水电站教学课件 混凝土工程（2010年）

第5章混凝土坝工程

混凝土（钢筋），混凝土建筑物，混凝土坝混凝土重力坝、混凝土拱坝及混凝土支墩坝广泛的工程应用，一直是大型高坝的主要选择。现代水利水电工程建设都离不开混凝土20世纪30年代已能修建高220m的混凝土坝（美国胡佛坝）。在我国已建成的1.2万kW以上的水电站中，混凝土坝约占70%，在大型水电站中混凝土坝占84%不论采用何种坝型，现代水利水电工程建设都离不开混凝土。在我国已建成的1.2万kW以上的水电站中，混凝土坝约占70%，共浇筑各种水工混凝土2.48亿m3。在大型水电站中混凝土坝占84%，在已建成的39座100m以上高坝中，混凝土坝共25座，占64%，可见混凝土坝在我国占主导地位。三峡工程、龙滩工程、二滩、东江、东风及葛洲坝、丹江口及新安江

龙滩水电站作为建坝材料：水泥、砂、碎石、水，以及掺和剂（粉煤灰、岩粉）；外加剂（减水、缓凝、微膨胀）；-----------砼与土石坝不同，工程需要的三材:水泥、钢材、木材，而且各施工环节质量要求高，投资大。一些工程的年混凝土浇筑量达到100万m3以至200万m3以上，三峡工程1999年混凝土浇筑量高达458万m3。混凝土施工的主要内容（工艺流程）（1）骨料生产（粗、砂）；（2）混凝土的制备（拌合）；（3）钢筋架立和模板安装（4）混凝土运输与仓面浇筑（5）混凝土温控问题及基本措施5.1骨料料场规划与生产

保证和提高混凝土质量，砂石骨料是最基本的原材料。

1M3混凝土需要1.3~1.5M3的松散砂石骨料。工程巨大的需求量。十分严格的质量要求，影响混凝土强度、水泥用量和温控要求。砂石骨料的储量、物理力学指标、杂质含量以及开采、运输、加工和堆存等。

60年代以前，各水电工程以使用天然砂石料为主，随着水电向西部地区和上游转移，当地天然砂石料短缺，70年代乌江渡工程建成以灰岩为料源的大型人工砂石料系统，产品质优价廉。此后人工砂石料相继为西南和中南地区一些大型工程所采用，以石灰岩为首选料源外，正长岩、玄武岩、花岗岩以至流纹岩、石英岩等强磨蚀性岩石都被成功地加工成人工砂石骨料。二滩工程以正长岩为料源的先进人工砂石料系统；长江三峡工程以花岗岩为料源，建成了当今世界规模最大的人工砂石料系统：月生产成品砂39万t、成品粗骨料76万t的，采用了新型液压圆锥破碎机和立式冲击破碎机等先进的砂石生产设备，并大量利用开挖料，

砂石骨料料场的规划与优选：料场的分布、高程、骨料质量、储量、天然级配、开采条件、加工要求、弃料、运输方式、运输距离、生产成本等因素、需全面的技术经济认证。系统工程骨料的质量：强度、抗冻、化学成分、颗粒形状、级配和杂质含量。粗骨料的四级配：小石5~20mm，中石20~40mm，大石40~80mm,特大石80~120（150）mm。砂子（细骨料）：粗砂和细砂（细度模数2.4~3.2）骨料的来源及生产：以满足质量、数量为基础，寻求开采、运输、加工等综合费用低的骨料方案。（1）天然骨料，开采、、及破碎、运输、采砂船、索铲、皮带机、分级筛分(筛分楼)、洗砂机（2）人工骨料，深孔微差爆破、破碎机械、制砂设备、多次破碎、筛分楼、偏心振动筛、惯性振动筛（3）组合骨料，特点与优点骨料的运输：自卸汽车和带式运送机5.2模板与钢筋作业

1、模板作业对新浇混凝土起成型和支承作用，还有保护和改善混凝土表面质量的作用。基本类型（1）制作材料；（2）架立特征：固定式、拆移式、移动式、滑动式。能否重复使用？使用次数？拆移式模板的基本结构：面板、桁架、斜（对）拉条、预埋筋模板（包括支架）的基本要求：有足够的刚度、强度和稳定性，保证混凝土浇筑后结构物的形状、尺寸和相互位置符合设计规定，表面应光洁平整、接缝严密、不漏浆等等。模板的设计：荷载的考虑，基本荷载、特殊荷载(1)模板近20年来，我国在水工混凝土工程施工中，推广采用了组合钢模板、滑动模板、半悬臂模板、悬臂模板、自升模板、滑框倒模等。进入90年代，水口、东风、五强溪、二滩等工程全面应用悬臂模板，西北口工程混凝土面板坝首先采用无轨滑模、水口水电工程升船机应用滑框倒模新工艺，模板安装、拆卸采用仓面吊车，表明了我国水工混凝土模板工程进入了工业模板新阶段。钢筋的加工与安装钢筋加工厂加工：调直、除锈、划线、下料和弯曲安装：散装与整装5.3混凝土的制备混凝土拌合设备及生产能力两大类：跌落式和强制式跌落式有鼓筒式和双锥式拌合站和拌合楼进料、储料、配料（称）拌、合、出料------拌合楼的五层商品混凝土的推广应用

用于大体积水工混凝土的水泥常以中热硅酸盐为主，除控制水泥的水化热和含碱量外，近年来更提倡使用具有微膨胀性的水泥。

5.3混凝土的制备混凝土拌合设备及生产能力两大类：跌落式和强制式跌落式有鼓筒式和双锥式拌合楼：包括进料、储料、配料（称）拌、合、出料------拌合楼的五层；拌合楼的生产率高、设备配套、管理方便、运行可靠。拌合站，商品混凝土的推广应用生产能力满足：混凝土质量品种和浇筑强度的要求：

P0=KQmax/n.m(m3/h)

Qmax——混凝土月高峰浇筑强度；K——生产不均匀系数；

n——每日平均工作时数；m——高峰月有效工作日数；拌合楼的设计与布置：应满足：不同标号混凝土、骨料最大粒径、各种加料、与运载设备或容器匹配等，以适合主体工程浇筑的需要。用于大体积水工混凝土的水泥常以中热硅酸盐为主，除控制水泥的水化热和含碱量外，近年来更提倡使用具有微膨胀性的水泥。

80年代，粉煤灰在水电工程中广泛使用。混凝土高坝和碾压混凝土坝的兴建，促进并提倡使用粉煤灰了商品粉煤灰。一些工程还使用凝灰岩和磷矿渣作掺合料。各种商品外加剂有较大的发展，大体积水工混凝土中，提倡选用引气、缓凝、高效复合减水剂。5.4常态混凝土施工混凝土的施工方案选择的原则；考虑浇筑程序、部位、高程与供料线路、起吊设备和机电安装的协调；符合相邻块高差、防裂及温控要求；各形象进度满足水流控制的要求。原则：P177(1)混凝土的运输方案要求：不初凝、不分离、不漏浆、无严重泌水、无过大温度变化。转运、道路平顺、运输时间、冬夏季问题。混凝土罐：立罐，平台车；卧罐，自卸汽车水平运输：有轨、无轨、皮带机垂直运输：门机，高架门机（70m），门架

塔机（吊），门架加钢塔，起重臂与起重小车工作范围大，但灵活性差；栈桥的布置缆式起重机：钢塔架（固定或移动）、承重缆索、起重小车

(1)固定式走线

(2)平移式矩形

(3)辐射式摆塔式缆机履带式起重机塔带机：皮带机+塔机罗泰克（ROTEC）；集水平运输和垂直运输一体；浇筑方式的优越性：连续浇筑、生产率高、运行灵活。得到广泛运用。三峡二期布置6台塔带机混凝土泵：灵活、输送部位。对混凝土塌落度、骨料粒径的要求。混凝土的浇筑方案及选择（1）水平运输混凝土从拌和楼机口至混凝土入仓前的运输统称水平运输。目前运送混凝土的机具包括有轨、无轨运输设备以及胶带输送机。（2）垂直运输混凝土垂直运输设备根据坝址地形、坝高、枢纽布置而定，常用方法为:（a）门式或塔式起重机。（b）缆索起重机：如乌江渡、东江、龙羊峡、水口、岩滩、漫湾、隔河岩、东风、五强溪、李家峡、二滩等工程。二滩工程为适应地形，采用辐射式爬坡缆机，大大减小缆机平台开挖工程量。（c）塔带机：如三峡泄洪坝段和左岸厂房坝段用6台塔带机，并辅以高架门机及塔机。

4.3.混凝土的浇筑方式混凝土坝的分缝分块横缝：沿坝长按15~20m划分坝段。重力坝：伸缩沉陷缝，永久缝；拱坝：应力传递要求，接缝灌浆，临时缝。纵缝：坝段分成若干块；也有通仓浇筑。接缝要求；水平施工缝：上下块间缝。要处理。分缝分块的形式：竖缝分块（柱）、浇筑仓及编号，保证坝体整体，必须接缝灌浆。键槽的设置：增强缝面的抗剪能力，两个斜面与坝体主应力相垂直。键槽面的挤压问题：相邻块的变形差；影响接缝灌浆和槽的剪断。通仓浇筑的发展：不设纵缝，模板、灌浆系统、坝体冷却的取消。浇筑能力和温控水平

浇筑的施工过程：（1）浇筑前的准备作业

基础面的处理；施工缝的处理，乳皮，使表层骨料半露，层间结合；模板、钢筋和预埋件的安设；全面检查，发开仓证。（2）入仓铺料

铺料厚度与振动设备性能、混凝土稠度、来料强度和气温有关。层间的冷缝概念；改变浇筑能力和浇筑方式。（3）平仓与振捣

插入式振捣器，混凝土液化；平仓振捣器（4）混凝土的养护保证混凝土强度增长；洒水喷雾、模板、覆盖、化学防护膜

5.6大体积混凝土的温控与防裂

混凝土的稳定变化过程：混凝土凝固---水化---水化热---温度上升；

大体积混凝土导热差，达30~50度，内外温差。温度变化过程曲线

温升期、冷却期和稳定期；Tmax和Tp---最高温升和浇筑温度；Tf—稳定温度；最大温差Tmax-Tf；Tp与拌合温度及运输的温度变化；水化热引起温升Tr，水泥品种和用量有关。朱伯芳院士著：

《大体积混凝土温度应力与温度控制》

（116万字，750页）混凝土温度裂缝的形成(1)表面裂缝内涨（温升）外缩（气温骤降）；内压外拉，超允许拉应力，裂缝短浅。(2)贯穿裂缝和深层裂缝基岩（老混凝土）刚性---对新浇筑混凝土因温度变化导致的变形有“约束”---膨胀期的“压应力”；收缩期的“拉应力”----基础裂缝，贯穿性裂缝。大体积混凝土的温控标准：基础允许温差；上下层温差；灌浆温度及稳定温度场的确定，分区处理大体积混凝土的温控措施一切从改善大体积混凝土的温度变化过程出发：（1）减水混凝土的发热量：减少水泥用量（分区的标号、干贫混凝土、较大粒径骨料、掺粉煤灰，外加剂）；采用低发热水泥，微膨胀水泥。Tr（2）降低混凝土的入仓温度：浇筑时间合理；加冰或冰水拌和；骨料预冷（水冷、风冷及真空气化等）；运输和浇筑中减少温度的过大升高。Tp（3）加速混凝土的散热：自然散热（薄层浇筑）；人工预埋冷却水管通水，初期冷却（消减温升高峰，减少最大温差，是防止贯穿裂缝的关键）、二期冷却（加快冷却，接缝灌浆和坝体蓄水的需要），钢管、铝管或塑料软管，平面蛇形布置.Tmax和冷却期的时间t

特殊季节的混凝土施工1、低温季节：水化作用明显缓慢，强度增长阻滞，甚至早期冻害。低温季节混凝土的施工措施规定和混凝土的养护2、高温季节：

30度以上，易假凝或初凝，内部热发散，混凝土产生、运输、浇筑按夏季作用施工，即温控的减热措施。5.5碾压混凝土施工

碾压混凝土筑坝技术自1986年在福建坑口工程取得成功经验后，在我国发展很快，2007年龙滩（重力坝、坝高216m）目前已建和在建的碾压混凝土坝达70座，总体积超过3000万m3

，此外，碾压混凝土也常用于围堰工程。用超干硬性混凝土为筑坝材料，采用振动碾压机进行压实，基本按土石坝的施工方法。具有快速、经济和混凝土坝运行安全的优越性。超干硬性混凝土与常态混凝土有别：较大的砂率、水泥用量较少、较大比例的掺和料，拌合物不具有流动性、呈松散状态，但经振动碾压密实、凝结硬化后具有混凝土的性能。碾压混凝土的施工：

施工程序：汽车运输入仓、平仓机平仓、振动碾压压实、切缝机切缝、无振碾压。一般通仓薄层浇筑。

碾压试验：层厚、混凝土和易性、骨料粒径及性质、振动碾的性能（压力、频率、振幅、速度等）选择参数。BW系列振动碾。

层面处理技术：30cm,层间是薄弱环节，影响抗渗性、耐久性和大坝安全运行。正常间歇面：冲毛处理，铺砂浆或灰浆；临时施工层面，不处理碾压混凝土的质量控制：压实质量的检测混凝土的养护：要保证混凝土强度的迅速增长，避免早期干缩裂缝。高温季节的施工措施：水分问题影响质量。我国碾压混凝土施工的特点是高掺粉煤灰、低稠度、短间歇、薄层全断面碾压、快速连续上升，近年还发展了斜层铺筑碾压新工艺。龙滩水电站大坝底层廊道施工(2)平仓与振捣混凝土入仓后的摊铺，我国先后采用过平铺法、台阶法和通仓薄层浇筑等方法，浇筑层厚一般为50cm。目前，大中型混凝土工程施工已逐步以机械化平仓代替人工操作。我国定型生产的YPZ-40型平仓振捣机，已用于实际工程中。混凝土入仓后摊铺方式的选择取决于混凝土拌和能力、混凝土运输设备和坝体结构布置。通仓薄层浇筑可简化施工，具有一定优势，已在五强溪等工程中采用。平仓、振捣是混凝土浇筑最重要的工序之一，采用平仓振捣机，可提高生产效率和混凝土浇筑质量，有时仍需辅以手持振捣器。大体积混凝土自浇筑时开始，就要经受外界环境温度和自身水化热的作用，使混凝土中任一点的位移和变形不断地变化，当其受到外部和内部的约束时，就产生了应力。当应力超过了混凝土的极限强度，或其应变超过了混凝土的极限拉伸值，由混凝土构成的建筑物就要产生裂缝。裂缝发展到严重程度，建筑物承载能力将被削弱甚至破坏。几十年来如何防止裂缝一直是工程技术界所关注的一个重大课题。实践经验表明，混凝土坝的裂缝通常都是综合因素造成的，所以防止裂缝必须采取综合措施，必须从结构设计、混凝土原材料优选、配合比设计到施工方法和工艺，以及混凝土的养护和表面保护等各个环节加强温控防裂，努力提高结构物自身的抗裂能力；另一方面要尽可能减小混凝土结构中的应力，使之与混凝土的抗裂能力相适应，达到既安全又经济的目的。为防止混凝土坝产生贯穿性裂缝，并尽量减少表面