本发明涉及水利水电工程材料、结构及施工技术领域，更具体地说它是在石渣料中注入复合浆材的碾压混凝土结构。本发明还公开了在石渣料中注入复合浆材的碾压混凝土结构的施工方法。
背景技术：
混凝土面板堆石坝是目前坝工建设中最富竞争力和最具发展前景的坝型之一，该坝型具有造价低、安全性高、适应性强等诸多优点，因而受到坝工界的普遍重视，具有极好的应用前景，是许多工程的首选坝型；目前我国已建和在建的面板堆石坝已超过150多座，其中100m以上的37座；现代混凝土堆石坝的发展趋势是坝越建越高、工程规模越来越大，我国通过天生桥一级(最大坝高178m)、水布垭(最大坝高233m)等工程的建设实践，筑坝技术相对成熟，为300m级超高面板堆石坝的发展奠定了一定的技术基础。
随着我国西南水电开发进度的加快，在交通不便经济欠发达地区如金沙江、澜沧江、怒江、雅砻江、大渡河和黄河上游以及西藏的雅鲁藏布江等，有许多适宜建设高面板堆石坝的河谷地形地质条件，如古水、马吉等水电站，坝高都在250～300m左右，因不能把握300m级高面板堆石坝的工程特性、关键技术和运行特点，不能直接选择面板堆石坝方案，而选用外来运输量大、造价高的混凝土坝方案或体积大且占用耕地多、对环境和水土保持易造成不利影响的土心墙堆石坝方案，有的工程在近坝区甚至没有可用的防渗土料；使得水电站经济指标竞争力降低，工程建设各方迫切希望在300m级高面板堆石坝筑坝技术上所有突破。
然而，面临300m级甚至更高的超高面板堆石坝的建设目标，仍存在多个关键技术难题，例如超高堆石坝的合理分区、筑坝材料的特性对大坝变形特性的影响、超高堆石坝的变形特性及安全性、抗震安全性及工程措施等，尤其是在深厚覆盖层基础上筑坝，难以突破坝高的局限性，这些成为发展超高面板堆石坝的技术瓶颈；应用于超高堆石坝下部基座的现有混凝土技术通常对级配有要求、对块石或卵石的粒径有要求，施工方法中，混凝土需要拌合楼生产，耗材耗时。
因此，现亟需一种施工速度快、节约工程成本的应用于300m级的超高面板堆石坝的结构均匀稳固、力学性能良好的碾压混凝土结构及其施工方法。
技术实现要素：
本发明的第一目的是为了提供一种在石渣料中注入复合浆材的碾压混凝土结构，就地取材、结构均匀稳固、性能优良、施工速度快、节约工程成本；本发明复合浆材碾压混凝土结构适用于水利水电工程的超高堆石坝结构下部基座，从材料、结构及施工方式等角度，解决深厚覆盖层基础上筑坝难题，突破坝体高度局限性，实现超高面板堆石坝的建设目标，能应用于300m级甚至更高的超高面板堆石坝；该结构同样也适用于其他体积较大的碾压混凝土结构部位。
本发明的第二目的是为了提供在石渣料中注入复合浆材的碾压混凝土结构的施工方法，本发明方法直接铺设一层开挖石渣料(粒径5～500mm，基本无需专门筛分)，再浇注复合浆液(无骨料，现场可以拌制)，最后碾压即可，施工更方便，施工速度快、节约工程成本。
为了实现上述本发明的第一目的，本发明的技术方案为：在石渣料中注入复合浆材的碾压混凝土结构，其特征在于：由多层复合浆材碾压混凝土层构成，复合浆材碾压混凝土层由石渣料和表面浇注的复合浆液通过振动碾压形成，石渣料为粒径大于或等于5mm的开挖料；石渣料分层堆砌在坝基上，复合浆液浇注于分层堆砌的石渣料上随机充填石渣料，待复合浆液的液面接近石渣料顶面时，通过振动碾碾压仓面形成结构均匀稳固的注浆碾压混凝土结构。
在上述技术方案中，每层复合浆材碾压混凝土层的高度为0.5m～0.8m；石渣料为粒径为5mm～500mm的开挖料。
在上述技术方案中，复合浆液包括水泥净浆、胶凝材料，复合浆液流动性为200～240mm；水泥净浆的水胶比为0.4～0.5；胶凝材料中掺和料的比例为50％～70％，掺和料为粉煤灰和石粉。
为了实现上述本发明的第二目的，本发明的技术方案为：所述的在石渣料中注入复合浆材的碾压混凝土结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：施工前期的工作，按照相关技术要求处理堆石坝的坝基与岸坡；
步骤2：待步骤1完成之后，在处理好的坝基上采用粒径5mm以上石渣料分层堆积，每层石渣料层厚0.5m～0.8m，通过机械或人工平仓；
步骤3：待步骤2完成之后开始注浆，注浆时在石渣料层表面均匀浇注复合浆液，复合浆液的注浆总量为浇注浆液面直至接近堆石料顶面或距离堆石料顶面10mm～20mm为止；
步骤4：待步骤3完成之后，采用碾压振动机械进行振动碾压仓面形成复合浆材碾压混凝土层，完成规定碾压遍数；当复合浆液浇注量未达到要求时，在碾压过程中进行补浆；碾压完成后，对复合浆材碾压混凝土层的表面进行必要的早期养护；
步骤5：重复步骤2至4，直至完成注浆碾压混凝土结构的分层施工。
在上述技术方案中，步骤4中，碾压遍数为6～8遍；其中最后一层复合浆材碾压混凝土层的碾压次数最多；步骤2中，每层石渣料层的铺料厚度为压实后厚度加上5～10％预压缩量。
本发明具有如下优点：
(1)就地取材，本发明中石渣料均为表面清洁的当地水利水电工程施工过程中的开挖料，对粒径要求较低，可以充分利用开挖料，基本做到无弃料，即5mm以上的骨料均可利用，节能环保；本发明复合浆材碾压混凝土层是由5～500mm的开挖石渣料(基本无需筛分)和表面浇注的复合浆液通过振动碾压形成的，本发明是在开挖石渣料上浇注复合浆液形成的，碾压使浆液下渗后形成的结构，材料获取更容易，结构更简单；
(2)性能优良，本发明中复合浆材碾压混凝土力学性能适中、水化温升小、体积稳定性良好、层间抗剪能力强；作为超高面板堆石坝的基座结构，有利于减少坝体大变形，降低整体沉降，保障结构稳定性及抗震安全性，尤其是在深厚覆盖层基础上筑坝，采用本发明碾压块石混凝土及其施工方法，突破面板堆石坝坝高的局限性，消除300m级超高面板堆石坝的技术发展瓶颈；
(3)施工速度快，本发明中复合浆材碾压混凝土施工方法简便，工序简单，可省略温控措施，提高工效、缩短工期；本发明的施工方法为直接铺设一层开挖石渣料(5～500mm，基本无需专门筛分)，再浇注复合浆液(无骨料，现场可以拌制)，最后碾压即可，施工更方便；
(4)节约工程成本，本发明对开挖料充分利用，无需设置砂石弃料的料场；石渣料颗粒无需筛分，节省相关筛分系统的建设和运行费用；复合浆液中水泥用量少、当地矿物掺和料掺量高，显著节约原材料成本；
(5)广阔的工程应用前景，对比目前已有的堆石混凝土、抛石型堆石混凝土等技术，本发明成本低、整体性能良好、可降低堆石体变形、减少整体沉降、更适用于超高堆石坝的工程建设或其他可适用的建筑结构部位，能应用于300m级甚至更高的超高面板堆石坝，可望在大型工程中推广应用。
附图说明
图1为本发明复合浆材碾压混凝土结构用于堆石坝基座的堆石坝结构示意图。
图2为本发明石渣料分层堆砌后未注浆时的结构示意图。
图3为本发明碾压混凝土碾压后的结构示意图。
图中1-石渣料,2-复合浆液,3-复合浆材碾压混凝土底座,31-复合浆材碾压混凝土层,4-混凝土防渗面板,5-堆石坝体。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
参阅附图可知：在石渣料中注入复合浆材的碾压混凝土结构，其特征在于：由多层复合浆材碾压混凝土层31构成，复合浆材碾压混凝土层由石渣料1和表面浇注的复合浆液2通过振动碾压形成，石渣料1为粒径大于或等于5mm的开挖料；石渣料1分层堆砌在坝基上，复合浆液2浇注于分层堆砌的石渣料上随机充填石渣料，待复合浆液2的液面接近石渣料顶面时，通过振动碾碾压仓面形成结构均匀稳固的注浆碾压混凝土结构(如图1、图2、图3所示)。
图1中，面板堆石坝总高度为300m，面板堆石坝包括高为100m复合浆材碾压混凝土底座3、混凝土防渗面板4、堆石坝体5，堆石坝体5位于复合浆材碾压混凝土底座3上。
复合浆材碾压混凝土底座3由多层复合浆材碾压混凝土层31构成，每层复合浆材碾压混凝土层31的高度为0.5m～0.8m；石渣料1为粒径为5mm～500mm的开挖料。
复合浆液2包括水泥净浆、胶凝材料，复合浆液2流动性为200～240mm；水泥净浆的水胶比为0.4～0.5；胶凝材料中掺和料的比例为50％～70％，掺和料为粉煤灰和石粉。
参阅附图可知：所述的在石渣料中注入复合浆材的碾压混凝土结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：施工前期的工作，按照相关技术要求处理堆石坝的坝基与岸坡；
步骤2：待步骤1完成之后，在处理好的坝基上采用粒径5mm以上石渣料1分层堆积，每层石渣料层厚0.5m～0.8m，通过机械或人工平仓；
步骤3：待步骤2完成之后开始注浆，注浆时在石渣料层表面均匀浇注复合浆液，复合浆液的注浆总量为浇注浆液面直至接近堆石料顶面或距离堆石料顶面10mm～20mm为止，形成均匀、整体性强的复合浆材碾压混凝土层；
步骤4：待步骤3完成之后，采用碾压振动机械进行振动碾压仓面形成复合浆材碾压混凝土层，完成规定碾压遍数(如图1、图2、图3所示)；当复合浆液2浇注量未达到要求时，在碾压过程中进行补浆；碾压完成后，对复合浆材碾压混凝土层的表面进行必要的早期养护；
步骤5：重复步骤2至4，直至完成注浆碾压混凝土结构的分层施工。
步骤4中，碾压遍数为6～8遍；其中最后一层复合浆材碾压混凝土层的碾压次数最多；步骤2中，每层石渣料层的铺料厚度为压实后厚度加上5～10％预压缩量，保证开挖石渣料仓面平整，使坝基整体性能良好，降低堆石体变形，减少整体沉降；延长坝体的使用寿命。
验证试验
为了验证本发明在水利水电工程中的应用，通过本发明在某300m级高面板堆石坝水电工程工地的现场应用试验对本发明进行验证，具体试验步骤如下：
开挖石渣料1直接采用粒径在5mm以上的工程开挖料；水泥采用普通硅酸盐42.5水泥(p.042.5)，掺和料采用f类ⅰ级粉煤灰；根据现场实际情况，试验了三组不同配合比的复合浆液，三组复合浆液的配合比参数如表1所示；
表1复合浆液配合比参数
步骤1：试验准备和场地规划：整个试验条带共44m长，划分为11个区域(中间设置一个过渡区)，每个区域长×宽×高尺寸均为4m×4m×1.5m，条带四周立模；
步骤2：分层堆砌石渣料：在规划区域内，开挖石渣料分层堆积，每层厚0.5m～0.75m，分二至三层堆积，总层厚1.5m，通过机械或人工平仓，尽量保证堆石体仓面平整；石渣料来源为水电站尾水洞开挖料，粒径为5mm～500mm，由自卸汽车运至试验现场；采用进占法铺设开挖石渣料，铺设的开挖石渣料厚度为压实后厚度加上预压缩量，考虑预压缩量为铺厚的5～10％；铺设开挖石渣料完成后，选取部分区域测定堆石的空隙率，堆石的空隙率为26％～30％；
步骤3：浇注复合浆液：复合浆液现场拌制好后，浇注至相应试验区域；注浆时要求在铺设的开挖石渣料表面均匀浇注复合浆液，注浆总量按浇注浆液面直至堆石料顶面约10mm～20mm为止；其中0.5m层厚区域的开挖石渣料每层注浆量在1.8～2m3左右，0.75m层厚区域的开挖石渣料每层注浆量在2.5m3左右；
步骤4：分层碾压：每层开挖石渣料注浆后，采用碾压振动机械进行振动碾压，根据现场实际情况采用龙工lg520d单钢轮压路机进行碾压；其中第一层和第二层碾压6遍，第三层碾压8遍。
现场试验块在经过安全度汛以后，采用钻芯法、超声波和地质雷达等技术，现场检测了硬化后试验块的碾压混凝土性能，通过检测混凝土抗压强度(数据)、容重(数据)等指标评价硬化后试验块的复合浆材碾压混凝土的均匀密实性及力学性能，检测结果表明本发明试验块的复合浆材碾压混凝土结构均匀稳固，本发明试验块的复合浆材碾压混凝土的力学性能如下表2所示。
表2混凝土芯样抗压强度
从上表2可知，本发明试验块的复合浆材碾压混凝土力学性能良好，验证了本发明复合浆材碾压混凝土结构应用于300m级高面板堆石坝从技术上是可行的。
其它未说明的部分均属于现有技术。