、基础和管座三部分。排水管道的基础通常有砂土基础和混凝土带形基础。
a.砂土垫层及基础。常用的有素土、灰土和砂砾、中粗砂、碎石垫层及基础。
b.混凝土基础。钢筋混凝土排水管道基础为混凝土基础。混凝土的强度等级一般为C15,C20。分为平基础和管座。通常管座中心角分为90°,120°,180°和360°(满包)四种。常在槽底先铺一层10cm~15cm碎石垫层,然后才在上面浇筑混凝土基础。
3)排水管道接口。一般分为柔性、刚性、半柔半刚性三种形式。
4)大型排水管渠。一般指钢筋混凝土雨水方涵。
5)排水管道的闭水试验。
6)排水管道工程量计算说明。
a.排水管管径均指内径;
b.各种角度的混凝土基础、混凝土管铺设按图示长度扣除检查井长度后计算工程量。每座检查井扣除长度详见定额;但管道闭水试验,不扣各种井所占长度,以实际闭水长度计算;
c.管道接口区分管径和作法,实际以口的个数计算;
1.1人为影响因素
这部分影响因素包括工程设计漏洞或临时变更所导致的工程水利过程与计划出现不同、水利工程预算编制部分出现不合理。这两部分影响因素会导致工程在实施阶段出现超预算的情况。这部分产生的原因包括设计人员对相关法规把握不准、出现偏差;对设计方案经验不足;在设计过程中的考虑不够完善导致设计出现遗漏项,直接影响水利工程预算经济文件中的数据。水利工程设计时需要事先深入调查研究,综合考虑各方因素做出合理设计。就水利工程预算的编制部分,某些预算编制工作者对自身工作的严谨度不够导致出现由于研究不深入细致而引发的编制欠缺,这也成为影响水利工程预算的人为因素之一。缺失科学性、合理性、完善性的水利工程预算编制数据令预算发难丧志了价值与在工程中应具备的指导意义。设计人员这部分人为因素所导致的影响因素所产生的后果是实施过程中施工周期边长,最终超出原有预算。这种现象在当今水利行业出现的几率并不低,可见,如何控制好水利工程预算与设计部分的准确有密切关联。此外,人为影响因素还包括设计完稿后审查工作的不仔细、审查制度不健全等。总而言之,这部分人为失误所引发的后续负面影响较为严重,会直接影响施工单位的综合能力及工程控制水平。
1.2市场影响因素
制作工程预算时需要考虑的工程设备、材料的价格可能会由于市场变更、国家调控等非人为因素产生变化,市场及环境的变化导致项目工程预算出现与实际存在出入的情况也引发工程完成周期的变化,多数情况是周期加长,进而实际费用超过预算数值。而材料价格部分出现的误差也是人为无法控制的客观硬性因素,由于国内设备厂家之间的商业竞争,令设备材料的价格混乱、报价不同,也就是说,当下工程材料市场竞争呈现出无规范模式,形成了预算价格差距偏大的必然原因。
二、工程项目预算中需要注意的方面
小的预算风险;对施工过程中的设计变更、进度变更、施工条件变更,以及发包单位提出的新增工程等各种变更,要严格按变更程序执行:涉及到对设计图纸或施工组织设计的更改及对原材料、设备的更换,须提供完整的工程变更文件,包括变更的概况、变更理由、变更后的设计图纸、变更预算书及对合同价的影响等;工程变更均需先提交总监理工程师签收、初审,并按有关权限和审查批准程序审批后以书面形式变更批示。未经投资估计、预算、审批的工程变更一律不得发出;严格按照业主总监理工程师收到完整的工程变更文件后审核并提出意见进行预算控制。必须熟悉并了解定额,熟练地掌握运用工程量计算的知识及规则。熟悉施工图纸,对施工前已经发生的设计变更也应该做到心中有数。预算人员应该经常深入施工现场,了解施工的实际进展情况,避免出现重大的疏漏而引起质量隐患或安全事故。
通过上一部分分析可以得知,水利工程预算中除去客观市场的影响,人为因素产生的负面效应是改善预算工程准确性的切入点。根据现有水利行业现状、结合相关工程控制示例,现提出以下具有可操作性的合理化控制方案。
a.在水利工程设计阶段,通过加强各环节监管、审查力度,以最大限度确保设计的合理性及时效性。
b.工程造价预算编制阶段的相关人员需要充分考虑环境、市场等变化规律及可能性,通过对现有市场环境的准确把握,综合分析后得出预算编制制作方案。换言之,编制制作人需要在水利工程预算文件中留出可能出现的市场价格变动的空间,避免出现由于事先考虑不完善所产生的工程实施过程中的被动性。
c.提高团队素质,确保各级人员的工作专业性,尽可能降低人为失误出现的几率。换言之,对水利工程预算所涉及的各个环节的有效掌控是降低工程超出预算的可能性的首要任务。水利工程预算在工程项目中的重要意义可窥一斑,而如何完成具有高精度、准确性的水利工程预算经济文件成为完成这一环节的关键。对水利工程预算影响因素的探究需要从其可能出现问题的环节入手,结合客观事实与实际项目管理案例的查阅成果,分析工程建设中具有规律性的问题环节,用以作为探讨水利工程预算有效得以控制的基础。
三、结束语
我国的一些大中型国有企业普遍存在项目权责不到位现象。没有完善项目的管理责任制,也会导致项目经理的工作没有办法真正的展开,也一定程度上限制了项目管理部的职能履行,使水利工程项目的管理和管理科学性拥有较大差距。
2水利工程施工管理的具体措施
2.1建立质量保证体系。要加强质量的监督以及政府的管理。水利项目工程的质量关系到监督执行工程,特别需要加强政府的职能作用,要加大监理单位对施工现场的监督.加大监督设计以及勘察单位力度.同时严格监督工程的质量。要求施工企业改变传统观念,建立较为严格的质量体系。另外,水利工程中电力工程是重要部分,需要在现场强化安全生产监管,建议编制作业计划书并加强施工人员教育,安全管理结构要专管成线、群管成网以满足工程需要。
2.2强化成本管理。水利工程成本控制,重点是设备和材料以及技术三个层面,这几个因素都决定了建设方向。因此编制水利工程的投标预算是否合理对于施工单位而言非常重要。商务人员要掌握报价的情况,熟悉设备价格、了解材料价格等,确保预算准确,并依据预算确定成本和投标市场报价,确保在竞争单位中占据优势。企业中标后,要对工程项目的施工投入资金进行综合性的分析,把握各个环节造价,维持整个项目造价处于施工单位的承受范围。企业要以国家预算为依据,科学编制企业施工成本计划,作为成本管理指导性文件,确保企业取得最大经济效益。
2.3消除工程中的安全隐患一方面部分施工设备不够精良,容易造成水利事故。因此,制造水利设备的商家要考虑工程的安装条件,最大程度的减少设备的高空散装件。另一方面是图纸不精细。设计水利工程的图纸要以实地勘探为基础,避免破坏周边的安全环境,拒绝颠倒工程顺序挖地,杜绝破坏不必要的道路,避免地下的施工以及安装。工程操作要分级编制,找出施工的危险点。另外,电力工程的施工是水利工程施工的安全核心,要求施工队伍文明施工,保证对工程进行全方位的监测,做到安全管理的协调统一。
3结论
在教学中,精心设计教案,课堂上首先提出实际工程问题,引导学生讨论解决问题的办法,一步步讲解解决实际问题的理论知识,引导学生积极思考问题,主动参与互动教学。具体教学过程见图3。从图3中可看出,汉川市某水闸工程问题的抛出,引导学生讨论如何表达水闸的形状和大小,启发学生选择正立面图、平面图、左立面图和局部大样图的表达方案;水闸表达方式的初步确定,引导学生思考采用什么样的具体表达方式,启发学生着重表达水闸的内部结构,再导入剖视图、全剖视图、半剖视图、阶梯剖视图和局部剖视图,各自的概念、标注和画法,以及它们的尺寸标注。最后通过例题完成整个教学。
2问题教学法效果分析
问题教学法通过几任老师在近3年水利工程、水利水电建筑工程中应用,效果显著,得到了老师、学生的一致好评。
2.1激发了学生的学习激情,提高了学习效果
通过近三年水利工程、水利水电建筑工程两个专业五个年级500人的学习效果调查,水利工程制图课程的教学效果是显著的(见表1)。从表1中可以看出:5年一共发调查问卷500份,学习兴趣提高的有479份,占问卷总人数的96%,到课率为95.3%,比其他课程到课率提高近4%,及格率达95.2%,比其他课程提高5%,优秀率为15.5%,比其他课程到课率提高近4%。
2.2使课堂变得活跃、生动,互动增加了,教学效果明显提高了
问题教学法将传统的灌输式,老师单一讲解、学生被动上课,变成了学生与老师一起互动,一起为解决工程实际问题而“出谋划策”95.8%学习效果提高的有480份,占问卷总人数的学生积极参与,用以前学到的知识去解决实际工程问题。遇到难以解决的问题,老师再导入新课内容。这种十分自然的、不知不觉的衔接,提高了学生学习兴趣,使课程的学习变得容易、学有所用了。使枯燥的、被动的教学变得生动活跃了。增强了教学的效果。
2.3使理论学习与实际工程很好的结合起来,增强了学生的专业技术能力
1.1确定各指标权重应用“二元对比矩阵”计算各指标权重,相对于水利水电工程项目投标决策F来说,共计有业主条件F1、企业自身条件F2、竞争对手状况F3、工程条件F4、自然与社会环境F5五项影响因素。这五项因素两两对比,很不重要计为0,不重要计为1,同等重要计为2,重要计为3,很重要计为4,然后将每一行的得分相加,得到每一指标的总分,最后将每一指标的总分相加,得到一个最终总分,利用式(1)计算出每一指标相对于上一层指标的重要性。
1.2确定评价等级并构建评价矩阵针对拟投标项目的具体情况,可把评价等级划分为很差、差、一般、好、很好五个等级,根据评价等级及其相应标准,评语集合C={C1,C2,C3,C4,C5}={很差,差,一般,好,很好}={1,2,3,4,5}。1~5是等级高低的量度,是对模糊集合{很差,差,一般,好,很好}的量化处理[3]。专家针对拟投标项目的每一个指标给出评价Ci,综合各位专家的评判结果,得到评价指标的隶属度矩阵。首先建立第一级评价模型,对于二级指标业主条件F1、企业自身条件F2、竞争对手状况F3、工程条件F4、自然与社会环境F5五项影响的子因素Fij作一级综合评价,得出评价距阵A1i,而该指标的权重集为Wij,则一级评判向量B1i=A1i×Wij,根据一级评判向量B1i构成二级评价距阵R,而该指标的权重集为Wi,则二级评判向量B2=R×Wi,其中R={B11,B12,…,B1i},并运用式(2)对B2进行反模糊化处理,B为1~5之间的某一个值,是投标倾向的量化值。根据反模糊化处理值B确定项目投标与否以及对哪个项目进行投标。
2案例分析
某施工单位欲对三个水利水电工程项目其中之一进行投标,利用模糊综合评价法进行投标决策。单位选取了5名投标专家组成专家组,依据水利水电工程项目投标决策评价指标体系及其按照二元对比矩阵确定的各指标权重(见表2),采用模糊综合评价法(FCA)对项目进行投标决策分析。5名投标专家用打分的方法对被评判的因素进行综合评价,结果见表4。对于业主因素的单因素评判,评判集Rij为第Ci种评价的票数。根据处理结果,相对应的投标等级为一般,如果是单一项目决策,此时,投标决策人员可根据目前现有项目状况决定是否投标,若为多项目决策,投标决策人员可进行比较,选择投标等级较高的项目进行投标。
3结语
在水利水电工程施工过程和建设环节中,会遇到来自各方面的复杂因素影响,进而对水利水电工程质量和安全的产生危害和影响,具有代表性的问题有:
1.1水利水电工程测量环节容易出现的问题
测量是水利水电工程施工的前期工作,也是确保水利水电工程质量的基本环节,所以对测量环节进行监理非常重要。当前,一些水利水电工程测量队伍工作不负责任,存在盲目套用水利水电工程设计图纸的问题,没有对工程实际情况进行充分的调研和摸底,导致水利水电工程的测量工作失去其指导施工的科学性,不能够对水利水电工程施工进行准确的控制,导致设计方案难于实现,这样势必会对水利水电工程强度、稳定性和结构方面造成一定的影响。
1.2水利水电工程材料环节容易出现的问题
市场经济条件下,经济诱惑逐步增大。当前,一些水利水电工程的施工队伍为了获取高额利润采用偷工减料和使用不合格原料的现象还普遍存在,这直接会影响到水利水电工程的整体结构质量和安全性能,难于实现水利水电工程设计规定的强度和技术性能,造成了水利水电工程稳定性差的实际问题,从而给社会利用水利和水资源带来严重的威胁。
1.3水利水电工程混凝土项目的问题
在水利水电工程中,混凝土项目覆盖面广,同时也是水利水电工程施工的关键,还是水利水电工程技术性能和负荷强度的基础。在水利水电工程中,在混凝土的原料、配比等技术部分,在浇筑、振捣等操作部分,在养护环节等方面都存在着各类问题,这会给水利水电工程混凝土项目的施工带来不同层面和不同层次的影响,轻则会形成质量问题和工期延误,重则会对水利水电工程造成结构性和功能性的伤害,严重的甚至导致水利水电工程的灾难性后果。
2、提高水利水电工程监理质量控制的要点
根据对水利水电工程实际施工细节和关键问题的分析,可以形成水利水电工程监理工作的着眼点,当前为了提高水利水电工程监理质量,控制好水利水电工程监理工作的细节,应该从如下几个环节和要点出发。
2.1做好水利水电工程测量的监理工作
提高水利水电工程监理质量的基础应该放在测量工作上,水利水电工程监理应该对测量工作予以高度重视,要从测量的前期工作就做好充分的准备。例如:规范测量工作的资质、确定水利水电工程测量仪器的性能、检验水利水电工程测量设备的精度。此外,要根据水利水电工程的设计,对控制网、原始基点、控制线、基准线进行全面检验,以符合工程的要求。最后,要建立起水利水电工程测量工作的控制线,并做好特殊时期的复核与测试。通过做好水利水电工程测量的监理工作,确保水利水电工程测量的精度。
2.2做好水利水电工程材料的监理工作
水利水电工程的建设施工离不开原材料,原材料技术性能和质量的监理是全面开展科学的水利水电工程监理工作的基础。在实施水利水电工程监理中,应该掌握与水利水电工程有关的材料信息,通过优选材料供应厂家,实现合理组织工程材料的供应和使用的目标。应该加强材料检查验收和重要材料的使用认证,防止错用或使用不合格材料。做好材料的质量控制工作,还应熟悉材料的质量标准、材料的性能、材料的适用范围和施工要求等等,要严格遵循材料的取样见证制度。
2.3做好水利水电工程混凝土项目的监理工作
一方面,应该在水利水电工程混凝土项目的浇筑前做好检查工作,要对基础面、模板、止水片、预埋件进行全面的检验,以符合水利水电工程的需求。另一方面,要做好对混凝土项目具体施工过程的监理,监理混凝土的浇筑,应该对浇筑程序、混凝土质量、卸料高度、振捣作业等方面进行控制,使其符合水利水电工程监理的要求,这是水利水电工程质量的基本保障措施,也是水利水电工程监理工作的核心。最后,应该做好混凝土结构的养护监理,应该在混凝土项目初凝之后就及时开展养护工作(有些水利水电工程的特殊区域养护工作可能要提前),要围绕混凝土温度和混凝土表面保湿两个环节来进行。水利水电工程混凝土项目养护环节的监理,要从防治混凝土裂缝和提高混凝土结构性两个方面入手,使养护工作得到进一步强化,进而确保水利水电工程的整体质量。
3、结语
1.1岩石力学试验法
(1)室内试验。
通过钻孔岩芯取样,利用室内岩块的单轴压缩试验确定岩石单轴抗压强度、弹性模量和泊松比。通过岩体的三轴压缩试验确定岩体的抗剪强度-凝聚力和摩擦角。通过岩体卸围压试验研究岩体卸荷过程中的变形和能量变化特点,确定卸载时岩体的参数,如弹模、泊松比、凝聚力、摩擦角。
(2)现场试验。
现场抗剪试验获得岩体、软弱夹层、混凝土与岩石接触面抗剪(断)强度;现场变形试验(刚性承压板法、狭缝法)获得岩体变形模量、弹性模量及泊松比。还有现场声波测试评价岩体完整性等。现场试验是确定岩体强度参数最准确的方法,但由于通常不具备施作原位试验的条件,而且试验周期长、费用高,所以这种方法应用较少。试验法是一种直接又可靠的方法,可以较好反映岩石特性。室内试验得到的是完整岩块的特性参数,但存在“尺寸效应”。现场试验受条件限制,试件制备难免受到扰动,试验结果分散,不能直接采用。
1.2工程岩体分级法
工程岩体分级法主要有:国标《工程岩体分级标准》、水利水电工程勘察规范的坝基和围岩工程地质分类法、巴顿的Q系统分类法及比尼威斯基的RMR分类法。这些分类方法往往是定性描述与定量评价相结合,采用多参数综合指标分级法给岩体进行评分和划分岩体级别,根据岩体级别并结合经验公式,给出岩体参数的范围值。国标《工程岩体分级标准》选取岩石坚硬程度和岩体完整程度这两个因素确定岩体基本质量,将影响岩体工程特性的因素如地下水、初始应力、结构面走向与工程轴线方位等作为修正因素,实现工程岩体的分级,并提供了各级别岩体物理力学参数表和结构面抗剪断峰值强度表。《水利水电工程地质勘察规范》的附录V提供了坝基岩体工程地质分类表,主要分类因素也是岩石坚硬程度和岩体完整程度,此外还有岩体纵波速度和钻孔RQD值,并在附录E中提供了坝基岩体抗剪断(抗剪)强度参数及变形参数经验值表和结构面抗剪断(抗剪)强度参数经验值表,用于规划和可研阶段。应注意该表的注明是参数仅限于硬质岩,软质岩应根据软化系数进行折减。
1.3工程地质类比法
工程地质类比法是利用大量已建工程的成功经验确定拟建工程的设计参数,是工程地质研究的传统方法之一。类比法是应用相似原理,要求主要的工程地质条件基本相同或相似,这其中最主要的是岩性和地层时代(或层位),其余还有地质构造(岩体完整性)、风化状态、应力条件、地下水等等。实际应用时应结合具体工程的地质条件,在类比、分析、判断的基础上提出合理参数。同时,在施工过程中,根据工程实际进展情况和出现的问题,特别是根据现场观测结果,对设计进行必要的调整和修改。类比的资料可以参考《岩石力学参数手册》、《岩基抗剪强度参数》、《工程地质手册》、《水利水电工程地质手册》,以及地区工程经验(资料库、数据库)等等。类比法完全依靠地质师所掌握的工程实例资料和他对工程岩体的经验判断,人为因素比较大,有时仅仅通过少量个别因素相比较而得到的参数,其结果可靠性较差。然而该方法简单、方便、快捷,在中、小型水利水电工程中应用较多。
1.4反演分析法
反演分析法是利用现场所测得的位移等数值反求岩体力学参数,包括位移反分析、应力反分析、混合反分析等。其中位移反分析方法是根据现场实测的位移值,采用解析法、有限元等方法以及弹性、弹塑性等本构模型进行求解。位移反分析的方法主要分为两类:直接逼近法和逆过程法。由于围岩本构关系的复杂性,目前的逆过程方法的位移反分析研究计算大都采用了线弹性等假设,设岩体为均值各向同性,而天然岩体地质条件复杂,这样与工程实际情况相去甚远。反分析方法在边坡稳定分析中应用较多。反分析时稳定系数取值为:蠕动挤压阶段宜采用1.00~1.05,初滑阶段宜采用0.95~1.00。滑带土抗剪强度(c,φ)参数反演分析的方法分为单参数反演和双参数反演两种。前者假定一个参数已知的前提下,反算另外一个参数,通常选择对滑坡稳定性影响较敏感的作为未知参数。后者在反演中有两个未知的参数,通常选择两个距主滑动面等距的剖面建立极限平衡方程求解,此外,还可以做参数的敏感性分析。
1.5人工神经网络法及模糊数学预测法
人工神经网络法是通过完成输入与输出问题的映射,自动建立复杂现象(系统)的模型并指出其控制规律。该方法考虑了影响岩石力学参数的各种定性因素,应用人工神经网络进行训练,随着数据的积累不断地对样本集进行补充和完善,使参数取值结果不断趋于合理。缺点是学习样本的选取具有很大的主观性。模糊数学预测法是考虑到影响岩体变形强度参数的相关因素模糊不确定性,根据经验确定权重集及隶属度,在此基础上进行岩体力学参数预测。该方法实质就是把岩石与岩体力学指标之间的比例系数当作模糊子集,依据经验进行模糊综合评判确定一个最佳模糊折减系数的问题,从定量上考虑影响力学参数的各种模糊因素,但在运用上不是很成熟,仍借助于经验。
1.6其他方法
除上述方法外,还有一些其他方法可以用来确定岩体强度参数,如:计算机模拟、声波测试技术、岩体分形分维理论、断裂损伤力学、统计数学等方法。
2岩体力学参数综合取值
岩体力学参数取值方法有很多,由于岩体的不连续性、各向异性和非均匀性等特有属性以及岩体结构的复杂性,使各种取值方法存在局限性,至今还没有一种令人满意的取值方法。实际工作中应该综合应用这些方法,互相验证,取长补短。笔者基于上述岩体力学参数的取值方法,并结合工程的规模和地质条件的复杂程度,在满足规程规范的前提下提出了岩体力学参数综合取值方法。该方法针对地质条件简单的小型工程、地质条件复杂的中型以上工程、重要的大型工程和参数敏感的工程分为以下3个层次。
(1)第一层次。
对于地质条件简单的小型工程,或项目规划、可研阶段,可采用野外地质调查和钻孔取样室内抗压试验→进行岩体分级、查表→获得抗剪强度和变形模量范围值,通过相似工程类比,调整、修正取得地质建议值;或者采用RMR分类和Hoek-Brown经验强度准则公式计算,参考类似工程修正后得到地质建议值。
(2)第二层次。
对于地质条件复杂的中型以上工程,如重力坝、拱坝,结构面影响坝基、坝肩稳定,初步设计阶段应布置原位抗剪和变形试验,参考类似工程,结合现场地质条件进行调整,必要时由地质、试验和设计三方共同研究确定设计采用值。
(3)第三层次。
对于重要的大型工程和参数敏感的工程,应做专门研究,除运用上述方法外,还应开展计算机模拟试验、人工神经网络法、模糊数学预测法等,慎重确定地质建议值。在施工阶段可以利用监测资料进行反演分析,复核岩体稳定性,及时修改设计和施工方法,确保工程安全。总之,地质调查和岩石力学试验是基础,是岩体分级、经验估算及数值模拟的前提,因此应重视野外第一手资料的收集,并注意取样、试验成果代表性问题,使地质建议值符合现场实际。
3应注意的问题
反思多年来我们所做的中小型水利水电工程勘察设计,在岩石力学参数取值方面应注意以下问题:
(1)在前期勘察时对设计意图不甚了解
设计方案不十分明确,加之勘察周期短,对地质条件的调查和分析不够深入,对试验只是要求做常规的内容,以室内试验为主,取样数量不足,成果代表性差,使得方案比选时难以取舍。按照有关规范,“小型水电工程岩土参数(取值)可在现场简易测试和必要的室内试验的基础上以类比为主。”“中型水电工程岩土测试以室内试验为主,必要时可采用大型野外原位试验。”对于拱坝和重力坝要特别注意,对影响坝基、坝肩稳定的岩土体及软弱结构面可视需要开展原位试验工作。尤其是软岩和完整性差的岩石,软弱结构面发育,且结构面对岩体稳定性不利,岩体稳定性的判别对工程影响很关键,这需要慎重研究,应在地质调查的基础上,布置适当的原位试验,并采取多种方法合理确定岩体力学参数。
(2)勘察报告中抗剪强度和变形参数仅仅根据室内岩石试验查规范,与现场地质调查结合不紧密。
抗剪强度和变形参数是混凝土坝稳定计算最重要的参数,对工程安全和造价影响很大。然而规范给出的值范围较大,勘察报告仅仅依据规范提供的参数表取值是远远不够的。中等规模以上和地质条件复杂的工程应进一步开展分析论证工作,结合现场地质条件调查,在岩体分级基础上,运用有关理论和经验公式,例如霍克-布朗(Hoek-Brown)经验强度准则公式等,并参考已建工程经验取值,必要时与地质、试验和设计专业共同会商,合理确定参数。
(3)在软岩地区建混凝土坝要特别注意
如页岩、千枚岩及白垩-第三系泥岩等,由于岩性软弱,构造发育,岩体强度较低,工程安全裕度小,岩体力学参数取值对工程安全和经济性影响大,甚至影响方案的成立。软岩地区一般不适合建中、高混凝土坝,万一要建,就应该投入一定的勘探和试验工作量,慎重研究和分析论证,并留有一定安全裕度。
(4)应考虑定值计算与可靠度问题。
实际勘察设计工作中,是由地质专业提供参数,设计人员进行计算。地质部门依据试验成果,结合地质条件和个人经验判断,提出地质建议值。设计一般直接采用地质建议值进行计算。问题是设计计算方法与地质模型是否一致,地质参数的可靠性或安全阈值是多少,即有多少安全储备。近十几年来国内外广泛开展了重力坝可靠度研究。结构可靠性分析是以概率理论为基础,采用极限状态设计方法,以可靠指标度量结构或工程的可靠性,比定值法不考虑参数的偏差有明显的优越之处。可靠度计算需要提供与大坝有关的各类荷载、材料和地基强度的统计特征值(均值、标准差、变异系数等)及分布类型,对地质参数的离散性进行评价。
(5)试验是基础。
如何看待试验成果,地质专业人员常常抱怨试验参数不准,造成的原因有几个方面,一是取样的代表性问题,或者原位试验选点问题,要考虑岩性、风化程度、构造等影响,对试验点做专门设计和布置;又譬如有的砂岩与页岩互层,页岩岩芯破碎取样困难,取样只能做砂岩的抗压强度试验,成果偏大;倾斜岩层抗压首先沿层面剪切破坏,成果偏小。二是试验中的误差,应采用数理统计法整理试验成果,在充分论证的基础上舍去不合理的离散值。对于原位抗剪试验,要了解试验点的岩性、构造、风化及地下水等因素对成果的影响。另外,试件制备时难免受到扰动,一般要求安排2组以上试验,以便对比和分析。
(6)确定参数时要处理好主观判断与客观评价的关系。
前述的岩体分级法、工程类比法及经验判据法(强度准则公式)都属于经验法,其取值时的人为因素和个人经验对结果影响很大,实际操作中应尽量避免人为因素干扰,从地质条件的客观出发,分别按不同因素对参数进行修正,减少取值的随意性。
(7)加强施工监测,利用监测资料进行“动态设计、信息化施工”。
由于工程地质条件的复杂性和不确定性,地质勘探、试验、计算分析方法的局限性,我们对工程岩体性状变化的认识有一定程度的不确定性。在施工中要加强岩体性状的监测,及时分析和判断,调整、修改设计和施工方法,以保证施工安全和工程安全。尤其是隧洞施工支护,要根据发现的新情况及时修改设计,即采取“动态设计、信息化施工”,既要确保工程安全,又不能造成浪费。
(8)利用已建工程进行类比确定岩体力学参数是我们常用的方法。
但是没有一个工程的地质条件是完全相同的,而我们个人掌握的资料有限,每个人的经验千差万别,往往仅通过少量个别因素相比较而获得参数,人为因素的干扰较大,其结果可靠性较差。应多参考类似工程,并不断积累工程经验。多年来笔者所在单位在湖北省水利水电工程勘测设计中做了大量的岩体物理力学室内外试验和原位测试,积累了丰富的实践经验。
4结论
(1)岩体力学参数的合理确定是水利水电工程中的一项基础工作
直接关系到坝基、边坡、地下洞室工程的安全性和经济性。由于岩体具有不均匀性、不连续性和随时间变化的特性,准确确定岩体力学参数是非常困难的。在研究了有关规程规范和各种取值方法特点的基础上,针对工程的重要性程度和地质条件的复杂程度提出了岩体力学参数的综合取值方法,分为地质条件简单的小型工程、地质条件复杂的中型以上工程、重要的大型工程三个层次。针对具体的工程应当选择合理的方法来确定岩体力学参数。水利水电工程岩体力学经验参数综合取值研究对水利水电工程坝基、边坡、地下结构稳定性研究和计算具有重要理论意义和现实意义。
(2)中小型水利水电工程具有规模小、设计周期短、勘察试验工作量有限的特点
(1)施工前的准备。着重要良好的开端等于成功的一半,可见施工前进行充分的准备非常必要,它对施工的顺利进行有的铺垫作用。所谓准备,即对各种所用材料及所用机械的准备与布置和对相关人员的组织与调配。施工前要做好路基表面的清理工作并将清理范围控制在超出规定设计边界30厘米至50厘米内,之后进行碾压与平整工作。除此之外,为了保证钻孔的需要,还应对现有洞坑进行一定的回填。
(2)测量放线工作的实施。根据施工要求及各个水准点等进行打桩工作,一般桩与桩之间的间隔为30厘米左右,若地形特殊,则可根据实际情况进行加密处理。为了方便标记,可选用白灰撒出标记。除此之外,还需对相关位置及距离进行严格的测量,以保证工程的施工质量。
(3)基底的平整压实工作。作为土方填筑施工的基础,需要彻底清除基底的表土并进行压实处理,相关人员在进行初步检验后可交由专业人员进行检测。只有在质量达标后才可以完工验收,以确保工程的质量。
(4)土料的摊铺与推土机的整平。土料的摊铺与推土机的整平涉及到两方面的填筑问题。首先是回填土的填筑:为了避免上部填料的下滑与流失,可以从施工过程入手,按由低到高的顺序进行填铺,并将现有粘土与地面土质相结合,这样可以有效地增强材料的强度。其次是堤防填筑:即根据材料性质合理确定其厚度,同时谨记排除杂土。对于超过30厘米厚度的土料需进行压实处理。采用进占法对规定部位的填料进行分层铺设,之后进行平整。只有在上层施工质量通过检验后,才能对整段进行调整。
(5)压实处理工作。压实工作在平整之后,由铲运机采取进退错距、由内向外、先两侧后中间的方式进行碾压。填筑表面应筑有坡度为2%至4%的排水横坡,并且做到当天填筑,当天压实。另外,在压实过程中应尽量避免因重复压实等导致的土方不均匀。
(6)质量检查是关键。质量检查应贯穿并落实于每个施工过程中,它是整个施工过程的关键所在。具体包括施工前的准备、施工中的抽样检测、施工后的严格管理以及相关标准、位置等的检测。
(7)结合面的处理。在结合面的处理方面,需要注意的地方有很多。例如:所有作业面统一铺土,统一碾压并严禁界沟的出现;当地面出现不平的情况时,水平分层应由低处开始逐层填筑;当段与段之间出现高度差时,斜坡面相接的坡度范围应控制在1∶3至1∶5之间,当遇到错缝铺土碾压的情况时,宽度应小于3米;坡度的设置比例应严格要求,不可随意设置;当上层施工检查合格后,才可进行下一层的施工,并且要避免相邻两层间的离合;若在堤身斜坡上进行填筑,需要注意的是将地面坡度削至缓于1∶5,将斜坡制成阶梯状以利于新老土间的结合;分段填筑过程中,应注意设立标志,防止漏压等现象的发生;总之,在结合面的处理上一定要严格按照要求,规范相关的操作,不能马虎,以免造成工程中的隐患。
(8)削坡整型。削坡采用的是液压反铲的方式进行,需要先进行平整,然后挂线,最后通过人工来进行精确的修整。之后进行的是质量检验工作,通过每层取样的方式分别检验以实现对压实度的检验;填筑位置、标高、尺寸等则需要通过水准仪和经纬仪等专用仪器来检验。所有检验工作做完后,自己先将所有的检验过程重新检验一遍并填写质量验收通知单,最终交由监理工程师进行最后的检验审批。
2结语