水利工程施工 第五章 混凝土坝工程

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：5-20mm中石：20-40mm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：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p140F5-19，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,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起重机,(3)容量计算：（A）单机生产能力P=NV=kt3600V/(t1+t2+t3+t4)p147t5-5N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/nmp149t5-6Qmax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（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)=900m3P=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(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。（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：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-)*EiTikpiT=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）TxX处的温度,大体积砼浇筑后的温度过程,2温度控制(1)温度控制标准：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T1628度，通仓长块T1419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175m，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，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45