堆石混凝土心墙胶结堆石坝及其施工方法技术

本发明专利技术公开了堆石混凝土心墙胶结堆石坝及其施工方式，其中，堆石混凝土心墙胶结堆石坝包括：堆石混凝土心墙和胶结堆石料坝身，堆石混凝土心墙位于中心位置，胶结堆石料坝身形成在堆石混凝土心墙两侧，堆石混凝土心墙包括：块石、第一自密实水泥基材料，第一自密实水泥基材料致密填充于块石孔隙中，通过水泥水化反应形成堆石混凝土；胶结堆石料坝身包括：堆石料和第二自密实水泥基材料和砂土材料，堆石料和第二自密实水泥基材料形成胶结堆石料骨架，砂土材料填充在胶结堆石料骨架内部。该堆石混凝土心墙胶结堆石坝具有坝体体积小，地基适应性强，坝身非均匀沉降小且具有一定抗漫顶洪水的能力、水泥用量少和水化热低等特点。

Cemented rockfill dam with rockfill concrete core wall and its construction method

The invention discloses a concrete core wall rockfill dam and cementing construction method, the concrete core wall rockfill dam including cemented rockfill concrete core wall rockfill dam and cemented rockfill and concrete core wall is located in the center of cemented rockfill dam body formed in both sides of the stone pile concrete core wall rockfill concrete the wall includes: stone, the first self compacting cement base material, the first self compacting cement material filled in the dense stone pores, through the cement hydration reaction to form concrete rockfill dam; cemented rockfill materials include: rockfill and second self compacting cement and sand materials, rockfill and second self compacting cement based materials forming cemented rockfill materials skeleton, sand filling material in cemented rockfill internal skeleton. The rockfill concrete core wall cemented rockfill dam has the characteristics of small volume, strong foundation adaptability, small uneven settlement of the dam body, and certain ability to resist overtopping flood, less cement consumption and low hydration heat.

【技术实现步骤摘要】
堆石混凝土心墙胶结堆石坝及其施工方法
本专利技术属于水利工程领域，具体而言，涉及堆石混凝土心墙胶结堆石坝及其施工方法。
技术介绍
堆石坝是以堆石体作为支承，以黏土、混凝土或沥青混凝土等材料作为防渗体的一种坝型，防渗体的类型主要有面板和心墙两种方式。目前，在150m以上高度的土石坝基本以堆石坝为主，水布垭水电站大坝是世界上最高的面板堆石坝，坝高233m。堆石体主要采用碾压施工，碾压堆积的堆石料在长期高应力作用下易发生流变，同时伴随堆石颗粒破碎，导致坝体出现非均匀沉降，引起心墙开裂或面板出现裂缝。对于混凝土面板堆石坝而言，混凝土面板是堆石坝的防渗主体结构，面板上微小的裂缝也可能对大坝的安全留下巨大隐患，混凝土面板常采用钢筋混凝土材料，面板的厚度与堆石坝的高度密切相关。依据工程经验，即使面板的浇筑厚度较薄，仅为70-80cm，面板内部温升也将达到2倍的表面温升，面板内部产生较大的温度应力，引起面板开裂。对于堆石坝而言，遇到较大的洪水时，堆石坝存在漫顶溃坝的风险，需设置溢洪道，很大程度上增加工程投资。因此迫切需要一种既能保持堆石料的变形能力，又能利用最少的水泥用量，最大程度提高筑坝材料强度，减小大坝体型的新型筑坝材料，同时该材料填筑的坝体兼备一定抵抗漫顶洪水的能力。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出堆石混凝土心墙胶结堆石坝及其施工方法。本专利技术提出的堆石混凝土心墙胶结堆石坝具有坝体体积小，地基适应性强，坝身非均匀沉降小且具有一定抗漫顶洪水的能力、水泥用量少和水化热低等特点。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种堆石混凝土心墙胶结堆石坝，包括：堆石混凝土心墙和胶结堆石料坝身，所述堆石混凝土心墙位于中心位置，所述胶结堆石料坝身形成在所述堆石混凝土心墙两侧，其中，所述堆石混凝土心墙包括：块石、第一自密实水泥基材料，所述第一自密实水泥基材料致密填充于所述块石孔隙中，通过水泥水化反应形成堆石混凝土；所述胶结堆石料坝身包括：堆石料和第二自密实水泥基材料和砂土材料，所述堆石料和第二自密实水泥基材料形成高孔隙率胶结堆石料骨架，所述砂土材料填充在所述胶结堆石料骨架内部。根据本专利技术上述实施例的堆石混凝土心墙胶结堆石坝，一方面，堆石混凝土心墙由第一自密实水泥基材料填充块石孔隙形成，不仅单位体积水泥用量低，混凝土绝热温升小，而且具有较好的密实性和较高的强度，防渗效果好；另一方面，胶结堆石料坝身由胶结堆石料骨架填充砂土材料形成，胶结堆石料骨架是采用适量自密实水泥基材料填充堆石料孔隙形成，通过水泥水化反应产生胶结物连接堆石颗粒点，形成具有一定强度、高孔隙率的骨架型胶结堆石料，待骨架达到设计强度，向骨架孔隙中填充砂土材料，形成胶结堆石料，胶结堆石料的抗剪强度和弹性模量相较堆石料得到明显提高。由此胶结堆石料坝身具有良好的抗剪强度和弹性模量、并且地基适应性强、非均匀沉降小，具有一定抗漫顶洪水的能力。此外，与现有堆石坝相比，本专利技术上述实施例的堆石混凝土心墙胶结堆石坝还具有坝体体积小和工程造价低的特点。另外，根据本专利技术上述实施例的堆石混凝土心墙胶结堆石坝还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述块石的粒径不低于15cm，优选15-200cm。由此，既能保证块石堆积后具有足够的孔隙率，又便于对块石进行装料和填筑。在本专利技术的一些实施例中，所述堆石料的粒径为5-100cm。由此，可以保证堆石料堆积后能够具有较大的孔隙率，以实现第二自密实水泥基材料的分层表面浇筑或埋管压力灌浆。在本专利技术的一些实施例中，所述块石堆积后的堆积孔隙率为30-50％，所述堆石料堆积后的堆积孔隙率为25-50％，所述胶结堆石料骨架的孔隙率为20-29％。由此，可以向块石中填充足够的第一自密实水泥基材料进而形成致密且高强度的堆石混凝土心墙，向堆石料中填充适量的第二自密实水泥基材料形成具有一定强度和高孔隙率的胶结堆石料骨架，水泥基材料将堆石料胶结成整体，以提高堆石料的抗剪强度和弹性模量，同时可向胶结堆石料骨架填充砂土材料，进一步提高胶结堆石料的抗剪强度和变形能力。在本专利技术的一些实施例中，所述砂土材料的粒径不大于所述堆石料最小粒径的1/10，优选地，所述砂土材料的粒径为0.1-0.5cm。由此，可以进一步提高胶结堆石料坝身的抗剪强度和适应地基变形能力。在本专利技术的一些实施例中，第一自密实水泥基材料为自密实水泥砂浆和/或自密实混凝土，优选为自密实混凝土，所述自密实混凝土的扩展度为550-800mm，V型漏斗通过时间为3-20s。由此，保证第一自密实水泥基材料在块石孔隙中自流动，实现密实填充块石体孔隙。在本专利技术的一些实施例中，所述第二自密实水泥基材料选自自密实水泥净浆、自密实砂浆和自密实混凝土中的至少一种，优选自密实砂浆，所述自密实砂浆的扩展度为260-330mm，V型漏斗通过时间为1.5-4s。由此，保证第二自密实水泥基材料在堆石体孔隙中自流动，黏附在颗粒表面的浆液粘结相邻的堆石颗粒，形成的胶结堆石料骨架兼具一定的强度和高孔隙率。在本专利技术的一些实施例中，所述第一自密实水泥基材料和所述第二自密实水泥基材料分别独立地采用分层表面浇筑或埋管压力灌浆的方式填充。在本专利技术的一些实施例中，所述堆石混凝土心墙胶结堆石坝的上游坡比和下游坡比分别独立地为1：(0.8-1.2)，其中，所述上游坡比和所述下游坡比相同或者不同。由此，可以在使堆石混凝土心墙胶结堆石坝具有坝身强度高、非均匀沉降小、坝基适应性强并兼有一定抵抗漫顶洪水的能力的基础上进一步减小坝型体积，同时达到有效减少水泥用量、施工速度快，工程造价低等优点。根据本专利技术的第二个方面，本专利技术还提出了一种上述堆石混凝土心墙胶结堆石坝的施工方法，包括：(1)预先设计中心为堆石混凝土心墙区域，两侧为胶结堆石料坝身区域的填筑模型，向所述堆石混凝土心墙区域堆积块石至预定厚度，向所述胶结堆石料坝身区域堆积堆石料至预定厚度；(2)向所述堆石料中填充第二自密实水泥基材料，形成高孔隙率的胶结堆石料骨架，向所述胶结堆石料骨架内部填充砂土材料，以便形成预定厚度的胶结堆石料坝身；(3)向所述块石中填充第一自密实水泥基材料，形成预定厚度的堆石混凝土心墙；(4)在所述预定厚度的胶结堆石料坝身和所述预定厚度的堆石混凝土心墙的顶面上分别堆积堆石料和块石至预定厚度；(5)重复步骤(2)-(4)直至坝体成型。根据本专利技术上述实施例的堆石混凝土心墙胶结堆石坝的施工方法，一方面，堆石混凝土心墙采用第一自密实水泥基材料填充块石孔隙形成，不仅可以使防渗心墙具有较好的密实性和较高的强度，还能减少单位体积水泥用量；另一方面，胶结堆石料坝身采用第二自密实水泥基材料填充堆石料形成具有一定强度和高孔隙率的胶结堆石料骨架，且向胶结堆石料骨架孔隙中填充砂土材料可以进一步提高胶结堆石料坝身材料的抗剪强度和变形能力。由此，本专利技术上述实施例的堆石混凝土心墙胶结堆石坝的施工方法不仅具有施工工艺简单，施工环节少，施工速度快和工程造价低等优点，还可以使堆石混凝土心墙胶结堆石坝具有坝型体积小、坝身非均匀沉降小、坝基适应性强、具有一定抵抗漫顶洪水的能力以及防渗心墙密实性好、强度高以及防渗性好等特点；此外，还能在提高坝身材料强度的基础上，有效减少水泥用量，进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种堆石混凝土心墙胶结堆石坝，其特征在于，包括：堆石混凝土心墙和胶结堆石料坝身，所述堆石混凝土心墙位于中心位置，所述胶结堆石料坝身形成在所述堆石混凝土心墙两侧，其中，所述堆石混凝土心墙包括：块石、第一自密实水泥基材料，所述第一自密实水泥基材料致密填充于所述块石孔隙中，通过水泥水化反应形成堆石混凝土；所述胶结堆石料坝身包括：堆石料和第二自密实水泥基材料和砂土材料，所述堆石料和第二自密实水泥基材料形成高孔隙率胶结堆石料骨架，所述砂土材料填充在所述胶结堆石料骨架内部。

【技术特征摘要】
1.一种堆石混凝土心墙胶结堆石坝，其特征在于，包括：堆石混凝土心墙和胶结堆石料坝身，所述堆石混凝土心墙位于中心位置，所述胶结堆石料坝身形成在所述堆石混凝土心墙两侧，其中，所述堆石混凝土心墙包括：块石、第一自密实水泥基材料，所述第一自密实水泥基材料致密填充于所述块石孔隙中，通过水泥水化反应形成堆石混凝土；所述胶结堆石料坝身包括：堆石料和第二自密实水泥基材料和砂土材料，所述堆石料和第二自密实水泥基材料形成高孔隙率胶结堆石料骨架，所述砂土材料填充在所述胶结堆石料骨架内部。2.根据权利要求1所述堆石混凝土心墙胶结堆石坝，其特征在于，所述块石的粒径不低于15cm，优选15-200cm。3.根据权利要求1所述堆石混凝土心墙胶结堆石坝，其特征在于，所述堆石料的粒径为5-100cm。4.根据权利要求1所述堆石混凝土心墙胶结堆石坝，其特征在于，所述块石堆积后的堆积孔隙率为30-50％，所述堆石料堆积后的堆积孔隙率为25-50％，所述胶结堆石料骨架的孔隙率为20-29％。5.根据权利要求1所述堆石混凝土心墙胶结堆石坝，其特征在于，所述砂土材料的粒径不大于所述堆石料最小粒径的1/10，优选地，所述砂土材料的粒径为0.1-0.5cm。6.根据权利要求1所述堆石混凝土心墙胶结堆石坝，其特征在于，第一自密实水泥基材料为自密实水泥砂浆和/或自密实混凝土，优选为自密实混凝土，所述自密实混凝土的扩展度为550-800mm，V型漏斗通过时间为3-20s，所述第二自密实水泥基材料选自自密实水泥净浆、自密实砂浆和自密实混凝土中的至少一种，优选自密实砂浆，所述自密实砂浆的扩展度为260-3...

【专利技术属性】
技术研发人员：金峰，刘宁，周虎，安雪晖，王卫，李风亮，
申请(专利权)人：清华大学，北京华石纳固科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11