專利名稱：堆石混凝土大壩施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大壩施工方法，特別涉及一種采用流動(dòng)性好且抗材料分離性強(qiáng)的混凝土材料、壓漿混凝土施工工藝和堆石壩施工技術(shù)結(jié)合運(yùn)用于大壩施工的工藝方法。
背景技術(shù)：
大壩混凝土由于其大體積的特點(diǎn)，要盡量降低混凝土的水化熱和成本，也就是應(yīng)該盡量降低水泥用量。一般而言，采用大粒徑骨料可以起到這樣的作用，因此，目前大壩混凝土往往采用四級(jí)配，骨料最大粒徑可達(dá)到15cm。常規(guī)的混凝土如果采用更大的骨料，在施工過程中，受到拌和能力、振搗能力的限制，比較困難。
堆石壩作為一種常見的壩型，目前常見的碾壓堆石壩的施工過程為從料場(chǎng)采料，利用汽車運(yùn)輸直接上壩，然后利用重型振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓使堆石體達(dá)到設(shè)計(jì)密實(shí)度。其施工工序簡(jiǎn)便，壩體造價(jià)低。但是，堆石壩的體積比混凝土壩大，特別是一般堆石壩均不能過水，需要另行設(shè)置溢洪道，增加大量工程造價(jià)。另外，堆石壩的防滲體如采用粘土心墻，則施工干擾大，受氣候影響，還容易因非均勻沉降造成心墻開裂。近年來迅速發(fā)展的鋼筋混凝土面板堆石壩，面板的防裂也還存在很多問題。
現(xiàn)有的混凝土大壩施工方法有以下兩種柱狀施工方法和碾壓混凝土施工方法。
傳統(tǒng)的柱狀法施工是以分塊澆筑配合溫控措施進(jìn)行的，該方法在混凝土大壩的施工中得到了廣泛的應(yīng)用。如早期的美國(guó)胡佛混凝土重力拱壩和現(xiàn)在的中國(guó)三峽混凝土重力壩。這種施工方式在保證混凝土施工質(zhì)量和控制混凝土開裂方面取得了很多的經(jīng)驗(yàn)，仍然是目前最常見的大壩混凝土施工方式。但是，這種傳統(tǒng)的混凝土施工需要大量的模板，并且需要內(nèi)埋冷卻水管等多種溫控措施，工序多，成本高，施工速度較低。
碾壓混凝土施工方法是上個(gè)世紀(jì)七十年代美國(guó)Raphael教授提出的(Raphael，M.，“Theoptimum gravity dam”，Proceedings of Conference on Rapid Construction of ConcreteDams，Asilomar，1970)，該方法采用零塌落度的干硬混凝土和振動(dòng)碾壓技術(shù)，施工速度快，溫控措施簡(jiǎn)化，具有速度快，成本低的優(yōu)勢(shì)。采用碾壓混凝土的大壩越來越多，在中國(guó)已經(jīng)建成超過100m高的碾壓混凝土拱壩(石門子拱壩和沙牌拱壩)，正在開工建設(shè)的龍灘碾壓混凝土重力壩壩高更超過200m。但是碾壓混凝土層間結(jié)合相對(duì)薄弱，特別是由于速度快，溫控簡(jiǎn)化，在大壩施工后期和運(yùn)行前期，混凝土溫度仍然較高，已有部分工程在這一階段發(fā)生裂縫，需要進(jìn)行修補(bǔ)。這些由于溫度荷載引起的裂縫主要是由于碾壓混凝土的水泥用量雖然比常規(guī)混凝土低，但是，碾壓混凝土的水化熱仍有相當(dāng)大的量。目前碾壓混凝土拱壩等采用誘導(dǎo)縫、結(jié)構(gòu)縫等結(jié)構(gòu)措施來降低開裂的風(fēng)險(xiǎn)，但施工復(fù)雜程度增加。
由美國(guó)Weltz提出的壓漿混凝土施工技術(shù)，在防波堤、大橋橋墩等施工中廣泛應(yīng)用。壓漿混凝土(Prepacked Concrete)是先將經(jīng)過篩分的粗骨料填充到模板倉(cāng)內(nèi)，再用特制的砂漿注入粗骨料空隙中而形成混凝土，也稱為預(yù)填骨料混凝土(Preplaced AggregateConcrete)。它的提出是基于一種稱為助灌劑的外加劑，提高了砂漿的流動(dòng)性，在水下混凝土中，這種流動(dòng)性更得到了保證。在壓漿混凝土施工中，關(guān)鍵是防止灌注砂漿材料的分離，保證把正常的砂漿送入粗骨料的空隙中。
壓漿混凝土的施工有兩種方式，第一種稱為分層澆筑，即先填筑粗骨料，其后進(jìn)行砂漿灌注到表面，形成施工縫，然后對(duì)施工縫表面進(jìn)行處理，再填筑下一倉(cāng)粗骨料，反復(fù)進(jìn)行。第二種方式由于首先在馬基納克橋工程中使用，稱為馬基納克方式，即先填筑粗骨料，然后進(jìn)行砂漿灌注，但只灌注到表面以下一定高程，在粗骨料內(nèi)部形成接縫，這一接縫面不進(jìn)行處理。由于粗骨料相互咬合，也有很好的力學(xué)性能。1966年日本土木學(xué)會(huì)就已制定了《壓漿混凝土的施工指南》，1974年修訂后，已合并到《昭和49年版混凝土標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》。
壓漿混凝土由于大量使用砂漿材料進(jìn)行灌注，水泥用量大，材料成本高，水化熱大，因而至今為止從來沒有在大壩施工中得到應(yīng)用。
自密實(shí)混凝土(Self-Compacting Concrete)、高流動(dòng)混凝土、自流平混凝土是流動(dòng)性好且抗材料分離性強(qiáng)的混凝土。如自密實(shí)混凝土是在新型高效減水劑的幫助下，得到流動(dòng)性極佳的混凝土，不需要振搗就可以達(dá)到自密實(shí)的效果(大內(nèi)雅博，Current conditions ofself-compacting concrete in Japan，“Proceeding of the Second InternationalSymposium on Self-Compacting Concrete”，63-68，2001.)。自密實(shí)混凝土不易發(fā)生材料分離，泌水性很小，在混凝土表面不會(huì)產(chǎn)生乳皮層，因此，新、老混凝土接觸面連接性能良好，不需要特別處理就可以達(dá)到很好的效果。另外，這種混凝土的強(qiáng)度也較高，有比較好的綜合性能，所以，也稱高性能混凝土(Super Quality Concrete)。
日本土木學(xué)會(huì)已出版了高性能混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工導(dǎo)則(日本土木學(xué)會(huì)，“自密實(shí)高強(qiáng)度高耐久性混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工導(dǎo)則”，(日文)2001)，在大壩預(yù)制廊道結(jié)合部等不易振搗的部位已全面采用自密實(shí)混凝土，如三室川等大壩均采用這一技術(shù)。另外，在日本明石海峽大橋這一世界上跨度最大的吊橋(主跨1991m)工程中也采用了高性能混凝土，方量達(dá)到29萬m3，工期從2.5年縮短為2年。但是同樣由于使用較多的水泥和高效減水劑造成其價(jià)格偏高，水化熱較大，世界上還沒有應(yīng)用自密實(shí)混凝土修建整座大壩的先例。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種堆石混凝土大壩施工方法，該方法能有效降低水泥用量，克服傳統(tǒng)的大壩混凝土施工所造成的工序多，成本高，施工速度較低的缺陷，并可有效降低混凝土的水化熱，具有工藝簡(jiǎn)單、絕熱溫升小，減少施工環(huán)節(jié)，加快施工速度等特點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種堆石混凝土大壩施工方法，該方法包括如下步驟(1)采用不經(jīng)篩分或初步篩分的堆石，利用堆石壩的施工方式將粗骨料直接入倉(cāng)，并在需要形成混凝土的部位預(yù)埋灌漿管；(2)將流動(dòng)性好且抗材料分離性強(qiáng)的混凝土通過預(yù)埋灌漿管填充到堆石的空隙中，形成堆石混凝土部分或整個(gè)壩體。
在本發(fā)明中，所述步驟(1)中當(dāng)堆石混凝土處于倉(cāng)面邊緣時(shí)，需要首先設(shè)置模板，可在模板上預(yù)留灌漿口，再將粗骨料入倉(cāng)。
本發(fā)明將流動(dòng)性好且抗材料分離性強(qiáng)的混凝土材料(如自密實(shí)混凝土、高流動(dòng)混凝土、自流平混凝土)、壓漿混凝土工藝和堆石壩施工技術(shù)結(jié)合運(yùn)用于大壩施工，所采用的流動(dòng)性好且抗材料分離性強(qiáng)的混凝土材料可優(yōu)選為自密實(shí)混凝土，將其填入采用堆石壩施工技術(shù)形成的大壩堆石體，得到堆石混凝土，就可以實(shí)現(xiàn)一種新的大壩混凝土施工方式，稱為堆石混凝土大壩施工方法。堆石混凝土在大壩中可以作為混凝土心墻或者混凝土壩體。堆石混凝土大壩的粗骨料直接采用不經(jīng)篩分或初步篩分的堆石，即采用碾壓堆石壩的方式將粗骨料直接入倉(cāng)，然后采用壓漿混凝土的施工方式利用預(yù)埋的灌漿管將用于充填的混凝土填充到堆石的空隙中，形成堆石混凝土。因此可以使用更大粒徑的骨料，達(dá)到進(jìn)一步節(jié)省水泥降低成本的效果。同時(shí)由于工藝簡(jiǎn)單，減少了施工環(huán)節(jié)，可以大大縮短工期。
采用本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)如下①堆石混凝土的粗骨料采用堆石，粒徑大，單位體積混凝土中所用水泥量小，因此，成本低，同時(shí)可以有效降低混凝土絕熱溫升，簡(jiǎn)化溫控措施。
②只需要拌和小粒徑的混凝土，拌和樓大大減小，而且不需要振搗器振搗，簡(jiǎn)化了混凝土施工工藝。如果采用粗篩分，大骨料直接上壩碾壓，小骨料可以用來生產(chǎn)用于充填的混凝土骨料和砂，可以充分利用材料。
③混凝土的澆筑過程主要有堆石體碾壓和混凝土填充兩個(gè)過程，前者和土石壩施工近似，后者并不需要振搗，工序簡(jiǎn)化，可以加快施工速度。這在大壩建設(shè)中，也是十分重要的優(yōu)點(diǎn)。
④對(duì)于交通不便的施工現(xiàn)場(chǎng)，由于運(yùn)送水泥的單價(jià)極高，因此顯著節(jié)省水泥的堆石混凝土大壩施工方法在此類地點(diǎn)具有極大的優(yōu)勢(shì)。


圖1是堆石混凝土大壩施工方法示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施方式之一堆石混凝土心墻堆石壩施工方法示意圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施方式之二堆石混凝土混合壩施工方法示意圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施方式之三堆石混凝重力壩或拱壩施工方法示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施方式本發(fā)明是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，將流動(dòng)性好且抗材料分離性強(qiáng)的自密實(shí)混凝土材料、壓漿混凝土工藝和堆石壩施工技術(shù)結(jié)合運(yùn)用于大壩施工，采用不經(jīng)篩分或初步篩分的堆石3，利用堆石壩的施工方式將粗骨料直接入倉(cāng)，并在需要形成混凝土的部位預(yù)埋灌漿管2；然后將自密實(shí)混凝土1通過預(yù)埋灌漿管填充到堆石的空隙中，形成堆石混凝土部分或整個(gè)壩體。當(dāng)堆石混凝土處于倉(cāng)面邊緣時(shí)，需要首先設(shè)置模板4，再將粗骨料3入倉(cāng)。
實(shí)施例1堆石混凝土心墻堆石壩的施工方式如圖2所示，在傳統(tǒng)的堆石壩中采用堆石混凝土心墻8作為防滲體，建造堆石混凝土心墻堆石壩。
首先，按照堆石壩的要求統(tǒng)一填筑上游壩體6及下游壩體7，但在填筑過程中，在心墻部位埋設(shè)灌漿管2，當(dāng)壩體填筑到一定施工層厚5以后，利用這些灌漿管2進(jìn)行堆石混凝土施工，形成堆石混凝土心墻。本施工方式可以完全不用模板4進(jìn)行施工。自密實(shí)混凝土1在堆石體中的流動(dòng)停止后自動(dòng)形成堆石混凝土心墻。接縫可以采用馬基納克方式施工。
實(shí)施例2堆石混凝土混合壩的施工方式在大壩上游側(cè)立模板4，首先進(jìn)行堆石體3填筑，然后在上游側(cè)進(jìn)行堆石混凝土施工，在上游側(cè)形成混凝土擋墻9，同時(shí)作為防滲體，見圖3。如果大壩較高，上游側(cè)混凝土擋墻9的厚度較大，不僅需要從上游模板側(cè)面4上預(yù)留的灌漿口灌注自密實(shí)混凝土，還需要從頂部預(yù)埋灌漿管2進(jìn)行灌注。
由于采用的是堆石混凝土施工，上游側(cè)重力式擋墻9和下游側(cè)堆石體7的骨料相互咬合，有利于在上游水壓作用下的兩者聯(lián)合作用。
這種壩型與堆石混凝土心墻堆石壩相比，因?yàn)樯嫌蝹?cè)是混凝土重力式擋墻，壩體的總體積大大減少，可以降低造價(jià)和加快施工進(jìn)度。另外，上游側(cè)重力式擋墻的施工質(zhì)量容易檢測(cè)也是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。本施工應(yīng)用需要在上游面設(shè)置模板4。
實(shí)施例3堆石混凝土重力壩或拱壩施工方式為了進(jìn)一步減少壩體體積，還可以采用全斷面注入自密實(shí)混凝土1的方式澆筑堆石混凝土重力壩或拱壩，形成全斷面堆石混凝土，見圖4。本施工需要在上、下游面設(shè)置模板4。由于大壩堆石混凝土中水泥少，絕熱溫升低，可以在控制大壩自密實(shí)混凝土1注入溫度等溫控措施的基礎(chǔ)上，不埋設(shè)冷卻水管，進(jìn)行通倉(cāng)澆筑，這樣可以在節(jié)約造價(jià)的基礎(chǔ)上，達(dá)到快速施工的目的。另外，和堆石混凝土混合壩結(jié)合，在一個(gè)水利樞紐中，采用堆石混凝土混合壩作為擋水壩段，采用堆石混凝土重力壩作為溢流壩段，可以實(shí)現(xiàn)壩身泄洪，將使這一壩型的優(yōu)越性得到更大的發(fā)揮。
權(quán)利要求
1.一種堆石混凝土大壩施工方法，該方法包括如下步驟(1)采用不經(jīng)篩分或初步篩分的堆石，利用堆石壩的施工方式將粗骨料直接入倉(cāng)，并在需要形成混凝土的部位預(yù)埋灌漿管；(2)將流動(dòng)性好且抗材料分離性強(qiáng)的混凝土通過預(yù)埋灌漿管填充到堆石的空隙中，形成堆石混凝土部分壩體或整個(gè)壩體。
2.按照權(quán)利要求1所述的堆石混凝土大壩施工方法，其特征在于所述步驟(1)中堆石混凝土處于倉(cāng)面邊緣時(shí)，需要首先設(shè)置模板，再將粗骨料入倉(cāng)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的堆石混凝土大壩施工方法，其特征在于所述的流動(dòng)性好且抗材料分離性強(qiáng)的混凝土采用自密實(shí)混凝土。
全文摘要
堆石混凝土大壩施工方法，涉及一種采用流動(dòng)性好且抗材料分離性強(qiáng)的混凝土材料、借鑒壓漿混凝土施工工藝并與堆石壩施工技術(shù)結(jié)合運(yùn)用于大壩施工的工藝方法。本發(fā)明采用不經(jīng)篩分或初步篩分的堆石，利用堆石壩的施工方式將粗骨料直接入倉(cāng)，并在需要形成混凝土的部位預(yù)埋灌漿管；然后將用于充填的混凝土通過預(yù)埋灌漿管填充到堆石的空隙中，形成堆石混凝土部分壩體或整個(gè)壩體。該方法采用堆石作為骨料，減少水泥用量，節(jié)省成本，施工速度快，可有效降低混凝土的水化熱，具有工藝簡(jiǎn)單，施工環(huán)節(jié)少等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E02B7/02GK1521363SQ0310267
公開日2004年8月18日 申請(qǐng)日期2003年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月14日
發(fā)明者金峰, 安雪暉, 金 峰 申請(qǐng)人:清華大學(xué)