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混凝土面板堆石坝发展现状综述

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发表时间:2007-03-27 10:49  来源:网友提供  作者:刘亚琴  浏览量:

混凝土面板堆石坝发展现状综述

科技开发部    刘亚琴

混凝土面板堆石坝在19世纪80年代就出现了,由于当时技术条件的限制,采用抛投法堆筑,垂直沉降和水平位移都很大,施工期和施工后沉降可达到坝高的7%左右。坝造高了,沉降量加大,混凝土面板开裂,导致大量渗水,因此当时堆石坝最高造到100M。到四十年代,堆石坝基本停止发展,六十年代,由于大型振动压路机的出现,使堆石密度明显提高,变形减小,渗水减少,施工季节不受限制,因而堆石坝再次得到发展,已成为经济合理、应用广泛、施工方便的一种新坝型。目前,由于施工工艺的进步,使得混凝土面板堆石坝的设计高度提高到200M级。面板堆石坝的发展现状可归纳为以下几点:

1、          填筑标准提高:

主次堆石区分线,加大主堆石区的比例(目前已达2/3);坝体填

筑高深均衡,坝料均衡上升,尽量减少高差,有高差的部位采用缓坡连接;压实质量提高,由于冲击压实技术的应用,使得坝料的孔隙率大大降低,而各区压实的均匀性大大提高。

2、          软岩筑坝的发展:

随着坝高的增长,硬岩已不能满足大坝填筑量的需要,通过掺用

软岩或者单独采用软岩,大大地扩大了料源范围,增大了开采料的利用率。

3、          冬季填筑碾压

通过薄层填筑、禁止冻块上坝、垫层料兼顾排水性和稳定性等措

施,冬季可以施工。

4、          面板防裂性能大大提高:

混凝土面板裂缝分为温度裂缝和结构裂缝两种,过去对温度裂缝

研究较多,但结构缝对坝体危害很大,目前还未得到解决。

通过选择配合比、外加剂、合适的施工期,及时养护等综合措施,可减少面板温度裂缝。目前在国内常采用两种高性能混凝土来减少面板的温度裂缝:在洪家渡、浙江白溪电站采用聚丙烯纤维收缩补偿混凝土,在珊溪采用BF-Ⅱ减水剂,都得到了很好的效果。

面板结构裂缝主要是由大坝变形过大、沉降不均匀等原因引起的,解决办法只能通过提高大坝堆石干密度、把好填筑碾压质量关、预留足够的沉降期等措施来控制。不能搞临时断面,坝料均衡上升,控制填筑层厚度,面板一次浇筑成型,尽量不分期。公伯峡电站采用全断面均衡薄层上升填筑法,坝高已填筑80多米,但沉陷量只有40㎝,也说明了这个问题。

5、          挤压边墙施工

挤压式混凝土边墙施工技术是在巴西埃塔坝工程开创的混凝土

面板坝上游坡面施工的新方法。这种技术因其能简便及时地提供上游坡面的防护,并可明显提高垫层料的压实质量等特点而成为面板坝施工的一种新技术。目前国外已有十余座面板坝推广应用这一新技术。国内以公伯峡面板堆石坝工程为对象开展了挤压式边墙的技术研究,并拟在龙首二级、芭蕉口、水布垭等电站应用。我局中标的马来西亚巴贡和苏丹麦洛维工程也准备采用。

边墙施工法是在每填筑一层垫层料之前,用螺旋式边墙挤压机制作出一个近似于梯形的半透水混凝土小墙,然后在其内侧按设计铺填坝料,用振动碾平面碾压,合格后重复以上工作。

5.1挤压机械:

边墙挤压机由陕工局集团公司设计制造的,是借鉴公路工程道沿机的原理制作而成,它包含4个部分:动力系统(柴油发动机作为动力系统用挤压方式驱动设备前行、转向系统(挤压机前进过程中,控制行走方向)、混凝土挤压仓(混凝土卸入料斗后,通过螺旋桨搅拌混凝土挤压到模板仓内,通过安装的机械振捣系统充分振捣,以确保混凝土的密实性和浇筑质量)、边墙机模板(按照挤压墙的设计尺寸制作的固定模板)。挤压机技术参数见下表:

型号

工作

方式

外型尺寸

长×宽×高/

自重

(㎏)

功率

KW

工作速度

m/h

BJY-40

液压

3800×1000×1300

2800

40

4560

5.2挤压墙设计断面:

边墙截面基本为梯形,上下层连接可视为铰接方式。这可使边墙适应垫层区的沉降变形,其下部不易形成空腔进而对面板造成不利影响。上游坡面可根据坝坡坡比调整,由于过大的顶宽会降低边墙适应变形的能力,因此顶部宽度应限制在12㎝以内。墙高采用40㎝,与碾压后的垫层料厚度一致,上游坡根据面板坝上游坡度确定,内侧坡比设计为81以便于垫层料碾压,底部厚度大约为70㎝,每延米方量为0.18m3

5.3混凝土配合比

边墙混凝土性能应具备低强度、低弹模、半透水的特点,为了满足与垫层料填筑同步上升的要求,混凝土又要具有较高的早期强度。由于挤压机对混凝土配合比比较敏感,湿的混凝土行进速度快,干的混凝土行进速度慢,因此挤压墙混凝土按一级配干硬性混凝土配合比设计,坍落度为0,通常采用水泥用量7085/ m3,用水量100/ m3左右,水灰比1.311.45,速凝剂适量。28d混凝土抗压强度大约5Mpa左右,混凝土渗透系数在10-210-3/s范围内,要求低弹模。采用拌和楼拌制,混凝土罐车运输至浇筑现场。挤压墙混凝土室内试验成果见下表:

速凝剂掺量(%

水泥用量

(㎏/ m3

密度

(㎏/ m3

挤压强度(7d

Mpa

渗透系数(9 d

(㎝/s

弹性模量(9 d

Mpa

2.0

70

2016

1.56

2.86×10-2

7274

85

2047

2.24

2.02×10-2

8624

3.0

70

2016

1072

2.19×10-2

7045

85

2047

2.42

1.45×10-2

3980

5.4挤压边墙施工方法:

(1)                  施工场地平整度控制在±5㎝以内。整平碾压后用灰线洒

出挤压机行走路线。

(2)                  挤压机就位后安放挤压边墙三角形端头挡板并固定。

(3)                  混凝土罐车运输混凝土到试验现场,罐车采用后退法卸

料,采用“真空负压外加剂喷枪” ,掺入适量的MTX高效速凝剂。

(4)                  挤压机行走速度控制在50m/h左右。

(5)                  挤压边墙成型2h后,用20t自卸车拉至垫层料,采用后

退法卸料。

(6)                  用推土机摊铺,靠边墙处人工整平,防止粗料集中。

(7)                  碾压前在混凝土边墙布置观测点,碾压后用全站仪测定

挤压墙侧向位移。

5.5施工特点:

通过公伯峡大坝水电站碾压试验场地进行的挤压墙试验,充分说明采用挤压式边墙施工具有以下施工特点:

(1)     上游坡面施工不再成为关键工序。边墙施工速度一般

可达4060m/h,在混凝土成型12 h即可进行垫层料填铺,两者可同步上升,上游坡面防护一次成形,不进行斜坡碾压及削坡整理。

(2)     施工安全性提高。新的施工方法使作业人员大大减少,

同时坝踵部位可较安全地进行相关作业。

(3)     工程量减少。垫层区不需超填,面板混凝土超填现象

好可减少。因挤压混凝土具有与垫层料相近的透水性、密实度等特点,垫层水平厚度可望减少。

(4)     边墙可提供一个规则、平整的坡面,使坡面整洁美观,

改善混凝土面板的接触支撑条件,加之工序简化有利一施工管理。

(5)     上游坡面的新技术使得工序和施工设备、机具得到简

化。坡面施工可随垫层区的上升一次完成,传统工艺需要坡面平整和碾压设备、沥青喷涂设备、水泥沙浆施工模具等也可被挤压机取代。

(6)     边墙在坡面形成一个规则、坚实的支撑区域。因其内

侧具有直立结构,传统工艺中的坡面斜坡碾压可以完全被对填筑料的垂直碾压取代,密实度得到保证,蓄水后这一区域的变形将大大减小。

(7)     对大型工程尤其对导流标准高的工程,因其提供了一

个可抵御冲刷的上游坡面,从而使得坝体导流、度汛安全性提高,度汛建筑物的规模得以降低。

(8)     由于边墙的防护,面板施工可安排在合理时段进行,

可延长面板浇筑前的堆石沉降期。

6、          高趾墙地形改造:

高趾墙是面板堆石坝的一个重要组成部分,其可靠性直接关系到

面板坝坝体的稳定和面板的防渗性能。由于高趾墙起着改善堆石体受力状况的作用,所以必须根据地形地质条件设计,公伯峡高趾墙总长为84.99M,最大高度为50M

7、          冲击碾压技术的应用

面板坝的产生和发展是与压实工艺的进步密不可分的,近几十年

来,随着坝高突破200米级,振动压路机的发展对满足碾压堆石的密度要求来说几乎已经接近了一个极限,冲击式压路机就是为了适应筑坝需要而产生的一种新设备。就其应用方法来分,相对于传统振动压路机有替代式和补强式两种。目前在贵州洪家渡电站中应用,与传统压实工艺相比,其具有如下优点:

(1)      由于密实度的提高,减少堆石体沉降变形,特别是在

补强式作业中,同时还能起到检测、发现薄弱环节的作用,施工中实现对堆石体的主动消缺,提高了坝体质量,减少了后期可能出现的大坝消缺工作量。

(2)      由于其压实效率4倍于传统工艺,从而可大大提高坝

体填筑速度,对保证和必要时的争抢工期十分有利。

(3)      用次堆石开挖料,通过冲击碾可以基本满足主堆石料

干密度和级配要求。这说明压实工艺的这种改变可能会带来用料方面潜在的经济效益。

(4)      填层加厚,适当加大了最大料径尺寸,使大粒径块石

在填层中的骨架作用得以更好发挥,同时还节省了改炮成本。

(5)      洒水量大大减少,也能节省压实造价,在水资源十分

紧缺,水价面临上调的情况下,这一点也十分重要。

另外,深厚覆盖层上筑坝、放空设施布置、施工中坝面过流、坝

顶溢洪道的设置也都在面板坝中应用,成为面板坝发展的主流。