水利水电工程施工技术(第三版)
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第二节 砌石工程

干砌石

干砌石是指不用任何胶凝材料把石块砌筑起来,包括干砌块(片)石、干砌卵石。一般用于土坝(堤)迎水面护坡、渠系建筑物进出口护坡及渠道衬砌、水闸上下游护坦、河道护岸等工程。

(一)砌筑前的准备工作

1.备料

在砌石施工中为缩短场内运距,避免停工待料,砌筑前应尽量按照工程部位及需要数量分片备料,并提前将石块的水锈、淤泥洗刷干净。

2.基础清理

砌石前应将基础开挖至设计高程,淤泥、腐殖土以及混杂的建筑残渣应清除干净,必要时将坡面或底面夯实,然后再进行铺砌。

3.铺设反滤层

在干砌石砌筑前应铺设砂砾反滤层,其作用是将块石垫平,不致使砌体表面凹凸不平,减少其对水流的摩阻力;减少水流或降水对砌体基础土壤的冲刷;防止地下渗水逸出时带走基础土粒,避免砌筑面下陷变形。

反滤层的各层厚度、铺设位置、材料级配和粒径以及含泥量均应满足规范要求,铺设时应与砌石施工配合,自下而上,随铺随砌,接头处各层之间的连接要层次清楚,防止层间错动或混淆。

(二)干砌石施工

1.施工方法

常采用的干砌块石的施工方法有两种,即花缝砌筑法和平缝砌筑法。

(1)花缝砌筑法。花缝砌筑法多用于干砌片(毛)石。砌筑时,依石块原有形状,使尖对拐、拐对尖,相互联系砌成。砌石不分层,一般多将大面向上,如图2-1所示。这种砌法的缺点是底部空虚,容易被水流淘刷变形,稳定性较差,且不能避免重缝、迭缝、翅口等毛病。但此法的优点是表面比较平整,故可用于流速不大、不承受风浪淘刷的渠道护坡工程。

(2)平缝砌筑法。平缝砌筑法一般多适用于干砌块石的施工,如图2-2所示。砌筑时将石块宽面与坡面竖向垂直,与横向平行。砌筑前,安放一块石块必须先进行试放,不合适处应用小锤修整,使石缝紧密,最好不塞或少塞石子。这种砌法横向设有通缝,但竖向直缝必须错开。如砌缝底部或块石拐角处有空隙,则应选用适当的片石塞满填紧,以防止底部砂砾垫层由缝隙淘出,造成坍塌。

图2-1 花缝砌筑法示意图

图2-2 平缝砌筑法示意图

干砌块石是依靠块石之间的摩擦力来维持其整体稳定的。若砌体发生局部移动或变形,将会导致整体破坏。边口部位是最易损坏的地方,所以,封边工作十分重要。对护坡水下部分的封边,常采用大块石单层或双层干砌封边,然后将边外部分用黏土回填夯实,有时也可采用浆砌石埂进行封边。对护坡水上部分的顶部封边,则常采用比较大的方正块石砌成40cm左右宽度的平台,平台后所留的空隙用黏土回填分层夯实(图2-3)。对于挡土墙、闸翼墙等重力式墙身顶部,一般用混凝土封闭。

2.干砌石的砌筑要点

造成干砌石施工缺陷的原因主要是由于砌筑技术不良、工作马虎、施工管理不善以及测量放样错漏等。缺陷主要有缝口不紧、底部空虚、鼓心凹肚、重缝、飞缝、飞口(即用很薄的边口未经砸掉便砌在坡上)、翅口(上、下两块都是一边厚一边薄,石料的薄口部分互相搭接)、悬石(两石相接不是面的接触,而是点的接触)、浮塞叠砌、严重蜂窝以及轮廓尺寸走样等(图2-4)。

干砌石施工必须注意以下几点:

(1)干砌石工程在施工前,应进行基础清理工作。

(2)凡受水流冲刷和浪击作用的干砌石工程中采用竖立砌法(即石块的长边与水平面或斜面呈垂直方向)砌筑,以期空隙为最小。

(3)重力式挡土墙施工,严禁先砌好里外砌石面,中间用乱石充填并留下空隙和蜂窝。

(4)干砌块石的墙体露出面必须设丁石(拉结石),丁石要均匀分布。同一层的丁石长度,如墙厚不大于40cm,丁石长度应等于墙厚;如墙厚大于40cm,则要求同一层内外的丁石相互交错搭接,搭接长度不小于15cm,其中一块的长度不小于墙厚的2/3。

(5)如用料石砌墙,则两层顺砌后应有一层丁砌,同一层采用丁顺组砌时,丁石间距不宜大于2m。

图2-3 干砌块石封边(单位:m)

1—黏土夯实;2—垫层

图2-4 干砌石缺陷

(6)用干砌石做基础,一般下大上小,呈阶梯状,底层应选择比较方整的大块石,上层阶梯至少压住下层阶梯块石宽度的1/3。

(7)大体积的干砌块石挡土墙或其他建筑物,在砌体每层转角和分段部位,应先采用大而平整的块石砌筑。

(8)护坡干砌石应自坡脚开始自下而上进行。

(9)砌体缝口要砌紧,空隙应用小石填塞紧密,防止砌体在受到水流的冲刷或外力撞击时滑脱沉陷,以保持砌体的坚固性。一般规定干砌石砌体空隙率应不超过30%~50%。

(10)干砌石护坡的每一块石顶面一般不应低于设计位置5cm,不高出设计位置15cm。

浆砌石

浆砌石是用胶结材料把单个的石块联结在一起,使石块依靠胶结材料的黏结力、摩擦力和块石本身重量结合成为新的整体,以保持建筑物的稳固;同时,充填着石块间的空隙,堵塞了一切可能产生的漏水通道。浆砌石具有良好的整体性、密实性和较高的强度,使用寿命更长,还具有较好地防止渗水和抵抗水流冲刷的能力。

浆砌石施工的砌筑要领可概括为“平、稳、满、错”4个字。平,同一层面大致砌平,相邻石块的高差宜小于2~3cm;稳,单块石料的安砌务求自身稳定;满,灰缝饱满密实,严禁石块间直接接触;错,相邻石块应错缝砌筑,尤其不允许顺水流方向通缝。

(一)砌筑工艺

浆砌石工程砌筑的工艺流程如图2-5所示。

1.铺筑面准备

对开挖成形的岩基面,在砌石开始之前应将表面已松散的岩块剔除,具有光滑表面的岩石须人工凿毛,并清除所有岩屑、碎片、泥沙等杂物。土壤地基按设计要求处理。

对于水平施工缝,一般要求在新一层块石砌筑前凿去已凝固的浮浆,并进行清扫、冲洗,使新旧砌体紧密结合。对于临时施工缝,在恢复砌筑时,必须进行凿毛、冲洗处理。

图2-5 浆砌石工艺流程

2.选料

砌筑所用石料,应是质地均匀、没有裂缝、没有明显风化迹象、不含杂质的坚硬石料。严寒地区使用的石料,还要求具有一定的抗冻性。

3.铺(坐)浆

对于块石砌体,由于砌筑面参差不齐,必须逐块坐浆、逐块安砌,在操作时还须认真调整,务使坐浆密实,以免形成空洞。

坐浆一般只宜比砌石超前0.5~1m,坐浆应与砌筑相配合。

4.安放石料

把洗净的湿润石料安放在坐浆面上,用铁锤轻击石面,使坐浆开始溢出为度。

石料之间的砌缝宽度应严格控制,采用水泥砂浆砌筑时,块石的灰缝厚度一般为2~4cm,料石的灰缝厚度为0.5~2cm;采用小石混凝土砌筑时,一般为所用骨料最大粒径的2~2.5倍。

安放石料时应注意,不能产生细石架空现象。

5.竖缝灌浆

安放石料后,应及时进行竖缝灌浆。一般灌浆与石面齐平,水泥砂浆用捣插棒捣实,待上层摊铺坐浆时一并填满。

6.振捣

水泥砂浆常用捣棒人工插捣,小石混凝土一般采用插入式振动器振捣。应注意对角缝的振捣,防止重振或漏振。

每一层铺砌完24~36h后(视气温及水泥种类、胶结材料强度等级而定),即可冲洗,准备上一层的铺砌。

(二)浆砌石施工

1.基础砌筑

基础施工应在地基验收合格后方可进行。基础砌筑前,应先检查基槽(或基坑)的尺寸和标高,清除杂物,接着放出基础轴线及边线。

砌第一层石块时,基底应坐浆。对于岩石基础,坐浆前还应洒水湿润。第一层使用的石块尽量挑大一些的,这样受力较好,并便于错缝。石块第一层都必须大面向下放稳,以脚踩不动即可。不要用小石块来支垫,要使石面平放在基底上,使地基受力均匀基础稳固。选择比较方正的石块,砌在各转角上,称为角石,角石两边应与准线相合。角石砌好后,再砌里、外面的石块,称为面石;最后砌填中间部分,称为腹石。砌填腹石时应根据石块自然形状交错放置,尽量使石块间缝隙最小,再将砂浆填入缝隙中,最后根据各缝隙形状和大小选择合适的小石块放入用小锤轻击,使石块全部挤入缝隙中。禁止采用先放小石块后灌浆的方法。

接砌第二层以上石块时,每砌一块石块,应先铺好砂浆,砂浆不必铺满、铺到边,尤其在角石及面石处,砂浆应离外边约4.5cm,并铺得稍厚一些,当石块往上砌时,恰好压到要求厚度,并刚好铺满整个灰缝。灰缝厚度宜为20~30mm,砂浆应饱满。阶梯形基础上的石块应至少压砌下级阶梯的1/2,相邻阶梯的块石应相互错缝搭接。基础的最上一层石块,宜选用较大的块石砌筑。基础的第一层及转角处和交接处,应选用较大的块石砌筑。块石基础的转角及交接处应同时砌起。如不能同时砌筑又必须留槎时,应砌成斜槎。

块石基础每天可砌高度不应超过4.2m。在砌基础时还必须注意不能在新砌好的砌体上抛掷块石,这会使已黏在一起的砂浆与块石受震动而分开,影响砌体强度。

2.挡土墙

砌筑块石挡土墙时,块石的中部厚度不宜小于20cm;每砌3~4皮为一分层高度,每个分层高度应找平一次;外露面的灰缝厚度,不得大于4cm,两个分层高度间的错缝不得小于8cm(图2-6)。

料石挡土墙宜采用同皮内丁顺相间的砌筑形式。当中间部分用块石填筑时,丁砌料石伸入块石部分的长度应小于20cm。

3.桥、涵拱圈

图2-6 块石挡土墙立面(单位:mm)

浆砌拱圈一般选用于小跨度的单孔桥拱、涵拱施工,施工方法及步骤如下:

(1)拱圈石料的选择。拱圈的石料一般为经过加工的料石,石块厚度不应小于15cm。石块的宽度为其厚度的1.5~2.5倍,长度为厚度的2~4倍,拱圈所用的石料应凿成楔形(上宽下窄),如不用楔形石块时,则应用砌缝宽度的变化来调整拱度,但砌缝厚薄相差最大不应超过1cm,每一石块面应与拱压力线垂直。因此拱圈砌体的方向应对准拱的中心。

(2)拱圈的砌缝。浆砌拱圈的砌缝应力求均匀,相邻两行拱石的平缝应相互错开,其相错的距离不得小于10cm。砌缝的厚度决定于所选用的石料,选用细料石,其砌缝厚度不应大于1cm;选用粗料石,砌缝不应大于2cm。

(3)拱圈的砌筑程序与方法。拱圈砌筑之前,必须先做好拱座。为了使拱座与拱圈结合好,须用起拱石。起拱石与拱圈相接的面,应与拱的压力线垂直。当跨度在10m以下时,拱圈的砌筑一般应沿拱的全长和全厚,同时由两边起拱石对称地向拱顶砌筑;当跨度大于10m时,则拱圈砌筑应采用分段法进行。分段法是把拱圈分为数段,每段长可根据全拱长来决定,一般每段长3~6m。各段依一定砌筑顺序进行(图2-7),以达到使拱架承重均匀和拱架变形最小的目的。拱圈各段的砌筑顺序是:先砌拱脚,再砌拱顶,然后砌1/4处,最后砌其余各段。砌筑时一定要对称于拱圈跨中央。各段之间应预留一定的空缝,防止在砌筑中拱架变形面产生裂缝,待全部拱圈砌筑完毕后,再将预留空缝填实。

图2-7 拱圈分段及空缝结构图(单位:mm)

1—拱顶石;2—空缝;3—垫块;4—拱模板①②③④⑤—砌筑程序

(三)勾缝与伸缩缝

1.墙面勾缝

石砌体表面进行勾缝的目的,主要是加强砌体整体性,同时还可增加砌体的抗渗能力,另外也美化外观。

勾缝按其形式可分为凹缝、平缝、凸缝等,如图2-8所示。凹缝又可分为半圆凹缝、平凹缝;凸缝可分为平凸缝、半圆凸缝、三角凸缝等。

图2-8 石墙面勾缝形式

勾缝的程序是在砌体砂浆未凝固以前,先沿砌缝将灰缝剔深20~30mm形成缝槽,待砌体完成砂浆凝固以后再进行勾缝。勾缝前,应将缝槽冲洗干净,自上而下,不整齐处应修整。勾缝的砂浆宜用水泥砂浆,砂用细砂。砂浆稠度要掌握好,过稠勾出缝来表面粗糙不光滑,过稀容易坍落走样。最好不使用火山灰质水泥,因为这种水泥干缩性大,勾缝容易开裂。砂浆强度等级应符合设计规定,一般应高于原砌体的砂浆强度等级。

勾凹缝时,先用铁钎子将缝修凿整齐,再在墙面上浇水湿润,然后将浆勾入缝内,再用板条或绳子压成凹缝,用灰抿赶压光平。凹缝多用于石料方正、砌得整齐的墙面。勾平缝时,先在墙面洒水,使缝槽湿润后,将砂浆勾于缝中赶光压平,使砂浆压住石边,即成平缝。勾凸缝时,先浇水润湿缝槽,用砂浆打底与石面相平,而后用扫把扫出麻面,待砂浆初凝后抹第二层,其厚度约为1cm,然后用灰抿拉出凸缝形状。凸缝多用于不平整石料。砌缝不平时,把凸缝移动一点,可使表面美观。

砌体的隐蔽回填部分,可不专门做勾缝处理,但有时为了加强防渗,应事先在砌筑过程中,用原浆将砌缝填实抹平。

2.伸缩缝

浆砌体常因地基不均匀沉陷或砌体热胀冷缩可能导致产生裂缝。为避免砌体发生裂缝,一般在设计中均要在建筑物某些接头处设置伸缩缝(沉陷缝)。施工时,可按照设计规定的厚度、尺寸及不同材料做成缝板。缝板有油毛毡(一般常用三层油毛毡刷沥青制成)、沥青杉板(杉板两面刷沥青)等,其厚度为设计缝宽,一般均砌在缝中。如采用前者,则需先立样架,将伸缩缝一边的砌体砌筑平整,然后贴上油毡,再砌另一边;如采用沥青杉板做缝板,最好是架好缝板,两面同时等高砌筑,不需再立样架。

(四)砌体养护

为使水泥得到充分的水化反应,提高胶结材料的早期强度,防止胶结材料干裂,应在砌体胶结材料终凝后(一般砌完6~8h)及时洒水养护14~21d,最低限度不得少于7d。养护方法是配专人洒水,经常保持砌体湿润,也可在砌体上加盖湿草袋,以减少水分的蒸发。夏季的洒水养护还可起降温的作用。由于日照长、气温高、蒸发快,一般在砌体表面要覆盖草袋、草帘等,白天洒水7~10次,夜间蒸发少且有露水,只需洒水2~3次即可满足养护需要。

冬季当气温降至0℃以下时,要增加覆盖草袋、麻袋的厚度,加强保温效果。冰冻期间不得洒水养护。砌体在养护期内应保持正温。砌筑面的积水、积雪应及时清除,防止结冰。冬季水泥初凝时间较长,砌体一般不宜采用洒水养护。

养护期间不能在砌体上堆放材料、修凿石料、碰动块石,否则会引起胶结面的松动脱离。砌体后隐蔽工程的回填,在常温下一般要在砌后28d方可进行,小型砌体可在砌后10~12d进行回填。