CN101581088B - 冲填砂浆结石坝施工方法 - Google Patents

Abstract

一种冲填砂浆结石坝施工方法，它以砂浆灌浆充填方法与堆石坝填筑施工工艺相结合，解决了浆砌石结构不便使用机械化施工、作业效率低，堆石坝填筑石料的粒径要求较高、料源利用率较低，造价高等问题。其施工步骤是：在坝壳内填筑石料直至达到冲填层厚度要求，摊平后，从冲填层顶面进行浆冲砂作业，即通过输浆装置将预先制备的水泥浆或掺外加剂粉煤灰的水泥混合浆，直接向填筑石料的缝隙中冲填由输砂装置定量供给的筛选砂子，形成类似浆砌石坝的砂浆结石坝。其工艺流程简单，适用范围广，没有最大块径控制和级配要求，且石料来源充足，冲填层厚度大，不必碾压，施工速度快，作业效率高，降低施工成本，所形成的坝砂浆结石体密实，质量好。

Description

冲填砂浆结石坝施工方法

技术领域

本发明涉及一种类似浆砌石坝的坝体填筑工艺，特别是一种使用水泥浆或掺外加剂的水泥混合浆从坝体顶面向填筑石料中冲填砂子，并以砂浆灌浆充填方法与堆石坝填筑施工工艺相结合，形成类似浆砌石坝的冲填砂浆结石坝的施工方法，该方法形成的结石坝可用于替代浆砌石坝和堆石坝。

背景技术

浆砌石结构在水工建筑和其它领域的应用范围比较广泛，其特点是可充分利用当地原料资源。浆砌石坝比混凝土坝能降低一定成本，对基础岩石条件要求差一些，但由于浆砌石结构不便使用机械化施工，主要以人工作业为主，效率低，所以施工工期较长，而且对砌石料的粒径要求较高，一般区域易受条件制约，料源利用率较低。另外，在挡水建筑物使用浆砌石结构时，为满足防渗要求，浆砌石结构往往需设混凝土面板或心墙防渗，对浆砌石结构的施工又增添一道工序。这不仅影响施工进度，增加施工成本，而且这个防渗结构一旦发现缺陷，补救非常困难。

堆石坝填筑的施工方法与浆砌石坝相比可采用机械化施工，但坝体断面较大，填筑工程量大。坝体在防渗结构上常采用混凝土面板防渗或各种形式心墙防渗，不管采用哪种形式防渗，对堆石坝的造价和施工进度都存在一定不利因素，而且这种防渗结构一旦发现损坏，补救更是困难，且更容易造成大坝失事。

近年来，据相关文献报导，国内、外的科技人员相继研究推出一些新的混凝土施工方法。如在专利CN1238609中公开了一种“堆石混凝土大坝施工方法”，该方法利用堆石坝的施工方式将粗骨料直接入仓，并在需要形成混凝土的部位预埋灌浆管，然后将用于充填的混凝土通过预埋灌浆管填充到堆石的空隙中，形成堆石混凝土部分坝体或整个坝体。因其需要预埋很多灌浆管，通过压力将混凝土压入堆石孔隙中，故方法作业复杂，施工难度较大，效率较低，施工成本也较高。针对该专利存在的问题，又在专利CN101144279A中公开了一种“普通型堆石混凝土施工方法”和在CN100451245C中公开了一种“抛石型堆石混凝土施工方法”。上述这些使用自密实混凝土、堆石混凝土、普通堆石混凝土、抛石混凝土等施工方法，虽然比使用常规混凝土具有使用水泥量少，绝热温升小，单价低，施工简单，速度快等优点，但是，任何形式的混凝土中的骨料都会给自行充填石块缝隙带来麻烦。即使在混凝土中添加抗分离外加剂来解决存在的问题，也必须保证堆石坝最小缝隙大于混凝土中最大骨料的一定数量级，并尽可能保证充填混凝土与每个石块浇结密实。因此，这不仅需要对堆石坝的石料有一定的粒径要求，更应保证混凝土有更好的流动性和抗分离等性能，而且对分层施工的层间厚度受到很大的限制，在一定程度上增加堆石混凝土坝造价。

发明内容

本发明的目的是提供一种冲填砂浆结石坝施工方法，它解决了浆砌石结构不便使用机械化施工、作业效率低，堆石坝填筑石料的粒径要求较高、料源利用率较低，造价高等问题；其工艺流程简单，适用范围广，形成的坝与常规浆砌石坝相比，不仅有利于采用机械化施工，施工速度快，作业效率高，显著缩短工期，而且增加了坝体自身防渗能力，无需再采用防渗面板、心墙防渗等设施，降低施工成本；其与堆石坝填筑相比，不必碾压，没有最大块径控制和级配要求，且石料来源充足，能更充分地利用料场材料，其与堆石混凝土相比，具有简化工序，施工设备简单，容易操作，维护方便，冲填层厚度大，砂浆结石体密实，质量好等优点。

本发明所采用的技术方案是：该冲填砂浆结石坝施工方法的施工步骤如下：

步骤一、在坝壳内填筑石料：坝壳内自然堆积所选择的石料，直至达到冲填层厚度要求，所选择的石料中只控制粒径小于5mm的细料含量不超过10％；

步骤二、筛选浆冲砂用的砂子：所选砂子的粒径为0.2mm～5mm，其中粒径小于0.2mm的含量不超过5％；

步骤三、制备浆冲砂用的浆：将所用原料按重量比为水∶水泥＝(1～0.5)∶1制备水泥浆或掺外加剂粉煤灰的水泥混合浆；

步骤四、冲填砂浆：在步骤一所述的坝壳内填筑石料达到所需冲填层厚度摊平后，从冲填层顶面进行浆冲砂作业，即以步骤三所制备的浆通过设置计量和压力控制器的输浆装置，直接向所述填筑石料的缝隙中冲填通过设置计量控制器的输砂装置定量供给的步骤二所选的砂子，冲填到步骤一所述的坝壳内，坝顶施工一次冲满填平；所述输浆装置的冲浆管口的输送压力不小于0.3Mpa，所述浆冲砂用的水泥浆中的水泥干品重量与砂的重量比为1∶(3～8)；所述浆冲砂作业的顺序为沿横坝轴线方向或沿顺坝轴线方向进行多点成排冲填，冲填点间距为2～5m；单点浆冲砂在所述填筑石料中的砂浆以锥体形上升，锥坡坡比为(1∶3)～(1∶6)。

按照所述坝壳内自然堆积石料的冲填层厚度的要求，需分层用所述浆冲砂作业的步骤为：先按分层要求逐层增高坝壳，然后按步骤一填筑石料，再按步骤四所述冲填砂浆进行浆冲砂作业，逐层顺序循环进行，在按步骤四逐层冲填砂浆作业前，对两层之间分层面的位于已冲填砂浆一侧的连接层面，向下预留20～30cm厚度的无冲填砂浆层。

所述的冲填砂浆结石坝施工方法中的步骤四所述冲填砂浆步骤，除向坝壳内自然堆积石料的冲填层进行浆冲砂作业外，还可向孔洞或裂隙中进行浆冲砂作业或浆冲骨料作业或浆冲砂和骨料作业，以形成冲填砂浆结石体。

所述设置计量和压力控制器的输浆装置包括制备步骤三所述浆的制浆泵站、压力输浆管路及其射浆头。

步骤一所述坝壳结构可以采用设置海棉体止浆条的预制浆砌石块结构，也可以采用带止浆结构的石笼或混凝土结构。

本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明采用独创的工艺简化、设备简单的浆冲砂作业，即使用水泥浆或水泥混合浆从坝体顶面向填筑石料中冲填砂子，并以砂浆灌浆充填方法与堆石坝填筑施工工艺相结合的方式，形成类似浆砌石坝的冲填砂浆结石坝，所以该施工方法解决了浆砌石结构不便使用机械化施工、作业效率低，堆石坝填筑石料的粒径要求较高、料源利用率较低，造价高等问题。所形成的结石坝与常规浆砌石坝相比，可以采用堆石坝坝体填筑方法进行机械化施工，施工速度快，作业效率高，从而改变浆砌石坝对砌石块粒径的要求，同时还增加了坝体自身防渗能力，无需再采用防渗面板、心墙防渗等设施，工期缩短60％以上，降低成本40％左右。其与堆石坝填筑相比，施工工艺比堆石坝还有所简化，无须辗压只是根据需要作简单摊平处理，没有最大块径控制和级配要求，且石料来源充足，能更充分地利用料场材料。冲填砂浆结石坝与堆石坝相比减少2/3坝体断面，取消面板或心墙防渗，施工工期可缩60％，成本可降30％左右，也便于渡汛和后期维护。其与堆石混凝土相比，利用浆冲砂作业更能确保砂浆冲填速度，缩短工期40％左右，成本可降50％左右。具有简化工序，施工设备简单，容易操作，维护方便，冲填层厚度大，不受冲填层限制，砂浆结石体密实，质量好等优点。因此，本发明冲填砂浆结石坝施工方法的工艺流程简单，适用范围广，容易推广应用。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的一种坝壳内的坝顶施工一次冲满填平的作业示意图。

图中序号说明：1坝壳、2石料、3输砂装置、4输浆装置。

具体实施方式

根据图1详细说明本发明的具体施工过程。该冲填砂浆结石坝施工方法的施工步骤如下：

步骤一、在坝壳1内填筑石料2：坝壳1内自然堆积所选择的石料2，直至达到冲填层厚度要求，所选择的石料2中只控制粒径小于5mm的细料含量不超过10％。

其中坝体的上、下游应根据填筑层厚设置，对坝壳1内自然堆积所选择的石料2用反铲或推土机分层摊平即可，不必碾压。坝壳1的结构可以冲填层的厚度要求，采用设置海棉体止浆条的预制浆砌石块结构，也可以采用带止浆结构的石笼或其它适于应用的混凝土结构。坝壳1的规格、形状取决于冲填层的厚度。填筑石料不对最大径进行限制，但为了节省砂浆尽量选择级配好一些石料。为方便填筑，提高填筑速度，石料2的填筑过程中不需辗压只需简单摊平，以满足进场铺面和机械施工要求。填筑石料层厚(每次填筑的堆石层厚)只考虑填筑方便即可，冲填层厚主要由坝壳1的结构控制，冲填层过厚对坝壳1的结构要求就高，在平衡坝壳结构与最大冲填层的关系后，选择最优施工方案，冲填层在3m内直接采用坝壳1挡石料2。3m～10m冲填层厚应考虑在填筑石料体内埋桩，用钢筋对坝壳1进行锚拉加固，冲填层厚超过10m，大坝上、下游的坝壳2应考虑用钢筋对拉加固。如果冲填层厚大于3m，，对坝壳1设锚拉筋进行锚拉，必要时用钢筋对拉。坝体分缝，最终坝段长应结合坝基坝体结构及应力分布和坝体变形等计算结果来确定，分缝填充物应为软塑性防渗材料，可选择膨润土毡或较厚的土工织布等材料，这些材料做为分缝填充物不但能解决坝段分缝防渗，适应变形而且还能适应坝体填筑上升速度、造价便宜。一般情况，由于水泥含量少，水化热温升低，温度应力及其收缩变形极小；基础处理开挖至强风化顶线，基岩约束力很小，坝体不分横逢，实行全坝整体浇筑创造了条件。这样会简化工艺，更方便施工。

步骤二、筛选浆冲砂用的砂子：所选砂子的粒径为0.2mm～5mm，其中粒径小于0.2mm的含量不超过5％。其中所选的砂子根据当地材料的情况结合坝体强度要求，可以择用风积砂、细砂、尾矿砂等。用筛子除掉超过5mm的粗颗粒，并使粒径小于0.2mm的含量不超过5％。砂子的质量应均匀松散确保在冲填过程中具有一定的流动性，输砂装置设置确保定量供给的计量控制器，所用输砂装置可以采用皮带输送装置，也可以采用翻斗车等输送机械。如果施工场地不允许或冲填层厚冲填量大时，优先采用皮带输送装置。无论采用哪种方法，在冲填过程中均应对砂子做好计量。

步骤三、制备浆冲砂用的浆：将所用原料按重量比为水∶水泥＝(1～0.5)∶1制备水泥浆或掺外加剂粉煤灰的水泥混合浆。该浆由输浆装置供给，该输浆装置设置有计量控制器和压力控制器，它主要包括制浆泵站、压力输浆管路及其射浆头(未图示)。所用水泥浆或混合水泥浆利用集中制浆泵站以输浆泵通过压力输浆管路及其射浆头提供，可以随时根据实际需要控制射浆头的冲浆管口的输送压力和冲浆数量。上述水泥浆可以采用纯水泥浆，也可以采用水泥掺粉煤灰的水泥混合浆，必要时还可掺速凝剂水玻璃或氯化钙的水泥混合浆。因水泥与粉煤灰的质量比较接近，故为了节省水泥，可根据需要和可能在水泥浆中掺入所需要比例的粉煤灰，制备混合水泥浆，以减少适量的水泥，增加砂浆混凝土的和易性。

步骤四、冲填砂浆：在坝壳1内按步骤一填筑石料2，当达到所需冲填层厚度，简单摊平后，从冲填层顶面进行浆冲砂作业，即以步骤三所制备的浆通过输浆装置直接向填筑石料2的缝隙中冲填，通过输砂装置定量供给步骤二所选的砂子，冲填到坝壳1内。对于在坝顶施工作业，冲填层小于3m时，可一次冲满填平。对于输浆装置的冲浆管口的输送压力应保证不小于0.3Mpa。在该冲填砂浆过程中，浆冲砂用的水泥浆中的水泥干品重量与砂的重量比为1∶(3～8)，该比例应根据坝体结构强度要求，并通过室内试验和现场试验确定。其浆冲砂作业的顺序最好选择为沿横坝轴线方向或沿顺坝轴线方向进行多点成排冲填，冲填点间距为2～5m。单点浆冲砂在填筑石料2中的砂浆从底部以锥体形上升，锥坡坡比可在(1∶3)～(1∶6)或按设计要求确定。当采用纯水泥浆和风积砂的砂浆时，以1∶1(水∶水泥重量比)水泥浆冲5倍水泥重量的砂时，砂浆强度可达5.6Mpa，砂浆防渗指标可达10×10cm^-7/s，用同样的水泥浆冲3倍水泥重量的砂时，砂浆强度可达7.6Mpa，砂浆防渗指标可达1.0×10cm^-8/s，用2∶1(水∶水泥重量比)水泥浆冲5倍水泥重量的砂时，砂浆强度为2.3Mpa，砂浆防渗指标可达2.2×10cm^-7/s，在同样浆、砂比的情况下，尽量降低水泥浆的水、水泥比，有利于提高砂浆强度和防渗效果。

当按照坝壳1内自然堆积的石料2的冲填层厚度大于3m以上，需分层用所述浆冲砂作业时，其步骤为：先按分层要求逐层增高坝壳，然后按步骤一填筑石料，再按步骤四所述冲填砂浆进行浆冲砂作业，逐层顺序循环进行，在按步骤四逐层冲填砂浆作业前，对两层之间分层面的位于已冲填砂浆一侧的连接层面，向下预留20～30cm厚度的无冲填砂浆层，以便层间冲填连续整体结合，不会产生施工层面。

冲填砂浆结石结构自身具有很高的防渗能力不需设面板防渗或心墙防渗，为了加强防渗效果防止局部冲填缺乏，结合坝基防渗，在坝顶设单排帷幕灌浆，孔距2～3m。灌浆材料主要以纯水泥浆为主，其它按水泥灌浆规范执行。

采用本发明的冲填砂浆结石坝施工方法，除向坝壳1内自然堆积石料2的冲填层进行浆冲砂作业外，还可向其它需要充填砂浆的建筑物之处，按步骤四的冲填砂浆步骤进行施工，如对孔洞或裂隙中进行浆冲砂作业或浆冲骨料作业或浆冲砂和骨料作业，以形成冲填砂浆结石坝。

综上所述，本发明的冲填砂浆结石坝施工方法相对其它混凝土施工方法的工艺流程简单，特别是浆冲砂作业的适用范围非常广泛，因此很容易推广应用。

浆冲砂作业的基本机理是：

作业时，筛选比较均匀的风积砂、尾矿砂及细砂作为浆冲砂用的砂子，在其进入堆石空隙过程中，自身可视为流体，在一定比例的浆冲砂用的浆液掺合下，其流体性能有所增强，再加上浆冲砂作业时产生的冲击.旋转作用，使浆冲砂形成的水泥砂浆自身就带有一定的下冲动能，结合重力作用完全流态，形成迅速铅直下落运动。遇石块阻隔时也会迅速绕过石块继续下落，直到底部或斜坡面充填堆石体缝隙，很快大部分水泥与砂混合成水泥砂浆沉淀。由于部分含有较纯水泥的浆还以液体形式存在，可以充填堆石体石料中的细小缝隙，所以堆石体中较大缝隙是水泥砂浆充填，较小缝隙则是以水泥浆为主充填。为了冲填密实，又防止浆砂分离，造成水泥浆流失降低砂浆强度，一般水泥浆优先选择水、水泥的重量比最大采用1∶1，水、水泥的重量比最小为0.5∶1。

以下结合具体实施例对本发明的适用范围作进一步描述。

实施例1：浆砌石重力坝或浆砌石重力挡土墙缺陷处理的施工方式

浆砌石重力坝或浆砌石重力挡土墙砂浆不饱，在单侧或两侧自下而上分排打孔，通过钻孔自下而上分排至坝顶，以浆冲砂作业方式，用水泥浆或掺粉煤灰的混合浆直接向坝体内冲填砂子，使砌石体形成完整的砂浆结石体，对浆砌石重力坝完全可以用坝体防渗来代替混凝土面板或心墙防渗。

实施例2：堆石面板坝或堆石面板心墙坝缺陷处理的施工方式

对堆石面板渗漏或塌陷产生的孔洞或裂隙部位，分排钻孔，按自下而上的排序用水泥浆或掺粉煤灰的混合浆向钻孔中冲砂子，形成面板与砂浆结石的统一防渗体，对堆石面板坝心墙缺陷，用钻孔设花管，也以浆冲砂作业方式，用水泥浆或掺粉煤灰的水泥混合浆冲填砂子，在缺陷部位形成需要厚度的砂浆结石体来补救心墙缺陷。

实施例3：对建筑物基础采用砂浆结石的施工方式

按基础要求尺寸填筑石料到需要基础高程顶面，周边挡板采用止浆排水结构，然后从一边开始按排多点向对边，以浆冲砂作业方式，用水泥浆直接向填筑石料缝隙冲填砂子，把基础变成砂浆结石结构，用这种简单工艺施工形成砂浆结石体完全代替浆砌石施工工艺，这样对石料要求低、施工进度快、造价低。

实施例4：公路铁路路基、桥墩、桥台抢险抢修的施工方式

公路铁路路基、桥墩、桥台抢险抢修，可采用外设止浆透水结构的石笼来固定形状，中间填筑石料，然后以浆冲砂作业方式，用掺速凝剂的水泥浆由一侧成排多点逐步推进直接冲填砂子，能快速形成具有一定强度的砂浆结石体，可以最快速度恢复建筑物的功能。

实施例5：堰塞湖造坝的施工方式

堰塞湖前期库水位并不是太高，对上游面的修整同样可以以浆冲砂作业方式，直接用掺有速凝剂的水泥浆向上游堆石体中冲填砂子，形成上游面具有防渗作用的砂浆结石体，同时根据形成的坝体结构形式，采用石料填料用浆冲砂快速形成具有抗冲的溢洪道过流断面的砂浆结石结构。冲填砂浆结石施工工艺简单、速度快、造价低，适应利用堰塞湖造坝。

实施例6：冲填砂浆结石重力坝的施工方式

冲填砂浆结石容重可达23～24KN/m³，强度可达C10以上，坝体断面完全类同浆砌石重力坝断面，坝壳为设有海绵体止浆条的预制块结构，坝体内填筑石料，可根据坝壳结构情况一次填筑石料至坝顶或分层填筑石料，以浆冲砂作业方式，逐层从顶面用水泥浆直接向填筑石料的缝隙冲填砂子，坝壳由于采用预制块结构，其施工上升速度快，非常容易达到填筑石料上升速度，冲填砂浆可采用多点成排推进也能满足填筑石料上升的要求。因此，冲填砂浆结石重力坝的施工速度就是坝体填筑石料的上升速度，这种坝型可以直接利用石料场的混合石料或其它不用筛选的混合石料。砂子可以采用普通混合砂，只控制粉质粘粒含量不超过10％，最大限度使用当地低价材料，使用简单的施工机械，达到快速建坝的效果。由于坝体能自身防渗，不需另设防渗措施，砂浆结石坝抗冲性能高，可以实现坝体溢洪。冲填砂浆结石重力坝是一个完整的砂浆结石体，为坝体或基础缺陷处理提供方便条件。

Claims (5)

1.一种冲填砂浆结石坝施工方法，其特征在于包括以下施工步骤：

步骤一、在坝壳内填筑石料：坝壳内自然堆积所选择的石料，直至达到冲填层厚度要求，所选择的石料中只控制粒径小于5mm的细料含量不超过10％；

步骤二、筛选浆冲砂用的砂子：所选砂子的粒径为0.2mm～5mm，其中粒径小于0.2mm的含量不超过5％；

步骤三、制备浆冲砂用的浆：将所用原料按重量比为水∶水泥＝(1～0.5)∶1制备水泥浆或掺外加剂粉煤灰的水泥混合浆；

步骤四、冲填砂浆：在步骤一所述的坝壳内填筑石料达到所需冲填层厚度摊平后，从冲填层顶面进行浆冲砂作业，即以步骤三所制备的浆通过设置计量和压力控制器的输浆装置，直接向所述填筑石料的缝隙中冲填通过设置计量控制器的输砂装置定量供给的步骤二所选的砂子，冲填到步骤一所述的坝壳内，坝顶施工一次冲满填平；所述输浆装置的冲浆管口的输送压力不小于0.3Mpa，所述浆冲砂用的水泥浆中的水泥干品重量与砂的重量比为1∶(3～8)，所述浆冲砂作业的顺序为沿横坝轴线方向或沿顺坝轴线方向进行多点成排冲填，冲填点间距为2～5m，单点浆冲砂在所述填筑石料中的砂浆以锥体形上升，锥坡坡比为(1∶3)～(1∶6)。

2.根据权利要求1所述的冲填砂浆结石坝施工方法，其特征在于：按照所述坝壳内自然堆积石料的冲填层厚度的要求，需分层用所述浆冲砂作业的步骤为：先按分层要求逐层增高坝壳，然后按步骤一填筑石料，再按步骤四所述冲填砂浆进行浆冲砂作业，逐层顺序循环进行，在按步骤四逐层冲填砂浆作业前，对两层之间分层面的位于已冲填砂浆一侧的连接层面，向下预留20～30cm厚度的无冲填砂浆层。

3.根据权利要求1所述的冲填砂浆结石坝施工方法，其特征在于：按步骤四所述冲填砂浆步骤，向孔洞或裂隙中进行浆冲砂作业。

4.根据权利要求1所述的冲填砂浆结石坝施工方法，其特征在于：设置计量和压力控制器的输浆装置包括制备步骤三所述浆的制浆泵站、压力输浆管路及其射浆头。

5.根据权利要求1所述的冲填砂浆结石坝施工方法，其特征在于：步骤一所述坝壳结构采用设置海绵体止浆条的预制浆砌石块结构，或采用带止浆结构的石笼或混凝土结构。

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