13.3.2.1　混凝土坝的分缝与分块

由于各种条件限制,不可能将整个坝体连续不断地一次浇筑完毕；需要采用便于处理的规则缝,将坝体划分成许多浇筑块进行混凝土浇筑,以防止发生影响坝体整体性的难于处理的不规则裂缝。坝体浇筑块的划分称为坝体施工的分缝分块。

混凝土坝的分缝分块,首先沿坝轴线方向,将坝的全长划分为15～20m作业的若干坝段。坝段之间的缝称为横缝。重力坝的横缝一般与伸缩沉陷缝结合而不需要接缝灌浆,故称为永久缝。拱坝的横缝由于有传递应力的要求,需要进行接缝灌浆,故称为临时缝。其次,每个坝段又用纵缝划分成若干坝块,或者整个坝段不再设缝而进行通仓浇筑。

分缝方式有垂直纵缝法、错缝法、斜缝法、通仓浇筑法等,如图13.21所示。

图13.21　大坝分缝方式

(a)垂直纵缝法；(b)错缝法；(c)斜缝法；(d)通仓浇筑法
1—纵缝；2—斜缝；3—错缝；4—水平缝

1.垂直纵缝法

用垂直纵缝把坝段分成独立的柱状体,因此又称柱状分块。它的优点是温度控制容易,混凝土浇筑工艺较简单,各柱状块可分别上升,彼此干扰小,施工安排灵活,但为保证坝体的整体性,必须进行接缝灌浆；模板工作量大,施工复杂。纵缝间距一般为20～40m,以便降温后接缝有一定的张开度,便于接缝灌浆。为了传递剪应力的需要,在纵缝面上设置键槽,并需要在坝体到达稳定温度后进行接缝灌浆,以增加其传递剪应力的能力,提高坝体的整体性和刚度。

相邻坝块的高差一般不超过10～12m。

2.错缝法

错缝分块是用沿高度错开的竖缝进行分块,又称砌砖法。浇筑块不大,对浇筑设备及温控的要求相应较低。竖缝不贯通,不需接缝灌浆。然而施工时各块相互干扰,影响施工速度；浇筑块之间相互约束,容易产生温度裂缝,尤其容易使原来错开的竖缝变为相互贯通。目前这种分块方式已很少采用。

3.斜缝法

斜缝一般沿平行于坝体第二主应力方向设置,缝面剪应力很小,只要设置缝面键槽不必进行接缝灌浆,斜缝法往往是为了便于坝内埋管的安装,或利用斜缝形成临时挡洪面采用的。但斜缝法施工干扰大,斜缝顶并缝处容易产生应力集中,斜缝前后浇筑块的高差和温差需严格控制,否则会产生很大的温度应力。斜缝不能直通到坝的上游面,以避免库水渗入缝内。

4.通缝法

通缝法即通仓浇筑法,它不设纵缝,混凝土浇筑按整个坝段分层进行；一般不需埋设冷却水管。同时由于浇筑仓面大,便于大规模机械化施工,简化了施工程序,特别是大量减少模板作业工作量,施工速度快,但因其浇筑块长度大,容易产生温度裂缝,所以温度控制要求比较严格。

13.3.2.2　混凝土运输

混凝土运输通常可分为两个过程：①从拌和厂到起重机起吊点,一般以水平运输为主；②从起吊点到浇筑仓面,一般以垂直运输为主。

1.水平运输

(1)自卸汽车运输。自卸汽车运输机动灵活,应用广泛。最基本的方式是自卸汽车将料卸入卧罐(图13.22),再由起重机吊入仓内。有的工程将立罐(图13.23)装在自卸汽车内运输,可以较少一次倒运,这时汽车车厢内要加装固定立罐的设施,保证立罐放置平稳。

图13.22　混凝土卧罐

1—装料斗；2—滑架；3—斗门；4—吊梁；5—平卧状态

在坝的基础部位,自卸汽车可直接驶入仓内。一种方式是在仓面架设简易栈桥,汽车在栈桥上行驶并将料卸入仓内,因卸料落差大容易发生分离,所以这种方式没有推广应用。另一种方式是汽车直接在仓面混凝土面上行驶,分送混凝土。汽车进入仓面以前,要将轮胎冲洗干净；当汽车在老混凝土面上行驶时,其强度应能满足轮压要求,当汽车在刚浇筑的混凝土面上行驶时,则必须在仓面上铺垫钢板。具体方法如下。

1)自卸汽车—栈桥—溜筒。如图13.24所示,用组合钢筋柱或预制混凝土柱作立柱,用钢轨梁和面板作桥面构成栈桥,下挂溜筒,自卸汽车通过溜筒入仓。它要求坝体能比较均匀地上升,浇筑块之间高差不大。这种方式可从拌和楼一直运至栈桥卸料,生产率高。

2)自卸汽车—履带式起重机。自卸汽车自拌和楼受料后运至基坑后转至混凝土卧罐,再用履带式起重机吊运入仓。履带式起重机可利用土石方机械改装。

3)自卸汽车—溜槽(溜筒)。自卸汽车转溜槽(溜筒)入仓适用于狭窄、深塘混凝土回填。斜溜槽的坡度一般在1∶1左右,混凝土的坍落度一般为6cm左右。每道溜槽控制的浇筑宽度5～6m(图13.25)。

图13.23　HG系列液压蓄能式混凝土吊罐(单位：mm)

1—缆机横梁板；2—罐体；3—手动换向阀；4—蓄能油缸；5—启闭油缸；6—下料弧门

4)自卸汽车直接入仓。

a.端进法：端进法是在刚捣实的混凝土面上铺厚6～8mm的钢垫板,自卸汽车在其上驶入仓内卸料浇筑,如图13.26所示。浇筑层厚度不超过1.5m。端进法要求混凝土坍落度小于3～4cm,最好是干硬性混凝土。

b.端退法：自卸汽车在仓内已有一定强度的老混凝土面上行驶。汽车铺料与平仓振捣互不干扰,且因汽车卸料定点准确,平仓工作量也较小(图13.27)。老混凝土的龄期应据施工条件通过试验确定。

图13.24　自卸汽车—栈桥入仓(单位：cm)

1—护轮木；2—木板；3—钢轨；4—模板

用汽车运输混凝土时,应遵守下列技术规定：装载混凝土的厚度不应小于40cm,车厢应严密平滑,砂浆损失应控制在1%以内；每次卸料,应将所载混凝土卸净,并应及时清洗车厢,以免混凝土黏附；以汽车运输混凝土直接入仓时,应有确保混凝土质量的措施。

(2)有轨运输。在工程量比较集中,地形比较平坦时,常采用有轨运输。有轨料罐车均为侧卸式,大多采用传统的柴油机车牵引,如图13.28所示。

(3)无轨的轮胎自行式料罐车运输。容量为3m3、4m3者一般是用卡车底盘改装,而大容量的(6m3、9m3)则是用铰接转向底盘单轴牵引车来牵引,其料罐采用液压机构开门,向吊罐供料,如图13.29所示。

图13.25　自卸汽车转溜槽、溜筒入仓

1—自卸汽车；2—储料斗；3—斜溜槽；4—溜筒(漏斗)；5—支撑；6—基岩面

图13.26　端进法示意图(单位：cm)

1—新入仓混凝土；2—老混凝土面；3—振捣后的台阶

图13.27　端退法示意图(单位：cm)

1—新入仓混凝土；2—老混凝土面；3—振捣后的台阶

2.垂直运输

(1)缆机。缆式起重机(简称缆机)由一套凌空架设的缆索系统、起重小车、主塔架、副塔架等组成(图13.30)。缆机是水利水电工程常用的起吊设备,尤其适用于高山峡谷地区的混凝土高坝。

图13.28　GHC6轨式混凝土运输车(单位：mm)

1—Ⅰ号混凝土运输车；2—Ⅱ号混凝土运输车；3—JM150内燃机车；4—钢轨；5—缆机吊罐

图13.29　PWH6m3轮式侧卸式混凝土运输车(单位：mm)

(2)门机。门式起重机(简称门机)是一种大型移动式起重设备。它的下部为一钢结构门架,门架底部装有车轮,可沿轨道移动。门架下有足够的净空,能并列通行两列运输混凝土的平台列车。门架上面的机身包括起重臂、回转工作台、滑轮组(或臂架连杆)、支架及平衡重等。整个机身可通过转盘的齿轮作用,水平回转360°。该机运行灵活、移动方便,起重臂能在负荷下水平转动,但不能在负荷下变幅。变幅是在非工作时,利用钢索滑轮组使起重臂改变倾角来完成。图13.31为高架门机,起重高度可达60～70m。

图13.30　缆式起重机简图

1—承重索；2—首塔；3—尾塔；4—起重索；5—吊钩；6—起重机轨道；7—混凝土列车

图13.31　10/30t高架门机(单位：m)

1—门架；2—圆筒形高架塔身；3—回转盘；4—机房；5—平衡重；6—操纵台；7—起重臂

(3)塔机。塔式起重机(简称塔机)是在门架上装置高达数十米的钢架塔身,用以增加起吊高度。其起重臂多是水平的,起重小车钩可沿起重臂水平移动,用以改变起重幅度,如图13.32所示。

图13.32　10/25型塔式起重机(单位：m)

1—车轮；2—门架；3—塔身；4—伸臂；5—起重小车；6—回转塔架；7—平衡重

3.混凝土输送和浇筑用布料机

(1)小型串联接力输送机系列。由多台串联的运输机组成,接力输送,一般采用铝合金机架,环形带,如图13.33所示。这种机型结构较简单,重量轻,可以用人工移位,适用于浇筑一般面积较小的混凝土结构物。(www.daowen.com)

图13.33　串联接力输送机系列安装图(单位：mm)

1—皮带输送机；2—受料斗；3—全回转移位支架；4—浇筑布料机；5—导轨

(2)回转式仓面布料浇筑机组。用于仓面浇筑的回转带式布料机,具有伸缩、俯仰功能。一般采用环形带和铝合金机架,及供料带机组成一个系统。向上输送的最大倾角可达25°,向下输送倾角可达-10°,带宽有457mm、610mm两种,有立柱安装、支架安装及导轨安装3种方式。导轨安装时能沿导轨进行移位。立柱式可绕仓面立柱回转。65m×24m型布料机可浇筑40m×40m的仓面。当需浇筑更长的坝块时,可用两台或多台布料机接力。立柱通常插在下层已浇混凝土的预留孔内,在待浇层的立柱外面用对开的预制混凝土管保护。新浇的混凝土块就以混凝土管为内模在仓内留下一个孔洞,作为上一个浇筑块的预留插孔。可以利用起重机将仓面布料机,从一个浇筑块转移另一浇筑块,如图13.34所示。

(3)自行式布料机。自行式带浇筑机有安装在汽车、轮胎或履带起重机底盘上三种机型。

CC200—24型胎带机是安装在轮胎起重机底盘上的回转布料机,共有3节带机,可在臂架里伸缩。图13.35为CC200—24型胎带机。带有进料斗。该胎带机的带宽610mm,全伸展时浇筑半径在水平时为61m；最大倾角：上升30°,下俯15°；最大高度为33.5m。布料回转角度360°。转移方便,适合于浇筑中、小和零星混凝土工程。

图13.34　回转式仓面布料机(单位：m)

1—伸缩皮带输送机；2—机架；3—进料斗；5—回转机构；5—伸缩机构；6—报替出料斗；7—驱动电动机；8—电气控制箱；9—故障机构；10—出料橡胶管

履带式布料机是安装于履带式起重机底盘上的自行回转布料机,除底盘为履带外,其余结构和规格参数与胎带机相同。由于其对地压力小,特别适合于直接在碾压混凝土表面边行走边布料,随坝面升高而升高,不像塔带机那样需要大量的基础工程和准备工作,其布料范围大,而且价格低廉,极大地简化了碾压混凝土施工。

(4)塔带式布料机。塔带机是专用于大型工程常态混凝土施工的主要设备。其基本形式是一台固定的(小浪底为行走式)水平臂塔机和两台悬吊在塔机臂架上的内外布料机组成的大型机械手,既有塔机的功能,又可藉小车水平移动,吊钩的升降,使臂架和内外布料机绕各自的关节旋转,由于布料机的俯仰,可在很大覆盖范围内实现水平和垂直输送混凝土,进行均匀成层布料。塔柱还可随坝面或附壁支点的升高而接高,因此也适于高坝施工,如图13.36、图13.37所示。

图13.35　CC200—24型胎带布料机外形尺寸图

(a)工作状态(全伸出、最大仰角及最大下倾工况)；(b)全收缩状态
1—喂料设备——MAX螺旋推送斗；2—喂料皮带机；3—伸缩式配重；5—回转中心；5—拆下的起重机吊臂；6—俯仰油缸；7—伸缩皮带机；8—溜斗及溜管；9—支撑液压千斤顶

13.3.2.3　混凝土浇筑

混凝土坝施工中混凝土的平仓振捣除采用常规的施工方法外,一些大型工程在无筋混凝土仓面常采用平仓振捣机作业,采用类似于推土机的装置进行平仓,采用成组的硬轴振捣器进行振捣,用以提高作业效率,如图13.38所示。

13.3.2.4　碾压混凝土坝施工

碾压混凝土采用干硬性混凝土,施工方法接近于碾压式土石坝的填筑方法,采用通仓薄层浇筑、振动碾压实。碾压混凝土筑坝可减少水泥用量、充分利用施工机械、提高作业效率、缩短工期。

图13.36　TC—2400型塔带机外形图(单位：m)

1.碾压混凝土的材料及性质

(1)碾压混凝土的材料。

1)水泥：碾压混凝土一般掺混合材料,水泥应优先采用硅酸盐水泥和普通水泥。

2)混合材料：混合材料一般采用粉煤灰,它可改善碾压混凝土的和易性和降低水化热温升。粉煤灰的作用一是填充骨料的空隙,二是与水泥水化反应的生成物进行二次水化反应,其二次水化反应进程较慢,所以一般碾压混凝土设计龄期常为90d、180d,以利用后期强度。

3)骨料：碾压混凝土所用骨料同普通混凝土,其中粗骨料最大粒径的选择应考虑骨料级配、碾压机械、铺料厚度和混凝土拌和物分离等因素,一般不超过80mm。

图13.37　MD—2200塔带机外形图(单位：mm)

4)外加剂和拌和水：碾压混凝土采用的外加剂和拌和水同普通混凝土。

(2)碾压混凝土拌和物的性质。

1)碾压混凝土的稠度：碾压混凝土为干硬性混凝土,在一定的振动条件下,碾压混凝土达到一个临界时间后混凝土迅速液化,这个临界时间称为稠度(VC值,单位：s)。稠度是碾压混凝土拌和物的一个重要特性,对不同振动特性的振动碾和不同的碾压层厚度应有与之相适应的混凝土稠度,方能保证混凝土的质量。

图13.38　PCY—50型平仓振捣机外形图(单位：mm)

2)碾压混凝土的表观密度：碾压混凝土的表观密度一般指振实后的表观密度。它随着用水量和振动时间不同而变化,对应最大表观密度的用水量为最优用水量。施工现场一般用核子密度仪测定碾压混凝土的表观密度来控制碾压质量。

2.碾压混凝土坝施工

碾压混凝土坝的施工一般不设与坝轴线平行的纵缝,而与坝轴线垂直的横缝是在混凝土浇筑碾压后尚未充分凝固时用切割混凝土的方法设置,或者在混凝土摊铺后用切缝机压入锌钢片形成横缝。一般用推土机平仓,碾压机振实,刷毛机做层间处理,振动切缝机切割横缝。

为了满足防渗性和耐久性的要求,碾压混凝土坝上、下游面及与基岩接触面的混凝土采用普通混凝土。

(1)混凝土拌和。碾压混凝土的拌和采用双锥形倾翻出料搅拌机或强制式搅拌机。拌和时间较普通混凝土要延长。

(2)混凝土运输。碾压混凝土的运输常用自卸汽车直接运料至坝面散料、缆机吊运立罐或卧罐入仓、皮带机运至坝面,用摊铺机或推土机铺料等方式。

(3)铺料。碾压混凝土的浇筑面要除去表面浮皮、浮石和清除其他杂物,用高压水冲洗干净。在准备好的浇筑面铺上砂浆或小石混凝土,然后摊铺混凝土。砂浆或小石混凝土的摊铺范围以1～2h内能浇筑完混凝土的区域为准。砂浆摊铺厚度在水平浇筑面为1.5cm,基岩面为2.0cm,小石混凝土厚3～5cm。摊铺方法可采用人工或装载机。

混凝土入仓后再用推土机按规定厚度推铺。

(4)碾压。混凝土的碾压采用振动碾,在振动碾碾压不到之处用平板振动器振动。碾压厚度和碾压遍数综合考虑配合比、硬化速度、压实程度、作业能力、温度控制等,通过试验确定。

碾压时以碾具不下沉、混凝土表面水泥浆上浮等现象来判定。当用表面型核子密度仪测得的表观密度达到规定指标时,即可停碾。

(5)养护。碾压混凝土因为存在二次水化反应,养护时间比普通混凝土更长,养护时间应符合设计或规范规定的时间。