水利工程混凝土坝工程

第五章混凝土工程

至今，混凝土坝在高坝中占的比重较大，特别是重力坝、拱坝应用最普遍。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。

第一节骨料料场规划和生产加工

砂石骨料是混凝土最基本的组成成分。

一骨料料场规划

骨料料场规划是骨料生产系统的基础。砂石骨料的质量是料场选择的首要前提。

1. 骨料料场规划的原则

搞好砂石料场规划应遵循如下的原则.

1) 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剂级配的需求，并有必要的富裕量。

2) 选用的料场，特别是主要料场，应该地开阔，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。

3) 选用可采率高，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。

4) 料场附近有足够的回车和堆料场地，且占用农田少。

5) 选择开采准备工作小，施工简便的料场。

2、骨料的加工过程

天然的骨料需要通过筛分分级，人工骨料需要通过破碎、筛分。

3、骨料开采量的确定

骨料开采量取决于混凝土中各种粒料的需要量。若第i组骨料所需的净料量为q，则要求开采天然的总量Qi可按下式计算：

Qi＝（1＋k）qi/pi

式中 k——骨料生产过程中的损失系数，为各生产环节损失系数的总和，即k＝k1+k2+k3+k4;其中k1，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第种粒径骨料的单位用量eij有关。于是，第I种骨料的净料需要量qi可表达为：

qi=(1+kc)eijVj

式中，kc为混凝土出机后运输、浇筑中的损失系数，约为1%－2%。

4、骨料生产能力的确定

严格来说，骨料生产能力由其需求量来确定，实际需求量与各阶段混凝土浇筑强度有关，也与上一阶段结束时的储存量有关。若骨料还需销售，则销售量也是供需平衡的一个因素。据此可确定骨料加工的生产能力P(m3/h)

式中 V——骨料生产高峰期的总产量，m3。

T——骨料生产高峰时段的月数。

K1——高峰时段骨料生产的不均匀系数，可取1.0－1.4；

K2——时间利用系数，可取0.8－0.9；

m——每月有效工作时数，可取20h；

n——每月有效工作日数，可取25－28d。

5、天然骨料的开采设备

天然骨料开采，在河滩多用索铲。采砂船是在一定水深中采掘沙砾石的机械。二骨料加工和加工设备

将采集到的毛料加工，一般需要通过破碎、筛选和冲洗，制成符合级配，除去杂质的碎石和人工砂。根据骨料加工工艺流程，组成骨料加工厂。

1、骨料的破碎

使用破碎机械碎石，常用的设备有颚板式、反击式和锥式三种碎石机。

2、骨料的筛分

为了分级，需将采集的天然毛料或破碎后的混合料筛分，分级的方法有水力赛分和机械筛分两种。大规模的筛分多用机械筛分，有偏心振动和惯性振动两种。

3、砂的水力分级

无论天然砂还是人工砂通常多用水力分级，这时分级和冲洗同时进行，也有用沉砂箱承纳分流后的污水砂浆，经初洗后再送入洗砂机清洗。

4、骨料加工厂

大规模的骨料加工厂，常将加工机械设备按工艺流程布置成骨料加工工厂。其中，以筛分作业为主的加工厂称筛分楼。

三骨料的堆存

为了适应混凝土生产的不均匀性，可利用堆场储备一定数量的骨料，以解决骨料的供求矛盾。骨料储量多少，主要取决为生产强度和管理水平，通常可按高峰时段月平均值的50%－80%考虑。汛期、冰冻期停采时，需按停采期骨料需用

量的20%的裕度考虑。

第二节模板和钢筋作业

板和钢筋作业是钢筋混凝土工程中的重要辅助作业。合理组织模板和钢筋作业，不仅对保证混凝土工程质量，加快施工进度具有重大意义，而且会带来明显的经济效益。

一模板作业

1、模板的作用

模板的主要作用是对新浇筑塑性混凝土起成型和支撑作用，同时还具有保护和改善混凝土表面质量的作用。

2、模板的基本类型

根据制作材料，模板可分为木模板、钢模板、混凝土和钢筋混凝土预制模板；根据架和工作特征，模板可分为固定式、拆移式和滑动式。

3、模板的基本要求、选型和设计荷载

( 1) 模板的基本要求就成型而言模板要求拼装严密准确，不漏浆，表面平整，不产生过大的变形；就支撑作用而言，模板要求强度足够，机构坚固，能支撑各种设计荷载；就保护作用而言，模板应有力于混凝土凝固，寒冷地区应有利于报温，高速水流作用部位，应有利于抗冲、耐磨、防止气蚀破坏；就方便施工、节约投资而言，应结构简单，制作、安装和拆除方便，尽量标准化、系列化，提高周转率，消耗工料少，成本低。

（2）模板的选型使用的最多的是拆除式模板。

（3）模板的设计荷载模板及其支撑结构应具有足够的强度、刚度和稳定性，必须能承受施工中可能出现的最不利组合，其结构变形应在允许范围内，模板及其支撑承受的荷载分基本荷载和特殊荷载两类。

基本荷载有：

1）模板及其支架的重量。

2）新浇混凝土的总量。

3）钢筋总量。

4）工作人员和浇筑设备、工具等荷载。

5）振捣混凝土产生的荷载。

6）新浇混凝土的侧压力和混凝土初前的侧压力与混凝土的浇筑速度、捣实方法、凝固速度、塌落度以及浇筑块的平面尺寸等因素有关，其中以前三个因素关系密切。

特殊荷载有：

1）风荷载。

2）上列7项荷载以外的其他荷载。

4、模板的制作、安装和拆除

（1）模板的制作通常设专门的加工厂制作模板，采用机械化流水作业，以有利于提高模板的生产率和加工质量。

（2）模板的安装模板安装必须按设计图纸测量放样，并且应经常保持足够的固定设施，以防模板倾覆。

(3) 模板的拆除拆除时间应根据设计要求、气温和混凝土强度的增长情况而定。

第三节混凝土的制备

一混凝土拌和设备及其生产能力的确定

拌和机是制备混凝土的主要设备，拌和机拌制混凝土有两种方式：一种是利用可旋转的拌和筒上的固定叶片，将混凝土料带至筒顶自由跌落拌制；另一种是装料鼓筒不旋转，固定在轴上的叶片带动混凝土进行强制拌和。

每台拌和机的小时生产率P可按下式计算。

式中： N—每台拌和机每小时平均拌和次数；

V—拌和机出料容量，m3;

t1—进料时间，自动化配料为10～15s,半自动化配料为15～30s;

t2—拌和时间，随拌和机容量、坍落度、气温而异。

t3—出料时间，一般顷翻式为15s，非顷翻式为25～30s；

t4—必要的技术间歇时间，对双锥式为3～5s；

Kt—时间利用系数。

二拌和站、拌和楼及其设备容量

混凝土生产系统应根据浇筑强度确定生产规模，按用料分散或集中情况设拌和站和／或拌和楼。

拌和楼式集中布置的混凝土工厂，常按工艺流程分层布置，分为进料、贮料、配料、拌和及出料共五层。

拌和设备容量的确定：

拌和设备的生产能力应能满足混凝土质量品种和浇筑强度的要求。混凝土拌和设备需要满足的小时生产能力P0的计算式：

式中： n—高峰月每日平均工作时数，一般取20h；

m—高峰月有效工作日数，一般取25d；

K—小时生产不均匀系数，可按1.5考虑；

Qmax—混凝土高峰浇筑强度

第四节混凝土的运输方案

混凝土运输时连接拌和与浇筑的中间环节。运输过程包括水平和垂直运输。从混凝土出机到浇筑仓前，主要应完成水平运输，从浇筑仓前至仓里主要完成垂直运输。

一混凝土的水平运输设备

通常混凝土的水平运输有有轨和无轨运输两种，前者一般用轨距762mm或1000mm的窄轨机车托运平台完成。汽车运输有用自卸车直接盛混凝土，运送并卸入与起重机不脱钩的卧罐内，再将卧罐吊运入仓卸料。

二混凝土的垂直运输设备

1.门式起重机

2.塔式起重机

3.缆式起重机

4.履带式起重机

三混凝土运输浇筑方案

大坝及其它建筑物的混凝土运输浇筑方案有如下几种.

（一）门、塔机运输浇筑方案

1. 门、塔机栈桥运输浇筑方案

2. 门、塔机无栈桥方案

（二）缆机运输浇筑方案

1.缆机同其他起重机组合的浇筑系统

2.立体交叉缆机浇筑系统

3.辐射式缆机浇筑系统

（三）辅助运输浇筑方案

1.履带式起重机浇筑方案

2. 汽车运输浇筑系统

3.皮带运输机浇筑方案

四混凝土运输浇筑方案的选择及起重机械数量的确定

（一）混凝土运输浇筑方案的选择

混凝土运输浇筑方案的选择通常应考虑如下的原则。

1）运输效率高，成本低，运输次数少，不宜分离，容易保证质量。

2）起重设备能够控制整个建筑物的浇筑部位;

3)主要设备型号单一，性能优良，配套设备能使主要设备的生产能力充分发挥。

4）在保证工程质量的前提下能满足高峰浇筑强度的要求；

5）除满足混凝土浇筑外，同时能最大限度的承担模板、钢筋、金属结构及仓面的小型机据的吊运工作。

6）在工作范围内，设备利用率高，不压浇筑块，或不因压块而延误浇筑工期。

（二）起重机数量的确定

1.月实用生产率

任何一台起重机的月实用生产率P可按下式计算:

Pm=PmmnK1K2K3

式中： Pm----起重机的技术生产率P=Nq,其中N为每小时吊运罐数,q为每

罐的有效容积,m3;

m----每月有效工作天数,可取m=25d

n----每天有效工作时数,可取n=20h

K1----吊罐有效容积利用系数,考虑混凝土损耗,取0.98

K2----时间利用系数

K3----综合利用系数.

2.小时浇筑强度Q(m3/h)

Q=(Qm/nm)KKK

式中： Qm----浇筑高峰年或高峰时段的月平均强度,m3/月

K-----月不平均系数.

K-----浇筑的日不平均系数

K-----浇注的小时不平均系数.

m,n意义同前

3.起重机的需用数量

起重机需用需用数量N按下式计算后调整.

N=Qm/Pm)K

式中： Qm----施工进度要求的月浇筑强度.

Pm----起重机实际台月生产率

K-----备用系数.

第五节混凝土的浇筑和养护

为了避免不均匀沉降引起坝体开裂,常采用结构缝将坝体分段,为了控制温度裂缝和施工方便,用纵缝将坝段分成若干柱状块,在浇筑时又用临时的施工缝将柱状块分层,形成若干浇筑仓,又称浇筑块.保证每个仓的浇筑质量.,以保证坝体质量.

一混凝土浇工艺流程

(一)浇筑前的准备作业

浇筑将的准备作业包括基础面的处理,施工缝处理,立模,钢筋及预埋件安设等.

(二)入仓铺料

混凝土入仓料多用平浇法.它是沿仓面某一边逐条逐层有序连续铺填,

层间间歇超过混凝土初凝时间,会出现冷缝,使层间抗渗,抗剪和抗拉的能力明显降低.当允许层间间隔时间t(h)已定后,为不出现冷缝,应满足以下的条件:

KP(t-t1)>BLh

或 P>BLh/(K(t-t1)

式中： K----混凝土运输延误系数.

P-----浇仓要求的混凝土运浇能力

t1-----混凝土从出机到入仓的时间.

B,L---浇筑块的宽度和长度.

h-----铺料层厚度.

二混凝土养护

养护是保证混凝土强度增长,不发生开裂的必要措施.

三混凝土施工的质量控制

严格来说,混凝土施工的质量控制应从原材料的质量控制入手,直至混凝土的拌和,运输,入仓振捣,养护等各个环节. 混凝土浇筑结束后,还需进一步取样检查,倘不符合要求,应及时采取补救措施.常用的检查和监测的方法如下述.

物理监测

钻孔压水

大块取样

原型观测

第六节混凝土的温度控制

一混凝土温度控制的基本任务

(一)混凝土温度变化的过程

大体积混凝土的温度变化过程,可分为三个阶段,即温升期.冷却期,和稳定期.

(二)混凝土的温度裂缝

大体积混凝土的温度变化必然引起温度变形,温度变形收到约束,势必产生温度应力.

大体积混凝土的温度裂缝有如下两种:

1.表面裂缝

2.贯串裂缝和深层裂缝

(三)大体积混凝土温度控制的任务

大体积混凝土温度控制的首要任务是通过控制混凝土的拌和温度来控制混凝土的入仓温度,再通过冷却来降低混凝土内部的水化热温升,使温度降到允许范围.其次,大体积混凝土温控的另一任务是通过二期冷却,使坝体温度从最高温度将到接近稳定温度.,以便在达到灌浆温度后及时灌浆.

二大体积混凝土温度控制标准

温度控制标准实质上就是将大体积混凝土内部和基础之间的温差控制在基础约束力ó小于混凝土允许抗拉强度以内,即

ó<óp/K

式中：óp-----混凝土的抗拉强度

K-----安全系数

确定灌浆温度是温控的又一强度.由于坝体内部混凝土的稳定温度随具体部位而异,一般情况灌浆温度并不恰好等于稳定温度.确定灌浆温度时,将坝体断面的稳定温度场进行分区,对灌浆温度进行分区处理,各区的灌浆温度取决于各区稳定温度的平均值.

三大体积混凝土的温度控制措施

温度控制的具体措施常从混凝土的减热和散热两方面来着手,所谓减热就是减少混凝土内部的发热量.所谓散热就是采取各种散热措施.

(一)减少混凝土的发热量

1.减少每立方米混凝土的水泥用量.

2.采用低发热量的水泥.

(二)降低混凝土的入仓温度

1.合理安排浇筑时间

2.采用加冰或加冰水拌和

3.对骨料进行预冷.

(1)水冷

(2)风冷

(3)真空汽化冷却

(三)加速混凝土散热

1.采用自然散热冷却降温

2.在混凝土内预埋水管通水冷却

第七节混凝土的冬夏季作业

一混凝土的冬季作业

(一)混凝土允许抗冻的标准

(二)混凝土冬季作业的措施

1.施工组织上的合理安排

2.创造混凝土强度快速增长的条件

3.增长混凝土的拌和时间

4.减少拌和,运输,浇筑中的热量损失

5.预热拌和材料

6.增加保温,蓄热和加热养护措施

(三)混凝土冬季养护办法

1.蓄热法

2.暖棚法

3.电热法

4.蒸汽法

二混凝土的夏季作业

当气温超过30度时,混凝土生产,运输,浇筑等各个环节应按夏季作业施工.入前所述,混凝土夏季施工,就是采取一系列的预冷降温.加速散热以及充分利用低温时刻浇筑等措施来实现的.