水利工程施工——混凝土坝工程

第五章混凝土坝工程教学目的和要求：本章目的主要让学生深入了解混凝土工程施工特点，以及混凝土工程施工的注意事项。

掌握混凝土工程施工方法。

要求熟悉混凝土工程的模板、钢筋作业，熟悉混凝土的制备；掌握常态、碾压混凝土的施工工艺。

重点与难点：1.混凝土的制备2.常态混凝土的施工工艺3.碾压混凝土的施工工艺4.大体积混凝土的温度控制与预防措施等教具与参考：1.水利施工图片2.[1]朱伯芳. 大体积混凝土温度应力与温度控制. 北京：中国电力出版社，1999[2]李冬升. 混凝土冬季施工. 北京：中国水利水电出版社，主要教学方法：讲解法讨论法实验法大中型水利水电工程混凝土坝占有很大比重，特别是重力坝、拱坝应用最为普遍。

而其共有特点为:工程量大、质量要求高、与施工导流关系密切、施工季节性强、浇筑强度大、温度控制严格、施工条件复杂等。

目前混凝土坝的施工方法主要为现场浇筑。

而现场分仓浇筑又可分为传统的分层分块浇筑和薄层碾压浇筑。

到目前为止，前者应用最普遍，后者是一种高效、低成本、具有发展前途的施工方法。

本章侧重介绍重力坝和拱坝这两种坝型的现场浇筑技术，也对新兴的碾压混凝土施工技术加以介绍。

混凝土坝的施工过程和施工方法基本相同，主要包括准备工作、施工导流、基础开挖与处理、坝体混凝土工程、金属结构安装工程等。

在混凝土坝施工中，大量砂石骨料的采集、加工，水泥和各种掺和料、外加剂的供应是基础，混凝土制备、运输和浇筑是施工的主体，模板、钢筋作业是必要的辅助。

因此，如何提高混凝土坝施工的综合机械化和管理水平，采用大型、高效、可靠的施工机械设备，认真研究混凝土坝工程施工是保证混凝土质量，加快施工进度，降低工程成本具有重要意义。

混凝土坝工程其坝体的施工工艺流程如图5-1所示。

用混凝土筑坝具有很多优点，特别是建设高坝，是坝工设计人员优先选择的坝型之一。

我国建设的大中型水利工程中，混凝土坝占有很大的比重，特别是重力坝、拱坝应该最普遍。

三峡水利枢纽、云南澜沧江上的小湾电站、广西红水河上的龙滩碾压混凝土电站、四川境内的锦屏电站、溪洛渡电站等都是混凝土工程。

Array 20世纪80年代以来，我国相继修建了一批混凝土高坝，规模不断突破以往记录，施工工艺不断完善，创造了具有我国特色的施工技术和建设经验。

第一节骨料料场规划和生产加工教学目的和要求：介绍骨料料场规划和骨料的储存、混凝土生产系统的设置与布置、混凝土生产系统的组成；要求学生掌握料场的规划和生产加工的具体过程。

重点与难点：重难点混凝土生产系统的设置与布置教具与参考：工程图片料场布置案例主要教学方法：讲授法讨论法砂石骨料是混凝土工程的主要成份。

大中型混凝土坝工程的混凝土用量很大，砂石骨料的需求量也是相当大的。

每立方米混凝土需近1.5m3砂石骨料，所以骨料质量的好坏直接影响混凝土强度、水泥用量和温控要求，从而影响大坝的质量和造价。

因此，在混凝土坝的设计施工中应认真研究砂石骨料的储量、物理力学指标、杂质含量等，对各料场进行统筹规划。

一、骨料的料场规划砂石骨料的主要原料来源于天然砂砾石料场（包括陆地料场、河滩料场和河床料场），岩石料场和工程弃碴。

骨料料场规划应根据料场的分布、开采条件、可利用料的质量、储量、天然级配、加工要求、弃料多少、运输方式、运距远近、生产成本等因素综合考虑。

并结合工程实际进行综合技术经济论证，采用最优方案。

砂石骨料的质量是料场选择的首要前提。

其质量应满足DL/T5144-2001《水工混凝土施工规范》的要求，一般应避免采用含有碱活性的原料。

对天然砂砾料而言要认真研究其自然级配，对骨料级配调整和混凝土配料调整进行比较，以取得最佳的综合经济效果。

人工骨料级配易于达到设计要求，通常可按最佳级配供料。

砂子通常分为粗砂和细砂两级，其大小级配由细度模数控制，合理取值天然砂为2.2～3.0，人工砂宜为2.4～2.8。

增大骨料颗粒尺寸、改善级配，对于减少水泥用量，提高混凝土质量，特别是对大体积混凝土的控温防裂具有积极意义。

搞好砂石料场规划应遵循如下原则。

1、首先要了解砂石料的需求、流域（或地区）的近期规划、料源的状况，以确定是建立流域或地区的砂石生产基地还是工程专用的砂石系统。

2、应充分考虑自然景观、珍稀动植物、文物古迹保护方面的要求，将料场开采后的景观、植被恢复（或美化改造）列入规划之中，在进行经济比较时应计入这方面的投资。

3、满足水工混凝土对骨料的各项质量要求，其储量力求满足各设计级配的需要，并有必要的富裕量。

初查精度的勘探储量，一般不少于设计需要量的3倍，祥查精度的勘探储量，一般不少于设计需要量的2倍。

4、选用的料场，特别是主要料场，应场地开阔，高程适宜，储量大，质量好，开采季节长，主辅料场应能兼顾洪枯季节互为备用的要求5、选择可采率高，天然级配与设计级配较为接近，用人工骨料调整级配数量少的料场。

任何工程应充分考虑利用工程弃碴的可能性和合理性。

6、料场附近有足够的回车和堆料场地，且占用农田少，不拆迁或少拆迁现有生活、生产设施的料场。

7、选择开采准备工作量小，施工简便的料场。

如以上要求难以同时满足，应以满足质量、数量为基础，寻求开采、运输、加工成本费用低的方案，确定采用天然骨料、人工骨料还是组合骨料用料方案。

当工程附近有质量合格，储量满足工程需要，开采条件合适，且不构成环保和河道水运交通影响的天然砂石料时宜优先采用天然料场。

若天然料运距太远，成本太高时才考虑采用人工骨料方案。

而组合骨料，则需确定天然和人工骨料的最佳搭配方案。

通常对天然料场中的超径石，通过加工补充短缺级配，形成生产系统的闭路循环，这是减少弃料，降低成本的好办法。

人工骨料通过机械加工，级配比较容易调整以满足设计要求。

随着大型、高效、耐用的骨料加工机械的发展，管理水平的提高，使人工骨料的成本接近甚至低于天然骨料。

采用人工骨料尚有许多天然骨料生产不具备的优点，如级配可按需调整，质量稳定，管理相对集中，受自然因素影响小，有利于均衡生产，减少设备用量，减少堆料场地，同时尚可利用有效开挖料。

因此，采用人工骨料的工程越来越多，例如贵州的乌江渡、湖南的五强溪、江垭，广西的岩滩，湖北的三峡等工程均采用人工骨料或用机械加工骨料搭配，在实践中取得了明显的技术经济效果。

二、骨料的生产1、骨料的加工过程天然骨料需要经过筛选分级，人工骨料需要通过破碎、筛分加工。

（生产流程如书图5—2所示）骨料生产工艺流程的设计，主要根据骨料的来源，级配要求，生产强度，堆料场地以及有无商品用量的要求来全面分析。

按照砂石料开采条件，天然砂砾料有陆地和水下两种开采方式，陆地开采雨土料开采类似。

水下开采，可用采砂船、液压反铲等设备开采。

对于人工骨料开采宜采用深孔微差挤压爆破，控制其块度大小。

破碎加工块石，不仅应满足设计级配要求，也应以整个砂石系统的运输、加工以及原料和半成品的总费用最低为目标来确定方案。

骨料运输多采用大吨位自卸汽车运输。

在骨料用量大且建筑道路投资过高的情况下，采用皮带运输机运输效果理想。

骨料加工厂的位置应尽可能的靠近料源，且附近有足够的毛料和净料堆放场地。

2、骨料生产能力的确定（1）天然骨料开采能力的确定骨料开采量取决于混凝土中各种粒径料的需要量。

若第i 组骨料所需的净料量为q ，则要求开采天然骨料的总量Q 可按下式计算。

（5-1）式中 k ——骨料生产过程的损失系数，为各生产环节损失系数的总和，即k=ki+k2+k3+k4；其中ki 、k2、k3、k4参见表5-1；Pi ——天然骨料中第i 种骨料粒径含量的百分数。

第i 种骨料净料需要量qi 与第j 种标号混凝土的工程量Vj 有关，也与该标号混凝土中i 种粒径骨料的单位用量eij 有关。

于是，第i 组骨料的净料需要量qi 可表达为： （5-2）式中，kc 为混凝土出机后运输、浇筑中的损失系数，约为1%～2%。

由于天然级配与混凝土的设计级配难以吻合，总是有一些粒径的骨料含量较多，另一些粒径短缺。

若为了满足短缺粒径的需要而增大开采量，将导致其余各粒径的弃料增加，造成浪费。

为避免上述现象，减少开采总量，可采取如下措施。

A 、调整混凝土骨料的设计级配，在允许的情况下，减少短缺骨料的用量，但随之可能会使水泥用量增加，引起水化热温升增高、温度控制困难等一系列问题，故需通过比较才能确定。

B 、用人工骨料搭配短缺料，天然骨料中大石多于中小石比较常见，故可将大石破碎一部分去满足短缺的中小石。

采用这种措施，应利用破碎机的排矿特性，调整破碎机的出料口，使出料中短缺骨料达到最多，尽量减少二次破碎和新的弃料，以降低加工费用。

总之，骨料设)()1(t P q k Q i i i +=∑+=j jij c i V e k q )1(计优化方案，应使生产总费用最小为目标，经系统分析确定。

（2）人工骨料开采量确定如需要开采石料作为人工骨料料源，则石料开采量Vr ，可按下式计算：（m3，实方） （5-3）式中 k ——人工骨料损失系数；对碎石，加工损失为2%～4%，对人工砂，加工损失为10%～20%；运输储存损失为3%～6%；e ——每方混凝土的骨料用量，t/m3；V0——混凝土的总需用量，m3；β——块石开采成品获得率，取80%～95%；γ——块石容重，t/m3。

在采用或部分采用人工骨料方案时，若有有效开挖石料可供利用时，应将利用部分扣除，确定实际开采石料量。

3、骨料生产能力的确定（1）工作制度骨料加工厂的工作制度可根据工程特点，参照表5-2，但在骨料加工厂生产不均衡时 表5-2 骨料加工厂工作制度，以及骨料供应高峰期每月实际工作日数和实际工作小时数可高于表6-2所列数值。

具体选定要结合毛料开采、储备和加工厂各生产单元车间调节能力，以及净骨料的运输条件等综合考虑加班的小时数。

（2）生产能力的确定骨料加工厂的生产能力应满足高峰时段的平均月需要量，即)(0Q A Q K Q c s d += 式中 d Q ——骨料加工厂的月处理能力，t ；c Q ——高峰时段的混凝土月平均浇筑强度，m3； 0Q ——工程其他骨料的月需要量，t ；A ——每立方米混凝土的砂石用量，t ，一般可取2.15～2.20t ；s K ——及计骨料加工、转运损耗及弃料在内的综合补偿系数，一般可取1.2～1.3，天然砂石料还应考虑级配不平衡引起的弃料补偿。

骨料加工厂的小时生产能力与作业制度有很大关系，在高峰施工时段，一个月可以工作25天以上，一天也可3班作业。

但为了统计、分析和比较，建议采用规范的计算方法，一般可按每月25天，每天2班14h 计算。

按高峰月强度计算处理能力时，每天可按3班20h 计算。

βγ0)1(eV k V r +=骨料生产累计过程线的斜率就是加工厂的生产强度，斜率最大的时段就是骨料的高峰生产时段。