碾壓混凝土筑壩技術的應用

崔文雄，徐海祥

（中國水利水電第十四工程局， 昆明 650041）

1 碾壓混凝土筑壩技術的發展

碾壓混凝土壩基本上有兩種：一種是中心部分為碾壓混凝土填筑，外部用2～3m常態混凝土防滲和保護，簡稱為RCD；另一種為全碾壓混凝土壩，防滲面與接縫面有30～50cm的改性混凝土與碾壓混凝土同步澆筑，簡稱為RCC，其結構簡單，施工機械化強度高。由于RCC筑壩技術方便快速，故RCC筑壩技術在國內得到了廣泛推廣及應用，目前云南祿勸洗馬河二級水電大壩即為碾壓混凝土雙曲薄高拱壩，采用RCC筑壩技術。

碾壓混凝土筑壩技術的主要特點是：使用硅酸鹽水泥、粉煤灰、水、外加劑、砂和各種級配的碎石骨料拌制成無坍落度的干硬性混凝土，采用類似土石壩施工的運輸及鋪筑設備，用振動碾分層壓實。碾壓混凝土壩既具有混凝土體積小、強度高、防滲性能好、壩身可溢流等特點，又具有土石壩施工程序簡單、快速、經濟、可使用大型通用機械的優點。

碾壓混凝土壩還具有溫控措施簡單、施工快、水泥用量少、投資省等優點。碾壓混凝土技術應用于大壩建筑，始于20世紀70年代初，至80年代中期，全世界建成的碾壓混凝土壩有十多座。進入90年代以后，碾壓混凝土壩的數量增加較少，但是其筑壩技術得到了較大發展和提高，壩型也突破了單純重力壩的局限，出現了重力拱壩、拱壩等。特別是在我國近幾年以來，由于碾壓混凝土筑壩技術已較為成熟，碾壓混凝土壩的規模也迅速增加，同時碾壓混凝土大壩的高度和工程量也不斷增加，出現了許多碾壓混凝土高壩，前不久建成的湖北招徠河碾壓混凝土大壩高度達105m；目前我局正在修建的祿勸洗馬河二級水電站碾壓混凝土大壩的壩高為68m，碾壓混凝土工程量近10萬立方。

2 碾壓混凝筑壩的設計

碾壓混凝土壩的設計思想，原創于在允許的條件下，采用土石壩的施工方法進行干硬性混凝土的運輸、攤鋪、碾壓，以達到快速施工的目的。隨著實踐經驗的積累，碾壓混凝土壩的設計原理不斷獲得新的發展。

2.1 碾壓混凝土配合比

碾壓混凝土的配合比是借助于經驗并根據施工條件通過現場實驗來決定的。早期的碾壓混凝土壩大多采用膠凝材料用量較低的貧漿碾壓混凝土，水泥＋活性摻合料在100kg/m3以下，現在大多采用膠凝材料用量較高的富漿碾壓混凝土，水泥＋活性摻合料在150kg/m3以上。富漿碾壓混凝土壩是水電行業的發展趨勢。

綜合目前已建成的碾壓混凝土壩的平均水平，膠凝材料用量在150kg/m3以上的碾壓混凝土壩占絕對大多數，膠凝材料低于100kg/m3的碾壓混凝土壩較少。目前我國碾壓混凝土壩的平均膠凝材料用量是173kg/m3，其中水泥79kg/m3、活性摻合料94kg/m3。

近年來膠凝材料的概念也出現了新的變化。過去人們認為膠凝材料是指水泥加活性摻合料，最早使用的活性摻合料多為粉煤灰。隨后許多工程技術人員發現了更多有價值的摻合料，并認識到了適當的石粉摻量（7.5%左右）對提高碾壓混凝土強度具有一定作用。近年來出現了由多種活性摻合料混合而成的膠凝材料，其中可以完全沒有水泥成分，該技術雖然還不成熟，但在國外已有碾壓混凝土壩使用了這項新技術。

洗馬河二級水電站大壩碾壓混凝土采用膠凝材料用量較高的富漿碾壓混凝土水泥＋活性摻合料在150kg/m3以上，膠凝材料用量是172kg/m3，其中水泥86kg/m3、活性摻合料86kg/m3。

2.2 上游面的防滲

碾壓混凝土澆筑層間的水平縫是大壩滲水的主要通道，必須采取相應的措施，增加上游面的不透水性和耐久性。

碾壓混凝土防滲方式較多，具體有以下幾種：①在碾壓混凝土壩上游面設50cm左右的常態混凝土層防滲，常態混凝土與碾壓混凝土同步上升；②碾壓混凝土大壩直接使用碾壓混凝土防滲，在碾壓混凝土中摻入較高含量的無黏性細粉來提高碾壓混凝土的防滲性能；③碾壓混凝土大壩采用混凝土預制面板加PVC膜防滲；④碾壓混凝土大壩上游面澆筑30～50cm改性混凝土壩面作為大壩防滲面，并在大壩上游面2～3m條帶的碾壓混凝土攤時鋪灑水泥粉煤灰凈漿增加抗滲性能，其施工方法為：在每一層碾壓混凝土攤鋪后，向上游面30～50cm碾壓混凝土中摻入水泥粉煤灰凈漿后，用插入式振搗器振搗密實。碾壓混凝土大壩上游面設30～50cm改性混凝土壩面的防滲技術，由于其施工較為方便快捷、施工質量容易控制，故成為了國內近年來的主流防滲技術，洗馬河二級水電站的碾壓混凝土大壩也是采用了該項防滲技術，而且近期已建和在建的碾壓混凝土大壩多數采用該項防滲技術。

碾壓混凝土壩的防滲問題不可能僅靠上游壩面的防滲面板就可以完全解決。壩體防滲還可以通過合理的設計、施工進行控制，設計壩體內的排水廊道和集水井以及施工過程中優化碾壓混凝土配合比、控制攤鋪厚度、提高碾壓密實度、提高接縫處理質量等，均可提高碾壓混凝土壩體的防滲能力。當然也有部分碾壓混凝土大壩施工完成后、蓄水前對大壩上游防滲面涂刷一層防水涂層，但防水涂層的耐久性和抗腐蝕性是難以滿足永久性防滲要求的。

2.3 層間接縫

碾壓混凝土筑壩中的施工縫及冷縫是個薄弱環節，往往形成滲漏通道，影響抗滑體穩定，對縫面處理的要求較高。

水平施工縫和冷縫應進行處理，一般采用高壓水沖毛、機械刷毛和人工鑿毛等方法清除混凝土表面浮漿、乳皮及松動骨料（以露出砂粒、小石為準）。處理后，先均勻鋪一層厚1～1.5cm的高流動度水泥粉煤灰砂漿，然后進行上層混凝土攤鋪碾壓，并且上層碾壓混凝土須在砂漿初凝前鋪筑碾壓完成。

垂直施工縫進行人工鑿毛處理，毛面起伏差1～1.5cm，與碾壓混凝土連續時，用30～50cm的C20常態混凝土過渡。

2.4 壩體橫縫

碾壓混凝土橫縫的合理設計對避免碾壓混凝土壩體產生溫度裂縫具有重要作用。碾壓混凝土大壩橫縫縫距設計標準目前仍處于研究探索階段，大部分壩體橫縫設計是以經驗為依據的，早期的有些碾壓混凝土壩甚至不設橫縫，隨著碾壓混凝土筑壩技術的不斷發展，目前幾乎所有碾壓混凝土大壩都設橫縫，分縫的間距和成縫結構均得到了完善和提高。一般壩體分縫有機械切縫、模板分縫和誘導成縫。縫內填充材料有鍍鋅鋼板、合成縫板、瀝青浸木板以及接觸灌漿等。縫間一般要求設置銅止水和橡膠止水。

以洗馬河二級水電站碾壓混凝土雙曲拱壩為例，該拱壩壩頂曲線長160m、壩底長90m，設計了兩條橫縫，橫縫間距為50m，橫縫采用誘導成縫，縫內進行接觸灌漿。

3 碾壓混凝土施工技術

近年來碾壓混凝土筑壩技術在國內得到了迅速發展，在施工工藝、施工質量、施工水平及施工速度上均進行了不斷創新和發展，使國內碾壓混凝土施工水平達到了世界領先地位。

3.1 碾壓混凝土施工強度

碾壓混凝土因其具有施工速度快的優點，而得到了廣泛應用。近年來，大型碾壓混凝土大壩施工中，碾壓混凝土日澆筑上萬立方已經較為普遍。即使是在小型碾壓混凝土壩施工中，碾壓混凝土的日澆筑方量通常也能達到一千立方以上。一般情況下，只有混凝土拌和系統的生產能力足夠高的情況下，碾壓混凝土的施工強度可以是同等條件下常態混凝土施工強度的3倍以上。

3.2 碾壓混凝土的模板

早期的碾壓混凝土壩的施工采用常規移動模板和滑模，但隨著施工技術的不斷創新，常規移動模板和滑模已遠遠不能滿足碾壓混凝土的快速施工要求。目前國內大多數碾壓混凝土壩都采用連續翻升的懸臂模板。以洗馬河二級電站碾壓混凝土雙曲拱壩為例，采用了可連續翻升的懸臂模板，單套模板高1.8m、寬3m（0.75m+1.5m+0.75m）,水平方向設可調節系統，平直段長1.5m，可調節段長各0.75m，可調節度6～10cm。這種結構尺寸可適應壩體水平曲率變化大和豎向曲率變化大的特點。單套模板主要由面板系統、桁架系統、水平調節系統、豎向調節系統和錨固系統等組成。每組模板由上、下兩套組成，高3.6m，上下套之間采用節間調節裝置進行力的傳遞和實現俯仰調節功能。RCC的側壓力（倒懸部分RCC的自重）、機械自重及振動荷載等，通過面板系統傳遞給桁架系統，再由豎向調節系統傳力給其下一層模板的桁架系統，最后傳力給最下一層模板的錨固系統，并由錨固系統中埋置在RCC中的錨筋與RCC之間的握裹力來與之平衡。單塊模板的自重約為780kg，在大壩上升過程中，采用8T汽車吊在壩內工作面進行吊裝，人工配合安裝。

3.3 碾壓混凝土的入倉

碾壓混凝土的入倉方式有：自卸汽車直接入倉、深槽皮帶機、塔帶機以及真空負壓溜槽等。

使用自卸汽車運送碾壓混凝土直接入倉的方式最為方便、簡單和快捷，但該入倉方式對地形條件、交通條件及入倉高度均有限制，存在入倉道路的墊砟問題，且在入倉前必須沖洗輪胎，設置脫水路段。自卸汽車直接入倉方式可在大壩下部，倉面高程較低位置，且只能從大壩下游入倉，從上游入倉時會破壞上游防滲面的防滲效果而不采用。

深槽皮帶機入倉的方式可用于小型碾壓混凝土壩，其入倉方式簡單、進度易于控制，但通常其速度不夠快捷。

塔帶機輸送系統是方便快捷的運輸手段，可直接從拌和樓將混凝土運至倉面，但其維護和運行人員多、成本高，可用于大型碾壓混凝土壩的施工。

對于壩肩較陡的大壩，我國首創了負壓真空溜槽法輸送碾壓混凝土，該項技術在國內已經比較成熟，真空負壓溜槽的入倉方式由于其簡單、方便、成本低、易于操作，目前在國內得到廣泛使用。

3.4 碾壓混凝土的溫控

碾壓混凝土澆筑過程中的溫度控制同樣是防止溫度裂縫的關鍵。溫度控制措施有控制溫升、采用低熱水泥、增加活性摻合料用量、采取保溫措施、在適宜的氣候下澆筑、埋設冷卻水管以及預冷卻等方法。因碾壓混凝土澆筑倉面大，受周圍氣候的影響大，預冷卻法的效果不明顯，所以預冷卻法已經基本上不用。一般來說，碾壓混凝土施工氣溫在3～25℃較為合適。

3.5 碾壓混凝土的質量控制

目前常用的幾種主要質量控制方法為：①在混凝土拌合站及倉面，采用VC值測定儀適時測量碾壓混凝土的VC值，通過控制碾壓混凝土的VC值來控制碾壓混凝土的可碾性及配合比；②在碾壓過程中，用核子密度儀對碾壓混凝土的濕容重和壓實度進行監測；③碾壓混凝土的強度在施工過程中是以監測容重進行控制的，碾壓混凝土澆筑90天后，通過鉆孔取芯樣校核其強度是否滿足設計要求。