任务3.2　施工方案的确定

学习目标:

1.知识目标:①水利工程施工方案的确定原则；②水利工程施工方案的主要内容；③施工方案确定的基本工作。

2.技能目标:①土方开挖及基础处理工程施工方案的确定；②碾压式土石坝施工方案的确定；③混凝土工程施工方案的确定；④地下工程施工方案的确定。

3.素质目标:①熟练掌握相关施工规范对施工方法的要求；②严谨的工作作风；③基本熟悉工程定额，可以熟练使用定额用于施工组织设计的编制。

项目任务:学习水利工程施工方案的确定方法和内容。

项目描述:基本了解常见水利工程土石方工程、地基处理工程、混凝土工程、地下洞室开挖工程的施工方案的确定，主要确定不同的工程如何施工。

知识平台:

施工方案是施工组织设计的核心部分。

3.2.1　施工方案的制订原则

(1)制定切实可行的施工方案，首先必须从实际出发，一切要切合当前的实际情况，有实现的可能性。

(2)施工期限满足规定要求。

(3)确保工程质量和安全生产“质量第一，安全生产”。在制订方案时，要充分考虑到工程的质量和安全，在提出施工方案的同时，要提出保证工程质量和安全的技术组织措施，使方案完全符合技术规范与安全规程的要求。

(4)施工费用最低。

3.2.2　施工方案的主要内容

施工方案主要内容包括施工方法的确定、施工机具的选择、施工顺序的确定，还应包括季节性措施、“四新”技术措施以及相应方法与技术措施等方面的内容。

(1)施工方法。施工方法(工艺)是施工方案的核心内容，具有决定性作用。施工方法(工艺)一经确定，机具设备和材料的选择就只能以满足它的要求为基本依据，施工组织也是在这个基础上进行。

(2)施工机械。正确拟定施工方法和选择施工机械是合理组织施工的关键，两者又有相互紧密的关系。

(3)施工组织。

(4)施工顺序。

(5)现场平衡布置。科学的布置现场可以减少材料二次搬运和频繁移动施工机械产生的现场搬运费用，从而节省开支。

(6)技术组织措施。

3.2.3　施工方案的确定

1.施工方法选择的依据

选择施工方法的依据主要有以下几点。

(1)工程特点。

(2)工期要求。

(3)施工组织条件。

(4)标书、合同书的要求。

(5)设计图纸。

2.施工方法的确定与机械选择的关系

施工方法一经确定，机械设备的选择就只能以满足其要求为基本依据，施工组织也只能在此基础上进行。

3.施工机械的选择和优化

选择施工机械成为确定施工方案的一个重要内容，应主要考虑下列问题。

(1)在选用施工机械时，应尽量选用施工单位现有机械，以减少资金的投入，充分发挥现有机械效率。若现有机械不能满足工程施工需要，则可考虑租赁或购买。

(2)机械类型应符合施工现场的条件。

(3)在同一个工地上施工机械的种类和型号应尽可能少。

(4)要考虑所选机械的运行成本是否经济。

(5)施工机械的合理组合。

(6)选择施工机械时应从全局出发统筹考虑。

项目实施:

3.2.4　土石方明挖及地基处理工程施工方案的确定

3.2.4.1　土石方明挖工程施工方案

1.施工程序

土石方明挖施工过程比较单一，即开挖、装车、运输。对于大范围的开挖(如坝基开挖)应首先根据施工特性和施工要求安排施工区(段)，然后安排各区(段)的开挖施工顺序，施工顺序的安排可以按以下原则进行。

(1)工种多需要较长施工时间的区(段)应尽早施工；工种少，施工简单，又不影响整个工程或某部分完工日期的区(段)可滞后施工。

(2)工种不多但对整个工程或部位起控制作用的区(段)，或施工时将给主要区(段)带来干扰，甚至损害，这样的区(段)应先期施工，如峡谷地区大坝的岸坡开挖。

(3)本身不是主要区(段)，但它先施工可给整个工程或主要区(段)创造便利条件，或具有明显经济效益的区(段)，也应尽早施工或一部分尽早施工。

(4)对其他部分或区(段)无大的影响，又不控制工期的区(段)，应作为调节施工强度的区(段)，安排于两个高峰之间的低强度时期施工。

(5)各区(段)的施工程序应与整个施工要求一致，与施工导流及施工总进度符合。

2.开挖施工方法

(1)应考虑的因素。在确定施工方法和选定施工机械时，必须依据施工条件、施工要求和经济效果，进行综合考虑，具体考虑以下主要因素。

1)土质情况。依据土质坚硬程度和地下含水情况，选择施工开挖方法和机械。

2)施工地区的地势地形情况和气候条件，距离重要建筑物或居民区的远近，以此确定开挖的过程是否需要支护或防护。

3)工程情况，包括工程规模大小、工程数量、施工强度、工作场面大小、施工期长短等。

4)道路交通条件，包括修建道路的难易程度、运输距离远近。

5)工程质量要求。有些部位的开挖质量要求严格，如电站坝基等基础开挖，填筑应严格控制质量，对一般场地平整的挖填有时无质量要求，这对采用方法的技术要求至关重要。

6)机械设备。根据确定的施工方法和工程规模大小、施工强度的高低，选用相关的机械(即不同规格类型的钻孔机械、挖装机械等)，同时应兼顾机械的供应或取得的难易程度，以及机械的可靠程度。

7)经济指标。当几个方案或施工方法均能满足施工要求时，一般应以完成工程施工所需费用低者为最好。有时，为了争取提前发电，经过经济比较后，也可选用工期短、费用较高的施工方案。

(2)不同部位开挖方法的特点。施工对象的不同，施工的要求不同，其施工方法的特点就不同。

1)建筑物基础开挖。如坝闸、电站放水塔等基础开挖的共同特点是:要符合建筑物要求的形态，对开挖边界线外保留的岩体不允许破坏其天然结构。对于土基开挖，一般多采用机械直接开挖的方法进行；对于石方开挖，主要是钻爆开挖方法，在施工组织设计中应进行钻爆设计(可参考施工技术内容)。河床开挖的特点是地形较平坦，施工较方便，施工时间短，强度较大；岸坡开挖，特别是山区、高坝的岸坡，其开挖高度大，施工条件差，技术复杂，故一般多在施工的前期开挖。

2)河床开挖。对于土方开挖可在基坑抽水之后，根据土壤性质采用不同的挖掘机械进行。对于岩石开挖，可采用预裂爆破控制壁面，设保护层或无保护层的一次爆破开挖方法。

3)岸坡开挖。可采用分层开挖或深孔开挖或辅射开挖等三类不同的方法。技术的难易不同，适用的条件和获得的效果均有差异，可参考有关施工技术内容。出渣方式，有道路出渣法、竖井出渣法、抛入河床法，由下而上分层开挖法。

4)高边坡开挖。应按照相应的原则进行，为了保持高边坡稳定，应采用微爆破技术，严格控制最大单段药量。

5)渠道开挖。依据土壤性质，渠道断面大小可采用各种方法，一般岩石渠道用钻孔松动爆破，松动后再用挖掘机、装载机或反铲挖取渣装车运走，边坡可采用预裂爆破控制。

3.2.4.2　地基处理施工方案

1.地基处理工程施工组织设计编制的依据

(1)水工建筑物地基处理工程的设计图纸、工程量、质量要求及检查标准等。

(2)地基处理工程部位比较详细的工程地质、水文地质的勘测试验资料及报告。

(3)枢纽工程施工总进度计划确定的地基处理工程的起迄时间以及施工导流和拦洪度汛等有关设计资料。

(4)地基处理工程所在地区的地形地质、水文气象等自然条件以及与有关工程施工协调配合等技术条件。

(5)工程所在地区的当地建筑材料、风水电和劳动力供应等条件的调查分析资料以及施工场区内外交通运输条件。

(6)国家和主管部门颁布的有关规程规范以及国内外先进的施工经验等资料。

2.地基处理工程施工组织设计内容

(1)分析研究基本资料和施工条件:主要是地基处理工程的结构型式、尺寸、工程量和技术要求；工程部位的工程地质和水文地质特性，交通运输、水文气象、导流渡汛、材料供应以及同其他土建施工要交叉进行的施工环境和作业条件等。

(2)编制施工进度计划:根据枢纽工程施工总进度要求，研究确定各项地基处理工程的施工进度计划；并就施工机械、劳动力等进行必要的平衡调整，绘制各期工程形象进度图表。施工进度计划图表，一般应包括各项施工准备的土建安装工程量及其施工进度、施工强度曲线和劳动力需要量曲线以及主要技术经济指标等。

(3)选择施工方案、拟定施工措施:根据各项地基处理工程的施工进度计划，安排施工程序，确定施工方法，选择主要施工机械设备，选择原材料并进行配合比设计，拟定冬夏季施工和特殊部位的技术措施。必要时，需提出补充勘测、室内及现场试验的计划或意见。

(4)制定具体的施工技术要求:根据各项地基处理工程特点和质量要求，按照有关规程规范，制定各项具体的施工规范和操作规程的实施细则、施工管理制度和施工技术要求。

(5)绘制施工布置图:根据选定的施工方案，绘制交通道路、风水电管线、各项附属设施(包括仓库、制浆站、混凝土拌和站，堆料场、修配间等生产设施和生活设施)和施工机械设备等平面布置图。

(6)编制技术供应计划:根据施工进度和定额资料，分别计算劳动力、主要建筑材料、机械设备及其零配件、器材和风水电等需要量，并提出分年度或各工程分期需要量计划。

(7)编写文字报告。

3.2.5　土石坝工程施工方案的确定

填筑体的施工过程包括运输、卸料、铺料、压实、检查等工序。对不同部位又分为砂砾料填筑、防渗体填筑、过渡反滤体垫层、护坡等施工过程。其方案选择就是针对各个施工过程所采取的方法的选择，另外方案还应包括在坝面上这些作业过程的组织形式、区段的划分及各作业过程在各区段上的施工顺序、在纵向断面上分块及各分块的填筑在时间上的顺序安排、机械设备的选择。

(1)大体积砂砾料施工方法包括卸料和铺料的方法、填料加水方法、坝体压实的参数选择和压实机械的运行方式、坝体分块填筑纵横缝处理及岸坡结合部位的压实处理。

(2)防渗心墙与砂砾料的施工过程和填筑方法，因填筑料的不同是有一定差异的，在方案选择中应予注意。

(3)坝体分期分块填筑方案应与导流、拦洪、度汛设计相结合，在单位工程施工组织设计中，重点应放在施工过程的划分和施工方法的选择以及组织方式上。

(4)土石坝施工机械设备选择应使所选机械的技术性能适应工作的要求以及施工对象的性质和施工场地的特征，能充分发挥机械效率，保证施工质量。所选施工机械应技术先进，生产效率高，操作灵活，机动性高，安全可靠，结构简单，易于检修保养，类型比较单一，通用性好，工艺流程中各工序所用机械应配套，设备购置费和运行费用较低，经济效果好。

土石坝施工中土料开挖、运输、填筑过程中常用的机械设备有正铲、反铲、装载机，拉铲、采砂船、推土机、铲运机、自卸车、带式运输机、拖式及自行式振动碾、平地机、小型振动碾、夯锺振冲碎石机、激光导向反铲摊铺机设备，具体各类机械的性能及选择在施工技术中有详细讨论。

3.2.6　混凝土工程施工方案的确定

混凝土工程设施类型很多，如混凝土挡水坝，各种形式的放水塔、水闸、隧洞衬砌，水电站混凝土结构等。这些建筑物的结构及构造形式不同，但无论何种类型的混凝土构筑物，其施工方案均包含混凝土浇筑块的划分及浇筑顺序安排、混凝土的浇筑振捣养护方案、机械选型方案、混凝土拌和及运输方式、模板工程及构件运输方案、接缝灌浆方案等内容。

在选择方案时应综合考虑如下因素:

(1)水工建筑物的结构及规模，工程量与浇筑部位的分布情况，施工分缝特点。

(2)按总进度拟定的各施工阶段的控制性浇筑进度及强度要求。

(3)施工现场的地形、地质和水文特点，导流方式及分期。

(4)混凝土搅拌楼的布置和生产能力。

(5)混凝土运输设备的形式、性能和生产能力。

(6)模板、钢筋、构件的运输、安装方案。

(7)施工队伍的技术水平，熟练程度和设备状况。

从混凝土运输浇筑角度看，建筑物的高度、体积(工程量)、场面大小和环境状况是决定混凝土施工方案的重要因素。对于高度大(50m以上)工程规模大，垂直运输占主要地位，常以缆机(用于中高坝中)塔机为主要方案，而以履带式起重机及其他较小型机械设备为辅助措施；对于高度小(50m以下)，如低坝、水闸、护坦、厂房等可用门机、塔机和履带式起重机等作为主要方案，一般不设栈桥(针对坝体)。

整体施工过程的安排，一般按分缝分块单元划分，也可以按单元内的工序过程划分(即准备、铺料、平仓、振捣、养护)。每种类型的构筑物，各自都有不同的分缝分块要求和形式，如图3.24所示常见的几个建筑物的分缝分块方式。

分缝分块形式不同，施工过程及顺序的安排就有所不同，总体上施工程序应按划分的施工过程遵循由下向上、由低至高、先主体后围护、先结构后装饰的原则。

浇筑机械的布置方式与机械的选择配备有密切关系，也属于方案内容。

对于缆机，根据控制的范围大小和强度可有平移式、辐射式、平移与辐射混合布置。平移式缆机可同塔机错开布置或高低平台错开布置。

对于门塔机，有坝外坝内栈桥和蹲块三种布置形式。

对于其他浇筑机械，如汽车吊、胶带机、履带机、混凝土泵机比较灵活，就胶带机根据控制的仓位大小可设为固定式或移动式，履带式多在高度不大的水闸、消能工程及坝体基础部位使用。

对于水电站厂房，就整体分为下部结构(包括尾水管、锥管、蜗壳、大的孔洞结构和大体积钢筋混凝土结构)及上部结构(由钢筋混凝土板、柱、梁组成)。在安排施工方案时应结合闸坝工程方案及布置统一考虑。门式和塔式起重机通常都布置在厂房上下游，沿厂房轴线方向移动，一般不设栈桥，后期视需要将门机移到尾水平台或厂坝之间。履带起重机可作为辅助机械，浇筑厂房下部及电站进水渠、尾水渠等板状结构物，对于起重机浇筑不到的部位也可采用胶带机械或混凝土泵进行施工。

对于大体积混凝土一般有温控要求，在拟定施工方案时，应明确分缝分块浇筑方法，按照分缝分块的具体方式、大小和厚度要求对全部浇筑体进行横断面与纵向的分区分块划分，并排列它们的浇筑顺序，在浇筑过程中及浇筑之后，有温控措施要求的，必然会增加施工环节，如浇筑后采用人工冷却或自然冷却都会存在冷却时间过程，所以在拟订方案时也应注意。对于混凝土浇筑中发生时间消耗的温控过程均应在方案中予以考虑。

对于结构较为复杂的厂房混凝土，在拟订方案时，其施工程序一般按基础填塘、弯管段和扩散段、底板、尾水弯管段、尾水扩散段、蜗壳侧墙、厂房上下游墙、厂房屋顶、二期混凝土、机组安装、厂房装修等几个施工区(块)和部分进行。这里应说明的问题是土建与安装是作为两种类型的工程对待，单位工程施工组织设计是分别编制的，但在编制时应互相照应，互相协调。

3.2.7　地下工程施工方案的确定

地下工程一般是指在岩土地下修建建筑物，地下工程开挖施工，受到工程地质、水文地质、水工结构特征和施工条件的制约。开挖方法对应不同地质条件，应有钻孔爆破法和机械开挖法、盾构法等。

地下工程开挖施工方案的选择主要体现在施工方法和机械的选择方面。

1.钻孔爆破法开挖

采用钻孔爆破法开挖一般施工顺序为放线、钻孔、清孔装药连线、起爆、排烟、危石清理、支护等工序，但在特殊的不良地质地段，可采取超前支护、灌浆加固、反拱支撑法、地下水堵排法等非常规的工序过程。

(1)对于平洞开挖有全断面开挖台阶法开挖、导洞法开挖，所以对于大断面隧洞还涉及断面的分区以及各区开挖的顺序问题，这在方案选择中都是要明确的。

(2)对于竖井及斜井开挖。无论哪种类型的竖井(有门井、高压管道井、通风井、井水口竖井及施工竖井)，其方法按开挖顺序有自上而下、开挖全断面开挖、自下而上开挖。对大中断面竖井开挖，可针对不同坡度采取自上而下或自下而上的分段钻孔爆破法，采用斗车箕斗出渣或导井留渣从底部出渣。

(3)对于地下厂房开挖，由于地下厂房的构成复杂，有主厂房引水洞、高压管道、尾水洞、副厂房、主变室出线电缆洞、调压室、交通洞、通风洞等洞群组成。洞群相互平行交叉，施工技术复杂，开挖、支护、衬砌、安装平行交叉作业。因此在考虑施工方法时要统筹兼顾，根据围岩稳定状况、交通运输方式及支护方式等条件综合分析确定。厂房开挖的方法主要反映在各厂房断面各部位的顺序方面。一般情况下，先开挖和衬砌顶拱，即顶拱支撑法，但当地质条件较差的区段，可采用核心支撑法，先开挖两侧，浇混凝土边墙，然后开挖衬砌顶拱，再挖除厂房中间岩体，而中间岩体多采用深孔梯段爆破，台阶开挖顶拱部分采用分部开挖，其方法有三种:①先开挖中部，然后两侧分部开挖，一般在顶拱开挖完毕，再进行混凝土衬砌；②先开挖两侧，然后扩挖中部，可分部进行混凝土衬砌，先衬砌两侧，后衬砌中间拱部；③肋拱法。

(4)开挖中的机械选用是编制开挖施工方案的主要内容之一，涉及钻孔、出渣、运输、装渣、通风等机械，最主要的还是钻孔机械的选用。近20年来，钻孔机械发展迅速，特别是液压凿岩台车，已得到普及。我国除小型隧洞仍采用手风钻孔开挖外，大中型隧洞大部分主要已采用液压凿岩台车钻孔，凿岩台车有不同的型号(有两臂钻、四臂钻)，可用于不同断面大小的隧洞开挖。

2.其他方法

除钻孔爆破法以外，还有针对软土层或流沙地带采取的盾构方法，还有适应各类围岩的掘井机开挖。

想一想　练一练:

1.土方开挖工程中，施工机械选择应考虑什么问题?

2.土方开挖在不同部位施工时分别使用什么方法进行?

3.工程量的大小与施工方案的确定有何关系?

知识拓展:对于一个工程建设项目来讲，在进行工程施工方案编制的时候，如何考虑整个工程成本的控制，在满足使用先进技术的同时，如何考虑满足快速、高效的原则。