碾压混凝土筑坝技术研究论文

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摘要：文章结合总结了我国碾压混凝土坝施工工艺,综述了该领域的研究进展及今后研究的主要内容。

关键词：碾压混凝土;碾压混凝土坝;施工工艺

1.碾压混凝土技术

碾压混凝土技术是采用类似土石方填筑施工工艺,将干硬性混凝土用振动碾压实的一种新的混凝土施工技术。在混凝土大坝施工中采用这种技术,突破了传统的混凝土大坝柱状法浇筑对大坝浇筑速度的限制,具有施工程序简化、机械化程度高、缩短工期、节省投资等优点[1]。

2.碾压混凝土施工工艺

碾压混凝土施工普遍采用了通仓薄层碾压连续上升的施工工艺。所采用的仓面平仓机、切缝机、振动碾、仓面吊及喷雾机、预埋冷却水管的材料和方法、预埋件的施工工艺等也随着碾压混凝土施工技术发展而发展,设备性能均能保证高强度连续碾压施工。

2.1摊铺及平仓、碾压工艺

碾压混凝土摊铺一般采用自卸汽车卸料,推土机或平仓机进行平仓摊铺。为减轻骨料分离,采用叠压式卸料和串链摊铺法,对局部出现的骨料分离,辅以人工散料处理,取得了较好效果。

2.2薄层碾压连续上升施工工艺

大朝山水电站上游碾压混凝土拱围堰施工时,采用连续上升的工艺,最大浇筑升层达21m,在两个月施工期内拱围堰全线升高40.5m,满足了安全渡汛的需要。三峡三期工程上游围堰堰高121m,仅4个月完成了110万m3碾压混凝土施工,充分体现了碾压混凝土快速施工的优势。索风营工程采用分块连续上升工艺,设计配制了符合碾压混凝土连续浇筑特性的连续翻升模板及下游面台阶模板,采取分块平层连续上升的方式进行大坝碾压混凝土浇筑,创下了在主体大坝中连续上升31m的记录[2],其后大花水拱坝施工又创下了连续上升34.5m的新记录,说明了在确保模板工艺、混凝土入仓、温控技术及施工措施得当的情况下,可以进行碾压混凝土快速施工,保证施工质量,缩短工程的建设周期,节约工程投资。

2.3新的诱导缝、横缝成缝方式,更有利于碾压混凝土的快速施工

成缝方式:碾压混凝土重力坝一般采用切缝机成缝或预埋分缝板成缝等。诱导缝成缝方式:普定等工程的诱导缝是采用诱导板成对埋设的方式形成,存在要挖槽埋设和不好固定的问题。为克服这些缺点,结合沙牌碾压混凝土拱坝开展的诱导缝成缝机理,我们在沙牌碾压混凝土施工中采用了重力式的混凝土预制件型式,诱导缝预制件成对埋设,并设有重复灌浆系统;同时沙牌拱坝横缝也采用了重力式混凝土预制件,外形与诱导缝预制件稍有区别,且因横缝灌浆的需要,每一条横缝由4种不同的预制件组成。这种新的成缝形式比普定等工程有了较大改进,安装更简单方便,且结构更可靠,由于构造轻巧,适合人工进行安装,已推广应用于国内招徕河、大花水等工程。

2.4变态混凝土使用范围扩大到了岸坡建基面,进一步简化了施工,加快了进度

变态混凝土是在碾压混凝土拌和物中铺洒一定量的水泥粉煤灰净浆,用振捣器振捣密实的混凝土。在"八·五"攻关的普定碾压混凝土拱坝施工中,已成功地将变态混凝土应用于振动碾碾压不到的死角及模板周边,为了进一步发挥变态混凝土的作用,在沙牌大坝的施工中,结合"九·五"攻关项目的研究,已成功地将与两岸岸坡基岩面接触的垫层混凝土和坝面上所需的常态混凝土绝大部分改用变态混凝土代替,整个大坝除了河床部位坝基垫层以及廊道底板为常态混凝土外,均不再浇筑常态混凝土。

2.5垫层混凝土施工优化

早期大部分碾压混凝土坝垫层混凝土一般采用常态混凝土浇筑,需配置专门垂直运输设备进行常态混凝土分块跳仓浇筑,通过施工实践和研究,目前已经常用在基岩水平面上浇筑找平层后,直接浇筑碾压混凝土,采用碾压混凝土替代垫层常态混凝土,不仅有利于加快施工,同时也利于坝基强约束区混凝土温度控制。

2.6重复灌浆系统研究应用

碾压混凝土拱坝在蓄水时一般尚没达到稳定温度,但为使拱坝成为整体受力,就需对横缝或诱导缝进行灌浆。但随着坝体温度的下降,坝体收缩有可能使已灌浆的缝面重新拉开,故需进行第二次(或多次重复)灌浆。普定和温泉堡等碾压混凝土拱坝均采用预埋两套灌浆管路的办法来实现两次灌浆。沙牌拱坝施工中,结合沙牌碾压混凝土拱坝开展的诱导缝成缝机理、缝面构造尤其是拱坝接缝的重复灌浆技术的研究有了关键性的突破,解决了碾压混凝土拱坝重复灌浆的技术难题。由于沙牌大坝诱导缝采用重力式预制件成缝,所以灌浆管路及排气管的埋设十分方便,采用了更为先进的单回路重复灌浆系统,可实现大坝的多次重复灌浆。单回路重复灌浆系统具有构造简单,造价低,安装容易,可实现多次重复灌浆的特点,是碾压混凝土拱坝接缝灌浆技术的重大突破,该成果填补了国内空白,达到了国际领先水平,并已推广应用到国内其它拱坝工程[3]。

2.7模板

模板是能否确保碾压混凝土连续上升的关键之一。碾压混凝土施工模板普遍采用了在普定拱坝成功采用的可上下交替上升的全悬臂钢模板型式,其上、下两块面板可脱开互换,交替上升,满足了坝体快速施工要求。在大朝山和沙牌、索风营、彭水、大花水等工程施工中,又在其基础上进行了不断改进和优化,同时在部分工程坝体碾压混凝土连续上升过程中,采用连续上升式台阶模板,使溢流消能台阶一次浇筑成型。索风营工程采用分块连续上升工艺,设计符合碾压混凝土连续浇筑特性的连续翻升模板及下游面连续上升式台阶模板,采取分块平层连续上升的方式进行大坝碾压混凝土浇筑,创下了在主体大坝中连续上升31m的记录。针对坝体体形复杂、曲率变化大的特点,招徕河拱坝工程施工中专门研制了收缝式双向可调节连续翻升模板,为坝体快速施工创造了条件。

3.研究展望

随着我国各项科研工作的深入、设计理论的完善、施工方法的改进,碾压混凝土筑坝技术取得了飞快的发展。就当前国内已建和在建工程而言,结合我国气候特征及当前研究成果,仍有一些问题需要深入研究探索,部分工程技术问题需要解决。

①碾压混凝土裂缝是一个普遍性问题。在确定气温、大气相对湿度、风速及太阳辐射等条件下,研究裂缝开展机理、发展规律及相应的解决方法将是未来的研究内容;此外由于碾压混凝土坝的独特施工方法,层间接触面是坝体的薄弱环节,层间裂缝及渗水是关键问题,应从材料研究入手,解决新型材料、新老材料层面的粘结性、防渗性问题[4]。

②针对严寒干旱地区的气候条件及寒冷干旱地区碾压混凝土坝特殊的施工方法,研究其温度场及温度应力的时空分布变化规律,就干旱条件下水分散失理论进行深入研究,以确定现场碾压混凝土的各项指标(VC值、水胶比及单位用浆量等)满足实验室的设计要求。

③目前对碾压混凝土坝施工期及运行期的温度、徐变应力仿真计算研究的框架己基本建立,但仿真计算参数的选取存在不稳定性,尚待深入研究。

解决上述问题能为我国已建、在建碾压混凝土工程提供可靠的理论支持和技术保障,是推动碾压混凝土筑坝技术发展的重要内容。

参考文献

[1]苏勇.我国碾压混凝土筑坝技术的发展及碾压拱坝设计技术[C].中国水力发电工程学会碾压混凝土专业委员会.2004全国RCCD筑坝技术交流会议论文集,2004.

[2]李春敏.碾压混凝土坝筑坝技术综述[J].中国水利,2004.

[3]王火利.浅谈我国碾压混凝土坝的发展成就与前景[J].江西水利科技,2005,31.

[4]贾东权,杜士斌,李光波,涂传林,等.北方严寒地区碾压混凝土筑坝的特点[J].水利水电技术,1999,30.