（水利工程专业论文）高寒地区碾压混凝土坝施工工艺研究.pdf

摘要高寒地区碾压混凝土坝施工工艺研究学科领域：水利工程答辩日期：2 0 0 5 31导师姓名：辛寺文錾授作者姓名：新量慢西铡lj2 -i、摘要碾压混凝土坝是将混凝土坝结构和材料与土石坝施工方法的优越性结合起来，在水利工程中得到广泛应用。本文针对高寒地区恶劣的气候环境，结合甘肃省黑河工的龙首水电站碾压混凝土坝的施工实践，通过施工的原形试验，对在夏季酷热、冬季严寒、蒸发量大的高海拔地区的碾压混凝土坝原材料性能、施工配合比、施工工艺技术和温控技术等进行了研究和总结。碾压混凝土的性能主要取决于原材料的性能，选择合适的碾压混凝土原材料并研究其性能，使其满足高寒地区碾压混凝土坝的性能要求。由于高寒地区一般气候条件恶劣，再加上蒸发量大，季节变化对混凝土的适应性要求较高，合理的配合比，对提高碾压混凝土坝的抗裂、防渗和抗冻性能有十分重要的意义。高寒地区气温变幅较大，温度荷载在坝体应力分析中占有较大的比重，特别是冬季温度降低幅度较大，易产生贯穿性裂缝，影响碾压混凝土坝的耐久性。因此，为了防止碾压混凝土坝在施工期和运行期产生温度裂缝，必须考虑抗裂措施。高寒地区蒸发量往往较大，加快了碾压混凝土的凝固，影响碾压混凝土的施工质量，要采用有效的施工工艺，满足高寒地区碾压混凝土坝的性能要求。本文研究表明，选择合适的原材料，从材料本身上可以满足高寒地区碾压混凝土坝的强度、抗裂、抗侵蚀等性能要求；掺用合适的外加荆对提高碾压混凝土的抗冻性及耐久性有重大影响；根据施工环境条件，进行碾压混凝土v c 值的动态控制，从拌制、运输、入仓、仓面作业等工序上提高碾压混凝土坝施工工艺，适应了高寒地区的气候条件，保证了碾压混凝土的质量；采取适宜的保护和温控措施，能够有效的减少和控制碾压混凝土坝裂缝的发生和发展。关键词；碾压混凝土坝，高寒地区，原材料性能，配合比设计，施工工艺，温控措施a b s tr a c tt h er e s e a r c ho fc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e so fr c c di nt h eh i g ha l t i t u d ea n dc o l dz o n ea u t h o r ：钿a b s t r a c tt u t o r ：r c c di sw i d eu s e di nh y d r a u l i ce n g i n e e r i n gb e c a u s ei tt a k e sa d v a n t a g e so fc o n c r e t ed a m ss t r u c t u r ea n dm a t e r i a la n de a r t h r o c kd a m sc o n s t r u c t i o nm e t h o d t h i sp a p e rs t u d i e da n ds u m m a r i z e dr a wm a t e r i a l sp e r f o r m a n c e 。c o n s t r u c t i o nm i xp r o p o r t i o n ，c o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e ，t e m p e r a t u r ec o n t r o lt e c h n i q u eo fr c c dw h i c hl o c a t e di nh i g ha l t i t u d ez o n ew h e r ei sv e r yh o ti ns u m m e ra n dv e r yc o l di nw i n t e rw i t hg r e a ta m o u n to fe v a p o r a t i o n ，t h i sp a p e ri sd o n et h r o u g hc o n d u c t i o np r o t o t y p et e s t ，c o m b i n i n gc o n s t r u e t i o np r a c t i c eo fr c c do fl o n gs h o uh y d r o p o w e rs t a t i o ni ng a ns up r o v i n c e ，a i m i n ga tw i c k e dw e a t h e rc o n d i t i o ni nh i g ha l t i t u d ea n dc o l dz o n e t h ep e r f o r m a n c eo fr c ci sm o s t l yd e c i d e db yr a wm a t e r i a l sp e r f o r m a n c e ，w es h o u l dc h o s ep r o p e rr o l l e rc o m p a c t e dc o n c r e t er a wm a t e r i a l sa n ds t u d yt h e i rp e r f o r m a n c es ot h a tt h eq u a l i t yisg u a r a n t e e d r e a s o n a b l ec o n c r e t em i xp r o p o r ti o nisv e r yi m p o r t a n tf o rr c c dt oi m p r o v ei t sp e r f o r m a n c eo fc r a c kr e s i s t a n c e ，s e e p a g ec o n t r o la n df r o s tr e s i s t a n c es i n c et h eh i g ha l t i t u d ea n dc o l dz o n eh a v eb a dw e a t h e ra n dg r e a ta m o u n to fe v a p o r a t i o n ，a n ds i n c es e a s o nc h a n g i n gn e e dh i g h e rr e q u e s tf o rc o n c r e t ea d a p t a b i l i t y a i rt e m p e r a t u r ec h a n g er a p i d l yi nh i g ha l t ir u d ea n d c o l dz o n e e v e ni nw i n t e r ，t h i sm a k et e m p e r a t u r el o a dp o s s e s sh a v eab i gp o r t i o ni nd a ms t r e s sa n a l y s i st op r o d u c ec o m p l e t ep e n e t r a t i o nc r a c k ，t h ee n d u r a n c eo fr c c da r ea f f e c t e db yt h e s ef a c t o r s t h e r e f o r e 。w em u s tt a k ea n t i c r a c km e t h o di n t oc o n s i d e r a t i o nt op r e v e n tr c c dp r o d u c et e m p e r a t u r ec r a c ki nc o n s t r u c t i o ns t a g eo ri no p e r a t i n gp e r i o d e f f e c t i v ec o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e sm u s tb et a k e nt om e e tt h ec a p a b i t i t yn e e do fr c c di nh i g ha l t i t u d ea n dc o l dz o n ef o ri t sg r e a ta m o u n to fe v a p o r a t i o nw h i c hq u i c k e nr o l l e rc o m p a c t e dc o n c r e t es o l i d i f i c a t i o na n de f f e c tt h e i rq u a l i t y 1西安理工大学工程硕士学位论文t h ep a p e rr e v e a l st h a tc h o o s i n ga p p r o p r i a t er a wm a t e r i a l sc a nm e e tr c c dt h e n e e do fi n t e n s i t y ，c r a c kr e s i s t a n c ea n de r o s i o n r e s i s t a n c ei nh i g ha l t i t u d ea n dc o l dz o n e ：i th a v eag r e a tg o o de f f e c to nf r o s tr e s i s t a n c ea n dd u r a b i l i t yo fr o l l e rc o m p a c t e dc o n c r e t ew h e nt ob em i x e di n t or i g h te x t e r n a la g e n t ；a c c o r d i n gt oc o n s t r u c t i o nc o n d i t i o n ，d y n a m i cc o n t r o lo fr o l l e rc o m p a c t e dc o f l c t e t e sv cv a l u e ，i m p r o v i n gc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e so fr c c di nm i x i n g ，t r a n s p o r t i n g ，e n t e r i n gs i l o ，s i l oo p e r a t i n ga n ds oo n ，a d a p tw e a t h e rc o n d i t i o na n de n s u r et h eq u a l i t yo fr o l l e rc o m p a c t e dc o n c r e t e ：t a k i n gp r o p e rp r o t e c t i o na n dt e m p e r a t u r ec o n t r o lm e a s u r ec a nr e d u c ea n dc o n t r o lt h eh a p p e n i n ga n dd e v e l o p m e n to fc r a c ko fr c c dd a m 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 mh i g ha l t i t u d ea n d c o l dz o n ep e r f o r m a n c eo fr a wm a t e r i a l sm i xd e s i g nc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e st e m p e r a t u r ec o n t r o lm e a s u r e2独创性申明秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所论述的工作的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。本论文及相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任。、b论文作者签名：丝狸疗年，月，8 目保护知识产权申明本人完全了解西安理工大学有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期问所取得的所有研究成果的知识产权属西安理工大学所有。本人保证：发表或使用与本论文相关的成果时署名单位仍然为西安理工大学，无论何时何地，未经学校许可，决不转移或扩散与之相关的任何技术或成果。学校有权保留本人所提交论文的原件或复印件，允许论文被查阅或借阅；学校可以公布本论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他手段复制保存本论文。论文后，以上申明同样适用)铆签名：耄蘑如捧歹月，8 日1 概况1 概况1 1 碾压混凝土坝的发展碾压混凝土筑坝技术是最近二十多年发展起来的一项筑坝新技术。碾压混凝土最早于1 9 6 0 年作为防渗体材料使用于我国台湾石门坝的围堰上。1 9 7 0 年，在美国加州阿西洛玛( a s i l o m a r ) 召开的“混凝土坝快速施工会议”上，拉斐尔( r a p h e r ) 教授提出了混凝土碾压施工的概念。1 9 7 2 年至1 9 7 3 年，美国陆军工程师团在艾克溪坝( e l kg r e e k ) 和劳斯特溪坝( l o s tg r e e k ) 工程中分别进行了碾压混凝土现场试验。1 9 7 4年，美国工程师团在巴基斯坦塔贝拉( t a r b e l a ) 工程中用碾压混凝土快速修复泄洪洞出口消力池，这进一步证明了碾压混凝土快速施工的可行性。日本从1 9 7 5 年开始研究碾压混凝土筑坝技术，并用于工程实践。当年在大川坝的上游围堰施工中采用了碾压混凝土。1 9 7 8 年9 月，日本开始修建世界上第一座用碾压混凝土筑坝的岛地川坝，该坝坝高8 9 m ，于1 9 8 0 年建成，开创了人类用碾压混凝土筑坝的里程碑。随后世界上许多国家都相继使用该项新技术筑坝。1 9 8 2 年，美国工程师团仅用不到五个月的时间建成世界上第一座全碾压式混凝土坝一柳溪坝( 5 2 m 高) 。我国自1 9 7 8 年开始研究碾压混凝土筑坝技术。1 9 8 3 年至1 9 8 5 年分别在铜街子工程和沙溪口工程中做了碾压混凝土局部应用试验，1 9 8 6 年建成了我国第一座碾压混凝土坝一福建省大田县坑口坝( 高5 6 8 m ) ”1 1 。到1 9 9 8 年底，世界上已有2 8 个国家完建和在建超过1 5 m 高的碾压混凝土坝达2 0 9 座，其中以日本和我国为最多，美国次之，欧洲以西班牙为最多，这些坝的混凝土总量为7 2 x1 0 5 m 3 ，其中碾压混凝土为4 7 x1 0 6 寸。我国碾压混凝土筑坝技术发展较快，到目前为止，我国已建成的碾压混凝土坝有4 6 座，在建的有7 座，正在设计中的有1 3 座，其中已建成的百米以上的碾压混凝土重力坝有5 座，以坝高1 2 8 m 的江垭大坝为最高：已建成的碾压混凝土拱坝有7 座，坝高1 3 2 m 的沙牌拱坝为最高。西安理工大学工程硕士学位论丈我国正在建设世界最高的碾压混凝土重力坝一龙滩大坝，其一期工程坝高为1 9 2 m ，坝体混凝土5 3 2 万n l ( 其中碾压混凝土3 4 1 万一) ，最终坝高为2 1 6 5 m ，混凝土方量达7 5 0 万m 3 。此外，利用碾压混凝土修建临时施工围堰，其效益更加明显。岩滩、隔河岩、水口、五强溪、三峡、大朝山等工程，都采用碾压混凝土围堰，其方量已超过4 0 0 万m 3 ，具有施工速度快，汛期围堰还可以过水的特点。于2 0 0 3 年元月开始浇筑的三峡工程三期横向碾压混凝土围堰，在五个半月内浇筑碾压混凝土1 l o 万3 ，堰体升高9 0 m ，其小时浇筑强度为8 5 0 m 9 ，月晶大浇筑强度达3 8 6 万m 3 ，堰体月上升高度2 4 m “1 。由上述可以看出，我国碾压混凝土筑坝技术已进入国际领先行列。1 2 碾压混凝土坝的特点碾压混凝土筑坝技术改变了拄状浇筑的常规混凝土坝用振捣器插入混凝土振捣密实的方法，而是用振动碾压机在大仓面浇筑层面振动碾压施工。碾压混凝土筑坝材料采用超干硬性无坍落度的混凝土，为使压实机械将振动波易传到层底，使每层上下部压实均匀，混凝土摊铺碾压的层厚一般为3 0 厘米。碾压混凝土主要特点是用水泥量低、高掺粉煤灰的千贫性混凝土，采用与土石坝相同的运输和铺筑设备，薄层摊铺，振动碾压，逐层填筑。这实质是把混凝土坝结构与材料和土石坝施工方法两者的优越性加以综合，经过择优改进，结合雨成的一种筑坝新技术“”1 。该项新技术具有节省水泥、施工简便、缩短工期、造价低廉等优点。1 2 1 碾压混凝土材料特点碾压混凝土属于、贫混凝土，干即材料的用水量少，是超干硬性无坍落度混凝土，贫即材料的水泥用量少，以较大掺量粉煤灰代替水泥，单位体积混凝土水泥用量比常态混凝少。1 2 2 碾压混凝土坝的特点( 1 ) 碾压混凝土筑坝技术改变了常态混凝土筑坝用振捣器插入混凝土振捣密实的方法，而是用振动碾压机在大仓面层面振动碾压施工，园土振捣密实的方法，而是用振动碾压机在大仓面层面振动碾压施工，园21 概况而施工简便。( 2 ) 该项技术能节省水泥，有利于大规模机械化作业，因而能缩短工期，降低工程造价。( 3 ) 碾压混凝土属干、贫混凝土，以较大掺量粉煤灰代替水泥，单位体积混凝土所用水泥量比常态混凝土少，其单位体积所散发的水化热要比常态混凝土少，绝热温升也将较低，具有温控简单的有利条件。1 2 3 碾压混凝土坝的类型碾压混凝土坝目前有三种主要类型，即日本的r c d 、美国的r c c 和中国的r c c d 。三种碾压混凝土坝的各自特点如表卜l 所示“1 。虽然它们有许多共同点，但由于类型相异，因而形成三种筑坝方法，但各法都适应本国碾压混凝土坝的坝型，是本国实践经验的总结，发展并形成了具有本国特色的筑坝技术。表1 1三种碾压混凝土坝的特点表特点坝型日本的r c d美国的r c c中国的r c c d高坝：金包银式或变态混凝土防渗结构金包银式金包银式中低坝：全碾压混凝土或防渗层水泥( k g m 3 )9 5 1 0 06 5 7 05 0 6 0粉煤灰( k g m 3 )2 5 3 06 5 7 09 0 l 0 0用水量( k g m 3 )9 0 1 0 09 0 1 0 08 0 1 0 0砂率0 3 0 0 3 40 3 0 0 3 40 3 0最大骨科( r a m )8 05 0 7 58 0初凝时间( h )6 86 86 8横缝间距( m )1 55 0 1 5 01 5 3 0v c 值( s )1 5 2 01 5 2 01 0 1 5碾压层厚度( e r a )5 0 l o p3 03 0a 中国式的r c c d我国的碾压混凝土坝施工技术采用大面积薄层连续浇筑的方法。混凝土摊铺和碾压的层厚一般为3 0 c m ，这样可以防止骨料分离，压实振动西安理工大学工程硕士学位论文波易传到层底。为保证层间粘结良好，层间允许间隔时间从下层混凝土拌和加水时起到上层混凝土碾压完毕为止，需控制在混凝土初凝时间以内，层厚和浇筑仓面面积受此限制。碾压混凝土振动碾压遍数约为6 7遍，连续浇筑3 4 层后宜间歇2 3 天。通常仅对施工缝刷毛，冲洗以后铺设砂浆层进行处理。对于连续浇筑的碾压混凝土，要求施工层面具有足够的抗渗性和层间粘结强度。温度收缩缝有两种做法：一是在混凝浇筑平仓后用切割机切缝，缝中插入钢板或塑料板，然后在层面碾压；另一种方法是在水平工作缝面用风钻沿横缝线间隔钻孔，以诱导成横缝。b 日本式的r c d日本的r c d 多采用双轴强制式拌和机拌制混凝土。r c d 筑坝的一个显著特点是连续浇筑，平仓几层，然后一次碾压，一次碾压厚度平均为7 5 c m ，碾压后的顶面作为水平工作缝，进行凿毛清洗。其它方面，基本与r c c d相同。c 美国式的r c cr c c 在许多方面与r c d 和r c c d 相同，但因早期的碾压混凝土坝层间接缝漏水，层间抗剪强度也被削弱，所以特别重视层间的粘接。即使在美国，肯务局和陆军工程师团对r c c 的做法也有所不同。垦务局r c c 粗骨料最大粒径为5 0 m m ，采用二级配，其中粒径4 7 5 2 5 m m 的骨料较多，以减少分离。胶结材料用量一般按层间接缝不透水和抗剪及抗拉强度要求确定，丽不是由抗压强度决定。浇筑层厚度一般为3 0 c m ，混凝土大面积连续浇筑3 4 层后间歇，顶面按水平面工作缝处理。混凝土材料用量稍多，灰胶比较小，v c 值略高，更为干硬性。陆军工程师团为防止层间接缝漏水，采取以下两神措施：一是在上游面作常态混凝土防渗层，二是对层面进行处理，不考虑层间接缝的粘结。粗骨料最大粒径为5 0 7 5 m m ，用二或三级配。施工特点是浇筑每一层新混凝土前，不论间歇时间长短，必须用高压水枪冲洗下层混凝土层41 概况面，铺1 2 5 m m 厚的水泥砂浆，再铺碾上层混凝土。1 3 本文研究内容本文研究的主要内容将围绕在高寒地区碾压混凝土施工中，如何通过改善和改进施工工艺，在保证质量的前提下，使碾压混凝土坝在高寒地区气候条件下能快速、连续、经济的施工。本文结合工程实例及实践对碾压混凝土坝在高寒地区的旖工工艺进行了研究。1 3 1 碾压混凝土原材料的研究原材料的质量及性能，直接影响着碾压混凝土各方面的性能。本文结合龙首电站工程的施工经验对碾压混凝土原材料的性能进行了研究。1 3 2 碾压混凝土配合比的试验研究碾压混凝土的配合比，与碾压混凝土的抗渗、抗裂及抗冻等性能有着很大的关系。由于高寒地区气候条件恶劣，对碾压混凝土的配合比提出更高的要求。本文通过大量的试验研究，选用优良的外加剂，针对高寒地区的气候特点，提出了适应施工要求的碾压混凝土合理配合比。1 3 3 碾压混凝土坝施工工艺的研究本文对碾压混凝土坝施工工艺进行了研究，特别对混凝土拌制工艺、运输工艺、入仓工艺、温控技术等进行了深入研究。2 碾压混凝土坝技术综述2 碾压混凝土坝技术综述2 1 碾压混凝土坝设计要点2 1 1 枢纽布置用碾压混凝土的部位应相对集中。对穿过坝体的引水、泄洪等不宜用碾压混凝土施工的结构物，可考虑布置在两岸或基础垫层的常态混凝土内。r c c d ( 中国的碾压混凝土坝) 坝做成溢流型式后，不宜在坝内设泄洪孑l 的埋管。旖工导流方式宜采用隧洞或明渠导流。2 1 2 坝体断面设计外形轮廓应力求简单，以利施工。坝顶最小宽度为5 m ，上游坝面宜采用铅直面或斜面。尽管混凝土碾压层闻接缝的抗渗性可做得与碾压混凝土本体相近，但为确保坝体不渗漏，一般在上游坝面仍做防渗结构。r c c d 溢流坝一般做成带常态混凝土护面的平顺光滑溢流面。廊道应多用途并简化，以利碾压旌工。r c c d 重力坝的应力和稳定计算可用常态混凝土坝的计算方法“”。2 1 3 坝体构造r c c d 坝宜少设或不设温度收缩横缝。当坝体较长时需设横缝，其间距由温度应力计算来定。由于碾压混凝土的后期发热，弹模和抗拉强度随龄期增长，温度应力计算比较复杂。目前国内外都在研究坝体温度应力计算程序，以确定横缝间距。己建的r c c d 坝的横缝间距最小为1 5 2 0 m ，最大的5 0 6 0 m 。r c c d 坝一般不宜设纵缝，因纵缝要传力，需做键槽和灌浆系统，较为复杂。但是，如修高坝，由于浇筑碾压混凝土的面积限制及防止产生温度裂缝，必须设纵缝时，可在纵缝两侧用常态混凝土施工，纵缝做法同常态混凝土筑坝。r c c d 的坝内廊道应多用途并简化。低坝设l 条廊道，高、中坝设2 3 条廊道，特高坝还可以多设。基础灌浆廊道宣设在基础常态混凝土内。6西安理工大学工程硕士学位论文坝体排水、检查、观测及交通廊道等，尽可能合并，设在常态混凝土内，与上游常态混凝土防渗层相连。在全碾压混凝土坝的廊道周围可不用常态混凝土。廊道两壁和顶盖可用预制混凝土模板。r c c d 的某些坝体结构不适宜用碾压混凝土，如闸墩、坝内引水管、坝顶构造等，须配置钢筋，适宜用常态混凝土浇筑，做法同常态混凝土坝。碾压混凝土强度等级及分区应满足大坝设计要求，要力求简单。碾压混凝土强度采用1 8 0 天龄期。坝体内部混凝土强度等级按需要确定，不低于c 7 5 ，外部混凝土强度等级还要考虑抗渗及而耐久性，不低于c i o 。坝体内部碾压混凝土宜采用同一种强度等级。对高、中坝可按高程或部位分别采用不同的强度等级，但在同一浇筑层内尽量用同种强度等级。r c c d 坝的基础垫层必须用常态混凝土，厚度约1 5 m ，对高坝宜加厚到3 m ，以便抗渗。r c c d 坝四周的常态混凝土强度与常态混凝士坝相同。2 1 4 坝体防渗结构上游坝面防渗结构有以下几种做法“”：常态混凝土防渗层、二级配碾压混凝土防渗层、变态混凝土与二级配碾压混凝土防渗层、沥青砂浆防渗层、钢筋混凝土面板防渗层、土工薄膜防渗层、防渗塑料薄膜防渗层。碾压混凝土抗渗等级按9 0 d 龄期确定。上游防渗层常态混凝土的抗渗等级为w 4 w 8 ，视水头高低而定。对高坝、严寒地区，抗渗等级还要提高。防渗层厚度为坝面水头高度的1 3 0 - - 1 1 5 ，不宜小于1 5 m 。坝下游保护层抗渗等级也应在w 4 以上，厚度2 3 m 。内部混凝土也有抗渗要求，不低予w 2 w 4 ，外部碾压混凝土的抗渗等级在w 4 以上，考虑耐久性要求，还宜适当提高。2 1 5 碾压混凝土坝抗渗性能碾压混凝土坝的旋工特点是通仓薄层连续铺筑并碾压。碾压混凝土坝旌工速度快在世界范围内得到了广泛的认可，但对碾压混凝土防渗性能又存在疑虑，这种疑虑来源于碾压混凝土的施工方法及筑坝材料的特2 碾压混凝土坝技术综述殊性。由于分层碾压施工，层面出现薄弱环节的机率要比常规混凝土大，这些薄弱环节对抗剪强度和渗透性影响是相当大的。大坝作为挡水建筑物，稳定性、渗透性是人们最关心的问题。水工碾压混凝土施工规范中把现场压水试验作为现场评定碾压混凝土抗渗性的方法，其可靠性、准确性是至关重要的，关系到碾压混凝土坝的安全性与耐久性。反映混凝土渗透性指标有：透水率、渗透系数及抗渗强度等级“”。2 1 6 高寒地区碾压混凝土坝设计要求高寒地区碾压混凝土坝设计中，除遵循碾压混凝土坝设计的一般规定外，还必须考虑高寒地区特殊的地理气候环境，保证碾压混凝土坝在这种环境下安全、稳定的运行。从国外已建碾压混凝土坝的运行情况看，碾压混凝士坝的设计已能满足和适应高寒地区条件的要求和需要。a 合理实用的配合比碾压混凝土配合比设计的原则与常态混凝土基本相同，即根据工程要求的物理力学指标选择水灰比；在满足施工稠度及压实容重的条件下选择单位用水量。由于高寒地区一般气候条件恶劣，再加上蒸发量大，季节变化对混凝土的适应性要求较高，合理的配合比，对提高大坝混凝土的抗裂、防渗和抗冻性能有十分重要的意义。b 碾压混凝土的抗渗要求在高寒地区，坝体渗漏易产生冻融破坏，影响大坝的稳定和安全，这对碾压混凝土坝上游面防渗结构及层问防渗设计提出更高的要求。c 碾压混凝士的抗裂要求高寒地区气温变幅较大，温度荷载在力学计算中占有较大的比重，特别当冬季温度降低幅度较大，混凝土产生收缩过大，易产生贯穿性裂缝，影响混凝土的耐久性，因此为了防止在施工或运行时产生温度裂缝，必须考虑抗裂措施，通过结构设计和掺加膨胀剂，提高混凝土的抗裂能8西安理工大学工程硕士学位论文力1 。d 碾压混凝土的抗冻要求高寒地区冬季气温特低，早晚温差大，冰冻期长，坝体设计时必须重视抗冻性要求。2 2 碾压混凝土坝施工技术要点2 2 1 施工导流与渡汛a 施工导流水利水电工程施工组织设计规范( s d j 3 3 8 - 8 9 ) 中对坝建筑物旌工导流有明确的规定。在导流方式上，碾压混凝土坝采用较多的是河床外导流，即用围堰拦断河床，将水流引向导流隧洞或明渠排向下游 1 5 1 0b 施工期渡汛根据工程实践截流后，碾压混凝土坝施工期的渡汛方式主要有以下几种：( 1 ) 河床预留缺口过水。( 2 ) 围堰挡水、基坑全年麓工。( 3 ) 坝体先期过流，后期挡水渡汛。2 2 2 原材料选择a 水泥及掺合料的选用碾压混凝土中由于掺用比例较大的掺合料( 粉煤灰及火山灰质材料) ，使混凝土的绝热温升降低，故目前国内外多使用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥的水泥强度等级不宜低于3 2 5 m p a ，同时掺用较大比例的掺合料。碾压混凝土具有水泥用量少、水化热低、可连续铺筑等优点。这些优点能否充分发挥，很大程度取决于掺合料的料源及品质。因此，对掺合料料源的调查与试验研究应当在方案选定以前有初步结论，不宜先定方案，后选掺合料。国内外碾压混凝土施工中多掺用粉煤灰。粉煤灰作92 碾压混凝土坝技术综述为掺合料的使用经验比较成熟( 特别是符合国家标准的i i 级粉煤灰) ，应优先选用。b 砂石骨料生产人工砂应选用生产效率高、加工后的颗粒形状好的破碎机械。干法生产骨料时，防止石粉大量粘裹骨料颗粒。根据国内外施工资料，细骨料的细度模数宜控制在2 2 3 0 之间。石粉在碾压混凝土中起到微集料的作用，对节约水泥、降低水化热、改善混凝土性能都有明显效果。坑口、天生桥二级、岩滩等工程都证明了这一点。武汉水利电力大学、成都勘测设计院科研所、广西水科所等单位也都做过试验研究，认为石粉掺量可达1 7 2 0 1 6 1 。但从通用性看，石粉含量宣控制在1 0 2 2 之间，最佳石粉含量应通过试验确定。碾压混凝土用水量少，对砂石料的含水量极为敏感，故不得使用刚筛洗的骨料拌制混凝土。骨料要有一定的脱水时间，让其含水率满足要求。c 外加剂由于碾压混凝土胶凝材料用量少且采用薄层大仓面铺筑施工工艺，为改善混凝土的可碾性，需掺用减水剂，为防止出现冷缝，有效地发挥快速施工的特点，需掺用缓凝剂。目前，国内一般掺用木质素黄酸钙、萘系、糖类等具有缓凝减水双重作用的外加剂。有抗冻、抗渗要求的建筑物的外部碾压混凝土还需掺用引气剂或引气减水剂，对有防冻或微膨胀要求的混凝土，还应掺用防冻剂或膨胀剂。2 2 3 碾压混凝土旌工配合比的确定a 配合比参数选定( 1 ) 掺合料掺量确定在满足工程各项技术指标及施工工艺要求的前提下，选择单位体积碾压混凝土各组成材料的最优配合比，尽量做到优质、经济。掺合料的掺量应综合考虑水泥、掺合料和砂子品质等因素，并通过试验确定，宜取3 0 6 5 。1 0西安理工大学工程硕士学位论文( 2 ) 水胶比选取碾压混凝土的水胶比，按工程材料、混凝土强度和耐久性要求根据试验确定。为满足碾压混凝土不同性能所需不同水灰比的要求，应选择最小水胶比：确定的水胶比还应满足不同施工部位的规定要求。国内各工程所使用的水胶比一般在0 ，5 0 o 7 0 之间a( 3 ) 砂率确定砂率的大小直接影响碾压混凝土的施工性能、强度及耐久性。在确定碾压混凝土配合比时，应通过试验选定最佳砂率，即在保证混凝土拌和后具有较好的抗分离性，并达到施工要求的v c 值及胶凝材料用量最少的砂率。使用天然砂石料时，三级配碾压混凝土砂率为2 8 3 2 ，二级配为3 2 3 7 ；使用人工砂石料时，砂率应增加3 6 。( 4 ) 单位用水量选定单位用水量的选取不仅与碾压混凝土的可碾性直接联系，而且与经济性相关。故在满足可碾性要求的情况下，根据工作度( v c 值) 、骨料的种类及最大粒径、砂率等取用较小的单位用水量，以节约水泥和掺合料用量。三级配碾压混凝土，用水量可为7 0 k g m k l l o k g m 3 。b 胶凝材料用量大体积永久建筑物碾压混凝土的胶凝材料用量不宜低于1 3 0 k g m 3 ，胶凝材料中的水泥熟料不宜低于4 5k g m 3 。c v c 值选用根据国内工程施工经验，为了保证碾压混凝土的可行性，容易泛浆，以及层面结合质量，拌和物现场v c 值在5 s 1 5 s 比较合适，考虑到运输过程和不同气温条件，以及骨料吸水率等因素对拌和物v c 值的影响，机dv c 值可取5 s 1 2 s ，作为配合比设计的v c 值。2 2 4 碾压混凝土施工a 施工准备碾压混凝土施工准备工作可分为施工组织准备和仓块浇筑准备两个2 碾压混凝土坝技术综述阶段。( 1 ) 旋工组织准备施工组织准备的主要内容是施工组织设计和混凝土配合比试验及试验块浇筑，并按施工组织设计和试验要求进行具体准备和展开工作，施工组织准备的过程如图2 一l 所示。图2 - i 施工组织准备过程图碾压混凝土要实现快速施工，原材料供应、仓位准备、碾压混凝土输送、机械设备配置等是主要环节。( 2 ) 仓面浇筑准备每一仓块碾压混凝土浇筑前须制作一份浇筑要领图，将拟浇仓块的相关信息和施工要求标注在要领图中，如浇仓块的桩号范围、高程、混凝土量、仓面最大面积、摊铺的条带布置、平仓碾压方向、止水设施、切缝、埋件、预留孔洞位置、变态混凝土施工要求、模板架立要求、混西安理工大学工程硕士学位论文凝土入仓方式和浇筑方法、以及注意事项等。现场按照浇筑要领图的要求进行施工准备，验收合格后方可浇筑。仓面准备主要是模板、钢筋及预埋件的安装。b 碾压混凝土浇筑( 1 ) 入仓方式选择碾压混凝土的入仓方式应根据机械设备配制、施工布置特点和地形条件等综合因素进行选用，国内几个工程所选择的入仓方式如表2 1 所示”。表2 1国内几个工程所用的碾压混凝土入仓方式序号混凝土入仓方式工程名l自卸汽车直接入仓普遍适用端花滩、太朝山、2自卸汽车+ 负压溜稽+ 仓面汽车转料沙牌、汾河二库3自卸汽车+ 缆机( 或门机)大朝山4自卸汽车+ 罗泰克胶带机( 或再加仓面汽车转料)大朝山5自卸汽车+ 罗泰克胶带机十负压溜槽+ 仓面汽车转料大朝山6水平胶带机+ 负压溜榴+ 仓面汽车转科江垭、山l ：j自卸汽车+ 负压溜槽+ 水平胶带机+ 垂直落料混合器( 附抗分离7棉花滩装置) + 仓面汽车转料8自卸汽车+ 垂直落料混合器( 附抗分离装置) + 仓面汽车转料棉花滩9斜坡轨道车普定1 0自卸汽车+ 胺带机+ 罗泰克艘带机+ 塔带机三块纵向围堰( 2 ) 卸料摊铺碾压混凝土采用大仓面薄层连续施工，碾压层厚度一般为3 0 c m 左右。采用自卸汽车卸料时，一般采用退铺法两点叠压式卸料，按梅花形依次堆卸。为了减少骨料分离，自卸汽车将混凝土料卸于铺筑层摊铺前沿的台阶上，再由平仓机将混凝土从台阶上推到台阶下进行移位式平仓。按浇筑要领图的要求和逐层逐条带的铺筑顺序进行卸料，卸料尽可能均匀，料堆旁出现的分离大骨料，由人工或用其他机械将其均匀地摊铺到未碾压的混凝土面上。( 3 ) 碾压2 碾压混凝土坝技术综述每个铺筑层摊平后，按要求的碾压遍数及时进行碾压。碾压遍数应根据不同的工程特点、摊铺厚度和压实机械的激振力，通过试验确定，一般先无振碾压2 遍，再有振碾压数遍，最后无振碾压l 2 遍。在选择振动碾时，首要条件是必须保证达到要求的密实度。碾压混凝土的压实效果与碾压机自重、激振力及振幅、振动频率有关。国、内外几个碾压混凝土工程所采用的压实机械、碾压遍数与摊铺厚度情况见表2 2 。表2 2压实机械、碾压遍数与摊铺厚度情况表浇筑层厚摊铺厚度坝名压实机壤( c f f l )( c l f f )碾压遍数岛地川宝马b w 2 0 07 01 2大川宝马b w 2 0 05 06威洛克里克宝马b w 2 0 0 a3 04中福克英格兰索尼兰得d a 5 03 08 1 2普定振动碾2 5 3 01 0 1 2棉花滩宝马b w 2 0 0 a d3 03 2 3 51 2大朝山宝马b w 2 0 0 a d3 03 5i 0 1 2沙牌宝马b w 2 0 0 a d3 03 5 3 61 0 1 2江垭宝马b w 2 0 0 a d3 03 5 3 61 0 1 2汾河二库宝马b w 2 0 0 a d3 03 41 2山口宝马b w 2 0 0 a d3 03 5 31 2仓面的v c 值应进行动态管理，根据现场的气温、昼夜、阴晴、湿度等气候条件适当调整出机口v c 值，仓面v c 值一般以5 1 0 s 为宜，以碾压完毕时混凝土层面达到全面泛浆、人在上面行走有微弹性、仓面没有骨料集中等作为标准，检测v c 值主要采用秒表及v c 稠度仪。国内几个碾压混凝土大坝的v c 值见表2 3 。大坝出机口v c 值仓面大坝出机口仓面名称v c 值名称v c 值v c 值普定l o 士5平均1 0三峡固堰3 75 1 0江垭3 64 8沙牌5 1 01 0 士5棉花滩5 87 1 0山口l o z1 0 1 51 4西安理工大学工程硕士学位论文( 4 ) 切缝碾压混凝土坝体中的伸缩缝和诱导缝一般采用切缝成型，切缝方法比较多，可分为机械切缝、手工切缝和钻孔成缝。机械切缝常用设备型号为h c q 一3 0 型，切缝机成缝长，机械化程度高，但成本较高。手工切缝是将手扶式振动夯改制成手扶式切缝机，成本较低，成缝速度快。钻孔成缝是在混凝土凝固前用手扶式风钻打孔成缝。切缝时间可在碾压前也可在碾压后，切缝应先在伸缩缝两端的模板上放样，切缝时用拉线方法控制缝距、方向及斜度，缝内按设计要求填充砂子、塑料纸或铁片等材料。( 5 ) 层、缝面处理连续上升铺筑的碾压混凝土，层间间隔时间应控制在直接铺筑允许时间内，超过直接铺筑允许时间的层面，应先在层面铺垫层拌和物，再铺筑上一层碾压混凝土。施工缝及冷缝必须进行缝面处理。缝面处理可用刷毛、冲毛等方法清除混凝土表面的浮浆及松动骨料。层面处理完成并清洗干净，经验收合格后，先铺垫层拌和物，然后立即铺筑上层混凝土继续施工。垫层拌和物可使用与碾压混凝土相适应的灰浆、砂浆或小骨料混凝土。灰浆的水胶比应与碾压混凝土相同，砂浆或小骨料混凝土的强度等级应提高一级。垫层拌和物应和碾压混凝土一样逐条带摊铺，其中砂浆的摊铺厚度为1 o 1 5 c m ，并立即在其上摊铺碾压混凝土，且在砂浆初凝前碾压完毕。( 6 ) 异种混凝土浇筑坝内常态混凝土宜与主体碾压混凝土同步进行浇筑。两种混凝土应交叉浇筑，要求常态混凝土应在初凝前振捣密实，碾压混凝土应在允许层间间隔时间内碾压完毕。( 7 ) 变态混凝土浇筑变态混凝土主要用于大坝上下游贴近模板面的部位、靠岸坡部位、止水埋设处、廊道及电梯井和其他孔口周边以及振动碾碾压不到的地方。2 碾压混凝土坝技术综述变态混凝土应与碾压混凝土同步浇筑，并在两种混凝土初凝前振捣或碾压完毕。在止水埋设处的变态混凝土施工过程中，应采取措施妥善保护止水材料。对该部位混凝土中的大骨料应人工预以剔除，振捣仔细，以免产生渗水通道。变态混凝土浇筑有水平铺浆法和垂直加浆法两种施工方法；水平铺浆法按碾压层中加浆部位分类，有底部加浆、顶部加浆和中部加浆等不同方式；垂直加浆法是在一个碾压层混凝土摊铺后，均匀地在混凝土面上垂直造孔，然后将水泥粉煤灰净浆注入孔中的施工方法。变态混凝土中掺水泥粉煤灰净浆的数量通过试验确定，遵循便于振捣密实的原则，加浆量一般在4 6 左右。( 8 ) 养护与防护碾压混凝土在达到龄期或覆盖上层混凝土之前，对其层面、暴露面都应该进行湿养护。主要养护措施有喷雾、洒水、蓄水、覆盖塑料薄膜或草袋等。养护用水不应对碾压混凝土产生有害影响，其质量应符合规范要求，凡符合国家标准的生活饮用水，均可用以养护各种混凝土。施工过程中，保持仓面湿润对防止裂缝的发展很有帮助。此外，还应做好养护的记录工作。( 9 ) 特殊气象条件下的施工1 ) 雨季施工降雨会使混凝士的含水量加大，在混凝土表面形成径流，造成层面灰浆、砂浆的流失，加剧混凝土的不均匀性，易形成薄弱夹层，影响混凝土的质量。根据雨天降雨量的大小、降雨的不均匀性和突发性的暴雨等不同情况应采取不同的措施，一般采取的措施为：制定严密的雨季施工措施；施工现场备足防雨材料；组建雨季施工覆盖、排水专业队伍；加大碾压混凝土的v c 值：浇筑过程中遇到超过规定强度降雨量情况时，应停止拌和，并进快将已入仓的碾压混凝土摊铺碾压完毕；用防雨材料遮盖新碾压混凝土面或未碾压的混凝土面，防止雨水进入混凝土内；做好施工仓面的引排水工作。西安理工大学工程硕士学位论文2 ) 低温季节施工根据碾压混凝土低温季节施工经验，主要采取下列措旌：适当调整混凝土配合比，外掺一定比例的混凝土防冻剂：适当调整出机口v c 值：加快碾压速度：仓面采用蓄热法施工，如模板采用保温模板，仓面收仓后应及时用保温材料覆盖混凝土表面，上、下游坝面拆模后应立即贴挂保温被保护；拌和系统进行骨料预热，采取热水拌和，以使碾压混凝土出机口温度保持在技术要求范围之内；坝面喷涂保温材料，如聚氨酯保温材料等；仓面摊铺和碾压紧密衔接，快铺快碾，碾压完毕尽快盖上保温被，以保温防寒；下雪天停止施工；适当延长拆模时间2 3 ”1 。c 碾压混凝土温控及防裂碾压混凝土具有胶凝材料少、水化热低且水化热发展缓慢、温控措施较简化等特点，一般不设纵缝通仓浇筑。在碾压混凝土坝开始阶段，一般中小型坝也未设横缝，但由于碾压混凝土坝一般不埋设水管冷却，混凝土浇筑后越冬期间混凝土内部温度较高，内外温差较大，气温骤降期间易出现表面裂缝，并可能随碾压混凝士的降温过程逐渐向内延伸。随着碾压混凝土施工工艺的改善，横缝的设置不再成为影响碾压混凝土快速施工的因素，碾压混凝土坝也与常态混凝土坝样设置横缝，有效的减少了上游面裂缝“1 碾压混凝土坝薤工一般选择低温季节进行，但随着碾压混凝土坝的坝高不断增加，一个低温季节不能完成碾压混凝土的浇筑，如果要连续浇筑必然面临气温较高季节，甚至高温季节施工问题。因此，应从设计、施工方面研究并落实妥善解决高温季节碾压混凝土施工的质量问题。碾压混凝土甥施工也可采取预冷混凝土及埋设冷却水管冷却等措施。同时在施工工艺上，可采用斜层铺筑法缩短碾压层层间间歇时间，以减少浇筑过程中预冷混凝土温度回升，并提高层面胶结质量。另一方面，碾压混凝土坝一般不进行坝体接缝灌浆，混凝土内部温度主要靠自然冷却散发，降至温度稳定时坝体已挡水，混凝土自重和水压力可降低基础部位水平温度应力及上下游面竖直方向温度应力，对防止温度裂缝是有利的。但由于坝体内部温度较高，如果上游面出1 72 碾压混凝土坝技术综述现表面裂缝，易发展成为劈头缝，且在坝体底孔部位过水时，底孔区域混凝土可能出现超冷现象。上下层温差也会成为引起混凝土裂缝的主要因素之一，同时，碾压混凝土胶凝材料少，极限拉伸值也较小，是温控防裂的不利因素。碾压混凝土一般具有大仓面通仓薄层碾压，连续快速施工的特点，并大量使用掺合料。由于坝体上升速度较快，难以通过浇筑层面散发热量，虽然水泥用量低，水化热温升较小，波峰推迟，且一般不进行坝体内部人工冷却降温，因此在低温季节，内、外温差如果偏大就易产生较大的温度应力，引起表面裂缝。此外，碾压混凝土重力坝常在建基面上浇筑常态混凝土垫层，并停歇较长时间进行基础固结灌浆，更易产生裂缝。故碾压混凝土