水利工程碾压混凝土施工技术的现状综述

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【摘 要】本文阐述了国外碾压混凝土施工技术的现状及发展及我国碾压混凝土筑坝技术的发展历程和特点.

【关 键 词 】水利工程,碾压混凝土施工技术,现状及发展

一、我国碾压混凝土施工技术的现状及发展

碾压混凝土技术是干硬性混凝土利用土石坝施工工艺,以振动碾压实的一种新的混凝土施工技术,突破了传统的混凝土大坝柱状浇筑法.它具有机械化程度高,缩短工期,简化施工程序,节省投资等特点,成为水利水电工程大坝首选坝型之一.

随着深入的试验研究,原材料、混凝土配合比及施工机械、施工工艺的改进,先进科学的设计理论和实践,碾压混凝土筑坝技术不断提高,日趋完善,解决了各类问题:采用高掺粉煤灰等外掺料,选用适宜水泥、砂石骨料、优质复合型外加剂、核子水分-密度仪国产化研制;石料对碾压混凝土性能的影响规律;对碾压混凝土拌和、运输、摊铺、压实的机械设备不断改进,调整了混凝土稠度Vc值的控制范围;坝体防渗结构的演化发展;在混凝土摊铺、浇筑及分缝处理,分层碾压、模板工程等施工工艺不断改进和提高,研究了变态混凝土、斜层平摊铺筑、诱导缝施工及恶劣环境下的施工技术等新工艺,进一步提高了碾压混凝土大坝的质量,对垂直、水平及其他方向的混凝土芯样检查,芯样已达10m(若不受钻孔机具限制,可能会更长),压水试验的透水率平均水于1Lu,抗剪断试验的破环面不在层面结合面,观测仪器的数值均证实大坝运行正常,大坝渗漏、变形值与常规混凝土相同.在大坝设计方面也有很大突破,除重力坝外,还设计采用了拱坝、包括设计指标很先进的双曲拱坝.

二、碾压混凝土施工工艺

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.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.

3.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.

4.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.

5.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.


三、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.

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