专利名称：：混凝土重力坝横缝大面积锯缝切割施工方法
技术领域：
：本发明涉及水利水电工程大填切割施工技术，具体涉及混凝土重力坝横缝大面积锯缝切割施工方法。技术背景在工业与民用建筑的拆除、改造施工中，使用大功率金刚石圆盘锯或金刚石链条锯切割混凝土的施工已经很多见，施工技术相对较为成熟。工民建中切割的对象一般为混凝土板、梁、柱等构件，切割面积小、施工难度低、施工环境比较理想，而在水利水电工程中对混凝土大面积切割尚无先例，某水利枢纽初期工程右岸混凝土坝转弯坝段(由6个单个坝段组成)在平面上呈凸向下游的反弧形，初期工程中大坝横缝进行了灌浆，这样就使6个单个坝段联结成为了一个整体，而在气温影响下，夏季坝体被挤压向下游变形，坝基上游端部受拉，加上库水位作用，拉区己发展到帷幕线附近，扬压力增大；冬季挤压消失、变形恢复常态。为消除转弯坝段长期因受温度周期性变化而产生的坝体稳定及应力不利的变形，确保帷幕防渗质量，需要对坝体进行修复，也就是要使6个坝段由一个整体变为能够独立变形的个体，满足应力释放的要求(见图4)，从而达到减小转弯坝段反向变形的目的。设计单位确定采用消除坝段横缝之间连接的"锯缝"方案，要求成缝宽度为812mra。最大单元切割面积为209m2，切割工程量总计为710m2。据查，该工程的混凝土重力坝横缝大面积锯缝切割施工在国内外尚属首次，若釆用现有的混凝土切割技术是达不到缺陷修复目的的。
发明内容本发明的目的是提供一种大坝在正常运行状态，锯缝施工不影响大坝安全运行、不损伤坝体结构、不破坏坝体横缝止水，施工精度高，成本低的混凝土重力坝横缝大面积锯缝切割施工方法。为了克服现有技术的不足，本发明的技术方案是这样解决的一种混凝土重力坝横缝大面积锯缝切割施工方法，由钻孔和切割两部分组成，其施工方法按以下步骤进行1)钻孔①钻孔机具配置选用全液压钻孔机，采用金刚石薄壁钻进工艺成孔，其垂直钻孔口径选择(M40腿4150mm，水平钻孔口径选择<!>105腿4>110mm,釆用清水做清洗液，单缸往复式泵供应冲洗液，辅助A字型钻塔和其它相应的配套钻具进行钻孔施工；钻具级配要求扩孔器外径比钻头大0.3-0.5腦，岩芯管外径尺寸比钻头尺寸小3mm，钻杆选用①50标准地质管材，扶正器外径和岩芯管外径相等；②钻进参数确定根据三种钻进状态，在每种钻进情况下均应调整钻进参数值，其参数调整方案见下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>③钻孔取芯采用卡簧取芯法进行岩芯的采取，钻孔正常情况，取芯的长短取决于岩芯的完整性和岩芯管的长度，当决定取芯时，先停止冲洗液的供应，向上慢慢微提钻具，让卡簧在具有一定锥度的钻头体内壁自上往下滑行，紧紧抱住岩芯，在钻具慢转的强大扭矩作用下，扭断岩芯，再提出钻具，以相反的程序退出岩芯，为了便于分析孔内情况，取出的岩芯需进行编录，认真填写钻孔记录表；④钻孔孔斜测量整个钻进过程中，钻头和钻具的外径会逐渐磨损，使用时需要严格测量，进行排队使用，按先用内径小，外径大的，后用内径大，外径小的原则，每钻进3米，进行孔斜测量一次，以便撑握钻孔偏斜轨迹，当超出允许值时，须立即进行纠偏；根据重锤测斜原理，我单位自行设计的钻孔高精度测斜仪，可准确地测量出钻孔轴线的偏斜位移尺寸，以便判断是否满足质量要求，当超出允许值时，立即采取纠偏措施，该控制装置是确保一根直线的下端在重锤限位作用下始终处于孔底中心位置，线的上端固定在一个可以在水盆里自由浮动的浮漂架上，靠重锤垂直作用的原理，孔口浮漂可自由地找到平衡位置，这时可准确地测量出钻孔偏斜的水平位移值；2)锯缝切割①机具配置选用金刚石绳锯机；②切割方法选择水平钻孔切割横缝方法，来完成大坝的横缝切割，水平钻孔之间间距为1.82.2m，钻孔分布在锯缝垂直方向上，结合缝面成型后的清洗要求，施工由上往下依次进行，由于切割面积大，孔内情况不易肉眼观察，选择金刚石绳，在绳的长度上加以严格监控，且绳子不应磨损过大才更换，和钻头使用原理一样，应进行排队使用，先用外径大的，后用外径小的；(D切割参数确定金刚石切割原理就是靠高速的磨削，切割线速度要达到18m/s22m/s，切割冲洗液泵量至少达到70L/mim，足以把磨削下来的岩粉排出孔夕卜，冲洗液在绳的高速运行带动下，形成的气流自然带动流动的水形成高速流动的水路。本发明与现有技术相比，大坝可以处于正常运行状态，锯缝施工不影响大坝安全运行、不损伤坝体结构、不破坏坝体横缝止水，成本低，施工速度快，施工精度高，可在水利水电工程领域的老坝、病坝的加固改造施工中得到广泛的应用。图1为本发明锯缝切割施工工序图；图2为钻孔切割示意图；图3为测量孔斜装置；图4为应力释放缝切割面透视图；具体实施方式附图为本发明的实施例下面结合附图对
发明内容作进一步说明参照图l、图2所示，一种混凝土重力坝横缝大面积锯缝切割施工方法，由钻孔和切割两部分组成,其施工方法按以下步骤进行1)钻孔①钻孔机具配置选用全液压钻孔机，采用金刚石薄壁钻进工艺成孔，其垂直钻孔口径选择小140mm(J)150mm，水平钻孔口径选择*105mm小llOmm，采用清水做清洗液，单缸往复式泵供应冲洗液，辅助A字型钻塔和其它相应的配套钻具进行钻孔施工；钻具级配要求扩孔器外径比钻头大0.3-0.5mm，岩芯管外径尺寸比钻头尺寸小3mm，钻杆选用O50标准地质管材，扶正器外径和岩芯管外径相等；②钻进参数确定根据三种钻进状态，在每种钻进情况下均应调整钻进参数值，其参数调整方案见下表钻进状态钻压(kN)钻速(r/min)泵量(L/min)开孔钻进272007002060正常钻进51370015002580孔内异常钻进151304502570(D钻孔取芯采用卡簧取芯法进行岩芯的采取，钻孔正常情况，取芯的长短取决于岩芯的完整性和岩芯管的长度，当决定取芯时，先停止冲洗液的供应，向上慢慢微提钻具，让卡簧在具有一定锥度的钻头体内壁自上往下滑行，紧紧抱住岩芯，在钻具慢转的强大扭矩作用下，扭断岩芯，再提出钻具，以相反的程序退出岩芯，为了便于分析孔内情况，取出的岩芯需进行编录，认真填写钻④钻孔孔斜测量整个钻进过程中，钻头和钻具的外径会逐渐磨损，使用时需要严格测量，进行排队使用，按先用内径小，外径大的，后用内径大，外径小的原则，每钻进3米，进行孔斜测量一次，以便撑握钻孔偏斜轨迹，当超出允许值时，须立即进行纠偏；根据重锤测斜原理，钻孔精度测斜仪，可准确地测量出钻孔轴线的偏斜位移尺寸，以便判断是否满足质量要求，当超出允许值时，立即采取纠偏措施，该控制装置是确保一根直线的下端在重锤限位作用下始终处于孔底中心位置，线的上端固定在一个可以在水盆里自由浮动的浮漂架上，靠重锤垂直作用的原理，孔口浮漂可自由地找到平衡位置，这时可准确地测量出钻孔偏斜的水平位移值；2)锯缝切割①机具配置选用金刚石绳锯机；②切割方法选择水平钻孔切割横缝方法，来完成大坝的横缝切割，水平钻孔之间间距为1.82.2m，钻孔分布在锯缝垂直方向上，结合缝面成型后的清洗要求，施工由上往下依次进行，由于切割面积大，孔内情况不易肉眼观察，选择金刚石绳，在绳的长度上加以严格监控，且绳子不应磨损过大才更换，和钻头使用原理一样，应进行排队使用，先用外径大的，后用外径小的；③切割参数确定金刚石切割原理就是靠高速的磨削，切割线速度要达到18m/s22m/s，切割冲洗液泵量至少达到70L/mim，足以把磨削下来的岩粉排出孔外，冲洗液在绳的高速运行带动下，形成的气流自然带动流动的水形成高速流动的水路。图3为测量孔斜装置图，滑轮1固定在支架上，垂线8—端连接在绕线架2上，垂线8另一端绕滑轮1、并通过卡头3中央、卡座圆盘4中央、水箱5中央、水箱座6中央、坐标盘7中央与垂孔ll内的定位器9连接，定位器9上连接重锤10，其水箱座6、坐标盘7置于在测孔墙体端面上，水箱5置于在水箱座6之上，水箱5中放置自由浮动的浮漂架12，自由浮动的浮漂架12与卡座圆盘4连接，卡座圆盘4之上设置卡头3。图4所示为应力释放缝切割面透视图，图中坝体上表示了三条应力释放缝，缝中充填防热涨冷縮弹性材料。实施例某大坝加高是南水北调中线水源工程的重要组成项目之一，位于干流与支流汇合处下游约800m，控制流域面积95200km2。水利枢纽由两岸土石坝、混凝土坝、升船机、电站等建筑物组成，初期工程于1973年建成，正常蓄水位157ni，坝顶高程162m。河床坝段高程100m以下坝体已按大坝加高后正常蓄水位170m建成。大坝加高后水库主要任务是防洪、供水、发电和航运。大坝加高后水库正常蓄水位170m，坝顶高程176.6m，总库容339.1亿m3，防洪要求保护下游大面积农田及大、中城市等的安全，引水向华北跨流域供水以及本流域灌溉用水，电站装机900丽，通航建筑物可通过300t级驳船。大坝加高工程已于2005年9月26日开工，计划2010年4月30日完工。整体施工方案在大坝坝顶上游侧钻一个&146mm的垂直穿绳孔，在大坝下游立面侧钻11个垂直间距均为2米的4)108mm的水平穿绳孔与上游侧垂直穿绳孔相交形成ll个能满足切割能力要求的独立切割单元，进行水平方向垂直面切割，最终形成一个互相贯通的横缝，见示意图l、图2。3.具体施工方法(l)钻孔①钻孔机具配置为了达到切割穿绳的目的，采用金刚石薄壁钻进工艺成孔，其特点是施工效率高，精度好。针对水平钻孔切割方式分别采取两种不同的钻进口径，垂直钻孔选择4)146mm口径，水平钻孔选择4>108ram口径，采用清水做清洗液，不添加任何化学处理剂，保障做到环保施工。施工选用喜利得公司生产的DD—750全液压钻孔机和LP32液压泵进行钻孔，此机体积小，重量轻，输出扭矩大，立轴迴转平稳，配以辅助设备和机具足以满足施工的技术要求。根据钻孔口径和金刚石钻进的技术要求，选用BW150/30型的单缸往复式泵供应冲洗液，辅助A字型钻塔和其它相应的配套钻具进行钻孔施工。为确保钻孔质量，钻具配级尺寸严格设计。一是保证钻具在孔内的迴转平稳，二是要满足冲洗液在钻具内外进出的速度，足以把钻头磨削下来的粉屑携出孔外。钻具级配要求扩孔器外径比钻头大0.3-0.5mm，岩芯管外径尺寸比钻头尺寸小3mm，钻杆选用①50标准地质管材，扶正器外径和岩芯管外径相等。②钻进参数确定钻进效率和钻孔质量另一关键因素取决于钻进参数的合理选择，对^f压、钻速和泵量三种参数的合理匹配控制是施工过程中的重要环节。根据三种钻进状态，在每种钻进情况钻进参数值，见下表<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>③钻孔取芯本工程设计采用卡簧取芯法进行岩芯的采取。钻孔正常情况，取芯的长短取决于岩芯的完整性和岩芯管的长度。当决定取芯时，先停止冲洗液的供应，向上慢慢微提钻具，让卡簧在具有一定锥度的钻头体内壁自上往下滑行，紧紧抱住岩芯，在钻具慢转的强大扭矩作用下，扭断岩芯，再提出钻具，以相反的程序退出岩芯。为了便于分析孔内情况，取出的岩芯需进行编录，认真填写《钻孔记录表》。④钻孔孔斜测量整个钻进过程中，钻头和钻具的外径会逐渐磨损，使用时需要严格测量，进行排队使用，按先用内径小，外径大的，后用内径大，外径小的原则。每钻进3米，进行孔斜测量一次，以便撑握钻孔偏斜轨迹，当超出允许值时，须立即进行纠偏。根据重锤测斜原理，我单位自行设计的钻孔高精度测斜仪，可准确地测量出钻孔轴线的偏斜位移尺寸，以便判断是否满足质量要求，当超出允许值时，立即采取纠偏措施。该控制装置是确保一根直线的下端在重锤限位作用下始终处于孔底中心位置，线的上端固定在一个可以在水箱5里自由浮动的浮漂架上，见示意图3。靠重锤10垂直作用的原理，孔口浮漂可自由地找到平衡位置，这时可准确地测量出钻孔偏斜的水平位移值。(2)锯缝切割①机具配置主要选用日本康赛克公司生产DSM—10A型金刚石绳锯机和喜利得公司生产的WS-15型金刚石绳锯机，其动力强劲，能满足大面积切割功率的需求。②切割方法根据现场试验的结果，选择水平钻孔切割横缝工法，来完成大坝的横缝切割。水平钻孔之间间距为2m，钻孔分布在锯缝垂直方向上，结合缝面成型后的清洗要求，施工由上往下依次进行。由于切割面积大，孔内情况不易肉眼观察，选择优质的高强度的高效率的金刚石绳，在绳的长度上加以严格监控，且绳子不应磨损过大才更换，和钻头使用原理一样，应进行排队使用，先用外径大的，后用外径小的。③切割参数确定金刚石切割原理就是靠高速的磨削，切割线速度要达到18m/s以上，但为了安全性，速度也不应过大，应控制在22m/s以内，切割冲洗液泵量应达到70L/mim以上，足以把磨削下来的岩粉排出孔外，冲洗液在绳的高速运行带动下，形成的气流自然带动流动的水形成高速流动的水路。切割完成的横缝和重锤孔采用填塞沥青麻丝或聚硫密封胶处理，填塞深度与切割深度相同。权利要求1、一种混凝土重力坝横缝大面积锯缝切割施工方法，由钻孔和切割两部分组成，其施工方法按以下步骤进行1)钻孔①钻孔机具配置选用全液压钻孔机，采用金刚石薄壁钻进工艺成孔，其垂直钻孔口径选择φ140mm～φ150mm，水平钻孔口径选择φ105mm～φ110mm，采用清水做清洗液，单缸往复式泵供应冲洗液，辅助A字型钻塔和其它相应的配套钻具进行钻孔施工；钻具级配要求扩孔器外径比钻头大0.3-0.5mm，岩芯管外径尺寸比钻头尺寸小3mm，钻杆选用Φ50标准地质管材，扶正器外径和岩芯管外径相等；②钻进参数确定根据三种钻进状态，在每种钻进情况下均应调整钻进参数值，其参数调整方案为开孔钻进的钻压为2～7kN，钻速200～700r/min，泵量20～60L/min；正常钻进的钻压为5～13kN，钻速700～1500r/min，泵量25～80L/min；孔内异常钻进的钻压为1～5kN，钻速130～450r/min，泵量25～70L/min；③钻孔取芯采用卡簧取芯法进行岩芯的采取，钻孔正常情况，取芯的长短取决于岩芯的完整性和岩芯管的长度，当决定取芯时，先停止冲洗液的供应，向上慢慢微提钻具，让卡簧在具有一定锥度的钻头体内壁自上往下滑行，紧紧抱住岩芯，在钻具慢转的强大扭矩作用下，扭断岩芯，再提出钻具，以相反的程序退出岩芯，为了便于分析孔内情况，取出的岩芯需进行编录，认真填写钻孔记录表；④钻孔孔斜测量整个钻进过程中，钻头和钻具的外径会逐渐磨损，使用时需要严格测量，进行排队使用，按先用内径小，外径大的，后用内径大，外径小的原则，每钻进3米，进行孔斜测量一次，以便撑握钻孔偏斜轨迹，当超出允许值时，须立即进行纠偏；根据重锤测斜原理，测量孔斜装置，可准确地测量出钻孔轴线的偏斜位移尺寸，以便判断是否满足质量要求，当超出允许值时，立即采取纠偏措施，该控制装置是确保一根直线的下端在重锤限位作用下始终处于孔底中心位置，线的上端固定在一个可以在水盆里自由浮动的浮漂架上，靠重锤垂直作用的原理，孔口浮漂可自由地找到平衡位置，这时可准确地测量出钻孔偏斜的水平位移值。2)锯缝切割①机具配置，选用金刚石绳锯机；②切割方法选择水平钻孔切割横缝方法，来完成大坝的横缝切割，水平钻孔之间间距为1.8～2.2m，钻孔分布在锯缝垂直方向上，结合缝面成型后的清洗要求，施工由上往下依次进行，由于切割面积大，孔内情况不易肉眼观察，选择金刚石绳，在绳的长度上加以严格监控，且绳子不应磨损过大才更换，和钻头使用原理一样，应进行排队使用，先用外径大的，后用外径小的；③切割参数确定金刚石切割原理就是靠高速的磨削，切割线速度要达到18m/s～22m/s，切割冲洗液泵量至少达到70L/mim，足以把磨削下来的岩粉排出孔外，冲洗液在绳的高速运行带动下，形成的气流自然带动流动的水形成高速流动的水路。2、一种权利要求1所述的混凝土重力坝横缝大面积锯缝切割施工方法中的测量孔斜装置，其特征在于测量孔斜装置包括一个滑轮(1)固定在支架上，垂线(8)—端连接在绕线架(2)上，垂线(8)另一端绕过滑轮(1)、并通过卡头(3)、卡座圆盘(4)、水箱(5)、水箱座(6)、坐标盘(7)与垂孔(11)内的定位器(9)连接，定位器(9)上连接重锤(10),其水箱座(6)、坐标盘(7)置于在测孔墙体端面上，水箱(5)置于在水箱座(6)之上，水箱(5)中放置自由浮动的浮漂架(12)，自由浮动的浮漂架(12)与卡座圆盘(4)连接，卡座圆盘(4)之上设置卡头(3)。全文摘要本发明公开了混凝土重力坝横缝大面积锯缝切割施工方法。由钻孔和切割两部分组成，其施工方法按以下步骤进行钻孔机具选用全液压钻孔机；钻进参数确定；钻孔取芯，取出的岩芯编录；钻孔孔斜测量；锯缝切割选用金刚石绳锯机；切割方法，选择水平钻孔完成大坝的横缝切割，选择金刚石绳，切割参数确定切割线速度要达到18m/s～22m/s，切割冲洗液泵量至少达到70L/mim，大坝可以处于正常运行状态，锯缝施工不影响大坝安全运行、不损伤坝体结构、不破坏坝体横缝止水，成本低，施工速度快，施工精度高，可在水利水电工程领域的老坝、病坝的加固改造施工中得到广泛的应用。文档编号E02B7/10GK101270573SQ20081001741公开日2008年9月24日申请日期2008年1月29日优先权日2008年1月29日发明者李东锋,潘纪良申请人:中国水利水电第三工程局