碾壓混凝土大壩設計施工的創新與發展趨向研究

閻玉偉

（吉林省水利水電勘測設計研究院，長春130021）

碾壓混凝土大壩設計施工的創新與發展趨向研究

閻玉偉

（吉林省水利水電勘測設計研究院，長春130021）

碾壓混凝土大壩設計在大壩設計中屬于一種特殊的情況，其設計難度較大，涉及范圍很廣。在實際設計的時候，需要結合工程實際，并積極引入創新的理念及先進技術，使得大壩設計的科學性和大壩施工的質量得到保證。論文主要對碾壓混凝土大壩設計施工的創新與發展趨向進行了深入研究，以期為今后的大壩設計提供一定的指導。

1 引言

隨著科學技術的不斷發展，大壩修建中使用碾壓混凝土的技術、材料以及施工工藝也得到了不斷的發展，人們對于碾壓混凝土的性能也有了一定的了解，這使得在進行大壩設計施工的時候，碾壓混凝土被大量運用于其中[1]。目前，在我國大壩修建中，碾壓混凝土已經被充分運用，對大壩質量的保證起到了一定的作用。

2 大壩修建時的澆筑技術

在很多地區，碾壓混凝土澆筑的厚度一般為0.3m左右。這種方法如果不對其采用特殊措施，就會導致層間接合成熟度達到最大化，進而使得層間接合的強度降低，且還會使得層間的滲透性達到最低。對于低等地震區以及中等地震區的大壩來說，一般只需要用到較少的墊層料就可以使得層間接合抗剪達到足夠，且還會使得抗拉強度足夠。在氣候較為溫暖的地區，如果不對其使用墊層混合料的話，就需要在其中加入緩凝劑。使得大壩上下層的黏結度達到要求。對高地震區的大壩修建時，需要注意：澆筑層的接縫需要使其充分墊底，并在其中使用緩凝劑，從而使得澆筑接縫的抗拉力達到最大，并使得澆筑接縫的抗剪強度達到最佳[2]。經過不斷的發展，為了使得澆筑層接縫的質量得到有效的提高，且使得澆筑層的接縫有效減少，碾壓混凝土技術已經得到了不斷的改善。根據我國大壩修建的實際，創造出了一種斜層澆筑法，對于澆筑層質量的提高以及澆筑接縫的減少具有顯著效果。

斜層澆筑方法主要指的是在澆筑的時候，將其澆筑成斜坡單層，進而形成較厚的碾壓混凝土，并將其向前推進。這其中每個單層都是從本單層頂部向下發生傾斜，并延伸至前面一個厚塊頂部。每個單層的坡度都是根據大壩的澆筑面積以及工程的澆筑能力決定的。但是，在進行澆筑的時候，需要確定的是澆筑時所花費的時間。在澆筑陡坡的時候，需要對層間澆筑的時間進行有效減少。若澆筑的坡度太陡就會導致施工時所用到的設備被利用不夠充分，進而導致澆筑效果難以達到。在澆筑完成之后，每個斜層都需要對其采用振動進而對其壓實。在進行實際澆筑的時候，需要對每個斜層的澆筑時間都進行縮短，進而使得澆筑層中的接縫質量得到顯著提高。這樣一來，澆筑層接縫就不需要使用墊層混合料。否則，在對已經形成厚塊的碾壓混凝土表面，就需要使用墊層混合料對其進行鋪設。我國開始使用這種方法是在20世紀末，這種方法也被稱為水平推進斜層施工方法。運用這種方法澆筑的最佳坡度起先為15∶1，而隨著技術的進步，大壩坡度在20∶1也能夠使用該種方法[3]。而在現今，使用這種澆筑技術可以依據大壩的實際高程而確定。將大壩的坡度進行設置主要是為了使得澆筑面足夠大，進而使得在實際澆筑的時候，可以對施工中的各種設備進行充分利用。另外，大壩坡度也可以使得澆筑面足夠小，進而使得每層間的暴露時間在可控范圍之內，一般為2～4h內。我國第一個使用這種澆筑方法的大壩使用了約0.3m的斜坡子層，并將整塊的厚度控制在3m，進而實現從壩肩到壩肩施工。需要注意的是，這種斜層澆筑方法雖然優點較多，但在實際使用時，也存在一定的缺點，與傳統的方法相比，大壩的坡度需要進行更為復雜的控制才得以使用這種澆筑方法。并且，利用這種方法澆筑之后，大壩中會出現更多的澆筑層邊緣，需要對其進行相應的處理。

3 土工膜襯砌護面系統

土工膜襯砌是碾壓混凝土大壩上游的護面材料，對其進行科學合理的設計之后，不僅對于大壩的滲漏性能進行很好的控制，而且還能降低大壩孔隙的壓力，進而減少大壩所產生的拉應力，避免大壩出現開裂。

現今，在進行碾壓混凝土大壩施工設計的時候，已經使用到了兩種土工膜系統。首先，是在Willow Creek大壩中得到充分使用的系統，它是由預制混凝土的護墻板發展而來的。這種系統的關鍵是需要7.7～15.4cm的護墻板，并需要1.65～2.06mm土工膜襯砌，使其在護墻板的下游邊上貼附。另外，還需要錨桿，使得護墻板與碾壓混凝土得以有效連接。有些設計人員在進行土工膜襯砌的時候，會在襯砌以及碾壓混凝土之間設置土工織物，使得襯砌的排水作用得以發揮。在護墻板的周圍，還會使用熱焊將周邊的護墻板與襯砌進行焊接，從而使得大壩的上游形成襯砌膜。這種方法在國外使用較多，被稱為Winchester方法。其次，是由意大利設計師設計出來的一個產品，在現今的混凝土大壩施工中，可得到應用。并且，現今這種系統已經被廣泛運用于碾壓混凝土大壩的施工中。這種系統的關鍵因素主要是2.03～2.54mm的襯砌，將其安裝在大壩上游。錨桿進行垂直設置，并將其固定在混凝土之中，它的作用是使得其在大壩的上游進行安裝。在混凝土與襯砌之間，應該設置的土工織物。兩種土工膜襯砌系統示意見圖1。

圖1 土工膜襯砌系統示意圖

但是，就目前來看，土工膜襯砌護面系統也存在一定的爭議，很多專家認為，這種護面系統對于碾壓混凝土大壩所產生的滲透作用并不好。他們認為，之所以有些大壩在其中設置了這些系統，其大壩的運行性良好，主要是與大壩中的其他因素產生了聯系。如在大壩的上層中添加鋪墊層，進而使得大壩的滲漏性變好。

4 碾壓混凝土的運輸以及和易性

對于碾壓混凝土的混合比進行改進，并對施工時所用到運輸系統進行有效改進，可以使得碾壓混凝土的質量以及混凝土的運輸能力都得到有效提高。

4.1 碾壓混凝土的和易性與碾壓混凝土運輸之間的關系

一般來說，碾壓混凝土的和易性與壓實到規定容重有很大的關系。但是，需要注意的是，碾壓混凝土的和易性與混凝土攪拌以及混凝土運輸都存在一定的聯系，因而對于混凝土的性能也會產生一定的影響。 特別是在混凝土運輸的中轉部位，碾壓混凝土經常會發生離析現象。這些問題對于任何部位的碾壓混凝土管理都會造成一定程度的損傷，進而造成其質量受到影響。

4.2 碾壓混凝土和易性的影響因素

一般來說，碾壓混凝土和易性的影響因素主要有以下幾點。1）含水量

對于碾壓混凝土來說，其中所用到的常用測度就是貝氏值。若這些拌合物較干的話，就會導致運輸的難度更大。因而，導致混凝土出現離析的可能性也就更大。現今，設計人員在對混凝土進行攪拌的時候，已經將攪拌的混凝土貝氏值設置為10～30s之內。在這一范圍內進行的混凝土攪拌得到的混合料，運輸難度較小。但是，在這種條件下，為了使得貝氏值得到有效降低，導致混凝土的強度也發生了降低。

2）含沙量

若混凝土中的含沙量較少，導致拌和料中的混凝土出現離析的可能性更大，對于混凝土運輸的難度進行了加大。一般來說，現今在進行大壩修建的時候，其中所用到的拌和料含沙量多為40%左右。在多數情況下，若在含沙量為50%時進行拌和，就會導致拌和時，使用的膠漿量的提高，進而使得控制水泥以及溫度時，所用到的成本增加。由此可見，對于大型的碾壓混凝土大壩來說，在修建的時候，只要對骨料級配和離析進行合理控制，就應該使用較低的含沙量拌和料。

3）最大骨料粒徑

以前在修建碾壓混凝土大壩的時候，所用到的拌和料，其最大骨料粒徑多為7.6cm，甚至有時候用到的骨料粒徑更大。這種方式就是根據常規混凝土大壩施工的經驗決定的，它對于骨料破碎的成本可以進行有效降低，并且，理論上也可以對于碾壓混凝土大壩的膠結材料含量進行有效減少。

5 結語

就目前來看，碾壓混凝土已經被廣泛應用。碾壓混凝土大壩設計和普通的大壩設計存在一定的區別，它其中包含更為豐富的內容。因此，在設計施工碾壓混凝土大壩時，必須根據工程實際，嚴格按國家的相關規定進行工程的設計，才能使得大壩后續的運行以及大壩的質量得到保證。

[1]馬洪琪.我國壩工技術的發展與創新[J].水力發電學報,2014(6):1-10.

[2]田育功,付波,楊溪濱,王小林.大壩混凝土材料與分區創新技術綜述[J].水利水電施工,2015(4):8-13.

[3]王翠艷.水利工程中大壩碾壓混凝土施工技術的探討[J].黑龍江科技信息,2014(1):204.

The design of roller compacted concrete dam is a special case, which is difficult to design, and the scope is very wide. In the actual design, the need to combine engineering practice, and actively introduce innovative ideas and advanced technology, so that the dam design of the scientific nature and the quality of the construction of the dam is guaranteed. In this paper, the design and construction of roller compacted concrete dam design and construction of the innovation and development trend of in-depth study, in order to provide some guidance for the future design of the dam.

碾壓混凝土；大壩設計；施工

roller compacted concrete; dam design; construction

閻玉偉（1973～），男，吉林梨樹人，高級工程師，從事水利工程設計與研究，（電子信箱）382910110@ qq.com。