（水利工程专业论文）玄庙观碾压混凝土双曲拱坝设计研究.pdf

摘要 经过近2 0 年的发展，我国的碾压混凝： ：筑坝技术已跨入世界先进水平的行 列，已建和在建的碾压混凝土坝无论在坝型、坝高还是在施工速度方面均创造了 世界记录。对于碾压混凝土坝的细部构造，如模板附近、l = 水片周圈、廊道周边 以及岸坡部位等，我国的坝工技术人员独创了加浆振捣混凝土箍工法，即在已摊 铺好的混凝土料中加入一定数量的水泥净浆，增加其坍落度，然后用振捣器振捣 密实，这种施工技术在许多工程已得到了成功运用并积累了丰富的经验，但是这 种施工技术也还存在一些问题，主要是现场加浆，在加浆量和浆液浓度方面不易 控制，对碾压混凝土的整体质量有一定的影n 虮 本文结合湖北省宜昌市玄庙观双曲拱坝的设计与施工，对零坍落度混凝土进 行了一定的试验研究并运用于工程实践，所谓零坍落度混凝土、即坍落度基本为 零而v 。值为1 3 s 的混凝土，这种混凝土的许多性能介于常态混凝土和碾压混凝 土之间，它既可振捣，又可碾压。这种混凝土经拌和楼一次拌和成功，无须现场 加浆，它质量均匀，便于施工，弥补了加浆振捣混凝土质量不均匀的不足。在潘 家口、石漫滩等工程研究的基础上，本工程首次将零坍落度混凝土运用于碾压混 凝土双曲拱坝，效果良好，取得了+ 定的技术经济效益。 目前，玄庙观碾压混凝土双曲拱坝已基本建成，从外观检查和取芯检测成果 来看，零坍落度混凝土的各种性能完全满足设计要求。 本文对玄庙观工程碾压混凝土双曲拱坝的设计、零坍落度混凝土在工程中的 试验研究和运用情况进行了论述。 关键词 碳压混凝土坝玄庙观双f | ： 拱坝零坍落度混凝土现场加浆 a b s t r a c t a f t e rn e a r l y2 0y e a r s d e v e l o p m e n t ，t h eb u i l d i n gt e c h n i q u eo fo u rc o u n t r y sr o l l e r c o m p a c t e dc o n c r e t ed a mh a ss t e pt o t h el e v e lo ft h ew o r l d e x i s t e da n du n d e r c o n s t r u c t i o n sr o l l e rc o m p a c t e dc o n c r e t ed a m s ，n o to n l yi nd a mt y p e ，d a mh e i g h tb u t a l s oi ns p e e do f c o n s t r u c t i o nh a v es e tw o r l dr e c o r d t ot h ed e t a i l i n go f t h ed a m ，s u c ha s n e a r b yt h et e m p l a t e ，a r o u n dt h ew a t e rs t o p ，g a l l e r yp e r i m e t e ra n db a n ks l o p ep o s i t i o n ， e t c ，o u rc o u n t r y st e c h n i c a ls t a f fo r i g i n a l l yc r e a t ea d dg r o u tv i b r a t i n gc o n c r e t e c o n s t m c t i o nm e t h o d ，t h a ti s ，a d ds o m en e tg r o u to fc e m e n ti na k e a d ys p r e a d i n go u tt h e c o n c r e t em a t e r i a lc o m p l e t e d ，i n c r e a s ei t ss l u m p ，t h e nv i b r a t ei tw i t ht h ev i b r a t o r ，t h i s k i n do fc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g ys u c c e e d e du s i n gi nal o to fp r o j e c t sa n da c c u m u l a t e d a b u n d a n t e x p e r i e n c e b u t t h e r ea r e m a n yq u e s t i o n s e x i s t y e t i n i t ，m a i n l y g r o u t i n g - i n - p l a c e t h ea m o u n ta n dc o n s i s t e n c yo fp l a s ma r en o te a s yt oc o n t r o l ，a n d r e s u l ti ns o m ei n f l u e n c eo nt h ew h o l eq u a l i t yo ft h er o l l e rc o m p a c t e dc o n c r e t e t h i st e x tc o m b i n e st h ed e s i g na n dc o n s t r u c t i o no f x u a r m f i a o g u a nd o u b l e c u r v e d a r c h d a r ni ny i c h a n go fh u b e ip r o v i e n c e ，e x p e r i m e n t a l s t u d ya n da p p l y i n g t o e n g i n e e r i n gp r a c t i c et ot h es l u m pc o n c r e t eh a sb e e ng o n eo nab i t ，s o c a l l e dz e r os l u m p c o n c r e t e ，t h a ti ss l u m pi s z e r ob a s i c a l l yb u tv cv a l u ei s1 - 3 s sc o n c r e t e ，m a n y p e r f o r m a n c eo f t h i sc o n c r e t el y i n gb e t w e e nt h en o r m a l i t yc o n c r e t ea n dr o l l i n gc o n c r e t e ， i tc a r lv i b r a t ea sw e l la sr o l l t h i sk i n do fc o n c r e t ei sm i x i n gs u c c e s s f u lo n c ei n b a t c h i n gp l a n t ，n e e d n tg r o u t i n g i n p l a c e ，i tq u a l i t ys y m m e t r i c a l ，e a s yt oc o n s t r u c t ，i t f e t c h e su pt h es h o r t a g eo fq u a l i t yn o te v e no ft h ea d dg r o u tv i b r a t i n gc o n c r e t e o nt h e f o u n d a t i o no fs t u d y i n gp r o j e c tl i k ep a n j i a k o us h i m a n t a n ，t h i sp r o j e c ta p p l yz e r os l u m p c o n c r e t et ot h em i l e rc o m p a c t e dc o n c r e t ed o u b l e c u r v e da r c hd a mf o r t h ef i r s tt i m e ，t h e r e s u l ti sg o o d ；m a k eac e r t a i no f t e c h n o l o g i c a le c o n o m i cb e n e f i t s a tp r e s e n t ，x u a n m i a o g u a nr o l l e rc o m p a c t e dc o n c r e t ed o u b l e - c u r v e da r c hd a mh a s b e e nb u i l tu pb a s i c a l l ya l r e a d y ，f r o ma p p e a r a n c ee x a m i n a t i o na n df e t c hc o r em e a s u r e a c h i e v e m e n t ，v a r i o u sk i n d so fp e r f o r m a n c eo fz e r os l u m pc o n c r e t em e e tt h ed e s i g n i n g r e q u i r e m e n tc o m p l e t e l y t h i st e x tt e l l sa b o u tt h ed e s i g no fx u a m n i a o g u a nr o l l e r c o m p a c t e dc o n c r e t e d o u b l e c u r v e da r c hd a m ，t h ee x p e r i m e n t a l s t u d ya n da p p l i c a t i o n o fz e r o s l u m p c o n c r e t ej 1 1t h ep r o j e c t k e yw o r d s ： r o l l e rc o m p a c t e dc o n c r e t ed a m x u a n m i a o g u a n d o u b l e c u r v e d a l c hd a z e r os l n m pc o n c r e t e g r o u t i n g i n p l a c e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了感谢。 学位论文作者签名： j 娥 夕 签字r 期：参啦年，月3d 同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特 授权丞洼盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权晚明) 姗虢衫扦铷虢叛 j 、 篝j 。：j i 期：a 龟函舒if 2 月 r i签! j ：f i 心j ：c 卜叩簖i j，2 月 f l 第一章我国碾压灌凝十筑坝技术发展及零坍落度混凝司题的提出 第一章我国碾i e g 凝土筑坝技术发展及零坍落度混凝土问题的提出 1 1概述 碾压混凝土技术是干硬性混凝土利用土石坝施工工艺，进行振动碾压密实的 一种新的混凝土施工技术，它突破了传统的混凝土浇筑法，具有机械化程度高、 工期短、节省投资等一系列优点，其应用范围己越来越广1 2 1 t 3 l 。 碾压混凝土筑坝技术2 0 世纪7 0 年代由国外首先起用，我国于8 0 年代初开始 研究，并于1 9 8 6 年建成了第一座碾压混凝土重力坝福建省坑口大坝 4 1 。在 推广初期，部分学者对层问结合和坝体防渗等问题十分担心，曾一度减缓了碾，| 1 i 混凝土坝的应用进程。随着不断的试验研究和：【程实践，碾压混凝土筑坝技术逐 步提高，筑坝经验同益积累，对各类问题的担心已渐渐消除，并且在以下几方面 有所突破： ( 1 ) 采用高掺粉煤狄等外掺料，选用适宜的水泥、砂石骨料、优质复合型外 加剂； ( 2 ) 针对具体工程特点，确定优化的混凝土配合比，研究石粉对碾压混凝士 性能的影响规律； ( 3 ) 对碾压混凝土拌和、运输、摊铺、压实机械设各不断改进，调整了混凝 土稠度v 。值的控制范围； ( 4 ) 坝体防渗结构不断优化； ( 5 ) 混凝土摊铺、浇筑、分缝处理、分层碾压和模板工程等施工工艺不断改 进和提高，研究了斜层平摊铺筑、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b 1 ； ( 6 ) 对垂直、水平及其他方向的混凝土进行取芯检查，芯样眨度已达l o m 以【：，压水试验的透水率平均小于l l u ： ( 7 ) 抗剪断试验的破坏面彳i 在层问结台面，说明层问结合状态良好； f8 ) 在坝型方面也越来越多，除重力坝外，有拱坝等坝型，包括设汁指标很 先进的双曲拱坝。 近儿年来，我国碾压混凝土筑坝技术得到了飞速的发展，1 9 9 3 年建成了当时 f = 界l 最高的普定碾压混凝土重力拱坝“”，坝高7 5 m ，1 9 9 6 年竣j ：的福建溪柄 拱坝醌岛比仅0 1 9 ，为| | _ j ：界f 第座碾：i = ：混凝土薄拱坝，2 0 0 1 年建成m 址界i i 硼( m 锄i 混f 疑l ：拱坝一一一沙牌碾j l ；泓；疑i 一三心藕j 拱土叭 l i 13 2 m ) 川i ，。! 洲七 第一章我国碾乐混凝十筑坝技术发展及零坍落度混凝十问题的提出 最小的甘肃省龙首碾压混凝土双曲拱坝( 坝高8 0 m ，厚高比0 17 ) ，在建的龙滩 大坝( 坝高初期1 9 6 m ，终期2 1 6 ，5 m ) 是世界上最高的碾压混凝土重力坝：坑u 碾压混凝土重力坝、普定碾压混凝土拱坝两个项目都获得国家科学技术进步一等 奖，石漫滩碾压混凝土重力坝获得了国家优秀设计金质奖 7 1 吲。随着施工水平的 提高，我国碾压混凝土筑坝速度有了很快发展，三峡三期上游碾压混凝土重力式 田堰高1 2 l m ，仅用4 个月完成总方量1 1 0 万m 3 。其月、同最高强度达到4 7 5 j m 3 和2 1 万m 3 ，均居世界首位 9 1 。截至2 0 0 3 年6 月底，我国己建和在建的碾压 混凝土大坝6 0 座，围堰1 5 座，我国碾压混凝土筑坝技术己处于国际领先地位。 我国碾压混凝土筑坝技术具有以下特点： ( 1 ) 建坝数量多、坝型多，发展速度快。已建成超过l o o m 的高坝达7 座， 已经向2 0 0 m 级的大坝迈进。 ( 2 ) 我国碾压混凝土筑坝技术从引进到推广应用，始终处于新技术前沿，从 坑_ _ 丌始到普定、温泉堡、棉花滩和沙牌等工程实践，我国碾压混凝土筑坝技术 得到了飞速发展。 ( 3 ) 施工制约因素越来越少。通过对施工方法、材料和工艺的不断改进和优 化，特别是高效复合外加剂的使用及v 。值动态控制等，使亚热带高温季节和严寒 地区冬季碾压混凝土坝施工都成为可能。 ( 4 ) 通过高掺粉煤灰及其它掺和料，降低了水泥用量、减少了水化热、简化 了温控措施，大大加快了施工进度。 ( 5 ) 在拌和、运输、摊铺、碾压成缝、防护及养护等工序上积累了丰富经验， 逐步形成了一套成熟的方法、工艺和机具。如交替翻升摸板、负压溜槽、深槽胶 带机、斜层平推铺筑法、加浆振捣技术、零坍落度混凝土技术以及2 0 0 m 3 连续搅 拌机等都在施工中发挥了重要作用。 ( 6 ) 用碾压混凝土技术修筑围堰的优越性同益显现。 ( 7 ) 上游坝面防渗技术多样化。常态混凝土、沥青砂浆、钢筋混凝土面板、 预制混凝上模板勾缝、p v c 塑料薄膜和二级配碾压混凝土防渗层等均积累了丰富 的经验。其中以二级配碾压混凝土防渗层最为常用且最为经济。 1 2 混凝土原材料及配合比 12 1 原材料及外加剂 碾爪混凝j ：原材判与常态混凝i ：基本相同，胶i 疑材料水泥及高掺量的粉煤 力( ! ! 吐。j 苟j ：l i 十：d m 女仃祭p h 卜j | i ! | j + 选_ l _ f 低j 舢微】肜1 j k 水d e 以“小k 化* i ? “克7 2 第一一章我国碾压混凝士筑坝技术发展及零坍落度混凝t 问题的提出 性能。由于外掺料量大，尽量选用优质粉煤灰以提高混凝七质量并增加酬久性。 粗骨料常采用人工骨料或天然骨料，很多工程采用灰岩人工骨料，其极限拉伸值 较高，线膨胀系数较小，利于改善混凝土性能。砂子可人工轧制或采用天然河砂， 以细度模数适宜的中砂为好。 使用外加剂的主要目的是节约原材料，改善施工条件，提高混凝土性能，适 应特殊环境施工需要等。外加剂有减水剂、引气剂等，近年研制的高温缓凝剂解 决了碾压混凝土高温条件下的施工问题。实际施工中一般采用性能优越的复合型 外加剂，它具有减水、缓凝、引气等综合作用，满足碾压混凝土设计及施工的要 求并可节约投资。 1 2 2 混凝土配合比 由于碾压混凝土具有快速施工特点，既要满足温控防裂和混凝土物理力学指 标的要求，又要确保良好的施工性能，混凝土配合比设计中尽量减少水泥用量， 多用性能优越的粉煤灰，以充分利用其后期强度指标。水胶比一般为0 5 0 o 6 0 ， 粉煤灰掺量为5 5 7 0 ，砂率为2 5 3 0 。 1 2 3 石粉含量及v 。值 对于碾压混凝土中石粉含量及混凝土工作度v 。值的控制标准，在9 4 年颁布 的水工碾压混凝土施工规范( s l 5 3 9 4 ) 中规定人工砂中石粉( d o 1 6 m m ) 含量以8 1 7 为宣，超过1 7 应经过试验论证，机口v 。值宜在5 s 1 5 s 范围 内选用，在2 0 0 0 年颁布的规范中修改为人工砂中石粉含量宜控制在1 0 2 2 ， 最佳石粉含量应经过试验论证。机口v 。值宜在5 s 1 2 s 范围内选用。人工砂石 粉允许含量的提高和v c 值的减小是经过试验研究和工程实践得出的结果，适当增 大石粉的含量，有利于摊铺碾压，提高密实度；减小v 。值，改善工作度，可加强 层问结合。在我国早期为了防止施工中因v 。值较小时出现“弹簧土”的现象而增 大v 。值，这一做法有片面性，因v 。值过大时，对层问结合将产生不利影响，这 是层i 结合不良的主要原因之一。实践证明，施工中局部出现“弹簧土”，只要不 影响施工即可，及时覆盖就能确保层问结合的质量。 1 3 碾压混凝土施工 131 入仓 碾j t 混凝。i ：常用的运输设备有自卸汽车、机车、门峪机、缆机、吊机、塔带 机、忻惜机、皮带帆、胶带机、负爪溜糟、涮符、剩i 叭骶酋等。棚比较r f l j 氘i j 第章我国碾爪棍凝士筑坝技术发展及零坩落度泄糍十问题的提出 性能由于外掺料量大，尽量选用优质粉煤灰以提高混凝土质量并增加耐久性。 粗骨料常采j = j 人工骨料或大然骨料，很多工程采用狄岩人工骨料，其极限拉伸值 较高，线膨胀系数较小，利于改善滑凝土性能：砂予可人工轧制或采用天然河砂， 以纲度模数适宜的中砂为好。 使用外加剂的主要日的是节约原材料，改善施工条件提高混凝土性能，适 麻特殊环境施工需要等。外加剂有减水剂、引气剂等，近年研制的高温缓凝剂解 决了碾压混凝土高温条件下的施工问题。实际施工中般采用眭能优越的复台型 外加剂，它具有减水、缓凝、引气等综合作用，满足碾压掘凝土设计及施工的要 求并可节约投资。 l2 2 混凝土配台比 由于碾压混凝土其有快速施工特点，既要满足温控防裂和混凝上物理力学指 标的要求，又要确保良好的施工性能，混凝土配合比设计中尽量减少水泥用量， 多用| 生能优越的粉煤扶，以充分利用其后期强度指标。水胶比一般为05 0 06 0 粉煤狄掺量为5 5 7 0 ，砂率为2 5 3 0 。 123 石粉含量及v 。值 剥于碾压混凝土中石粉含量及混凝土工作度v 。值的控制标准，在9 4 年颁布 的水工碾压混凝土施工规范( s l 5 3 9 4 ) 中规定人工砂中石粉( d o1 6 r a m ) 含量以8 1 7 为宜，超过1 7 应经过试验论证，机口v 。值宜在5 s 1 5 s 范罔 内选用在2 0 0 0 年颁布的规范中修改为人工砂中石粉含量宜控制在1 0 2 2 ， 最佳石粉含量应经过试验论证。机i jv 。值宜在5 s 1 2 s 范围内选用。人工砂石 粉允许含量的提高和、，c 值的减小是经过试验研究和工程实践得出的结果，适当增 大石粉的含量，有利于摊铺碾压，提高密实度；减小v 。值，改善工作度，可加强 层间结合。在我国早期为了防止施工中园v c 值较小时出现“弹簧土”的现敦而增 大v 。值，这一做法有片面性，因v 。值过大时，对层间结台将产生不利影响这 是层i 刈结合小良的主要原因之一。实践证明，施工中局部出现“弹簧土”，只要不 影响施工即可，及时覆盖就能确保层刚结合的质量。 1 3 碾压混凝土施工 131 仓 碾j f 混凝士常用的运输设备有闩卸汽车、机车、塔机、缆机、吊机、塔带 机胪州【、腹带 帆、胶带机、负瓜溜憎、涮鬣、剩| | | i m 直等州【匕较j m | _ _ 、忻w 射【、戍州l 、胶带机、负瓜榴惜、湍锗、剩川泔逆等棚比段r l u 南1 1 1 第一一章我国碾压混凝士筑坝技术发展及零坍落度混凝t 问题的提出 性能。由于外掺料量大，尽量选用优质粉煤灰以提高混凝七质量并增加酬久性。 粗骨料常采用人工骨料或天然骨料，很多工程采用灰岩人工骨料，其极限拉伸值 较高，线膨胀系数较小，利于改善混凝土性能。砂子可人工轧制或采用天然河砂， 以细度模数适宜的中砂为好。 使用外加剂的主要目的是节约原材料，改善施工条件，提高混凝土性能，适 应特殊环境施工需要等。外加剂有减水剂、引气剂等，近年研制的高温缓凝剂解 决了碾压混凝土高温条件下的施工问题。实际施工中一般采用性能优越的复合型 外加剂，它具有减水、缓凝、引气等综合作用，满足碾压混凝土设计及施工的要 求并可节约投资。 1 2 2 混凝土配合比 由于碾压混凝土具有快速施工特点，既要满足温控防裂和混凝土物理力学指 标的要求，又要确保良好的施工性能，混凝土配合比设计中尽量减少水泥用量， 多用性能优越的粉煤灰，以充分利用其后期强度指标。水胶比一般为0 5 0 o 6 0 ， 粉煤灰掺量为5 5 7 0 ，砂率为2 5 3 0 。 1 2 3 石粉含量及v 。值 对于碾压混凝土中石粉含量及混凝土工作度v 。值的控制标准，在9 4 年颁布 的水工碾压混凝土施工规范( s l 5 3 9 4 ) 中规定人工砂中石粉( d o 1 6 m m ) 含量以8 1 7 为宣，超过1 7 应经过试验论证，机口v 。值宜在5 s 1 5 s 范围 内选用，在2 0 0 0 年颁布的规范中修改为人工砂中石粉含量宜控制在1 0 2 2 ， 最佳石粉含量应经过试验论证。机口v 。值宜在5 s 1 2 s 范围内选用。人工砂石 粉允许含量的提高和v c 值的减小是经过试验研究和工程实践得出的结果，适当增 大石粉的含量，有利于摊铺碾压，提高密实度；减小v 。值，改善工作度，可加强 层问结合。在我国早期为了防止施工中因v 。值较小时出现“弹簧土”的现象而增 大v 。值，这一做法有片面性，因v 。值过大时，对层问结合将产生不利影响，这 是层i 结合不良的主要原因之一。实践证明，施工中局部出现“弹簧土”，只要不 影响施工即可，及时覆盖就能确保层问结合的质量。 1 3 碾压混凝土施工 131 入仓 碾j t 混凝。i ：常用的运输设备有自卸汽车、机车、门峪机、缆机、吊机、塔带 机、忻惜机、皮带帆、胶带机、负爪溜糟、涮符、剩i 叭骶酋等。棚比较r f l j 氘i j 第一章我国碾压混凝十筑坝技术发展及零坍落度混凝十问题的提山 卸汽车运输适应性强、机动灵活、可直接入仓，是最摹本的入仓方法。对于峡谷 地区，负压溜槽具有独特的优势。其它运输工具一般采取组合运输方式。自卸汽 车、胶带机、负压溜槽等己成为碾压混凝土运输的主要手段。 1 3 2 铺筑与碾压 ( 1 ) 通仓薄层铺筑法 碾压混凝土坝可采用全断面通仓薄层铺筑法分区依次薄层铺筑上升。仓面控 制面积不宜太大，多控制在4 0 0 0 6 0 0 0 m 2 ，每仓连续铺筑上升一般为3 m ，仓面 太大会导致设备投入增加或仓面碾压混凝土初凝。 ( 2 ) 斜层平推铺筑法 从江垭工程开始采用这种方法，碾压层面呈1 ：l o b l ：2 0 的斜坡( 通常称斜坡 碾压) ，沿坝轴线方向从岸坡一端向另一端全断面持续施工，可使层间间隔时间控 制在2 4 h ，一次上升高度也是3 m ，有利于碾压混凝土层问结合。目前斜坡碾压 铺筑技术已在汾河二库、棉花滩、沙牌等多个工程中推广采用，效果良好。 1 3 _ 3 模板工程 碾压混凝土坝施工中模板型式主要有：悬臂模板、滑动模板、混凝土预制块 模板、钢丝网模板及在悬臂模板基础上发展起来的悬臂翻升钢模板。为减少模板 安装工作量，在美国和澳大利亚有三座碾压混凝土坝采用背水面不立模板的施工 方法。迎水面模板，有采用滑模施工的，也有采用悬臂钢桁架配钢筋混凝土面板 施工的。 模板工程是碾压混凝土坝施工的重要环节，其影响是相当突出的。早期碾压 混凝土工程曾因安装模板而中断施工。模板安装对施工速度的影响已经受到工程 界越来越多的重视，模板型式不断改进。目前，悬臂翻升钢模板已在国内得以广 泛应用。我国的岩滩和隔河岩围堰工程，迎水面模板都采用组合钢模板、仓内设 水平拉条的悬臂模板形式。背水面台阶模板，清江隔河岩工程采用台阶组合钢模 形式，岩滩工程采用重力式台阶混凝土预制模板，周转使用。棉花滩大坝上游赢 面采用悬臂翻升钢模板，下游坡斜面也采用小块悬臂翻升钢模板。 1 34 分缝型式 碾脏混凝土坝一一般不设纵缝，不没或少设置横缝，视地形条件、地质条件、 坝体结构、施t 条件和其它条件确定。 第一章我国碾压混凝十筑坝技术发展及零坍落度抛凝十问题的提山 1 34 1 碾仃三混凝土重力坝横缝结构 ( 1 ) 不设横缝 我国坑口大坝坝长】2 2 5 m 、龙门滩火坝坝长1 4 9 m ，采用整体式结构，不设 横缝。 ( 2 ) 设置横缝 短间距横缝 没短间距横缝产生裂缝可能性小，但其缺点也是明显的。我国早期工程有采 用这种型式的，如铜街子坝7 0 ，8 m 长分四个坝段。横缝过多，影响旌工进度，不 利于快速施： 。 k 间距横缝 长怕j 距横缝，般指3 0 m 以上的横缝。横缝间距过大，如果超过1 0 0 m ，或 1 i 设横缝，则产生贯穿性裂缝的可能性很大，理论研究和工程实践也证实了这一 点，因此，横缝问距控制在1 0 0 m 以内。如棉花滩横缝间距在3 3 7 0 m 。 ( 3 ) 缝面处理 一般碾压混凝土重力坝可采用切缝机切缝、钻孔预裂、预埋分缝板等成缝方 式。目前，高坝工程趋向使用切缝机。例如江垭工程采用m p k h p q l 3 型切缝机切 缝，棉花滩大坝采用m p f q 1 型切缝机切缝。 切缝机切缝 在平仓后，碾压前或碾压后，用切缝机在混凝土内切出一条缝，横缝材料( 铁 皮、p v c 等) 随切缝机刀片下压振动压入。 诱导缝 在碾压混凝土有一定强度后、用手风钻或其它机械钻预裂孔成缝，石漫滩大 坝采用这种方式，效果良好。 预埋分缝板 平仓后埋设分缝板，最后通仓碾压。分缝板用预制混凝土板、铁皮、沥青木 板等材料制作。 模板成缝 仓面分区浇筑或个别坝段提f j u 升高时，在横缝位置立模，拆模后成缝。 1 342 碾j i ：混凝土拱坝分缝结构 碾爪混凝上拱坝是一个整体结构，缝的存钧- 会削弱拱坝的整体性，l 习此它要 求舟f ，地结构叶，预纠灌浆系统， 筠f i i ig 1 嫂达列；艘浆。要求，h 渊度适1 1 州扎进 第一章我国碾压混凝士筑坝技术发展及零坍落度混凝十问题的捉u 行接缝灌浆。 普定拱坝设置了三条可以重复灌浆的诱导缝，分别将坝体分成3 0 、5 5 、8 0 、 3 1 m 四段，诱导缝是采用两块对接的多孔预制混凝土成缝板，板长1 0 m ，高度 0 3 0 m ，厚度o 0 4 o 0 5 m ，按双向间断的形式布置而成，沿水平方向间距2 0 m ， 沿高程方向间距o 6 0 m ( 每隔二个碾压层) 布置，使其在坝内同一断面上预先形 成若干人造小缝，并在诱导缝中预埋灌浆管。 温泉堡拱坝在坝体设置五条横缝( 2 条常规缝，2 条诱导缝，1 条混合缝) ， 问距3 0 3 4 m ，不设纵缝。 沙牌碾压混凝土拱坝是首座超过百米级的碾压混凝土拱坝，设2 条诱导缝2 条横缝，从左岸到右岸沿坝轴线各缝距分别为3 5 7 0 m 。 1 4 坝体防渗 在防渗结构选择上，呈现多元化趋势，有二级配碾压混凝土防渗、变态混凝 土防渗、零坍落度混凝土防渗、钢筋混凝土面板防渗以及沥青混合料防渗和p v c 薄膜防渗等，都具有良好的防渗性能。 上游坝面防渗层的型式有：沥青混凝土面板、涂刷高分子防渗材料、钢丝网 喷水泥砂浆( 膨胀) 和粘贴防渗薄膜等。 ( 1 ) 常态混凝土“金包银”：同本碾压混凝土筑坝模式，我国早期碾压混凝 土工程中有采用过。如天生桥二级大坝、观音阁等； ( 2 ) 沥青混凝土面板：坑口碾压混凝土坝应用； ( 3 ) 涂刷高分子防渗材料：溪柄溪碾压混凝士拱坝使用x y p e x 材料； ( 4 ) 二级配碾压混凝土：坝体采用碾压混凝土自身防渗，普定工程在坝体迎 水面使用粒径小于4 0 m m 二级配碾压混凝土作为坝体阻水防渗层，与坝体三级配 碾压混凝土同时填筑，同层碾压。经坝体多年挡水运行实践证明，防渗效果不亚 于常态混凝土。 1 5 温控与防裂 碾压混凝土重力坝的温控工作虽没有常态混凝土复杂，但在施工过程中司样 要采取桐应的温控措施。碾压混凝上虽水泥用量少，大量使用掺合料，但连续快 速施【，难以通过浇筑层面散发热最。冈此，碾压混凝上温控应根据不同的施工 条件、气候、环境温度等选择合适的温控手段。 溅f l i 混凝卜施：f 。“在f h 均气3 2 5 ”c 之n | j 进行，否则，颁采取有效的 第一章我国碾压混凝十筑坝技术发展及零坍落度混凝i ：问题的提山 程措施。 碾压混凝土施工主要温控方法有： ( 1 ) 采用低热或中热水泥，高效复合外加剂、高掺粉煤扶或其它活性材料等， 降低水泥水化热； ( 2 ) 合理分缝分层、分块，薄层浇筑： ( 3 ) 降低碾压混凝土入仓温度和浇筑温度： ( 4 ) 加强仓面、坝体表面防护措旌。如喷雾降温、保温模板保温等。 碾压混凝土拱坝尽管在薄层碾压过程中可利用层问问隙散掉一部份热量，但 在拱作用形成以后，仍有近一半的水化热储存在坝体内。在坝体冷却降温过程中， 混凝土收缩产生温度应力，超过混凝土自身抗拉强度时，将引起拱坝丌裂，特别 是对狭氏的长条形坝块更为不利。可通过合理分缝( 如两导缝) ，采用微膨胀混凝 土材料，减少自身收缩，避免或减少裂缝的发生。 1 6 零坍落度混凝土问题的提出 我国的碾压混凝土筑坝技术已跨入世界先进水平的行列，但是，碾压混凝土 坝的施工速度和施工质量还受到许多条件的限制，特别是在碾压混凝土施工仓面 的边缘部位，如模板周边、止水片周围、廊道附近和混凝土与岸坡的结合部位等， 这些部位均难以用常规的振动碾进行振动碾压，是制约碾压混凝土坝施工的关键 l 醵2 _ - - 1 邮。 在碾压混凝土筑坝技术的发展初期，上述部位的混凝土往往用常规混凝土代 替 1 1 1 1 1 2 1 ，但在工程实践中发现这种方法存在许多问题，其中最主要的问题是两 种混凝土的性能存在一定的差异，在接合部位有开裂的可能。为了解决这一问题， 我国的工程技术人员进行了反复探索，提出了以加浆振捣为主导思想的施工技术， 并在许多工程中得到了较好的运用 1 3 1 1 4 1 。 所谓加浆振捣( 也称为变态混凝土或改性混凝二l ) 技术，即在已摊铺好的碾 压混凝土料中加入一定数量j e 勺水泥砂浆或水泥净浆，使碾压混凝土料的坍落度增 加，可使用振捣器使之密实，这种技术在我国坝工界的应用已比较普遍，而且为 了提高施工质量，还提出了勾槽加浆法、加浆机加浆法等许多方法，并且积累了 一定的施工经验1 5 1 6 1 1 7 1 。 招徕河大坝| e | 勺变态混凝土主要分柿在模板周边、岸坡、预埋件和廊道周边等 部位。存靠近模板和永久缝处、山于振动碾无法到位，故采取变态混凝l ：施。 mr 州施| - l _ | _ | 1 最书u 按先碟爪后变态，似碾n j 厉变念区混凝赴浆干振捣部存f 】 例难，? 疑l 蚓j 纯呒水泥浆外溢和泌水现象，_ ：j r 坚志陬泓晰f 进浆艟4 、 第一章我国碾压湛凝+ 筑坝技术发展及零坍落度溅凝士问题的提出 够，振捣棒插入也费力，易使变态区混凝土进浆不均匀，振捣不密实，对混凝土 内在质量和拆模后坝体表面外观质量都有一定的影响。后改为先变态后碾压，但 变态区混凝土振捣后极易产生串浆现象，并且振动碾压实时会出现橡皮状，影响 其压实度，对变态区与碾压区结合部位的碾压混凝土质量无法确保。为了克服上 述弊端，通过多次现场实践，最终确定预碾再变态后补压做法。即铺料结束，变 态区人工抽槽加入定量浆液，先静碾1 2 遍，接着振捣变态混凝土，最后再补压 其余遍数( 并在变态区与碾压区结合部位采取小振动碾碾压密实) 。这种做法在一 定程度上能克服以上两种施工方式的弊端，其实方钷效果较为理想。 沙牌工程改性混凝土或称为变态混凝土是在碾压混凝土拌和物中铺洒一定数 量的水泥粉煤灰净浆，使碾压混凝土由于硬性混凝士的碾振作业改变为塑性混擞 土的振捣作业。在八五攻关的普定拱坝全断面碾压混凝土施工中，己成功地将改 性混凝土应用于振动碾碾压不到死角及电梯并、廊道周边钢筋混凝土区域，为了 更快提高碾压混凝土的施工速度，沙牌工程在普定工程改性混凝土应用的基础上， 又扩大其使用范围，将与两岸基岩面接触的垫层常念混凝土及坝面上所需常态混 凝土施工的部位均用改性混凝土代替，经过一系列有关的室内和现场试验，基本 解决了浆体设计、浆体量控制、施工工艺、质量控制等问题。制定出了适合沙牌 工程的计时法计浆、沟槽铺浆法改性混凝土施工工艺，使得改性混凝土在沙牌工 程的整个施工过程中得到广泛的应用，坝面上除了碾压混凝土外就是改性混凝土， 施工完后混凝土内部密实未发生裂缝和其它缺陷。 加浆振捣技术虽然在许多工程得到了比较成功的运用，但这种技术本身也存 在一定的问题，其中最关键的问题是“”： ( 1 ) 浆液易于沉淀，需要在加浆过程中不停地搅拌，但在许多工程中又难以 做到这一点，所以加入碾压混凝土料中的水泥浆或稠或稀，对工程质量有较大的 影响。 ( 2 ) 加浆量难以准确控制，虽然经过近2 0 年的探索，- 找到了一些加浆方法， 但是，山于各种影响因素，在实际工程中准确控制加浆量是很难做到。 在碾压混凝土料中由于加浆量的不同或加浆浓度的不同，对混凝土的均匀性 和耐久性将产生u 一定的影响1 9 1 2 0 1 2 1 2 ” 2 3 1 。 为了解决上述问题，我国的坝： 技术人员又提出零坍落度混凝土振导技术。 零坍落度混凝土，即经过拌和楼一次性拌和的坍落度为零而v c 值为1 3 s 的混 凝j 卜，这种混凝土与常规的碾压混凝土性能非常接近，可以用人工振捣器使之振 捣密史。 ，譬j ) 1 ；弃度混凝二l 于】9 8 9 年荫。汐： 量川j j ：j f j 筠i li 水j 1f 池问】1 9 r _ | _ _ _ 程广 r ，i 漩得j ，初 第章我国碾压混凝r 筑坝技术发展及零坍落度泄凝_ f ：问题的提山 步的技术成果1 2 4 1 1 2 5 1 1 2 6 1 。1 9 9 4 1 9 9 6 年，结合河南省石漫滩水库全断面碾压混 凝士坝设计和施工，对零坍落度混凝土进行了系统的试验研究，从混凝土配比、 拌和、现场振捣密实到零坍落度混凝土的物理力学指标测试，进行了系统的试验 研究，取得了重要的科研成果，并在石漫滩工程中成功地运用了2 万m 3 ，节约工 程投资2 0 0 万元。该项目被列为水利部重点科研项目，并被水利部鉴定为达到国 际先进水平于2 0 0 0 年获得了水利部优秀设计金质奖、国家优秀设计会质奖和河 南省优秀工程奖。本文在其他工程进行试验研究的基础上首次将零坍落度混凝土 技术应用于双曲拱坝。 1 7 本文的研究内容 根据国内外碾压混凝土筑坝技术的发展水平2 0 1 2 1 2 2 1 ，本文主要对下列问 题进行研究： ( 1 ) 对玄庙观拱坝的枢纽布置进行研究，进行多方案比较，选择最优方案， 在此基础上，用多拱梁法和三维有限元法进行拱坝应力分析，并完成拱坝的坝体 结构设计、消能防冲设计和基础处理设计。 ( 2 ) 在以往零坍落度混凝土技术研究的基础上，进一步进行深入研究，其 中包括混凝土配比试验和物理力学性能试验研究。 ( 3 ) 在室内试验的基础上进行现场试验，其中包括零坍落度混凝土现场抗 剪试验，混凝土振捣工艺试验等，最后提出适合于玄庙观工程的零坍落度混凝土 旋工暂行规定。 ( 4 ) 对施工结束后的坝体零坍落度混凝土现场取芯进行试验以判断其是否 满足要求。 第二章幺庙观双曲拱坝布置与建筑物设计 第二章玄庙观双曲拱坝布置与建筑物设计 2 1 工程概况 玄庙观水库位于长江北岸支流一黄柏河东支上游，坝址在湖北远安县，距远 安县城6 0 k i n 。坝址以上流域面积3 8 0 k m 2 ，坝址处多年平均径流量1 7 6 亿i l l 3 ， 多年平均流量5 5 7 m 3 s 。，设计坝顶高程5 1 1 m ，水库的难常蓄水位4 9 5 0 m ，校核洪 水位4 9 6 0 m 冰库总库容为4 0 9 6 万i t l 3 。根据水利水电工程等级划分及洪水标准 ( s l 2 5 2 - - 2 0 0 0 ) ，确定本工程为i i i 等工程，大坝( 包括挡水、泄水和放空建筑物) 按3 级建筑物设计，电站厂房和导墙等按4 级建筑物设计。 大坝的设计洪水标准为5 0 年一遇，校核洪水标准5 0 0 年一遇： 厂房的设计洪水标准为3 0 年一遇，校核洪水标准1 0 0 年1 一遇； 大坝消能防冲建筑物的设计洪水标准为3 0 年一遇。 据1 4 0 0 万中国地震动参数区划图( g b l 8 3 0 6 2 0 0 1 ) ，本区地震动峰值加 速度为o 0 5 9 ，相当于地震基本烈度6 度；地震动反应谱特征周期为o 3 5 s 。 2 2 坝址地形地质条件 该坝址河谷呈“u ”型，山顶高程5 8 0 6 7 0 m ，天然坡角3 5 。7 0 。，河 床水位4 3 5 4 3 9 m ，在高程4 4 3 0 m 处河床宽8 0 m 。坝址区地层为平缓单斜构造， 两岸地形基本对称，岩层产状走向n w ，倾n e ，倾角5 。1 5 。，即微倾上游。 左岸高程4 8 0 m 、右岸高程4 9 0 m 以下为弱风化，左岸高程4 6 0 m 、右岸高程4 5 0 m 以下为j 散风化。右岸基础较好，为厚层中厚层硅质白云岩央薄层泥质自云岩、 白云质灰岩。丘岸基础较差，在上部存在第四系坡积松散堆积物，基岩面较低且 推测风化较深。 从地质、地形条件上来看，修建重力坝和拱坝均可。 2 21 岩体力学指标 第二章茁庙观双曲拱坝布置与建筑物设训 表2 - 1坝基( 肩) 岩体力学指标( 一) 。、 抗剪( 断) 强度指标 结构丽、岩性、 f r c ( 磁p a ) 2 1 、2 2o712 1 5 e 2 3 2 4o506o ，4 2 3 灰岩、夹泥o 3 50 4 5o 1 混凝t ：基岩( e 2 1 2 2 )o 71 1lo 混凝十基岩( 2 3 2 5 ) 0 50 90 5 剪切带、断层 0 2 50 2 5 o 0 3 5 层面裂隙 o2 6o2 70 0 4 表2 - 2坝基( 肩) 岩体力学指标( 二) 指标建议值 变形模量( g p a )泊松比 岩层代号 平行层面 垂直层面水平乖直 d 鲁 1 2 1 31 5o 2 雷 3 53o 3 00 3 3 剪切带、断层、层面裂隙 03 o 50 3 8 2 2 2 两岸开挖边坡坡度建议值 表2 - 3 两岸开挖坡度建议值 永久边坡 岩“风化程度 坚埂岩杠软弱岩7 i 覆盖层与全风化岩t i 1 ：11 ：1 强风化岩斫 l ：o 7 51 ：o 7 5 弱风化岩_ i1 ：o 5 1 ：o 6 微风化岩i i ( 31 ：o 5 第一二章玄庙观双曲拱坝布置与建筑物殴计 2 - 2 3 坝体混凝土的有关参数 弹性模量e ( g p a ) ： 2 0 坝体混凝土抗压强度采用9 0 天强度，设计指标为c 9 0 2 0 w 6 f 5 0 ； 结构混凝土采用2 8 天龄期强度，设计指标c 2 8 2 5 w n f s o ； 容重v ( k n m 3 ) ：结构混凝士y = 2 4 ，碾压混凝土 y = 2 3 5 线膨胀系数( 1 ) 0 8 1 0 。 泊桑比：0 1 6 7 2 3 工程总体布置 23 1 工程枢纽布置原则 ( 1 ) 坝顶高程的确定考虑到库区岩石溶洞的底高程为4 9 5 3 0 m ，规划确定该 水库的设计洪水位为4 9 5 o m ，校核洪水位为4 9 6 0 m ，由此计算确定坝顶高程。 ( 2 ) 坝体考虑采用碾压混凝