水利工程施工 第五章 混凝土坝工程

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1、第五章. 混凝土坝工程一. 总体概念施工流程/骨料生产/料场堆场/模板钢筋二. 混凝土制备运输浇筑系统拌和系统/运输方案/浇筑三. 碾压混凝土施工施工程序/施工特点/技术发展四. 案例：大型混凝土坝工程德沃夏克坝/托克托古尔坝/三峡五. 混凝土温度控制与分缝分块温度应力/温度控制/分缝分块三大系统(1)基础系统 (a)砂石骨料制备供应 (b)水泥供应 (c)掺和料，外加剂供应(2)主体系统 (a)混凝土拌和系统 (b)混凝土运输系统 (c)混凝土浇筑系统(3)辅助系统 (a)模板系统 (b)钢筋系统3 施工方法 (1)分层分块浇筑(柱状浇筑) (2)薄层碾压（平状浇筑） (3)预制装配4 施工

2、特点 (1)施工对象结构复杂，（多坝型，工艺不同）(2)混凝土要求不同：抗冲，耐磨，防腐蚀，温控(3)工种繁多，工艺复杂，影响因素多(4)量多，强度高，要求大规模机械化施工3 级配粗骨料粒径： 小石：5-20 mm 中石：2 0-40mm 大石： 40-80mm 特大石：80-150mm一级配：5-20mm，二级配：5-20mm，20-40mm 三级配：5-20mm，20-40mm，40-80mm 四级配：5-20mm，20-40mm， 40-80mm，80-150mm 4 碎石筛分机械 粗碎：颚式碎石机p133F5-6中碎、细碎：锥式碎石机p134F5-7， 反击式碎石机p133F5-6制砂

3、：棒磨机筛分：振动筛偏心振动筛（大中骨料）p134F5-8， 惯性振动筛（中细骨料）p135F5-9洗砂：螺旋洗砂机p135F5-10三.料场，堆场1 料场规划 考虑原则：满足质量要求 储量满足设计级配的要求 开采率高，天然级配尽量接近设计级配场地开阔，有回车堆料的场地，高程适宜 准备工作量小2 用料选择 天然骨料最大限度使用人工骨料超径料粉碎加工补充短缺级配，提高胶接力，抗拉强度和防止开裂最佳搭配，最佳组合3 堆场形式 台阶式推土机 栈桥式进料皮带栈桥 堆料机：双悬臂式（梭式皮带机） 动臂式（动臂式皮带机）四.模板与钢筋1 模板分类 (1)按材料分类：木模板钢模板混凝土模板预制模板 (2)按

4、使用分类：固定模板拆移模板移动模板滑模(3)按结构分类 ：平面模板异形模板2 典型模板 (1)定型标准模板 (2)悬臂模板：立柱固定在下层预埋螺栓上，上部用拉筋（对拉或斜拉） 自升式悬臂模板 p140 F5-19，F5-20 (3)滑模： 浇筑定型建筑物，下设轨道，浇筑弧面(4)预制模板：廊道，厂房，空腹的顶拱 3 钢筋加工安装(1)力学试验： 抗拉试验，冷弯试验 (2)加工： 调直，除锈，下料，弯曲，焊接 (3)安装： 架立，绑扎，焊接 注：搭接长度： 绑扎：搭接35d； 焊接：搭接10d；五.混凝土制备系统1 制备过程 2 储料 ：骨料/水泥/掺合料/水/外加剂/冰 掺合料：粉煤灰（减少水

5、泥用量，降低水化热温升） 外加剂：加气剂，减水剂，缓凝剂，促凝剂(木钙，糖密塑化剂，拷胶，纸浆废液，松脂皂) 3 配料：按照试验室提供的根据设计分区强度图试验的配合比秤量配料( 杠杆秤/电子秤) 4 拌和(1)拌和站自落式拌和机（叶片在鼓筒壁带动砼向上，然后砼自落下拌和。倾翻式/鼓筒式/双锥式）强制式拌和机（叶片在轴上带动砼强制拌和，干硬性砼强制拌和）集中式拌和站（尽可能采用）分散式拌和站（地形高低，砂石料场分散，左右岸施工）(2) 拌和楼5层：进料层，储料层，配料层，拌和层，出料层 郑州楼3x1600L配3方罐10t起重机 3x2400L配6方罐20t起重机 4x5000L配9方罐30t起重

6、机(3)容量计算：（A）单机生产能力P=NV=kt3600V/(t1+t2+t3+t4) p147 t5-5N 平均每小时拌和次数（双锥式20-25） V 拌和机出料容量 kt 时间利用系数（0.85-0.95） ti ：t1进料(10/30s) 、 t2拌和(2/3.5分)、 t3出料(15/30s )、 t4技术间歇时间( 3/5s)； 例如： N=20， Kt=0.85，ti=153， Kt=0.95，ti=171（B）系统浇筑强度 P0=kQmax/nm p149 t5-6Qmax 高峰月浇筑强度 n 高峰月每天工作时间（20h） m 高峰月有效工作天数（25d）k 浇筑时间不均匀系数

7、（1.5） 由P0/P即可求出所需拌和机台数三峡二期砼高峰月强度为30万方 P0=KQmax/nm =1.5300000/(2520) =900m3 P=NV=206m3=120m3需要拌和机： N=900/1208台 即2座4x6m3的拌和楼拌和时间： 取决于拌和机容量，最大骨料粒径，塌落度(拌和时间2.0-3.5分)p147t5-9六.混凝土运输1 水平运输拌和楼出料浇筑仓前（供料运输）(1)自卸车上栈桥，卸料进溜槽，自卸车卸料进卧罐，自卸车进仓面(2)铁路机关车： 拌和楼立罐(3)胶带输送机(4)混凝土搅拌车2 垂直运输浇筑仓前吊罐仓里（入仓运输）(1)栈桥供起重机，门机，塔吊，汽车行驶

8、(2)门机10/20t（起重高度30m，下放高度35m）(3)高架门机10/30t（起重高度70m，下放高度50m），20/60t(4)塔吊10/25t（幅度40m，高度44.5m）(5)缆机平移式，辐射式，固定式(6)塔带机，胎带机(7)混凝土泵(8)履带起重机3 运输方案(1)门、塔机栈桥方案：门、塔机吊运立罐或卧罐入仓。布置原则为控制范围大(a)无栈桥 (b)单线栈桥布置在中部，分层搬家 (c)双线栈桥主栈桥浇筑混凝土/辅栈桥水平运输 (d)多线多高程栈桥用于高坝(2)缆机运输方案：铁路机关车运立罐，缆机吊运入仓。跨河谷，干扰小，同时完成水平垂直运输 三峡二期浇筑将使用德国PWH公司摆塔

9、式缆机跨度1416.1m，吊勾扬程215m，起重量25t，塔高125m，是世界上最大的缆机(3)缆机、门机混合方案：河谷宽，河岸平缓，缆机控制主要部位，门机浇坝顶和边角巴西伊泰普7台缆机，12台20t门机浇上部(4)连续运输方案：胶带机，塔带机，胎带机美国ROTEC公司塔带机，自升高(每上升一节9.3m仅3小时)控制幅度84m，三级配混凝土送料420方/小时，吊高95m(13节)，给料带90m，送料带130m，宽760mm。胎带机-控制幅度61m，带宽760mm，自移动，360度回转，三级配混凝土送料270方/小时 三峡采用混合方案：左岸厂房坝段11-14#，溢流坝段1-23#，混凝土运输方案

10、采用2台缆机，5台塔带机，3台大型塔机，3台高架门机，40、120栈桥。局部采用(左导墙，护坦，防冲隔墙，导流底孔回填)80辆自卸车，20辆侧向自卸车，2台胎带机，10辆砼搅拌车，10台砼泵。门塔机方案与缆机方案比较门塔机方案门塔机方案优点：布置灵活，投资小；缺点：布置占工期；压块影响工期；围堰过水要拆卸安装损失费用和工期；适用：尤适用于宽阔的平原性河流上建砼重力坝缆机方案缆机方案优点：布置不占工期；起重效率高；围堰过水勿须拆卸安装；缺点：缆机和平台一次性投资大；跨度太大起重运行不经济；适用：尤适用于陡峻的山区性河流上建高拱坝；(9)混凝土外加剂 在混凝土（包括砂浆、净浆，以下同）拌和时或拌和

11、前掺入的，掺量不大于胶凝材料重量5（特殊情况除外）并能按要求改变混凝土特性的工业产品。1混凝土外加剂主要功能（1）减水剂（塑化剂）。在不影响混凝土工作性的条件下，能使单位用水量减少；或在不改变单位用水量的条件下，可改善混凝土的和易性；或同时具有两种效果。（2）高效减水剂。在不改变混凝土和易性的条件下，能大幅度地减少单位用水量，并显著提高混凝土的强度，或在不改变单位用水量的条件下，可显著改善和易性的减水剂。（3）早强减水剂。兼有早强作用的减水剂。（4）缓凝减水剂。兼有缓凝作用的减水剂。（5）引气减水剂。兼有引气作用的减水剂。（6）引气剂。能使混凝土产生均匀分布的微气泡，并在硬化后仍能保留其泡孔。

12、（7）加气剂。在混凝土拌和时和浇注后能发生化学反应，放出氢、氧、氮等气体，并形成气孔。（8）泡沫剂。因物理作用使大量空气引人混凝土中，用于生产泡沫混凝土。（9）早强剂。能提高混凝上早期强度并对后期强度无显著影响。（10）缓凝剂。能延缓混凝土凝结时间并对后期强度无显著影响 (10)混凝土材料质量控制 (1)粗骨料：强度控制，超径5%，狲径5% 细骨料：含水量5%，细度模数控制 (2)水泥活性控制 (3)掺和料，外加剂控制混凝土质量控制试验现场试验，实验室试验； 混凝土抗压试验，混凝土抗拉试验，混凝土抗剪试验，混凝土抗冲试验；混凝土抗渗试验，混凝土抗冻试验；八.混凝土温度控制与分缝分块1 温度应力

13、 ： 由于水化热绝热温升以及外界温度骤变产生温度应力拉=-ET/(1-)= -ERkpT/(1-) =-R/(1-)*EiTikpi T=T浇筑+T水化热-T稳定E 混凝土弹模（早期低，后期高）R 约束影响系数R=f(E/E基，h/L) (0.28-0.57) kp 混凝土松弛系数(0.5)嵌固板深层裂缝/贯穿裂缝 自由墙表面裂缝 = - E（T/a-Tx） T 温度分布曲线包络面积 T/a 平均温度（a墙厚） Tx X处的温度大体积砼浇筑后的温度过程TmaxTTp ：浇筑温度；Tr ：水化热温升；Tmax ：最高温升；Tf ：稳定温度；升温期降温期稳定期TpTrTf 2 温度控制 (1)温度

14、控制标准： 以砼的极限拉应力控制温度： = ERkpT/(1) T=Tp+TrTf ， p/k 代入即得温控标准 Tp浇筑入仓温度Tr绝热温升Tf稳定温度 k安全系数(1.3-1.8) 以砼的极限拉伸p控制温度： T(1)p /（Rkkp）(2)规范 两个参数离基础面高度h 浇筑块长度l。(p175t5-13) 允许基础温差T 1628度，通仓长块T 1419度（三峡见t-4-2-9-1）(3)新老混凝土温度差 下层老混凝土对上层新混凝土约束产生温度应力，因此要对上下层混凝土的温度差控制在1520度之间（三峡17度 (4)接缝灌浆温度根据坝内稳定温度来确定灌浆温度（取各区的稳定温度的平均值）温

15、度控制措施 温度控制措施 ： 三峡控制冷却水分三个阶段：初期通水削减水化热温升，控制坝体最高温度（通水10-15天，用6-8度制冷水，在浇筑收仓12小时后开始通水）。中期通水削减坝体内外温度差，（通水2个月坝体温度达22度）。后期通水控制坝体灌浆温度。3 分缝分块 (1)横缝分坝段 坝段长度1220米 (2)各坝段纵缝分块（临时缝灌浆） (a)纵缝间距(2040米) 水平分块层高基础部1.53米，基础以上35米，特殊部位6米 (b)斜缝 与主应力方向正交，缝面 0 缝顶设并缝廊道和并缝钢筋。 (c)错缝 不贯通，可不灌浆，只适于中低坝，分块长度20-30m，块高1.5-4m (d)通仓浇筑 大

16、面积薄层，基础部分层厚0.75-1m，其它部位1.5-2m，新老混凝土温度差控制在15-18度 (e)*拱坝不设纵缝 只设临时横缝，横缝面上设置键槽，蓄水前进行接缝灌浆，临时横缝间距10-20m九.碾压混凝土施工1 施工程序： 层面铺砂浆汽车运输入仓平仓机平仓振动压实机压实切缝机切缝1 施工特点(1) 采用干贫混凝土（VC=10-30s）（VC碾压混凝土在规范规定的振动台上振动到合乎标准的时间）(2) 大量掺加粉煤灰，减少水泥用量，降低水化热温升，简化温控措施(3) 采用通仓薄层浇筑(4) 冷水喷雾表面降温，缩短层间间歇防止表面裂缝2 技术发展(1) 研究最佳压实施工工艺(2) 研究最佳材料配

17、合比(3) 研究层面砂浆的作用和防渗(4)研究薄层连续上升（美国30cm ）和厚层间歇上升(日本70cm层面需要处理) 的利弊施工1. 铺料 ： 实际平均铺料厚度30.1cm，碾压厚度25cm，平仓厚度仍存在不均匀性，最大与最小平仓厚度相差10cm之多。2压实 ： 中间部位先用BW200E和BW217D无振碾压2遍，有振碾压68遍，再无振碾压2遍。边角部位用BW75S碾压25遍。常态混凝土仍用插入式振捣器振捣。3异种混凝土接头处施工： 碾压混凝土和常态混凝土同步上升，在同一仓面内先浇筑碾压混凝土，随后浇筑常态混凝土。前后连续施工，并控制在初凝时间内完成。在异种混凝土的衔接处，常态混凝土水泥浆渗

18、入到松散的碾压混凝土中，一般较其它处难碾压。碾压或振捣时在接头部位应超过异种混凝土20cm。十.国外实例1 美国德沃夏克坝（爱达荷州清水河，高219m重力坝）通仓浇筑，层厚1.5m，最大块长（坝底宽）152m，大量掺粉煤灰，最大温度差17度，水平施工缝不铺砂浆。23t平移快速缆机3台，跨度890m，倾斜尾塔摆动缆机1台，跨度1060m2 苏联克拉斯诺雅尔斯克坝（叶尼塞河，高124m重力坝）无栈桥，塔机浇筑，22台塔机外伸40m起重25t，外伸20m起重50t，月浇筑强度15.6万方。218t重塔机自行升高，每次升高20m，10-20天3 意大利阿尔卑及拉坝（意大利北部，高175m重力坝）坝高1

19、75 m，1961年开工，1964年建成，通仓薄层连续浇筑，每层初凝前用切缝机切出横缝，层厚80cm，层间歇10-24h，缆机+6方自卸车直接入仓混凝土，小型推土机平仓振捣。迎水面用钢板防渗。十一三峡特种混凝土施工 1碾压砼施工 左导墙为金包银碾压砼建筑物，基础面常规砼垫层，布置两台胎带机，由20t自卸汽车供料。碾压砼施工采用通仓、薄层、连续上升的浇筑方式并严格遵守碾压砼施工的规范。每坯压实厚度30cm，砼升层厚度为2.4m，浇筑层间间歇时间为57天，最大不超过10天，碾压砼浇筑分条带进行，条带宽根据现场施工能力确定，一般为8m，各条带铺料、平仓、碾压方向必须平行水流方向，碾压作业采用搭接法，

20、条间褡接20cm，端头部位的搭接宽度为100cm左右，对左右两侧的常规砼，采取与碾压砼同时浇筑整体上升的方法，导墙横缝成缝方法为：在收仓23天后，用手风钻钻诱导孔，孔径45mm，深为升层厚度的23，孔内填塞细砂。这样可减少仓面浇筑过程中的干扰，加快碾压砼施工进度。2泵送砼施工 泵送砼主要用于泄洪坝段导流底孔封堵回填。导流底孔回填长度为75m，分三段，每段25m，从上游至下游依次分段回填，层厚2m。砼由82m拌和系统供料，泵送砼采用6立方搅拌运输车运料，砼经溜筒或120m栈桥上大型塔机转料至底孔尾端集料斗转至泵机，泵送入闸门井口桂真空溜筒人仓浇筑。3抗冲耐磨砼施工 抗冲耐磨砼主要用于过流面。砼厚

21、度除下游护坦及防冲隔墙，其余均为1m，总工程量约为2667万m3，砼标号为R28400，二级配。抗冲耐磨一期砼采用与同层砼同时施工、整体浇筑的方法，砼入仓手段同该部位常规砼，导流底孔跨缝板、底孔、深孔侧墙钢衬二期砼，采用大型塔机配砼罐由侧卸料罐供料入仓。抗冲耐磨砼强度高，过流面要求光滑平整，严格控制砼外形轮廓线及表面不平整度，斜面砼从低处向高处进行浇筑，砼振捣密实均匀后，用人工或机械抹面（平面采用机械抹面，斜面采用人工抹面），抹面完毕后适时进行喷雾洒水养护，。导流底孔、泄洪深孔底板二期钢衬下部砼施工，采用在预制钢衬上开直径为40cm，间距2m的圆孔，通过圆孔灌入砼，砼振捣密实后，将圆孔用钢衬板封焊，最后进行回填灌桨处理。底孔、深孔侧墙二期钢衬回填砼施工，对结合面的老砼须进行凿毛处理，冲洗干净后方可浇筑砼。