[发明专利]一种利用冷冻技术的大坝施工方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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Raphael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。

发明内容

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，本发明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。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

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。