大坝加高混凝土施工技术研究综述.pdf

第 3 6卷第 5期 华 北 水 利 水 电 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) V o 1 3 6 N o 5 2 0 1 5年 l O月 J o u r n a l o f No r t h C h i n a Un i v e r s i t y o f Wa t e r Re s o u r c e s a n d E l e c t r i c P o we r( Na t u r a l S c i e n c e Ed i t i o n ) Oc t 2 0 1 5 D OI ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 25 6 3 4 2 0 1 5 0 5 0 0 6 大坝加高混凝 土施 工技术研 究综述 周厚贵 ( 1 中国能源建设 集团有限公司 ， 北京 1 0 0 0 2 9； 2 河海大 学 水利 水电学院 ， 江苏 南京 2 1 0 0 9 8 ) 摘要 ： 在 查阅国内外大坝加高混凝 土施工资料及工程 实践 的基 础上 ， 阐述 了国内外典 型混凝 土坝在 加高施 工 中 针 对技术难题所开展 的各项研 究 从老混凝土 体拆 除 、 老混凝 土面处 理 、 新 老混凝土 结合 、 新混凝土 浇筑及 加 高施 工与枢纽运行关系 的处 理等方面对其研究现状进行 了归纳总结 ， 综 述 了大坝 加高混凝 土施工技术 ， 有 助于建立完善 的大 坝加 高工程施工的理论体系及施 工技 术体系 关键词 ： 大坝加高 ； 混凝土施工 ； 新 老混凝土结合 中图分类 号 ： T V 5 2 文献标识码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 0 1 5 ) 0 5 0 0 2 3 0 7 水利水电大坝 的加高建设 中 ， 以混凝土坝最具 广泛性和代表性 各种类型 的大坝 中或多或少包含 有混 凝 土材 料 和结 构 ， 因此 ， 在 大 坝加 高 建设 中 ， 又 以 昆 凝 土施 工 最为 典型 ， 最具 复 杂性 和代 表性 ， 技 术 内容也最 丰 富 本文在 相 关研 究与 实践 的基 础 上 ， 对 国 内外大 坝 加 高混 凝 土施 工 技 术 的 研 究 情 况 进 行 归 纳 总 结 ， 对 大 坝 加 高 混 凝 土 施 工 技 术 进 行综 述 1 国 外 大 坝 加 高 及 混 凝 土 施 工 研 究现状 1 1 国外 大坝 加 高工 程情 况 国外 大坝 加 高有 着悠 久 的历史 ， 早 在 1 9 0 0年 以 前 ， 国外就对一些大坝进行了加高 ， 如西班牙 的阿尔 曼萨坝 、 意大利的邦达尔多坝 、 澳大利亚的帕拉马塔 坝 、 瑞 士 的大狄 克逊 坝 、 美 国 的 罗斯 坝 ( R o s s ) 等 2 0 世 纪初 期 ， 随着 筑 坝 技术 的发 展 ， 埃 及 的阿 斯 旺 坝 、 美国的斯伯丁水坝 ( L a k e S p a u l d i n g ) 等都实施 了大 坝加高 1 9 2 0 - 1 9 3 0年 期 间 ， 随 着 大 坝 加 高 技 术 F t 趋 完善 ， 西 班 牙 对 阿 里 盖 斯 坝 ( A r i g u i s ) 、 西 恩 弗 斯 坝( C i e n f u e n s ) 进行了加高 ， 美 国也对俄克拉荷 马坝 进行了加高 ， 同时埃及对 阿斯 旺大坝又进行 了一次 加高 1 9 3 0年后 ， 大坝加 高的优越性进一步显现 出 来 ， 世界上许多国家已开始将大坝加高作为一种经 济实用 的筑 坝方式 国外 混凝 土 坝加 高工程 情况 ( 加高高度大于 1 0 1 T I ) 见表 1 表 1 国外混凝土坝加高 工程情况 ( 加高高度大于 1 0 m) 坝名 坝型 所在 国家 坝名 坝 型 所在 国家 K u r o b e 重力拱坝 1 2 0 0 6 8 0 日本 F r e r a 重力拱坝 7 3 0 6 5 0 意大 利 T o u l e s 拱 坝 2 6 0 5 9 0 瑞士 G u r i 重力坝 l 1 0 0 5 2 0 委 内瑞拉 S t e t t y n s k l o o f 重力坝 3 0 0 4 5 0 南非 C a n c a n o 拱坝 1 3 7 0 3 6 0 意大利 S h i n N a k a n o 重力坝 5 3 5 4 1 4 E t 本 L a g e s 重力坝 3 2 0 2 8 0 巴西 P u e n t e s V i e j a s 重力坝 2 8 0 3 6 0 西班牙 Ma r u y a m a 重力坝 9 8 0 2 5 0 日本 0 p s h a u g n e s s y 重力拱坝 1 0 5 0 2 4 0 美国 R o o s e v e l t 重力坝 8 5 3 2 3 5 美国 Ma r s h a l l F o r d 重力坝 6 0 0 2 3 0 美 国 C h i c a m b a 拱坝 5 5 0 2 0 0 葡萄牙 收 稿 日期 ： 2 01 50 50 9 作者简介 ： 周 厚贵 ( 1 9 6 2 一 ) ， 男 ， 湖北枝 江人 ， 教授级 高级工程师 ， 中国能源建 设集团总工程 师 ， 河 海大学博 导 ， 博 士 ， 主要从事 水 利水 电建设与管理 方面的研究 2 4 华 北 水 利 水 电 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 2 0 1 5年 1 O月 续 表 坝名 坝型 所在 国家 坝名 坝型 所在 国家 K o r n a 重 力 坝 8 1 0 1 9 0 印度 B h a t g a r 重 力 坝 2 7 0 1 8 0 印度 B o y d e c o r n e r s 重力坝 1 8 0 1 8 0 美 国 We l l i n g t o n 重力拱 坝 1 8 0 1 7 0 澳 大利 亚 C a d i l l a 1 支墩坝 6 0 0 1 5 0 阿根廷 S a b b i n e 支墩坝 6 0 0 1 5 0 意 大利 S a k u r a y a m a 重力坝 2 5 0 1 5 0 日本 K s o b 连拱坝 3 2 0 1 5 0 阿尔及 利亚 K a y a z e 重力坝 5 1 0 1 4 5 日本 V a d o ( E 1 ) 重力坝 5 3 0 1 4 0 西 班牙 Ma u v o i s i n 拱坝 2 3 7 0 1 3 5 瑞士 O u l e 重力坝 3 8 0 1 3 0 法国 B a l c h 拱 坝 2 9 0 1 3 0 美 国 B o l a r q u e 重 力 坝 2 3 0 1 3 0 西 班牙 Mo n t L a r r o n 拱坝 2 0 0 1 2 0 法国 G i r o t t e 连拱坝4 8 0 1 1 0 法国 Ma r a f a 支墩坝 2 1 0 1 1 0 美国 K o y a g a w a 重力坝 4 1 0 1 0 5 日本 K u r o d a 重力坝 3 5 0 1 0 2 日本 Mu n d a r i n g 重力坝 6 0 0 1 0 0 澳大利亚 O d o m a r i 重力坝 6 0 0 1 0 0 日本 E n n e p e 重力坝4 4 0 1 0 0 德国 R o s e l r e s 支墩坝4 2 0 1 0 0 苏丹 1 2国外大坝 加 高典 型 工 程 的 混 凝 土施 工 技 术 的 研 究情 况 国外 的大坝加高工程建设起步较早 ， 加高的坝 型较 为广 泛 ， 加 高 的形 式 多 样 ， 加 高 的 高度 较 大 ， 针 对加 高工 程建设 的技 术 研究 也 较 为 系 统 和全 面 国 外的加高工程中， 较为典型的大坝有古里大坝 、 罗斯 福 大坝 、 圣地 亚哥 碾 压 混凝 土 坝 、 圣 文 森 特 大坝 等 国外 大坝 加高 技术 研究 主要集 中于新 老混 凝土 材料 的适 应性 、 老 混凝 土 表 面 的处 理 、 结 合 面处 理 、 坝 基 处理 、 混凝 土 温控 、 枢 纽 运 行期 施 工 方 案 等方 面 国 外典 型加 高工 程 中混凝 土施工 技术 的相关 研究 情况 如 下 1 2 1 古 里大 坝 ( 委 内瑞 拉 ) 在 古里 大 坝 的加 高 工 程设 计 中 ， 对 老坝 体 上浇 筑 新混凝 土难 题进 行 了重 点研 究 ， 其 中 的 2个 重 点 问题分别 为新 老混 凝 土弹性 性质 的差别 以及新 老混 凝 土结 构 内不 同温度 对 坝 体结 构 的影 响 从 对古 里 大坝 加高 工程施 工难 点 的研究 中得 到的 主要 结论 有 ： 新 老混 凝土 之 间施 工 缝 的 主 应力 方 向与 施工 缝方向几乎平行 ， 新老混凝土结合面剪应力值很小 ， 作 用于施 工缝 的应 力 也 较 小 ； 一 期 工程 混 凝 土 的 弹 性模 量 已经稳定 ， 是 二期 工程 混凝 土 约 1 5 a以后 的弹性模 量 的 1 2倍 ， 可 以不 考 虑 随 时 间变 化 的一 期 工程混 凝 土与二 期 工程混 凝土 弹性性 质 的差别 引 起 的基础约束应力 ； 通过混凝土搅拌前骨料预冷 和混凝 土浇 筑后 降 温措 施 ， 可 以将 混 凝 土 的温 度 控 制 在许 可 的范 围 内 1 2 2罗斯 福 大坝 ( 美 国) 在罗 斯 福 大坝 加 高工 程 中 ， 针 对新 老 混凝 土 结 合 的相关问题开展 了研究 ， 如新老混凝土结合 面的 应 力 分布 、 老坝 体下 游 面 的 石灰 岩 基 岩 上 浇筑 新 混 凝 土 、 坝 体应 力分 析 、 坝体 排水 、 温度 控制 、 混凝 土配 合 比设 计 、 基 础开 挖设计 、 坝基 整体 变形 与局部 变形 分 析 、 不 稳 定 岩 石 楔 体 稳 定 性 分 析 等 从 以上 研 究 中得出的结论主要有 ： 在没有采取其他额外措 施 对新 老坝体 结 合 面进 行 整 形 与加 固的 情况 下 ， 加 高坝体混凝土与老坝体下游面的台阶状石灰石块之 间可 以达 到足够 的黏结 强 度 ， 通 过 高 压水 ( 气 ) 喷射 方式冲洗老坝体下游 面可 以达到足够的黏结强度 ； 通过合理的坝段划分与浇筑施工 ， 加高后坝体应 力分布 达 到甚至 超过 了老 坝 体 的水 平 ； 通 过 增加 火 山灰 硅酸 盐水 泥 的含 量 ， 达 到 了 昆 凝 土 需 要 的黏 结强度， 满足了混凝土最终的强度要求和防裂性能 1 2 3 莫瓦 桑坝 ( 瑞士 ) 莫 瓦 桑 坝在 实 施加 高 前 以及 加 高施 工 期 间 ， 针 对加 高工程 实 际 ， 开展 了较 细致 的技术研 究 ， 并制 定 了应对措施， 提 出了如下技术要 点 ： 结合 面处 理 凿 除老 坝坝顶 混凝 土和 一定深 度 的坝体 混凝土 ； 用高 压水 冲洗结 合 面并 保 持 湿 润 的混 凝 土 表 面 ； 在 浇筑混 凝 土之前 ， 铺 5 e m 厚 的 砂浆 ， 在 现 场 做 不 同 配合 比的砂 浆试 验 ， 得 出最 合 理 的 砂 浆 配 合 比 ， 每 1 m 砂浆 用 6 0 0 k g 普 通硅 酸盐 水 泥 ， 在铺 完砂 浆 层 后应 在 1 h内浇筑上 部 混凝土 混凝 土浇 筑 混凝 土浇 筑分 块宽 1 8 i n ， 水 泥用 量 2 5 0 k g m ， 不 进行 预 冷处 理 ； 混 凝 土浇 筑 层 高 2 7 13 3 ， 分 5次 浇 筑 ， 每 次 厚度为 5 0 6 0 e m； 混凝土浇筑层表面要凿 毛、 清洗 和洒 水 ； 在浇筑 下一 层混凝 土之 前铺设 3 e m厚 的砂 浆 ， 水泥用量 6 0 0 k g m 垂直接缝 靠近上下游 面设 置止 水带 ， 并 与老坝垂 直 止水相 连接 ； 在交 通洞 周 围设止 水带 ； 在 坝块接缝 处设 置球 形抗剪 键 施 工质量控制 严 格控制结合面 ， 用 高压 水精细化 冲 洗 ， 上下 游坝 面结 合面必 须采 用锯齿 状开 挖 ， 使 混凝 第 3 6卷第 5期 周厚贵 ： 大坝加高混凝土施 工技术 研究综述 2 5 土不剥落 ， 形成可靠 的结合面 2 国 内 大 坝 加 高 及 混 凝 土 施 工 研 究现状 2 1国 内大坝 加 高工 程情 况 在 2 0世纪 8 0年代 以前， 由于技术落后、 经验不 足和经济实力的局限性， 我国的坝工建设大多采用当 地 材料 ， 故 以土 石 坝居 多 ， 混 凝 土坝 较 少 其 中 有 近 1 3的土 石 坝 ， 只保 持 着 较 低 的设 计 洪 水 位 ， 不 满 足 更新 后 的防洪标准 之 后考虑 到坝体失 事会 给 国家和 人民带来巨大的损害， 这才相继采取措施 ， 对部分土 石坝进 行 了加高 加 固处理 2 0世纪 8 0年代 以后 ， 随着 国家对 水 电能 源及 水 资源 的 巨大需 求 以及 科 学技 术 的进步 ， 混凝土坝已十分普遍 而且在着手建筑一批 新 的高 坝的 同时 ， 又对一 批 老 重力 坝 进行 了加高 ， 如 大连市郊的英那河大坝、 湖北丹江 口大坝等 国内混 凝土坝 和砌石坝 部分大坝加 高情况见表 2 表 2 国 内混凝 土坝 和砌 石坝部分大坝加高情况 2 2 国 内大坝 加 高典 型工 程 的研究 情况 2 2 1 南水 北 调 中线丹 江 口水库 大 坝加 高工 程 南水北调中线水源工程的初期工程于 1 9 7 3年建 场管理效率与科学决策水平 2 2 2 英 那河水 库 大坝 加高 工程 英 那 河水 库 ( 中 型 ) 始 建 于 1 9 7 2年 ， 坝 型 为 浆 耐久性 、 抗渗性 和抗 裂能 力 ， 大大 减 少 混凝 土 水 化热 温升 ， 延缓水化 热 发 散速 率 ， 有 效 防 止 混凝 土 裂缝 的 产生 ； 研究并创建基于 V R的混凝土坝加高施工管 理与决策平台 ， 并通过在大坝加高工程的施工 模拟 、 施工优化 、 施工管 理 中的应用 ， 以大 幅度 提高 现 演算结果 ， 在溢流坝段扩建坝体与老坝体间需设置 2 m宽 的宽槽 后 浇 块 ， 开展 混凝 土 配合 比优 化 及 微 膨胀 混凝 土 的浇筑 工艺 研究 3 ) 老坝体缝面及裂缝处理研究 研究老坝面横 缝 和老坝 面裂 缝处 理 方 法 ， 以便 全 面 修 复 加 高 施 工 成 国 高 践 究 术 槽 能 新 整 原 2 6 华 北 水 利 水 电 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版) 2 0 1 5年 1 0月 部 位 的老坝体 结 构缝面 及缺 陷 4) 新老 坝 体 间 止 水 、 排 水 系 统 施 工 研 究 新 老 坝体 间 的止 水分 水平 止 水 和 垂 直止 水 ， 均布 设 于 原 坝面 混凝土 心墙 处 通 过 开展 水 平 止 水重 新 埋 设 安 装 、 垂 直止 水 的异种 材料接 续工 艺 、 排 水系 统新 型盲 沟铺设工艺的试验与研究 ， 以得出高效 、 便捷 的施工 方法 和流程 ， 保证 新 老坝 体止 水、 排 水体 系 的正 常运 行 5 ) 新 老坝 面连 接技 术 研究 针 对 新 老 混凝 土 结 合的重点难题 ， 系统开展新老坝接触面老坝体表面 翻新 、 界面加筋锚 固、 新老混凝 土结合面胶合材料、 新浇混凝土原材料及配合比优选等专题研究 ， 以便 选定并采取综合工程措施使大坝加高新老混凝土结 合达到最好效果。 2 2 3 木浪河 水库 大坝 扩建加 高工 程 木浪河水库工程始建于 1 9 9 2年 ， 1 9 9 9年 5月 建成 ， 是一座以灌溉 、 供水为主 ， 兼有发 电等综合功 能 的中型水 库 大坝 设 计为 细石 混 凝 土砌 块 石 双 曲 拱坝 ， 坝高 6 9 4 m， 坝顶弧长 1 2 4 5 m， 顶厚 3 0 m， 底厚 7 8 m， 厚高比 0 1 1 ， 属于薄拱坝 为了满足供 水需求 ， 2 0 1 0年对 木 浪 河 水 库 大 坝扩 建 加 高 ， 加 高 后最 大 坝高为 8 7 1 m 大 坝加 高施 工 要求 在 不能 放 空水 库及 不影 响库 内火车 站及铁 路 等建筑 物安 全 的 前 提条 件下进 行 因此 ， 针 对工 程建设 中的一些 重大 技术 问题 开展 了如 下研究 1 ) 大坝加 高 的坝 型研 究 通 过对 原 坝 基 础 等各 项分析 ， 对加高坝平面布置、 体型设计、 运行条件 、 施 工条件的优化研究 ， 以确定大坝加高的最优坝型 2 ) 建 基 面 与 坝 肩 开 挖 研 究 工 程 扩 建 施 工 中 ， 为 了不 影 响老坝 体 和周 边 建 筑 物 ， 通 过研 究 控 制爆 破 技术 、 基 础 固结 技 术 、 抗 滑 锚 固技 术 等 ， 为加 高 大 坝施工 提供 一套 安全 、 环保 的技 术方 案 3 ) 新 老混凝 土结 合研 究 通过 对 老混 凝 土 表 面 处理 、 坝 体 原 材 料 比选 、 坝 体 砌 石 C 1 5混 凝 土 的设 计、 结合面锚 固、 坝体接缝灌浆处理等 的研究与创 新 ， 以利于新老混凝土结合紧密、 外观协调 ， 共同发 挥新 的作 用 2 2 4 长江 三峡 三期碾压 混凝 土 围堰工程 三峡 三期 碾压 混凝 土 围堰 工程 为 3级 临 时挡水 建 筑物 ， 平行 于 三 峡 大 坝 布 置 该 围 堰 分 2阶段 实 施 第 1阶段 于 1 9 9 7年 3月 底 完成 ， 工 程 包 括 右 岸 一 期纵 向围堰堰 内段( 已浇至 1 4 0 m高程) 、 三期碾 压混凝 土 围堰河 床 高程 5 0 m 以下段 、 三期碾 压 混凝 土 围堰 岸 坡 2 一 5 坝段 ( 已浇 至 1 4 0 m高 程 ) ， 三 期 围堰 于 2 0 0 2年 1 2月 开 始 浇筑 第 2阶段 施 工 内容 即为河床段 高程 5 0 m到堰顶 1 4 0 m段 ， 总长 3 8 0 m， 工程 量 1 1 0万 m ， 上升 总高 度 为 9 0 m 在 长江 三 峡 三期 碾压 混凝 土 围堰 工 程施 工 中 ， 为 保 证新 老 混 凝 土 的 良好 结合 ， 开展 了 以下多项 技术研 究 1 ) 通 过研 究和试 验 论 证 ， 采用 老 混 凝 土 面深 度 加 糙 、 涂 刷新 型界 面密合 剂等 工程措施 ， 以提 高层 间 结 合性 能 ， 增 强抗 渗 、 抗 剪 等 能力 ， 保 证 新 老混 凝 土 的结合效 果 2 ) 通 过新 浇碾 压混 凝 土 进行 原 材 料选 配 、 配合 比设计优化、 综合温控防裂措施研究等 ， 以提高碾压 混 凝 土的可 碾性 和新 老混凝 土结合 面 的压实 质量 3 ) 开展基 于 V R的施工管理与决策平台等技术 的应 用研究 ， 采用 先 进 的 现场 施 工 调度 和施 工 管 理 技术 ， 保证加高工程施工全面有序的推进 ， 进而提高 大坝 加高 的施工 质量 3 大坝加 高混凝土施工技术现状 的总 结 归 纳 在大坝加高工程建设 的研究与实践 中， 许多相 关 学者 、 工程设 计 人员 和 工 程 技术 人 员 针 对 大坝 加 高 工程施 工 中的各 项 技 术 问题 ， 从 理 论 角 度 和工 程 实 践角 度开展 了大量 的研 究 ， 为 进一 步 建 立 大坝 加 高 工程 施工 的理论 体 系 和 技术 系统 奠 定 了基 础 现 将 上述 研究 现状 归纳为 如下 几个专 题 3 1老混凝 土体 拆除 在大 坝加 高 工 程施 工 过 程 中 ， 由于 老 坝体 混 凝 土老化或者坝体结构需改进 ， 需要拆 除现有坝体上 的混凝土 ， 即老混凝土体的拆除 该拆除作业在施工 安全 、 保 留部分 混凝 土性能 控制 、 拆除体 尺 寸控制 等 方 面 比常规 的混凝 土拆 除施 工 要 严格 得 多 ， 是 大 坝 加高 工程 施工 中 的重 难点 技术 问题之 一 随着相邻学科 与领域 的相关方 法和技术 的发展 ， 并经过国内外工程实践的逐步积累， 已逐步建立了老 混凝 土体拆除施工技术体 系构架 该 体系 主要包括 控 制爆 破拆除方法 、 人工拆 除方法 、 机 械拆 除方 法 、 静 裂 拆 除方法 以及这几种 方法的组合拆 除方法 这些拆 除 方法 各有其优缺点 和相应的适用条 件 ， 有些 方法 已经 不能解决大坝加高工程施工 中各种老混凝土体的拆 除问题 因此 ， 在大坝 加高工程施 工 中 ， 很有 必要创 造 新的、 更有效的老混凝土体的拆除方法和技术 3 2老混 凝土 面处理 老混凝土面是大坝加高施工中新浇混凝土的基 础 ， 在新 浇混凝 土 之前 需 要 对 老 混凝 土 面 做 相应 处 理 ， 主要 为打 毛作 业 ， 其处 理 质量是 影 响新 老混 凝 土 结 合 的关键 因素之 一 第 3 6卷第 5期 周厚 贵 ： 大坝加 高混 凝土施工技术研究综述 2 7 老混凝 土面 的处 理 目的在 于增 加 其表 面 的粗糙 度 ， 增 强 与新 混凝 土 之 间 的结 合 目前 ， 老 混凝 土 面 的打 毛方 法分 为 物 理 方 法 和 化学 方 法 两 大 类 物理 方法 又分 为 喷射 处 理 和 机械 处理 2种 方 法 喷 射处 理方法包括 ： 高 压水射法 、 喷砂 ( 丸) 法 、 喷蒸气法 、 真空 喷砂 法 、 喷烧 法 等 机 械 处 理方 法 包 括 ： 钢刷 划 毛法 、 人 工凿 毛 法 、 气 锤凿 毛 法 、 机 械 切削 法 化学 方 法 主要 为酸 浸蚀 法 喷丸( 砂) 法 、 高压水射法 处理粘结面具有效 率高 、 不损伤周围老混凝土的特性 ， 可获得较高的黏 结强度 人工打毛法、 钢刷刷毛法具有施工 简便 、 成 本低 廉 的特 点 ， 但是 易损 伤周 围的老 混凝 土 ， 处理 效 果 不及 上述 方法 另外 ， 喷蒸 气法 、 真 空 喷砂法 、 喷烧 法 、 气锤 凿 毛法 、 机 械切 削法 及酸 浸蚀 法也 用 来处 理 粘结 面 粘 结面 粗糙 度越 大 ， 新 老混凝 土 黏结 强度 越 高 但 是也 有试 验 表 明 ， 过 大 的粗 糙 度并 不能 获得 较 高 的黏 结剪 切强 度 因 此 ， 在 工 程 实 践 中 ， 需 要 根 据 实 际情 况并 通过 系统 试 验 研 究 选 择 一 种 高 效 、 低 成 本且利于新老混凝 土结合 的老混凝土面处理方法 ， 甚 至是 包 括改 变表 面外 形 在 内的革 命性 处理 方法 3 3新老 混凝 土 结合 新 老混 凝 土结 合是 大 坝加 高混 凝 土工程 施 工 的 核心环节 ， 是决定加高后大坝性能优劣的关键 因素 ， 也 是 大坝 加高施 工 的重 点 与 难 点 国 内外 针 对 新 老 混凝土结合开展的研究最为广泛 相关 的研究工作 主要从 老混 凝 土 面处 理 、 新 老混 凝 土结 合 面 粘 结 以 及新浇混凝土的性能控制等方面进行 在 老 混 凝 土 面 的处 理 方 面 ， 采 取 对 老混 凝 土 面 加 糙处 理 等措 施 ， 可 以相 应 改 善 混凝 土结 合 面之 间 的受力 状 态 ， 促 进 新老 混凝 土 之间 的联 合受 力 ， 以利 于新老 坝体 的协 调运 行 在新 老 混凝 土结 合 面黏 结 方面 ， 通过锚筋 ( 锚杆) 以及采用新老混凝 土结合界 面剂等方式 ， 能够加强新老混凝土结合 在新浇混凝 土的性能控制方面 ， 通过优化新浇混凝土 的配合 比 参 数 ， 有利 于 实现 从 老 混凝 土 到 新混 凝 土 的平 顺 衔 接 然 而在 这 3个 方 面 ， 还 需 要 从 根 本 上 加 以 创 新 ， 以适应 重 大加 高工 程项 目建设 的要 求 3 4新 混凝 土浇 筑 与新建大坝不同， 在大坝加高工程中 ， 老混凝土 已经达 到 一定 龄期 ， 其 弹性 模 量 等物 理 力 学 参 数 与 新 浇混 凝 土之 间存 在 很 大 差 别 ， 为保 证 新 老 混 凝 土 之间的有效结合 ， 需要调整新浇混凝土的性能 相关研究工作主要从配合 比参数优化 、 温控与 防裂 、 施工 时段 选 择等 方 面展 开 通 过优 化新 浇 混凝 土 配合 比 ， 提 出并研 制 过渡 区混 凝土 ， 实 现从 老 混凝 土 到新 混凝 土 的性 能 过 渡 新 老 混凝 土结 合 受 老 混 凝 土约 束较 大 ， 新 浇 混 凝 土 产 生 的 温度 应 力 易 在 结 合 区产 生 突变 和集 中 ， 所 以新 老 混 凝 土结 合 施 工 对 新 浇混 凝 土采取 增 强 温 控 措施 显得 尤 为 重 要 相 关 研 究提 出 了 建 立 综 合 性 的 新 浇 混 凝 土 温 控 技 术 体 系 ， 可实 现新 浇 混凝 土温 度应 力 的有效 控制 在新 浇 混 凝土 的施 工 时段 选 择 方 面 ， 一 方 面需 要 考 虑 坝 前 水 位对 下游 面新 浇 混 凝 土 的 影 响 ， 另 一方 面还 要 考 虑外界气温对新浇混凝土的影 响， 综合这 2个方面 的因素 后 ， 再 优 化选 择新 浇混 凝土 的浇 筑施 工 时段 3 5 加 高 施工 与枢 纽运 行关 系的处理 通 常情 况 下 ， 大坝加 高施 工期 间 ， 现有水 电枢纽 及 其相 关设 施仍 在 运 行 ， 继 续 发 挥 其 全 部功 能 或 主 要功能， 大坝加高施工与现有枢纽运行之间在空间、 时间、 资源等方面存在一定的冲突和矛盾 ， 两者之间 需 要进 行 协调 ， 既 保 证 枢纽 的正 常 运 行及 其 各 项 功 能 的发挥 ， 又确 保 加 高施 工 的工 程 质 量 和工 程 进 度 等 目标 的实现 关 于 该 问题 的研 究 主 要从 以下 3个方 面进 行 为确保新浇混凝土的质量 以及与老坝体混凝土的 良好 结合 ， 从 坝体 应力 分析 出发 ， 协调 好水 库上 游水 位 与坝体 下游 面混 凝 土浇 筑 的 关 系 ， 使 得下 游 面混 凝 土 在浇 筑完 成后 的一 段 时间 内处 于 良好 的受 力状 态 施工布置与枢纽防洪、 发电等的协调 ， 包括坝 顶泄 洪用 门机 与混 凝 土浇筑 运输 设备 在 时间 与空 间 上 的协 调 ， 主 要通 过分 期施 工 的方 式 来实 现 即非汛 期 的坝顶 等空 间位 置 主要 用 于 加 高施 工 ， 汛 期 则把 关系到防洪安全的空 间用于枢纽运行 针对土石 坝及 土石 方工 程施 工 的需要 ， 从 厂 区交通 、 防汛 道路 运行 等方 面 的需要 出发 ， 对 土石方 工 程 的进度 、 土石 坝填筑的高程控制 进行 系统 的研究和严格 的控制 ， 实现 土石 坝浇 筑施 工不 影 响 防汛 的理 想效 果 4 大 坝 加 高 混 凝 土 施 工 技 术 述 评 和展 望 4 1 老 混凝 土拆 除技 术 大坝加高 的混凝 土施工部位 准备 ， 必须具备两 个基本前提 ： 一是根据加高设计的要求 ， 对大坝基础 进行相应的增强处 理 ， 以满 足加高后新坝体安全运 行的要求 ； 二是按照结构设计的要求 ， 实施老混凝土 拆 除 ， 为新 浇 混凝 土提 供浇 筑部 位 大坝加高施工 中的老混凝土拆除， 具有量大、 面 广、 精度要求高、 损 伤保护严格等特点 ， 其施工条件 和技术 要 求与 通常 情况 下 的混凝 土拆 除施 工有 着较 大的区别 ， 可以认为大坝加 高的老混凝土拆 除是完 2 8 华 北 水 利 水 电 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版) 2 0 1 5年 1 0月 全 意义 上 的控制拆 除 ； 并 且 ， 为 了保证拆 除质 量和 安 全 ， 需要 占据较长 的延续时间 因此 ， 如何在保证 拆 除精度和安全 的前提下 ， 提高拆除效率 ， 加快拆除进 度 ， 这 就要从 施工 技术 的角度 来加 以解决 混 凝土 的 拆 除 方法多 达数 十种 ， 其 中控制 拆 除 方法 也 超过 2 0 种 ， 但 最为基 本 的方 法 主 要有 4类 ， 即人 工 拆 除 、 机 械拆除、 静裂拆除和爆破拆除 也可将 4类方法 中的 几种 加 以组 合应 用 在大 坝加 高 的混凝 土 控 制拆 除施 工 中 ， 边 界 条 件千差万别 ， 施工环境各不相同， 有的甚至苛刻到完 全无法实施拆除作业 因此 ， 一方 面， 需要熟练掌握 现有拆除技术 ， 并针对所拆除对象的实际情况， 灵活 集成运用 ， 以满足施工各项技术要求 ； 另一方面， 需 要在 现有拆 除技 术 的基 础上 ， 加 以改进 创新 ， 形成 更 优 的拆 除方 法 ， 以满足 拆除施 工 的更高要 求 ； 第三 方 面 ， 在 所有拆 除方 法均 不能 满足 的情况 下 ， 自主研 发 全新的拆除施工方法或施工设备， 以满足混凝土拆 除 的个性化 需求 4 2新老 混凝 土结合 技术 新老t 昆 凝土结合是大坝加高工程施工中的关键 问题和核心技术环节， 新 老混凝土结合的效果对于 大坝加高后坝体的稳定性和预期功能的发挥起着决 定性作 用 新 老混 凝土 结合 效果 达到理 想 的水平 时 ， 加 高后 的坝体将 作 为 一个 整 体 共 同抵 抗 各 种 荷 载 ， 保证坝体安全 反之 ， 如果新老混凝土结合状态不符 合相关要求 ， 新老混凝土结合面部分或全部开裂 ， 则 将严重影响加高后坝体功能 的正常发挥 ， 甚 至导致 毁灭 性 的灾 难 ， 如水库 蓄水 位达 不到 预期 高度 、 坝 体 结合面严重渗水等 为此 ， 需要建立系统、 全面的新老混凝土结合施 工技 术 可 以从 以下 3个 方 面 着手 ： 首 先 ， 需要 改 变 结合 面老 混凝 土 的外 形结 构特征 ， 如 增设 人工键槽 ， 以实 现加 高后 坝体 的联 合 受力 和 良好 的 应力 状 态 ； 其 次 ， 需要 调整 新浇 混凝 土 的性 能特 征 ， 以便实 现与 老混凝土性能的 良好匹配， 并且需要做好新浇混凝 土 的温控 防裂 工作 ； 最后 ， 需要 建立从 老混 凝 土到新 浇混 凝 土 的平 顺 过渡 和 衔 接 ， 如 在新 老 混 凝 土 之 间 增设界面混凝土以及通过植筋等结构措施增加新老 混凝 土 之 间的结合 效果 在这 3个方面的新老混凝土结合施工技术 中， 需 要借 鉴 已有 的工程 技 术 研 究成 果 ， 并 针 对 大 坝加 高工程 的实 际情 况做 必 要 的 创新 和改 善 如 通 过相 关 的理 论研 究 、 科 学试 验和 工程实 践 ， 提 出新 增人 工 键 槽施 工技 术 、 新 老混凝 土结 合界 面剂 、 新浇 混凝 土 的性能 控制 技术 4 3新浇 混凝 土施 工技术 老混凝土的物理力学性质已趋稳定 ， 为保证结 合效 果 ， 需 要调 整新 浇混凝 土 的性 能特 征 ， 以实 现 良 好 的匹配 新浇 混凝 土 施 工技 术 主 要 包 括 以下 几 个 技术 环节 1 ) 设 置界 面混凝 土 运 用 大坝 加 高 混凝 土 与 老 坝体混凝土适配原理， 将关注重点进一步缩小到过 渡 区混凝 土 的界面 范 围 ， 把该 范 围 的新 混凝 土 设 计 成超 缓凝 、 后期 强度增 长迅 速 的界面混 凝 土 ， 以解 决 由于新老 混凝 土性能 差异 导致 变形不 协调 而开 裂 的 问题 2 ) 新浇混凝 土配合 比优 化设计 从设计 标准、 水泥类型与性能参数、 外加剂、 掺和料类型 、 配合 比 参 数等方 面着 手进 行 科 学优 化 ， 以混 凝 土性 能 相 适 配 为原则设 计 ， 通过 系统 的设计 和试验 ， 优 化提 出有 利 于与老 混凝 土结合 的新 浇混凝 土原 材料 和配 合 比 参数 该参数下的新浇混凝土具有理想的极 限拉伸 值 、 耐久性 、 抗渗性和抗裂能力 ， 可较大程度减少混 凝土水化热温升， 延缓水化热发散速率 ， 有效保障新 老 混凝 土的结 合 3 ) 新浇混凝土温控防裂 建立并采用智能化综 合 温控技术 将新 浇 混 凝 土 温度 控 制 在最 优 状 态 在 原 材料温 控技 术 、 运 输过程 温控 技术 、 仓 面温控 技术 及 最优 浇筑 时段 的选 择 等 温控 技 术 的基 础 上 ， 遵 循 混 凝土散 热 和通水 冷 却 过程 规 律 ， 按 照 不 同部 位 的 不同温度 ， 动态调整冷却水 的水温 、 流量 、 流速 ， 将混 凝 土温度 控制 在最 优 状 态 ， 创 新研 究 混 凝 土个 性 化 通水冷却技术 、 冷却通水智能控制技术 这些技术不 仅 能有效 地减 少或 防止 新 浇混 凝 土 出现 裂缝 ， 而且 也 能增进 新 老混凝 土 的结 合 4 4 加 高施 工管理 与决 策技 术 1 ) 根 据加 高施 工 的特 点 ， 对各 项 条 件 及 工程 目 标 进行 系统 分析 ， 建 立混 凝 土 坝 加 高 工程 施 工 的模 拟 模 型 与一 般新建 混凝 土坝 的模 拟模 型相 比 ， 考 虑 因素更详细 ， 约束限制条件更多 ， 更符合现场实际 2 ) 根据加 高工 程施 工 管 理 与决 策 可 视化 、 虚 拟 化平 台建设 的需 要 ， 对 虚 拟现 实 技 术 在施 工 管 理 与 决策中的应用进行了系统研究 ， 建立了施工管理与 决策的虚拟现实平台实现技术 ， 将坝体在不同时刻、 不同施工方案或施工布置情况下的施工场景、 施工 过程 以近 乎真 实 的方 式展 现给用 户 3 ) 通过 建立 施工 管 理平 台 ， 实 现 对施 工 全 过 程 的有效管理 ， 实 时控制施 工进度 ， 优化 配置施工资 源 将混凝 土 坝施工 的多 项 工作 都 纳 入 施 工管 理 与 决策平台中， 借助多种工具和软件 ， 开发形成了一个 第 3 6卷第 5期 周厚贵 ： 大坝加高混凝土施工技术研究 综述 2 9 相对 完 整 和综 合 的混凝 土 坝施工 管 理与 决策 系统 参 考 文 献 1 周厚贵 大 坝加 高 的模 式及 类 型 J 华 北水 利水 电 大 学学报 ( 自然科学版 ) ， 2 0 1 5 ， 3 6 ( 3 ) ： 4 4 4 8 2 季健康 ， 邓仕涛 浅谈 国内外 大坝加 高工程现 状 J 中 国水运 ( 学术版 ) ， 2 0 0 8 ， 0 8 ( 1 ) ： 4 04 2 3 弗罗 洛夫 A B 古里水 电站 的扩建 工程 J 人 民长江 ， 1 9 8 7 ( 5 )： 4 95 0 4 赫普 勒 T E， 斯科 特 G A 罗斯福 大 坝的增 容 J 国际 水力 发电 ， 1 9 9 2 ( 5 ) ： 1 7 5 吴敏 瑞士莫瓦桑混凝土拱 坝成功加 高 ( 2 5 0 m) 的条 件 J 人 民长江 ， 1 9 8 9 ( 8 ) ： 5 1 5 5 6 郭熙灵 ， 程展林 南水北调 中线工程 科研综述 J 人 民 长 江 ， 2 0 0 5， 3 6( 1 2)： 1 31 5 7 熊刘斌 丹 江 口大坝 左岸加 高 工程 混凝 土施 工 技术 综 述 J 水 力发电 ， 2 0 1 0 ， 3 6 ( 2 ) ： 1 31 6 8 周厚 贵 混 凝土 控制 拆 除施