本發(fā)明涉及水利水電工程材料、結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種適用水利水電工程的超高堆石壩結(jié)構(gòu)及其施工方法。

背景技術(shù)：
混凝土面板堆石壩是目前壩工建設(shè)中最富競(jìng)爭(zhēng)力和最具發(fā)展前景的壩型之一。該壩型具有造價(jià)低、安全性高和適應(yīng)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而受到壩工界的普遍重視，具有極好的應(yīng)用前景，是許多工程的首選壩型，目前我國(guó)已建和在建的面板堆石壩以超過(guò)150多座,其中100m以上的37座。現(xiàn)代混凝土堆石壩的發(fā)展趨勢(shì)是壩越建越高、工程規(guī)模越來(lái)越大，我國(guó)通過(guò)天生橋一級(jí)(最大壩高178m)、水布埡(最大壩高233m)等工程的建設(shè)實(shí)踐，筑壩技術(shù)相對(duì)成熟，為300m級(jí)超高面板堆石壩的發(fā)展奠定了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。隨著我國(guó)西南水電開(kāi)發(fā)進(jìn)度的加快，在交通不便經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)如金沙江、瀾滄江、怒江、雅礱江、大渡河和黃河上游以及西藏的雅魯藏布江等，有許多適宜建設(shè)高面板堆石壩的河谷地形地質(zhì)條件，如古水、馬吉等水電站，壩高都在250～300m左右，因不能把握300m級(jí)高面板堆石壩的工程特性、關(guān)鍵技術(shù)和運(yùn)行特點(diǎn)，不能直接選擇面板堆石壩方案，而選用外來(lái)運(yùn)輸量大、造價(jià)高的混凝土壩方案或體積大且占用耕地多對(duì)環(huán)境和水土保持易造成不利影響的土心墻堆石壩方案，有的工程在近壩區(qū)甚至沒(méi)有可用的防滲土料，這使得水電站經(jīng)濟(jì)指標(biāo)競(jìng)爭(zhēng)力降低。因此，工程建設(shè)各方迫切希望在300m級(jí)高面板堆石壩筑技術(shù)上所有突破。然而，面臨300m級(jí)甚至更高的超高塊石壩的建設(shè)目標(biāo)，仍存在多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難題，例如超高堆石壩的合理分區(qū)、筑壩材料特性對(duì)大壩變形特性的影響、超高堆石壩的變形特性及安全性、抗震安全性及工程措施等，尤其是在深厚覆蓋層基礎(chǔ)上筑壩，難以突破壩高的局限性,這些成為發(fā)展超高面板堆石壩的技術(shù)瓶頸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種適用水利水電工程的超高堆石壩結(jié)構(gòu)及施工方法，該超高堆石壩結(jié)構(gòu)的混凝土基座采用碾壓塊石混凝土結(jié)構(gòu)，從材料、結(jié)構(gòu)及施工方式等角度，解決深厚覆蓋層基礎(chǔ)上筑壩難題，突破壩體高度局限性，實(shí)現(xiàn)超高面板堆石壩的建設(shè)目標(biāo)。本發(fā)明提供的技術(shù)方案：所述一種適用水利水電工程的超高堆石壩結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述堆石壩包括碾壓塊石混凝土底座、堆石壩體和混凝土防滲面板，所述碾壓塊石混凝土底座是由多層碾壓塊石混凝土層通過(guò)振動(dòng)碾壓形成的高度為90m-110m的底座，每層碾壓塊石混凝土層是由下層混凝土、中層塊石和上層混凝土通過(guò)振動(dòng)碾壓形成，所述混凝土防滲面板是在堆砌好的碾壓塊石混凝土底座與堆石壩體上游采用混凝土澆筑形成的防滲面板。本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述每層碾壓塊石混凝土層的高度為0.5m～1.0m。本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述每層碾壓塊石混凝土層的下層混凝土采用二級(jí)配混凝土，混凝土坍落度在70mm～150mm；所述上層混凝土采用一級(jí)配碾壓混凝土，混凝土VC值在1s～5s；所述中層塊石為施工現(xiàn)場(chǎng)挖的直徑為40mm以上的塊石或卵石。本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述上層混凝土的砂石料采用施工現(xiàn)場(chǎng)挖的直徑為0～5mm和5～20mm的砂石料；下層混凝土的砂石料采用施工現(xiàn)場(chǎng)挖的直徑為0～5mm、5～20mm、20～40mm的砂石料；所述中層塊石為施工現(xiàn)場(chǎng)挖的直徑為40mm～300mm的塊石或卵石。本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述堆石壩體采用面板堆石壩。本發(fā)明提供進(jìn)一步的技術(shù)方案：一種適用水電水利工程的超高堆石壩結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于具體步驟如下：(1)施工前期的工作，按照面板堆石壩的相關(guān)技術(shù)要求，處理壩基與岸坡；(2)待步驟(1)完成之后，在處理好的壩基上采用二級(jí)配混凝土澆筑下層混凝土，下層混凝土的坍落度在70mm～150mm，厚度為200mm-300mm；(3)在下層混凝土未初凝前，選取顆粒粒徑40mm以上的塊石或卵石在下層混凝土上堆砌中層塊石；(4)待中層塊石堆砌好之后，將其整理平整后再在中層塊石上澆筑上層混凝土，直至上層混凝土填充中層塊石的石塊空隙，并高出中層塊石100mm-200mm高，上層混凝土采用VC值在1s～5s的一級(jí)配碾壓混凝土；(5)上層混凝土平倉(cāng)后，且在未初凝前，采用振動(dòng)壓路機(jī)在上層混凝土上振動(dòng)碾壓直至表面均勻泛漿，待上層混凝土凝固后形成碾壓塊石混凝土層，其振動(dòng)頻率20Hz-40Hz，激振力200kN-400kN，振動(dòng)碾行走速度在1.0km/h-1.5km/h；(6)重復(fù)步驟(2)至(5)，實(shí)現(xiàn)碾壓塊石混凝土底座的分層施工，直至90m-110m的高度，形成碾壓塊石混凝土底座；(8)在碾壓塊石混凝土底座上采用常規(guī)面板堆石壩的施工方法繼續(xù)施工200m-300m高的堆石壩體，堆石壩體從上游向下游依次分為墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)、主堆石區(qū)及下游堆石區(qū)；(9)待步驟(8)中的堆石壩體施工完成之后，在碾壓塊石混凝土底座和堆石壩體的上游分期澆筑混凝土防滲面板。在步驟(5)所述的振動(dòng)壓路機(jī)采用全液壓?jiǎn)武撦喺駝?dòng)壓路機(jī)，每層碾壓塊石混凝土層碾壓遍數(shù)0-15遍，碾壓完成后每層碾壓塊石混凝土層高度為0.5m～1.0m。所述上層混凝土的砂石料采用施工現(xiàn)場(chǎng)挖的直徑為0～5mm和5～20mm的砂石料；下層混凝土的砂石料采用施工現(xiàn)場(chǎng)挖的直徑為0～5mm、5～20mm、20～40mm的砂石料；所述中層塊石為施工現(xiàn)場(chǎng)挖的直徑為40mm以上的塊石或卵石。本發(fā)明具體是施工倉(cāng)面先澆筑下層混凝土，然后在混凝土上堆砌現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖料，開(kāi)挖料上再澆筑上層混凝土，最后通過(guò)振動(dòng)碾碾壓倉(cāng)面，增加結(jié)構(gòu)的整體均勻性，最終形成穩(wěn)固的碾壓塊石混凝土結(jié)構(gòu)。每層碾壓塊石混凝土層厚0.5m～1.0m，逐層連續(xù)施工，最終高度達(dá)到100m左右，作為超高面板堆石壩的基座結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中下層混凝土為二級(jí)配混凝土。均采用所在工程的混凝土用原材料，包括水、水泥、礦物摻和料、砂石料和外加劑拌制組成。所述的中層塊石為表面清潔的當(dāng)?shù)厮娝こ涕_(kāi)挖塊石或卵石。所述的上層混凝土為一級(jí)配碾壓混凝土。均采用所在工程的混凝土用原材料，包括水、水泥、礦物摻和料、砂石料和外加劑拌制組成?；炷罺C值在1s～5s為宜，可根據(jù)施工條件、現(xiàn)場(chǎng)氣候環(huán)境等影響因素適當(dāng)調(diào)整。本發(fā)明的有益效果：(1)本發(fā)明中混凝土層中的砂石以及中層塊石均為表面清潔的當(dāng)?shù)厮娝こ涕_(kāi)挖塊石或卵石，開(kāi)挖料根據(jù)粒徑大致分0～5mm、5～20mm、20～40mm及40～300mm，甚至更大粒徑，其中，在碾壓塊石混凝土中，0～5mm和5～20mm的砂石料用于拌制上層混凝土，0～5mm、5～20mm、20～40mm的砂石料用于拌制下層混凝土，40～300mm甚至更大粒徑的砂石料用于中間堆石體，充分利用當(dāng)?shù)亻_(kāi)挖料，基本做到無(wú)棄料，節(jié)能環(huán)保。(2)本發(fā)明的性能優(yōu)良，滿足超高面板堆石壩基座的技術(shù)要求。力學(xué)性能適中、水化溫升小、良好的體積穩(wěn)定性、層間抗剪能力強(qiáng)。作為超高面板堆石壩的基座結(jié)構(gòu)，有利于減少壩體大變形，降低整體沉降，保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及抗震安全性，尤其是在深厚覆蓋層基礎(chǔ)上筑壩，采用碾壓塊石混凝土新技術(shù)，有望突破面板堆石壩壩高的局限性,消除300m級(jí)超高面板堆石壩的技術(shù)發(fā)展瓶頸。(3)本發(fā)明可以節(jié)約工程成本。無(wú)需設(shè)置砂石棄料的料場(chǎng)，砂石料僅需簡(jiǎn)單篩分，便可利用，對(duì)比常規(guī)的大壩混凝土，碾壓塊石混凝土中砂石料比例高、水泥用量少、當(dāng)?shù)氐V物摻和料摻量高，顯著節(jié)約原材料成本；還減少了混凝土壩方案通常采用的溫控措施，提高工效、縮短工期。(4)本發(fā)明具有廣闊的工程應(yīng)用前景。碾壓塊石混凝土壩工程成本低，整體性能良好，更適用于超高堆石壩的工程建設(shè),或其他可適用的建筑結(jié)構(gòu)部位，有望在大型工程中推廣應(yīng)用。說(shuō)明書(shū)附圖圖1是本發(fā)明所述的堆石壩結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中碾壓塊石混凝土層未碾壓時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中碾壓塊石混凝土層碾壓后的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1所示的一種適用水電水利工程的超高堆石壩結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述堆石壩包括碾壓塊石混凝土底座1、堆石壩體2和混凝土防滲面板3，所述堆石壩體2采用面板堆石壩，所述碾壓塊石混凝土底座1是由多層碾壓塊石混凝土層通過(guò)振動(dòng)碾壓形成的高度為90m-110m的底座，每層碾壓塊石混凝土層是由下層混凝土1-1、中層塊石1-2和上層混凝土1-3通過(guò)振動(dòng)碾壓形成，所述上層混凝土1-1的砂石料采用施工現(xiàn)場(chǎng)挖的直徑為0～5mm和5～20mm的砂石料；下層混凝土1-3的砂石料采用施工現(xiàn)場(chǎng)挖的直徑為0～5mm、5～20mm、20～40mm的砂石料；所述中層塊石1-2為施工現(xiàn)場(chǎng)挖的直徑為40mm以上的塊石或卵石。所述混凝土防滲面板3是在堆砌好的碾壓塊石混凝土底座1與堆石壩體2上游采用混凝土澆筑形成的防滲面板。所述每層碾壓塊石混凝土層的高度為0.5m～1.0m。所述每層碾壓塊石混凝土層的下層混凝土1-1采用二級(jí)配混凝土，混凝土坍落度在70mm～150mm；所述上層混凝土1-3采用一級(jí)配碾壓混凝土，混凝土VC值在1s～5s。為了滿足水利水電工程超高堆石壩的建設(shè)需求,從材料、結(jié)構(gòu)及施工方式等角度，提出碾壓塊石混凝土的設(shè)計(jì)理念，并通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，具體試驗(yàn)步驟如下：(1)澆筑下層混凝土室內(nèi)試驗(yàn)的模具為450mm×450mm×450mm，混凝土拌制與澆筑按照DL/T5151《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定進(jìn)行，采用常規(guī)的水工混凝土原材料及配合比，拌制并澆筑下層混凝土，本試驗(yàn)原材料包括水泥、粉煤灰、人工砂、碎石和減水劑、引氣劑，拌和水采用自來(lái)水，二級(jí)配混凝土坍落度為110mm，共澆筑69.3kg，厚約250mm；(2)中層堆石選取顆粒粒徑為80～150mm的碎石，堆砌在下層混凝土上，共使用79.1kg；(3)澆筑上層混凝土混凝土拌制與澆筑按照DL/T5433《水工碾壓混凝土試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定進(jìn)行。采用常規(guī)的水工碾壓混凝土原材料及配合比，拌制并澆筑上層混凝土，本試驗(yàn)原材料包括水泥、粉煤灰、人工砂、碎石和減水劑、引氣劑，拌和水采用自來(lái)水，一級(jí)配混凝土VC值為2s，共澆筑38.3kg，層厚150mm，度約80mm；(4)振動(dòng)碾壓采用室內(nèi)試驗(yàn)用振動(dòng)器，在上層混凝土上進(jìn)行振動(dòng)碾壓，并脫模硬化后形成碾壓塊石混凝土。結(jié)果表明，本試驗(yàn)中碾壓塊石混凝土總厚度380mm，容重達(dá)2478kg/m3，結(jié)構(gòu)均勻穩(wěn)固，效果良好，驗(yàn)證了碾壓塊石混凝土結(jié)構(gòu)從技術(shù)上是可行的。實(shí)施例：使用本發(fā)明所述的方法來(lái)施工某水電水利工程的超高堆石壩結(jié)，其特征在于具體步驟如下：(1)按照混凝土面板堆石壩的施工規(guī)范和相關(guān)技術(shù)要求，處理該水電水利工程的壩基與岸坡；處理步驟和要求均與現(xiàn)有的面板堆石壩的處理步驟和要求相同；(2)將施工現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖的石料根據(jù)粒徑大致分0～5mm、5～20mm、20～40mm及40～300mm，甚至更大粒徑；(3)在施工現(xiàn)場(chǎng)采用原材料配制二級(jí)配混凝土，二級(jí)配混凝土采用所在工程的混凝土用原材料：水、水泥、礦物摻和料、外加劑和步驟(2)中粒徑為0～5mm、5～20mm、20～40mm的砂石料攪拌制成，在處理好的壩基上采用配制好的二級(jí)配混凝土澆筑下層混凝土，下層混凝土的坍落度在70mm～150mm，厚度為200mm-300mm；(4)在下層混凝土未初凝前，選取步驟(2)中顆粒粒徑40mm以上塊石或卵石在下層混凝土上堆砌中層塊石；(5)在施工現(xiàn)場(chǎng)采用原材料配制一級(jí)配碾壓混凝土，一級(jí)配碾壓混凝土采用所在工程的混凝土用原材料：水、水泥、礦物摻和料、外加劑和步驟(2)中粒徑為0～5mm和5～20mm的砂石料攪拌制成，待中層塊石堆砌好之后，將其整理平整后再在中層塊石上采用配制好的一級(jí)配碾壓混凝土澆筑上層混凝土，直至混凝土填充中層塊石的所有石塊空隙，并高出中層塊石100mm-200mm高，上層混凝土的VC值在1s～5s；(6)待步驟(5)中上層混凝土平倉(cāng)后，且在未初凝前，采用全液壓?jiǎn)武撦喺駝?dòng)壓路機(jī)在上層混凝土上振動(dòng)碾壓直至表面均勻泛漿，待上層混凝土凝固后形成厚度為0.5m-1m的碾壓塊石混凝土層，其振動(dòng)頻率20Hz-40Hz，激振力200kN-400kN，振動(dòng)碾行走速度在1.0km/h-1.5km/h；(7)重復(fù)步驟(2)至(6)，實(shí)現(xiàn)碾壓塊石混凝土底座的分層施工，直至90m-110m的高度，形成碾壓塊石混凝土底座；(8)在碾壓塊石混凝土底座上采用常規(guī)混凝土面板堆石壩的施工方法繼續(xù)施工200-300m高的堆石壩體，堆石壩體從上游向下游依次分為墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)、主堆石區(qū)及下游堆石區(qū)；(9)待步驟(8)中的堆石壩體施工完成之后，在碾壓塊石混凝土底座和堆石壩體的上游靠近水的一側(cè)分期澆筑混凝土防滲面板。