堆石混凝土大坝施工方法
阅读：852发布：2022-02-19
专利汇可以提供堆石混凝土大坝施工方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且堆石 混凝土 大坝施工方法，涉及一种采用流动性好且抗材料分离性强的混凝土材料、借鉴压浆混凝土施工工艺并与堆石坝施工技术结合运用于大坝施工的工艺方法。本 发明 采用不经筛分或初步筛分的堆石，利用堆石坝的施工方式将粗 骨料 直接入仓，并在需要形成混凝土的部位预埋灌浆管；然后将用于充填的混凝土通过预埋灌浆管填充到堆石的空隙中，形成堆石混凝土部分坝体或整个坝体。该方法采用堆石作为骨料，减少 水 泥用量，节省成本，施工速度快，可有效降低混凝土的水化热，具有工艺简单，施工环节少等优点。，下面是堆石混凝土大坝施工方法专利的具体信息内容。
技术领域
本发明涉及一种大坝施工方法，特别涉及一种采用流动性好且抗材料分离性强的混凝土 材料、压浆混凝土施工工艺和堆石坝施工技术结合运用于大坝施工的工艺方法。
背景技术
大坝混凝土由于其大体积的特点，要尽量降低混凝土的水化热和成本，也就是应该尽量 降低水泥用量。一般而言，采用大粒径骨料可以起到这样的作用，因此，目前大坝混凝土往 往采用四级配，骨料最大粒径可达到15cm。常规的混凝土如果采用更大的骨料，在施工过程 中，受到拌和能力、振捣能力的限制，比较困难。
堆石坝作为一种常见的坝型，目前常见的碾压堆石坝的施工过程为：从料场采料，利用 汽车运输直接上坝，然后利用重型振动碾进行碾压使堆石体达到设计密实度。其施工工序简 便，坝体造价低。但是，堆石坝的体积比混凝土坝大，特别是一般堆石坝均不能过水，需要 另行设置溢洪道，增加大量工程造价。另外，堆石坝的防渗体如采用粘土心墙，则施工干扰 大，受气候影响，还容易因非均匀沉降造成心墙开裂。近年来迅速发展的钢筋混凝土面板堆 石坝，面板的防裂也还存在很多问题。
现有的混凝土大坝施工方法有以下两种：柱状施工方法和碾压混凝土施工方法。
传统的柱状法施工是以分块浇筑配合温控措施进行的，该方法在混凝土大坝的施工中得 到了广泛的应用。如早期的美国胡佛混凝土重力拱坝和现在的中国三峡混凝土重力坝。这种 施工方式在保证混凝土施工质量和控制混凝土开裂方面取得了很多的经验，仍然是目前最常 见的大坝混凝土施工方式。但是，这种传统的混凝土施工需要大量的模板，并且需要内埋冷 却水管等多种温控措施，工序多，成本高，施工速度较低。
碾压混凝土施工方法是上个世纪七十年代美国Raphael教授提出的(Raphael，M.，“The optimum gravity dam”，Proceedings of Conference on Rapid Construction of Concrete Dams，Asilomar，1970)，该方法采用零塌落度的干硬混凝土和振动碾压技术，施工速度快， 温控措施简化，具有速度快，成本低的优势。采用碾压混凝土的大坝越来越多，在中国已经 建成超过100m高的碾压混凝土拱坝(石门子拱坝和沙牌拱坝)，正在开工建设的龙滩碾压混 凝土重力坝坝高更超过200m。但是碾压混凝土层间结合相对薄弱，特别是由于速度快，温控 简化，在大坝施工后期和运行前期，混凝土温度仍然较高，已有部分工程在这一阶段发生裂 缝，需要进行修补。这些由于温度荷载引起的裂缝主要是由于碾压混凝土的水泥用量虽然比 常规混凝土低，但是，碾压混凝土的水化热仍有相当大的量。目前碾压混凝土拱坝等采用诱 导缝、结构缝等结构措施来降低开裂的风险，但施工复杂程度增加。
由美国Weltz提出的压浆混凝土施工技术，在防波堤、大桥桥墩等施工中广泛应用。压 浆混凝土(Prepacked Concrete)是先将经过筛分的粗骨料填充到模板仓内，再用特制的砂 浆注入粗骨料空隙中而形成混凝土，也称为预填骨料混凝土(Preplaced Aggregate Concrete)。它的提出是基于一种称为助灌剂的外加剂，提高了砂浆的流动性，在水下混凝 土中，这种流动性更得到了保证。在压浆混凝土施工中，关键是防止灌注砂浆材料的分离， 保证把正常的砂浆送入粗骨料的空隙中。
压浆混凝土的施工有两种方式，第一种称为分层浇筑，即先填筑粗骨料，其后进行砂浆 灌注到表面，形成施工缝，然后对施工缝表面进行处理，再填筑下一仓粗骨料，反复进行。 第二种方式由于首先在马基纳克桥工程中使用，称为马基纳克方式，即先填筑粗骨料，然后 进行砂浆灌注，但只灌注到表面以下一定高程，在粗骨料内部形成接缝，这一接缝面不进行 处理。由于粗骨料相互咬合，也有很好的力学性能。1966年日本土木学会就已制定了《压浆 混凝土的施工指南》，1974年修订后，已合并到《昭和49年版混凝土标准规范》。
压浆混凝土由于大量使用砂浆材料进行灌注，水泥用量大，材料成本高，水化热大，因 而至今为止从来没有在大坝施工中得到应用。
自密实混凝土(Self-Compacting Concrete)、高流动混凝土、自流平混凝土是流动性 好且抗材料分离性强的混凝土。如自密实混凝土是在新型高效减水剂的帮助下，得到流动性 极佳的混凝土，不需要振捣就可以达到自密实的效果(大内雅博，Current conditions of self-compacting concrete in Japan，“Proceeding of the Second International Symposium on Self-Compacting Concrete”，63-68，2001.)。自密实混凝土不易发生材料 分离，泌水性很小，在混凝土表面不会产生乳皮层，因此，新、老混凝土接触面连接性能良 好，不需要特别处理就可以达到很好的效果。另外，这种混凝土的强度也较高，有比较好的 综合性能，所以，也称高性能混凝土(Super Quality Concrete)。 日本土木学会已出版了 高性能混凝土结构的设计和施工导则(日本土木学会，“自密实高强度高耐久性混凝土结构 设计施工导则”，(日文)2001)，在大坝预制廊道结合部等不易振捣的部位已全面采用自密 实混凝土，如三室川等大坝均采用这一技术。另外，在日本明石海峡大桥这一世界上跨度最 大的吊桥(主跨1991m)工程中也采用了高性能混凝土，方量达到29万m3，工期从2.5年缩 短为2年。但是同样由于使用较多的水泥和高效减水剂造成其价格偏高，水化热较大，世界 上还没有应用自密实混凝土修建整座大坝的先例。
堆石坝作为一种常见的坝型，目前常见的碾压堆石坝的施工过程为：从料场采料，利用 汽车运输直接上坝，然后利用重型振动碾进行碾压使堆石体达到设计密实度。其施工工序简 便，坝体造价低。但是，堆石坝的体积比混凝土坝大，特别是一般堆石坝均不能过水，需要 另行设置溢洪道，增加大量工程造价。另外，堆石坝的防渗体如采用粘土心墙，则施工干扰 大，受气候影响，还容易因非均匀沉降造成心墙开裂。近年来迅速发展的钢筋混凝土面板堆 石坝，面板的防裂也还存在很多问题。
现有的混凝土大坝施工方法有以下两种：柱状施工方法和碾压混凝土施工方法。
传统的柱状法施工是以分块浇筑配合温控措施进行的，该方法在混凝土大坝的施工中得 到了广泛的应用。如早期的美国胡佛混凝土重力拱坝和现在的中国三峡混凝土重力坝。这种 施工方式在保证混凝土施工质量和控制混凝土开裂方面取得了很多的经验，仍然是目前最常 见的大坝混凝土施工方式。但是，这种传统的混凝土施工需要大量的模板，并且需要内埋冷 却水管等多种温控措施，工序多，成本高，施工速度较低。
碾压混凝土施工方法是上个世纪七十年代美国Raphael教授提出的(Raphael，M.，“The optimum gravity dam”，Proceedings of Conference on Rapid Construction of Concrete Dams，Asilomar，1970)，该方法采用零塌落度的干硬混凝土和振动碾压技术，施工速度快， 温控措施简化，具有速度快，成本低的优势。采用碾压混凝土的大坝越来越多，在中国已经 建成超过100m高的碾压混凝土拱坝(石门子拱坝和沙牌拱坝)，正在开工建设的龙滩碾压混 凝土重力坝坝高更超过200m。但是碾压混凝土层间结合相对薄弱，特别是由于速度快，温控 简化，在大坝施工后期和运行前期，混凝土温度仍然较高，已有部分工程在这一阶段发生裂 缝，需要进行修补。这些由于温度荷载引起的裂缝主要是由于碾压混凝土的水泥用量虽然比 常规混凝土低，但是，碾压混凝土的水化热仍有相当大的量。目前碾压混凝土拱坝等采用诱 导缝、结构缝等结构措施来降低开裂的风险，但施工复杂程度增加。
由美国Weltz提出的压浆混凝土施工技术，在防波堤、大桥桥墩等施工中广泛应用。压 浆混凝土(Prepacked Concrete)是先将经过筛分的粗骨料填充到模板仓内，再用特制的砂 浆注入粗骨料空隙中而形成混凝土，也称为预填骨料混凝土(Preplaced Aggregate Concrete)。它的提出是基于一种称为助灌剂的外加剂，提高了砂浆的流动性，在水下混凝 土中，这种流动性更得到了保证。在压浆混凝土施工中，关键是防止灌注砂浆材料的分离， 保证把正常的砂浆送入粗骨料的空隙中。
压浆混凝土的施工有两种方式，第一种称为分层浇筑，即先填筑粗骨料，其后进行砂浆 灌注到表面，形成施工缝，然后对施工缝表面进行处理，再填筑下一仓粗骨料，反复进行。 第二种方式由于首先在马基纳克桥工程中使用，称为马基纳克方式，即先填筑粗骨料，然后 进行砂浆灌注，但只灌注到表面以下一定高程，在粗骨料内部形成接缝，这一接缝面不进行 处理。由于粗骨料相互咬合，也有很好的力学性能。1966年日本土木学会就已制定了《压浆 混凝土的施工指南》，1974年修订后，已合并到《昭和49年版混凝土标准规范》。
压浆混凝土由于大量使用砂浆材料进行灌注，水泥用量大，材料成本高，水化热大，因 而至今为止从来没有在大坝施工中得到应用。
自密实混凝土(Self-Compacting Concrete)、高流动混凝土、自流平混凝土是流动性 好且抗材料分离性强的混凝土。如自密实混凝土是在新型高效减水剂的帮助下，得到流动性 极佳的混凝土，不需要振捣就可以达到自密实的效果(大内雅博，Current conditions of self-compacting concrete in Japan，“Proceeding of the Second International Symposium on Self-Compacting Concrete”，63-68，2001.)。自密实混凝土不易发生材料 分离，泌水性很小，在混凝土表面不会产生乳皮层，因此，新、老混凝土接触面连接性能良 好，不需要特别处理就可以达到很好的效果。另外，这种混凝土的强度也较高，有比较好的 综合性能，所以，也称高性能混凝土(Super Quality Concrete)。 日本土木学会已出版了 高性能混凝土结构的设计和施工导则(日本土木学会，“自密实高强度高耐久性混凝土结构 设计施工导则”，(日文)2001)，在大坝预制廊道结合部等不易振捣的部位已全面采用自密 实混凝土，如三室川等大坝均采用这一技术。另外，在日本明石海峡大桥这一世界上跨度最 大的吊桥(主跨1991m)工程中也采用了高性能混凝土，方量达到29万m3，工期从2.5年缩 短为2年。但是同样由于使用较多的水泥和高效减水剂造成其价格偏高，水化热较大，世界 上还没有应用自密实混凝土修建整座大坝的先例。
发明内容
针对现有技术的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种堆石混凝土大坝施工方法，该方 法能有效降低水泥用量，克服传统的大坝混凝土施工所造成的工序多，成本高，施工速度较 低的缺陷，并可有效降低混凝土的水化热，具有工艺简单、绝热温升小，减少施工环节，加 快施工速度等特点。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种堆石混凝土大坝施工方法，该方法包括 如下步骤：
(1)采用不经筛分或初步筛分的堆石，利用堆石坝的施工方式将粗骨料直接入仓，并在 需要形成混凝土的部位预埋灌浆管；
(2)将流动性好且抗材料分离性强的混凝土通过预埋灌浆管填充到堆石的空隙中，形成 堆石混凝土部分或整个坝体。
在本发明中，所述步骤(1)中当堆石混凝土处于仓面边缘时，需要首先设置模板，可 在模板上预留灌浆口，再将粗骨料入仓。
本发明将流动性好且抗材料分离性强的混凝土材料(如自密实混凝土、高流动混凝土、 自流平混凝土)、压浆混凝土工艺和堆石坝施工技术结合运用于大坝施工，所采用的流动性 好且抗材料分离性强的混凝土材料可优选为自密实混凝土，将其填入采用堆石坝施工技术形 成的大坝堆石体，得到堆石混凝土，就可以实现一种新的大坝混凝土施工方式，称为堆石混 凝土大坝施工方法。堆石混凝土在大坝中可以作为混凝土心墙或者混凝土坝体。堆石混凝土 大坝的粗骨料直接采用不经筛分或初步筛分的堆石，即采用碾压堆石坝的方式将粗骨料直接 入仓，然后采用压浆混凝土的施工方式利用预埋的灌浆管将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径的骨料，达到进一步节省水泥降低成本的 效果。同时由于工艺简单，减少了施工环节，可以大大缩短工期。
采用本发明的主要优点如下：
①堆石混凝土的粗骨料采用堆石，粒径大，单位体积混凝土中所用水泥量小，因此，成 本低，同时可以有效降低混凝土绝热温升，简化温控措施。
②只需要拌和小粒径的混凝土，拌和楼大大减小，而且不需要振捣器振捣，简化了混凝 土施工工艺。如果采用粗筛分，大骨料直接上坝碾压，小骨料可以用来生产用于充填的混凝 土骨料和砂，可以充分利用材料。
③混凝土的浇筑过程主要有堆石体碾压和混凝土填充两个过程，前者和土石坝施工近 似，后者并不需要振捣，工序简化，可以加快施工速度。这在大坝建设中，也是十分重要的 优点。
④对于交通不便的施工现场，由于运送水泥的单价极高，因此显著节省水泥的堆石混凝 土大坝施工方法在此类地点具有极大的优势。
附图说明：
图1是堆石混凝土大坝施工方法示意图。
图2是本发明实施方式之一：堆石混凝土心墙堆石坝施工方法示意图。
图3是本发明实施方式之二：堆石混凝土混合坝施工方法示意图。
图4是本发明实施方式之三：堆石混凝重力坝或拱坝施工方法示意图。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种堆石混凝土大坝施工方法，该方法包括 如下步骤：
(1)采用不经筛分或初步筛分的堆石，利用堆石坝的施工方式将粗骨料直接入仓，并在 需要形成混凝土的部位预埋灌浆管；
(2)将流动性好且抗材料分离性强的混凝土通过预埋灌浆管填充到堆石的空隙中，形成 堆石混凝土部分或整个坝体。
在本发明中，所述步骤(1)中当堆石混凝土处于仓面边缘时，需要首先设置模板，可 在模板上预留灌浆口，再将粗骨料入仓。
本发明将流动性好且抗材料分离性强的混凝土材料(如自密实混凝土、高流动混凝土、 自流平混凝土)、压浆混凝土工艺和堆石坝施工技术结合运用于大坝施工，所采用的流动性 好且抗材料分离性强的混凝土材料可优选为自密实混凝土，将其填入采用堆石坝施工技术形 成的大坝堆石体，得到堆石混凝土，就可以实现一种新的大坝混凝土施工方式，称为堆石混 凝土大坝施工方法。堆石混凝土在大坝中可以作为混凝土心墙或者混凝土坝体。堆石混凝土 大坝的粗骨料直接采用不经筛分或初步筛分的堆石，即采用碾压堆石坝的方式将粗骨料直接 入仓，然后采用压浆混凝土的施工方式利用预埋的灌浆管将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径的骨料，达到进一步节省水泥降低成本的 效果。同时由于工艺简单，减少了施工环节，可以大大缩短工期。
采用本发明的主要优点如下：
①堆石混凝土的粗骨料采用堆石，粒径大，单位体积混凝土中所用水泥量小，因此，成 本低，同时可以有效降低混凝土绝热温升，简化温控措施。
②只需要拌和小粒径的混凝土，拌和楼大大减小，而且不需要振捣器振捣，简化了混凝 土施工工艺。如果采用粗筛分，大骨料直接上坝碾压，小骨料可以用来生产用于充填的混凝 土骨料和砂，可以充分利用材料。
③混凝土的浇筑过程主要有堆石体碾压和混凝土填充两个过程，前者和土石坝施工近 似，后者并不需要振捣，工序简化，可以加快施工速度。这在大坝建设中，也是十分重要的 优点。
④对于交通不便的施工现场，由于运送水泥的单价极高，因此显著节省水泥的堆石混凝 土大坝施工方法在此类地点具有极大的优势。
附图说明：
图1是堆石混凝土大坝施工方法示意图。
图2是本发明实施方式之一：堆石混凝土心墙堆石坝施工方法示意图。
图3是本发明实施方式之二：堆石混凝土混合坝施工方法示意图。
图4是本发明实施方式之三：堆石混凝重力坝或拱坝施工方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步说明本发明的实施方式：
本发明是在现有技术的基础上，将流动性好且抗材料分离性强的自密实混凝土材料、压 浆混凝土工艺和堆石坝施工技术结合运用于大坝施工，采用不经筛分或初步筛分的堆石3， 利用堆石坝的施工方式将粗骨料直接入仓，并在需要形成混凝土的部位预埋灌浆管2；然后 将自密实混凝土1通过预埋灌浆管填充到堆石的空隙中，形成堆石混凝土部分或整个坝体。 当堆石混凝土处于仓面边缘时，需要首先设置模板4，再将粗骨料3入仓。
实施例1：堆石混凝土心墙堆石坝的施工方式
如图2所示，在传统的堆石坝中采用堆石混凝土心墙8作为防渗体，建造堆石混凝土心 墙堆石坝。
首先，按照堆石坝的要求统一填筑上游坝体6及下游坝体7，但在填筑过程中，在心墙 部位埋设灌浆管2，当坝体填筑到一定施工层厚5以后，利用这些灌浆管2进行堆石混凝土 施工，形成堆石混凝土心墙。本施工方式可以完全不用模板4进行施工。自密实混凝土1在 堆石体中的流动停止后自动形成堆石混凝土心墙。接缝可以采用马基纳克方式施工。
实施例2：堆石混凝土混合坝的施工方式
在大坝上游侧立模板4，首先进行堆石体3填筑，然后在上游侧进行堆石混凝土施工， 在上游侧形成混凝土挡墙9，同时作为防渗体，见图3。如果大坝较高，上游侧混凝土挡墙9 的厚度较大，不仅需要从上游模板侧面4上预留的灌浆口灌注自密实混凝土，还需要从顶部 预埋灌浆管2进行灌注。
由于采用的是堆石混凝土施工，上游侧重力式挡墙9和下游侧堆石体7的骨料相互咬合， 有利于在上游水压作用下的两者联合作用。
这种坝型与堆石混凝土心墙堆石坝相比，因为上游侧是混凝土重力式挡墙，坝体的总体 积大大减少，可以降低造价和加快施工进度。另外，上游侧重力式挡墙的施工质量容易检测 也是一个优点。本施工应用需要在上游面设置模板4。
实施例3：堆石混凝土重力坝或拱坝施工方式
为了进一步减少坝体体积，还可以采用全断面注入自密实混凝土1的方式浇筑堆石混凝 土重力坝或拱坝，形成全断面堆石混凝土，见图4。本施工需要在上、下游面设置模板4。 由于大坝堆石混凝土中水泥少，绝热温升低，可以在控制大坝自密实混凝土1注入温度等 温控措施的基础上，不埋设冷却水管，进行通仓浇筑，这样可以在节约造价的基础上，达到 快速施工的目的。另外，和堆石混凝土混合坝结合，在一个水利枢纽中，采用堆石混凝土混 合坝作为挡水坝段，采用堆石混凝土重力坝作为溢流坝段，可以实现坝身泄洪，将使这一坝 型的优越性得到更大的发挥。
本发明是在现有技术的基础上，将流动性好且抗材料分离性强的自密实混凝土材料、压 浆混凝土工艺和堆石坝施工技术结合运用于大坝施工，采用不经筛分或初步筛分的堆石3， 利用堆石坝的施工方式将粗骨料直接入仓，并在需要形成混凝土的部位预埋灌浆管2；然后 将自密实混凝土1通过预埋灌浆管填充到堆石的空隙中，形成堆石混凝土部分或整个坝体。 当堆石混凝土处于仓面边缘时，需要首先设置模板4，再将粗骨料3入仓。
实施例1：堆石混凝土心墙堆石坝的施工方式
如图2所示，在传统的堆石坝中采用堆石混凝土心墙8作为防渗体，建造堆石混凝土心 墙堆石坝。
首先，按照堆石坝的要求统一填筑上游坝体6及下游坝体7，但在填筑过程中，在心墙 部位埋设灌浆管2，当坝体填筑到一定施工层厚5以后，利用这些灌浆管2进行堆石混凝土 施工，形成堆石混凝土心墙。本施工方式可以完全不用模板4进行施工。自密实混凝土1在 堆石体中的流动停止后自动形成堆石混凝土心墙。接缝可以采用马基纳克方式施工。
实施例2：堆石混凝土混合坝的施工方式
在大坝上游侧立模板4，首先进行堆石体3填筑，然后在上游侧进行堆石混凝土施工， 在上游侧形成混凝土挡墙9，同时作为防渗体，见图3。如果大坝较高，上游侧混凝土挡墙9 的厚度较大，不仅需要从上游模板侧面4上预留的灌浆口灌注自密实混凝土，还需要从顶部 预埋灌浆管2进行灌注。
由于采用的是堆石混凝土施工，上游侧重力式挡墙9和下游侧堆石体7的骨料相互咬合， 有利于在上游水压作用下的两者联合作用。
这种坝型与堆石混凝土心墙堆石坝相比，因为上游侧是混凝土重力式挡墙，坝体的总体 积大大减少，可以降低造价和加快施工进度。另外，上游侧重力式挡墙的施工质量容易检测 也是一个优点。本施工应用需要在上游面设置模板4。
实施例3：堆石混凝土重力坝或拱坝施工方式
为了进一步减少坝体体积，还可以采用全断面注入自密实混凝土1的方式浇筑堆石混凝 土重力坝或拱坝，形成全断面堆石混凝土，见图4。本施工需要在上、下游面设置模板4。 由于大坝堆石混凝土中水泥少，绝热温升低，可以在控制大坝自密实混凝土1注入温度等 温控措施的基础上，不埋设冷却水管，进行通仓浇筑，这样可以在节约造价的基础上，达到 快速施工的目的。另外，和堆石混凝土混合坝结合，在一个水利枢纽中，采用堆石混凝土混 合坝作为挡水坝段，采用堆石混凝土重力坝作为溢流坝段，可以实现坝身泄洪，将使这一坝 型的优越性得到更大的发挥。
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