重力坝埋石混凝土施工工法.docx
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重力坝埋石混凝土施工工法
重力坝埋石混凝土施工工法
1.前言
根据水电站重力坝具有坝身较宽、较高、较长，混凝土体积大，水泥水化热大，结构内不易散失，易产生温度裂缝、施工难度高等特点，如何在满足设计要求的前提下，尽可能的节约资源，控制质量、保护环境，是水电站建设人员重点研究的问题之一。
湖南省建筑工程集团总公司承建的云南xx水电站大坝等工程，采用了新型的埋石混凝土施工技术，此技术主要针对坝体埋石混凝土，如何调整混凝土埋石率，来控制水泥用量，降低温升，减少干缩，减少施工难度及温控等措施。
此关键技术于2010年通过湖南省住房和城乡建设厅组织的鉴定，并形成重力坝埋石混凝土施工工法。
在节约材料，减少混凝土裂缝，提高工程质量方面有明显效果，技术先进，故有明显的社会效益和经济效益。
2.工法特点
2.1在浇筑混凝土的同时埋入大量块石，减少水泥用量，有效节约资源，降低工程造价。
2.2在混凝土中埋石，并调整混凝土配合比，能有效降低温升，减少温度裂缝，提高工程质量。
3.适用范围
水电站重力坝大体积混凝土施工。
4.工艺原理
在满足设计要求的前提下，水电站重力坝大体积混凝土中最大可埋入30%~40%块石，块石间用混凝土填充，并振捣密实，形成耐压，承载力强的整体构件。
通过埋石减少了水泥用量，节约资源，降低造价。
同时，由于水泥用量减少，降低了混凝土施工过程中的温升，通过砼分仓分层施工，减少一次性混凝土浇筑量，有效减少因混凝土水化热引起的温度裂缝，提高混凝土施工质量。
4、提高埋石经济效益如下表所示
埋石率
埋石量（m3）
C15砼与埋石价差（元）
降低成本（元）
提高1%
1291.11
122.97
158768
提高5%
6455.55
122.97
793839
提高10%
12911.1
122.97
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
5.2操作要点
5.2.1基面验收、仓面准备
在施工区周围设置挡水围堰和开挖周边排水沟以及采取集水坑抽水等措施，阻止场外水流入场内，并有效排除积水。
基坑开挖通过柴动空压机、地质钻机自上而下分层造孔，爆破可按实际情况选择炸药类别（乳化硝铵或普通硝酸炸药等）进行，保护层厚度不应小于1.5米，采用浅孔、密孔的方法进行，土、石碴采用挖机进行挖掘，通过验收工作组验收合格后进行仓面准备，将岩基上的杂物、泥土及松动岩石清除（混凝土仓面凿毛或冲毛完成），并冲洗干净，排除积水和其他杂物，处理完毕，验收合格后，再放样立模。
5.2.2测量放样、立模
测量人员必须具有相应的专业知识和工作经验，且持证上岗。
测量放样应用全站仪、水准仪、钢尺进行，按设计坐标及结构物外形设计尺寸进行测量放样，多方向设立控制点，以便校正。
测量过程中，对测量的基准点、基准线和水准点设置防护设施，以免被破坏。
模板工程
本工程采用的模板种类有：
组合定型钢模板和拼装钢模板、悬臂大模板、异形模板、牛腿模板、承重模板等。
（1）模板施工的技术要求
①、工程所用的模板均满足建筑物的设计图纸及施工技术要求。
②、所用的模板均能保证混凝土浇筑后结构物的形状，尺寸与相对位置符合设计规定和规范要求；
③、模板和支架具有足够的稳定性、刚度和强度，做到标准化、系列化、装拆方便。
本工程所用模板厚度选为4mm。
④、模板表面光洁平整、接缝严密、不漏浆，混凝土表面的质量达到设计和规范要求。
⑤、模板安装，均按设计图纸测量放样，设置控制点，并标注高程，以利检查、校正。
⑥、模板的面板处理均涂刷脱模剂，且对钢筋及混凝土无污染。
⑦、模板的偏差，应确保能满足规范要求，蜗壳、尾水管段、门槽等要求较高的部位均应满足设计要求，钢筋混凝土梁柱的安装允许偏差，确保能满足GB50204-92的有关规定。
（2）悬臂大模板
悬臂大模板采用钢材制作，安装速度快，适用于混凝土表面平整且面积较大的部位，如重力坝、溢流坝段墩墙、船闸墩墙、厂房混凝土墩墙和进口段边墙等部位，在施工中被广泛应用。
我集团在贵州东风电站大坝、湖北汉江王甫洲水利枢纽、浙江赵山渡工程中已成功应用，效果很好，面板尺寸3×4m，用P3015模板拼装组成，悬臂大模板的应用为混凝土快速施工创造有利条件，为一期工程防洪渡汛提供了有力的保障。
其结构见下图所示。
1-面板；2-吊耳；3-安全平台；4-桁架；5-横围梁；6-悬臂梁；7-铰座；8-拉条；9-调节螺栓；10-工作平台；11-支垫座；12-设计钢筋
（3）半悬臂模板
半悬臂模板用于柱子、闸门槽等大模板不便安装部位。
其纵横向围楞均用φ50mm双钢管焊接而成，两钢管间净距为16mm，采用φ14圆钢作拉条加固，参见下图。
1-拉条；2-支撑；3-预埋插筋；4设计钢筋；5-面板；
6-φ50双钢管纵围楞；7-φ50双钢管横围楞
5.2.3混凝土、块石入仓
拌合站生产的混凝土通过塌落度等测试合格后，在25分钟内运送至浇筑现场。
最佳浇筑方式为使用泵送车浇筑，根据现场实际条件及工程进度考虑，采用装载机，挖掘机、
吊罐等方式入仓浇筑。
用于埋石砼中的块石，必须为湿饱，抗压强度大于300kg/㎝2，选择新鲜、完整的岩块，无风化剥落层或裂纹，石材表面应冲洗干净，不能留有树根、杂草等污物，所有进仓块石表面应处于湿润状态。
所选取的块石粒径在20cm-120cm之间，且20cm-50cm的块石与50-120cm的块石分开堆放或者分开适时埋入砼中，在满足实际的前提下，尽可能提高埋石率；块石经过电子秤称重，使用塔吊调运入仓，辅以人工放码。
（1）混凝土施工缝处理
施工缝面处理方法及适用条件见下表
施工缝面处理方法
处理方法
适用条件
凿毛
人工
小面积
冲毛
压力水
大面积，混凝土强度不小于3～5kgf/cm2
高压冲毛机
大面积，混凝土强度50～100kgf/cm2
②、冲毛
压力水冲毛：
冲毛的压力水一般为3～5kgf/cm2。
冲毛时间一般在混凝土初凝后至终凝前进行，冲毛标准遵守有关规范要求。
b、高压冲毛机冲毛：
高压冲毛机冲毛压力一般可达400kgf/cm2左右，最高可达500kgf/cm2，冲毛质量能满足混凝土施工规范要求。
③、清洗
当仓面模板、钢筋工序按设计完成后，即可进行仓面冲洗，清除仓面杂物，排除施工缝面积水。
④、砂浆铺设
水工混凝土施工规范规定，在接缝面摊铺2～3cm厚砂浆。
实际施工中，砂浆入仓后用人工铺平，保证厚度，且做到随盖随铺。
在仓面窄小，钢筋密集，不便于铺砂浆的个别部位，则采用增大砂浆含量的办法来解决。
（2）混凝土入仓方式
本工程的混凝土入仓主要由门机或履带起重机吊运入仓。
吊罐以3m3卧罐为主，另根据需要配少量1.5m3卧罐。
吊罐平台均布置在基坑内。
作为辅助入仓手段，厂房主机段二期、副厂房上部排架等部位，则采用1台HB30D混凝土泵输送熟料再转运入仓；两岸重力坝门机工作范围以外部分，采用履带吊吊运入仓，局部采用溜槽入仓。
（3）铺料方法
①、平铺法
对仓面面积不大的部位，采用平铺法铺料。
铺料顺序由低到高，先行填塘，再按顺序铺料。
有廊道、钢管或埋件的仓位，卸料时，廊道钢管两侧均匀上升，其两侧高差不超过铺料层厚50cm，一般铺料层厚采用25～50cm。
②、台阶法
在重力坝、船闸以及闸坝底板等大面积仓号施工中，均采用台阶法铺料。
台阶法混凝土浇筑程序从块体短边一端向另一端铺料，边前进、边加高，逐步向前推进并形成台阶，直至浇完整仓。
其浇筑程序参见下图。
单位：
cm
水平施工缝采用逐步覆盖，接缝砂浆在老混凝土面上边摊铺边浇混凝土；在浇筑过程中，台阶层次应分明，铺料厚度50cm，浇筑层厚度为1.5～2.0m，台阶宽度一般大于1.0m，坡度一般不大于1:
2。
（4）平仓
①、人工平仓
在靠近模板和钢筋较密的部位用人工平仓，使骨料分布均匀；水平止水、止浆片底部用人工送料填满，严禁料罐直接下料，以免止水、止浆片卷曲及其底部混凝土架空；各种预埋仪器周围用人工平仓，防止位移和损坏；板梁柱等小仓面也采用人工平仓。
②、机械平仓
为了加混凝土施工进度，避免因浇筑时间过长而产生混凝土冷缝，在建筑物底板大体积混凝土部分则可采用机械平仓；混凝土坍落度一般要求在3～6cm之间。
凡能够利用
机械平仓的仓面尽量优先考虑机械平仓。
（5）振捣
根据施工规范规定，振捣时间以混凝土不再显著下沉、不出现气泡、开始泛浆为准。
采用插入式和软轴式振捣器振捣，移动距离均不超过其有效半径的1.5倍，并插入下层混凝土5～10cm，顺序依次、方向一致，避免漏振。
（6）混凝土铺料间隔时间
混凝土铺料间隔时间均应遵守规范要求。
《水工混凝土施工规范》规定，用振捣器振捣30s，振捣棒周围10cm内仍能泛浆且不留孔洞、混凝土还能重塑时，仍可继续浇筑混凝土。
否则，作为“冷缝”按施工缝处理后继续浇筑。
（7）二期混凝土施工
①、门槽二期混凝土浇筑
门槽二期模板均采用P3015钢模板，用φ14mm圆钢用作拉条固定，螺杆焊接在预埋插筋的根部、模板安装每隔1.5m预留一个高30cm的孔洞作为临时进料口。
混凝土运输通过溜筒卸入槽内。
卸料层厚20～40cm，浇筑上升速度以每台班不超过3m为宜。
每个门槽一次性连续浇筑到设计顶部。
②、厂房主机段二期混凝土施工
a、混凝土运输
主机段二期混凝土水平运输用12t自卸汽车，垂直运输用混凝土泵送入仓。
b、混凝土浇筑
由于过流面混凝土抗裂性能和温控均要求较高，在施工中为确保过流面混凝土浇筑质量，施工中可采取以下措施确保混凝土施工质量：
降低混凝土水灰比，减少水泥用量，同时掺入适量外加剂和粉煤灰，以减小混凝土水化热，为增强混凝土抗裂性能，在每方混凝土中可加入0.9kg聚丙烯纤维。
该项施工技术我集团已在湖北王甫州、温州赵山渡水库等闸坝工程中有成熟的施工经验。
对增强混凝土抗裂性能非常显著，而且成本也较低；
选择气温较低的时段浇筑混凝土，混凝土采用二级配料，坍落度控制在3～6cm以内；混凝土浇筑按要求保证两边墙同时上升，平铺法浇筑，层厚<25cm，浇筑速度不大于25cm/h；浇筑完毕后及时进行表面流水养护。
模板安装：
坝面预留钢筋螺杆装设三角形平衡支撑槽钢架，在钢架上搭设悬空式脚手架及竹架板进行模板安装，模板采用预埋钢筋安装钢管拉固、方木支撑（模板、支撑的稳定性、刚度和强度应满足设计要求）。
模板表面应光洁、无污物，安装时，相邻两块板搭接应平整，无缝隙，拉撑稳固后方可进入下一道工序。
5.2.4混凝土温控
砼通过分仓分层施工，减少一次性混凝土浇筑量，调整混凝土埋石率，优化了混凝土配合比，来减少水泥用量，同时采用低发热量、低含碱量、初期强度高、塑性性能好、初凝期长的特制大坝水泥，通过在混凝土配合比中掺加20%~30%粉煤灰,以降低水泥水化放热量、延缓水化热释放速度，并采用了制冷风系统对骨料进行了降温处理，从而在拌合中降低了混凝土水化热，有效将混凝土入仓温度控制在26℃~28℃。
并在浇筑过程中对大体积混凝土使用测温工具，多频率对砼内部温度和外界气温进行实时监测，根据内外温差采用移动提温房进行温度控制，保证砼强度，保证了工程质量。
5.2.5块石混凝土浇筑完成（复查、检验）
图1静态法埋石砼浇筑
动态埋石砼浇筑方法是：
沿坝段宽度从上游向下游平行于坝轴线方向先铺筑一层长度10~20米，宽4~8米水泥砂浆和砼料，然后塔吊吊埋石，现在用装载机或挖掘机进行混凝土入仓浇筑，并充分振捣埋石间及底部砼。
简言之，动态埋石砼浇筑方法，就是边浇筑边埋石边振捣，待强度达到2.5mpa后再进行施工缝处理。
如图2所示
图2动态法埋石砼浇筑
根据工地机械设备的砼拌制生产能力，砼及埋石水平运输能力及入仓垂直运输能力，结合坝体（下游1：
0.8的坡比）1.2~1.5m一层台阶的设计结构，确定每仓1.2~1.5m为一个埋石砼浇筑分层。
在1.5m的埋石砼浇筑分层中进行埋石施工，当埋石的粒径为100cm左右时，最多可以埋一层块石。
当埋石粒径为60cm左右时，可以埋二层块石。
经过埋石砼浇筑实施后并通过计算发现，每个浇筑仓位如果只埋设50cm~120cm粒径的块石，其每个浇筑仓位的埋石率只能达到13%~16%，埋石率很难提高。
埋石砼浇筑实践证明，在埋石砼浇筑过程中，埋设50cm~120cm粒径块石和埋设20cm~50cm搭配结合，可明显提高埋石砼浇筑的埋石率。
埋设20cm~50cm粒径的块石，可采用动态法进行埋设，即先用吊篮将20cm~50cm的块石吊入仓内，配合人工将20cm~50cm的块石埋设在的块石之间和模板拉条间等边角位置。
5.2.6砼养护及保护
砼浇筑12~18小时之内，开始洒水养护，各部位按设计要求的养护期进行养护，溢流面适当延长养护期，养护期内须保持砼面湿润状态。
砼浇筑后，严格控制拆模时间，以不造成砼表面和棱角受损为准。
砼外露在低溢式气温鄹变期挂草包保温。
5.2.7混凝土浇筑完成（检查、验收）
混凝土完成后，专业施工队负责具体项目施工的人对其工作进行“初检，专业施工队质检员（技术员）负责“复检”，并向质量控制办公室提交施工记录；质量检查工程负责其分管项目完工的“终检”，并向监理单位提交质量检查记录，申请监理验收，发现问题或缺陷，及时处理、整改，评定合格后进行下一道工序。
6.材料与设备
6.1材料
6.1.1砂、碎石、石料
1、本工程用于砂浆和混凝土中的砂及碎石，其质量按照《浆砌石坝施工技术规定》（SD120-84）中的有关规定。
2、大坝施工所需混凝土的骨料必须按粒径分级，其粗骨料可分为二个粒径：
80-40mm；40-20mm。
3、砂石料成品的超径含量小于5%，逊径含量小于10%。
4、混凝土埋石坝的石料，抗压强度应不低于30mpa的新鲜、完整的岩块，无风化剥落层或裂纹，石材表面应冲洗干净，不能留有树根、杂草等污物。
5、混凝土埋石坝石料，按外形可分为粗石料、块石、毛石三种，其规格要求如下：
1）粗石料包括条石（一般为长方体形状），异形石（按特殊要求，经专门加工成特定形状与尺寸的石料），要求棱角分明，六面基本平整，长厚比不宜大于3。
2）块石一般由成层岩石爆破而成或大块石料锲裂而得，要求上下两面平行且大致平整，无尖角、薄边，块厚宜大于20cm。
3）毛石无一定规则形状。
单块重量应大于25kg，中厚不小于15cm。
规格小于上述要求的毛石，又称片石，可用于塞缝，但其用量不得超过该处砌体重量的5%。
上述三种石料粒径设为20cm~120cm，20cm~50cm粒径占总埋石率的25%~40%,50cm~120cm粒径的占总埋石率的60%~75%,埋设搭配结合进行。
6.1.2胶结材料
1、本工程的主要胶结材料，为混凝土。
2、坝体各部位采用的水泥品种应符合下列要求：
水位变化区的部位和其它受水流冲刷的部位，其胶结材料，选用普通硅酸盐水泥。
2）坝体内部及水下表面砌体的胶凝材料，宜选用矿渣硅酸盐水泥或粉煤灰质硅酸盐水泥。
3、水泥标号的选择，当胶结材料的抗压强度要求为15Mpa时，水泥标号不应低于PO32.5，胶结材料的抗压强度要求大于15Mpa，水泥标号不应低于PO42.5。
4、对胶结材料拌和用水的要求如下：
1）凡适于饮用的水，均可作为拌和用水。
2）未经处理的工业污水和沼泽水，不得用作拌和养护水。
3）天然矿化水中的硫酸根离子含量不超过2700mg/L，PH值不小于4时，可以用作拌和养护水。
当采用抗硫酸盐水泥时，SO4离子含量允许放宽到10000mg/L。
4）对拌和、养护的水质有怀疑时，低于饮用水制成的砂浆28d龄期的抗压强度90%，则这种水不宜使用。
6.1.3坝体各部位的混凝土的技术指标，应同时满足坝体结构和施工质量控制两方面的设计要求,具体指标如表6.1.3所示：
表6.1.3混凝土设计技术指标
主要使用部位
设计指标
坝体埋石混凝土
基础混凝土及闸墩
溢流面和二期混凝土
强度等级
C15
C20
C30
抗拉强度（Mpa）
1.1
1.1
1.3
设计龄期（d）
90
90
90
极限拉伸值（εp）
0.85×10-4
0.85×10-4
0.85×10-4
强度保证率（%）
90
90
90
强度离差系数（CV）
0.11
0.11
0.11
混凝土级配
三
三、二
三、二
极限水灰比
0.6
0.55
0.5
6.2设备
根据本工程项目特点和施工现场环境，所用主要施工机械设备如表6.2所示：
表6.2主要施工机械设备
序号
设备名称
型号
单位
数量
生产能力
功率
备注
一
混凝土施工
1
手风钻
YT-28
台
4
≤81（L/s）
2
反铲挖掘机
CAT320C
台
1
1m3
3
装载机ZL30
ZL30
台
1
1.7m3
81kw
4
装载机
ZL50
台
1
3m3
154.45kw
5
自卸汽车
8t
台
3
8T
158kw
6
塔吊
5610
台
1
63t·m
55.2KW
7
混凝土吊罐
1m3
个
2
1m3
8
混凝土运输车
15t
辆
3
7.8立方/h
280KW
9
高压水冲毛机
GCHJ-50
台
2
50—100（m2/h）
75KW
10
插入式振捣器
70~100型
台
10
50公分范围
11
氧焊
套
1
12
对焊机
UN1-100
台
1
20~30
100W
13
交流弧焊机
BX1-315
台
3
8KW
14
钢筋切割机
GQ2563
台
2
15
钢筋弯曲机
GW40-Ⅰ
台
1
6~40mm
3KW
二
基础处理施工机械
1
地质钻机
SGZ-ⅠA
台
1
2
岩石电钻
台
1
3
高压水泵
3S2三柱塞泵
台
2
450KW
4
高速制浆机
JZ400
台
1
400L
7.5KW
5
搅拌机
JJS1000
台
1
≥50m³/h
4KW
6
浆液搅拌机
JJS200
台
1
≥10m³/h
2.2KW
7
泥浆泵
BW250/50
台
2
250升/分
15KW
8
灌浆泵
BW80/10
台
2
80升/分
4KW
三
抽排水施工机械
1
离心水泵
IS100-80-125
台
2
100（m3/h）
11KW
2
潜水污水泵
150QWP-280
台
4
280（m3/h）
3
水泵
IS100-65-315
台
4
100（m3/h）
75KW
四
供风机械
1
空压机
W-315
台
1
电动式
2
空压机
W-315
台
1
移动式
五
混凝土拌和系统设备
1
拌和站
2*0.75m3
座
1
135
2
搅拌机
JQ750型
台
2
0.75m3
3KW
4
输送泵
中联
台
1
90KW
5
电子配料机
PL1200
台
1
10.6KW
6
胶带机
B=650
台
1
L=30
六
起重、安装机械
2
卷扬机
5T
台
2
11KW
3
其它机具
套
1
七
测量器具
1
全站仪
NTS-302R
台
1
2mm±2ppm
2
水准仪
NAL224
台
1
1.5mm/km
八
实验设备
1
压力机
台
1
2200KN，精度1N
2
恒温箱
台
1
65W
3
配套器材
套
1
九
木工设备
1
平刨机
台
1
2
锯带机
台
1
55KW
3
配套器材
套
3
7.质量控制
7.1工程质量控制所依标准、规范名称
7.1.1土石方开挖工程
1、《地基与基础工程施工及验收规范》G50202-2002
2、《土方与爆破工程施工及验收规范》GB50202-2002
3、《混凝土面板堆石坝施工规范》SL49-94；
4、《爆破安全规程》GB6722-2003
5、《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》SL47-94。
7.1.2混凝土及埋石施工
1、《砌体工程施工及验收规范》GB50203-2002
2、《水利水电施工质量评定表》（试行）SDJ249.1-88
3、《浆砌石坝施工技术规定》（试行）SD120-84；
4、《水利水电建设工程验收规程》SL223-2008
5、《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-2002）
6、《混凝土质量控制标准》GB50164-92；
7、《预应力混凝土用钢丝》GB5223-2002
8、《低热微膨胀水泥》GB2938-2008
9、《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175-2007
10、《混凝土强度检验评定标准》GBJ107-87；
11、《混凝土拌合用水标准》JGJ63-2006
12、《钢筋焊接及验收规范》JGJ18-2003
13、《水工碾压混凝土施工规范》SL53-94；
14、《水工预应力锚固施工规范》SL46-94；
15、《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2001
16、《水工混凝土试验规程》SL352-2006
17、《水工混凝土掺粉煤灰技术规范》DL/T5055—2007
7.1.3帷幕灌浆工程
1、《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》SL62-94；
2、《水利水电工程钻孔压水试验规程》SL31-2003
3、《水工混凝土试验规程》SL352-2006
4、《水利水电工程岩石试验规程》SL264-2001
5、《混凝土拌和用水标准》JGJ63-2006.
7.1.4施工测量
1、《水利水电工程施工测量规范》SL52-93
2、《水利水电工程测量规范》SL197-1997
3、《国家一、二等水准测量规范》GB/T12897-2006
4、《国家三、四等水准测量规范》GB/T12898-2009
5、《国家三角测量规范》（GB/T17942-2000）
6、《中短程光电测距规范》GBT16818-2008
7、《混凝土坝安全监测技术规范》（DL/T5178-2003）
8、《测绘技术总结编写规定》CH/T1001-2005
7.2检验方法
7.2.1检查项目内容及标准
根据《水利水电工程施工质量检验与评定规程》（SL176—2007）标准要求，结合工程项目实际情况及内容，对工程过程质量进行检验与控制，具体检测内容如表7.21所示：
表7.21工程项目材料质量检测一览表
序号
材料名称
检测项目
检测取样
备注
必检项目
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