一种利用冷冻技术的大坝施工方法技术

本发明专利技术公开了一种利用冷冻技术的大坝施工方法，该方法以自然水体为筑坝材料，利用冷冻技术建筑冰坝体，该方法包括以下步骤：选择冰单元体的形式及数量，设置冷冻触点的位置及数量，由冷冻机组制成足够数量的冰单元体，选择高性能的保温层隔热材料覆盖在冷冻的冰单元体外；将冰单元体进行临时固定，对各冰单元体之间的缝隙处进行快速冷冻使之形成整体冰坝；安装临时发电设备，完成临时坝体建筑；待永久坝体浇筑完毕后，解冻冰坝体。本发明专利技术可迅速完成截流，形成临时发电，既可作为永久坝体，也可为建筑混凝土大坝提供充足的能源和较好的施工条件，能加快工期、减少投资、保障环保。本发明专利技术可广泛应用于抗洪截流和军事战略工程中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大坝施工方法，具体地说是一种以自然水体为筑坝材料，利用 冷冻技术的大坝施工方法。技术背景随着全球能源形势日趋严峻，充分利用水力资源已迫在眉睫。然而在水力资源 利用项目上，大坝的建设是一个特号重要的环节，由于建筑大坝存在工期长、投资 大、见效慢、施工复杂以及对通航及环境影响较大等多种因素，导致水力资源利用 进展缓慢。大量水力资源得不到及时充分的利用，造成能源危机日显突出，人类生 存环境日趋恶化。目前建筑大坝的材料均为钢筋混凝土，由于其大体积的特点，要尽量降低混凝 土的水化热和成本，也就是应该尽量降低水泥用量。 一般而言，采用大粒径骨料可 以起到这样的作用，因此，目前大坝混凝土往往采用四级配，骨料最大粒径可达到 15cm。常规的混凝土如果采用更大的骨料，在施工过程中，受到拌和能力、振捣能 力的限制，比较困难。堆石坝作为一种常见的坝型，目前常见的碾压堆石坝的施工过程为从料场采 料，利用汽车运输直接上坝，然后利用重型振动碾进行碾压使堆石体达到设计密实 度。其施工工序简便，坝体造价低。但是，堆石坝的体积比混凝土坝大，特别是一 般堆石坝均不能过水，需要另行设置溢洪道，增加大量工程造价。另外，堆石坝的 防渗体如采用粘土心墙，则施工干扰大，受气候影响，还容易因非均匀沉降造成心 墙开裂。近年来迅速发展的钢筋混凝土面板堆石坝，面板的防裂也还存在很多问题。现有的混凝土大坝施工方法有以下两种:柱状施工方法和碾压混凝土施工方法。传统的柱状法施工是以分块浇筑配合温控措施进行的，该方法在混凝土大坝的 施工中得到了广泛的应用。如中国三峡混凝土重力坝。这种施工方式在保证混凝土 施工质量和控制混凝土开裂方面取得了很多的经验，仍然是目前最常见的大坝混凝 土施工方式。但是，这种传统的混凝土施工需要大量的模板，并且需要内埋冷却水 管等多种温控措施，工序多，成本高，施工速度较低。碾压混凝土施工方法是上个世纪七十年代美国R即hael教授提出的，该方法采 用零塌落度的干硬混凝土和振动碾压技术，施工速度快，温控措施简化，具有速度快，成本低的优势。采用碾压混凝土的大坝越来越多，如中国的石门子拱坝和沙牌 拱坝，但是碾压混凝土层间结合相对薄弱，特别是由于速度快，温控简化，在大坝 施工后期和运行前期，混凝土温度仍然较高，己有部分工程在这一阶段发生裂缝， 需要进行修补。这些由于温度荷载引起的裂缝主要是由于碾压混凝土的水泥用量虽 然比常规混凝土低，但是，碾压混凝土的水化热仍有相当大的量。目前碾压混凝土 拱坝等采用诱导缝、结构缝等结构措施来降低开裂的风险，但施工复杂程度增加。
技术实现思路
为了克服传统的大坝混凝土施工所造成的工序多，成本高，施工速度较低的缺 陷，本专利技术的目的是提供一种以自然水体为筑坝材料，利用冷冻技术的大坝施工方 法，该方法以冷冻技术为基础，以自然水体为筑坝材料，在建筑混凝土大坝前，迅 速完成截流，形成临时发电，既可作为永久坝体，也可作为临时坝体，为建筑永久 的混凝土大坝提供充足的能源和较好的施工条件，具有加快工期、减少投资、保障 环保的特点。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的，其特征在于该方法以自然水体为筑坝材料， 利用冷冻技术建筑冰坝体，该方法包括以下步骤1) 根据坝体的结构，选择单元体的形式及几何尺寸、形状、结构框架，确定单 元体数量，设置冷冻触点的位置及数量；2) 根据单元体的形式及几何尺寸、形状，设置单元体模板，预留分配泄水闸门， 选择高性能的保温层隔热材料覆盖在冷冻部分单元体模板外；3) 在单元体模板内注入水形成单元水体，通电启动冷冻机组对单元水体制冷至 冰点以下，形成固状冰单元体；如此反复，制成足够数量的冰单元体；4) 用牵引设备将各冰单元体牵引至建坝位置，并进行临时固定，对各冰单元体 之间的缝隙处布置冷冻触点，并进行快速冷冻使之形成整体冰坝；5) 自下而上逐步关闭分配泄水闸门直至全部关闭，随着下游水位的下降自上而 下由高位泄水闸门安装连接临时发电泄水管道直至达到临时发电设备的安装要求；6) 安装临时发电设备，并利用临时发电设备保持对冷冻机组供电，保持固状冰 单元体不溶化形成冰坝；完成临时坝体建筑；7) 开始混凝土永久坝体的施工，待永久坝体浇筑完毕后，解冻固状冰单元体形成的冰坝、回收设备，完成正常发电。本专利技术在步骤4)中，各冰单元体上的分配泄水闸门处于全开启状态。由于各 冰单元体的密度小于水，加上采用空腔处理会导致冰单元体浮出水面，致使冰单元体底部与河床间隙过大，因此对于需要沉到水面下的冰单元体，应在空腔内注入使 冰单元体沉到河床底部的增重物质。位于水面上方的冰单元体，可以直接放置。由于各冰单元体上布置有多组冷冻触点，而整个冰坝又有多个冰单元体组成， 因而，为保障各冷冻触点故障的及时排除，在各冷冻触点设有自动监测控制系统， 并在冰单元体上设有冷冻触点的检修通道。本专利技术在各冰单元体外包覆有高性能的保温层隔热材料，加之全过程由冷冻机 组使各冰单元体保持在低温状态下，因此，各冰单元体不会溶解，能保持足够的强 度。本专利技术的用电量如下 根据比热容公式。=^zMtlkwh=3. 6X106J 1K=4. 1868J以三峡大坝工程为例(不考虑效率系数) 设定长X高X宽3035mX 185m X 50m X 1000 Kg /m3 (水密度)=28. lX109Kg设定降温幅度」^20°C 总耗能量28. 1X109X20=56X1013K56X 1013X4. 1868=234. 5X 1013 J总耗电量234. 5 X 1073. 6X 106=65. 14X 107 kwh1 kwh按0.5元计算，则所需电价成本 65. 14X 107 kwhXO. 5元/ kwh=3. 257亿元RMB 而三峡大坝静态总投资就达500亿元。本专利技术以冷冻技术为基础，以自然水体为筑坝材料，在建筑混凝土大坝前，迅 速完成截流，形成临时发电，既可作为永久坝体，也可作为临时坝体，为后面建筑 混凝土永久大坝提供充足的能源和较好的施工条件，从而达到加快工期、减少投资、 保障环保之目的。本专利技术能够最大限度地縮短水利筑坝工程的前期工程周期，从而最大限度地縮 短整个工程的周期，保证水电工程提前发挥效益。由于在施工期就能发电，不但能 保证筑坝工程的施工用电，还能提前向电网供电产生效益。本专利技术所述的冷冻筑坝 技术从根本上改变了传统的水下作业方式，从而使得坝体的体积更合理，耗材更少， 质量更有保障，节约大量投资。而且，应用冷冻筑坝技术，坝体施工完成后能立即 解体冰坝而不给河床留下任何弃留物而影响航道和污染水体。具体实施方式一种本专利技术所述的利用冷冻技术的大坝施工方法，该方法以自然水体为筑坝材 料，利用冷冻技术建筑冰坝体，该方法包括以下步骤1) 根据坝体的结构，选择单元体的形式及几何尺寸、形状、结构框架，确定单 元体数量，设置冷冻触点的位置及数量；2) 根据单元体的形式及几何尺寸、形状，设置单元体模板，预留分配泄水闸门， 选择高性能的保温层隔热材料覆盖在冷冻部分单元体模板外；3) 在单元体模板内注入水形成单元水体，通电启动冷冻机组对单元水体制冷至 冰点以下，形成固状冰单元体；如此反复，制成足够数量的冰单元体；4) 用牵引设备将各冰单元体牵引至建坝位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用冷冻技术的大坝施工方法，其特征在于该方法以自然水体为筑坝材料，利用冷冻技术建筑冰坝体，该方法包括以下步骤：１）根据坝体的结构，选择单元体的形式及几何尺寸、形状、结构框架，确定单元体数量，设置冷冻触点的位置及数量；２）根据单元体的形式及几何尺寸、形状，设置单元体模板，预留分配泄水闸门，选择高性能的保温层隔热材料覆盖在冷冻部分单元体模板外；３）在单元体模板内注入水形成单元水体，通电启动冷冻机组对单元水体制冷至冰点以下，形成固状冰单元体；如此反复，制成足够数量的冰单元体；４）用牵引设备将各冰单元体牵引至建坝位置，并进行临时固定，对各冰单元体之间的缝隙处布置冷冻触点，并进行快速冷冻使之形成整体冰坝；５）自下而上逐步关闭分配泄水闸门直至全部关闭，随着下游水位的下降自上而下由高位泄水闸门安装连接临时发电泄水管道直至达到临时发电设备的安装要求；６）安装临时发电设备，并利用临时发电设备保持对冷冻机组供电，保持固状冰单元体不溶化形成冰坝；完成临时坝体建筑；７）开始混凝土永久坝体的施工，待永久坝体浇筑完毕后，解冻固状冰单元体形成的冰坝、回收设备，完成正常发电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨举，杨冠，
申请(专利权)人：杨举，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]