閻玉偉

（吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，長(zhǎng)春130021）

碾壓混凝土大壩設(shè)計(jì)施工的創(chuàng)新與發(fā)展趨向研究

閻玉偉

（吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，長(zhǎng)春130021）

碾壓混凝土大壩設(shè)計(jì)在大壩設(shè)計(jì)中屬于一種特殊的情況，其設(shè)計(jì)難度較大，涉及范圍很廣。在實(shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要結(jié)合工程實(shí)際，并積極引入創(chuàng)新的理念及先進(jìn)技術(shù)，使得大壩設(shè)計(jì)的科學(xué)性和大壩施工的質(zhì)量得到保證。論文主要對(duì)碾壓混凝土大壩設(shè)計(jì)施工的創(chuàng)新與發(fā)展趨向進(jìn)行了深入研究，以期為今后的大壩設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)。

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，大壩修建中使用碾壓混凝土的技術(shù)、材料以及施工工藝也得到了不斷的發(fā)展，人們對(duì)于碾壓混凝土的性能也有了一定的了解，這使得在進(jìn)行大壩設(shè)計(jì)施工的時(shí)候，碾壓混凝土被大量運(yùn)用于其中[1]。目前，在我國(guó)大壩修建中，碾壓混凝土已經(jīng)被充分運(yùn)用，對(duì)大壩質(zhì)量的保證起到了一定的作用。

2 大壩修建時(shí)的澆筑技術(shù)

在很多地區(qū)，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(duì)其采用特殊措施，就會(huì)導(dǎo)致層間接合成熟度達(dá)到最大化，進(jìn)而使得層間接合的強(qiáng)度降低，且還會(huì)使得層間的滲透性達(dá)到最低。對(duì)于低等地震區(qū)以及中等地震區(qū)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(dá)到足夠，且還會(huì)使得抗拉強(qiáng)度足夠。在氣候較為溫暖的地區(qū)，如果不對(duì)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(jié)度達(dá)到要求。對(duì)高地震區(qū)的大壩修建時(shí)，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(dá)到最大，并使得澆筑接縫的抗剪強(qiáng)度達(dá)到最佳[2]。經(jīng)過不斷的發(fā)展，為了使得澆筑層接縫的質(zhì)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(shù)已經(jīng)得到了不斷的改善。根據(jù)我國(guó)大壩修建的實(shí)際，創(chuàng)造出了一種斜層澆筑法，對(duì)于澆筑層質(zhì)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(shí)候，將其澆筑成斜坡單層，進(jìn)而形成較厚的碾壓混凝土，并將其向前推進(jìn)。這其中每個(gè)單層都是從本單層頂部向下發(fā)生傾斜，并延伸至前面一個(gè)厚塊頂部。每個(gè)單層的坡度都是根據(jù)大壩的澆筑面積以及工程的澆筑能力決定的。但是，在進(jìn)行澆筑的時(shí)候，需要確定的是澆筑時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間。在澆筑陡坡的時(shí)候，需要對(duì)層間澆筑的時(shí)間進(jìn)行有效減少。若澆筑的坡度太陡就會(huì)導(dǎo)致施工時(shí)所用到的設(shè)備被利用不夠充分，進(jìn)而導(dǎo)致澆筑效果難以達(dá)到。在澆筑完成之后，每個(gè)斜層都需要對(duì)其采用振動(dòng)進(jìn)而對(duì)其壓實(shí)。在進(jìn)行實(shí)際澆筑的時(shí)候，需要對(duì)每個(gè)斜層的澆筑時(shí)間都進(jìn)行縮短，進(jìn)而使得澆筑層中的接縫質(zhì)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(duì)已經(jīng)形成厚塊的碾壓混凝土表面，就需要使用墊層混合料對(duì)其進(jìn)行鋪設(shè)。我國(guó)開始使用這種方法是在20世紀(jì)末，這種方法也被稱為水平推進(jìn)斜層施工方法。運(yùn)用這種方法澆筑的最佳坡度起先為15∶1，而隨著技術(shù)的進(jìn)步，大壩坡度在20∶1也能夠使用該種方法[3]。而在現(xiàn)今，使用這種澆筑技術(shù)可以依據(jù)大壩的實(shí)際高程而確定。將大壩的坡度進(jìn)行設(shè)置主要是為了使得澆筑面足夠大，進(jìn)而使得在實(shí)際澆筑的時(shí)候，可以對(duì)施工中的各種設(shè)備進(jìn)行充分利用。另外，大壩坡度也可以使得澆筑面足夠小，進(jìn)而使得每層間的暴露時(shí)間在可控范圍之內(nèi)，一般為2～4h內(nèi)。我國(guó)第一個(gè)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(jìn)而實(shí)現(xiàn)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(yōu)點(diǎn)較多，但在實(shí)際使用時(shí)，也存在一定的缺點(diǎn)，與傳統(tǒng)的方法相比，大壩的坡度需要進(jìn)行更為復(fù)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(huì)出現(xiàn)更多的澆筑層邊緣，需要對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理。

3 土工膜襯砌護(hù)面系統(tǒng)

土工膜襯砌是碾壓混凝土大壩上游的護(hù)面材料，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)之后，不僅對(duì)于大壩的滲漏性能進(jìn)行很好的控制，而且還能降低大壩孔隙的壓力，進(jìn)而減少大壩所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，避免大壩出現(xiàn)開裂。

現(xiàn)今，在進(jìn)行碾壓混凝土大壩施工設(shè)計(jì)的時(shí)候，已經(jīng)使用到了兩種土工膜系統(tǒng)。首先，是在Willow Creek大壩中得到充分使用的系統(tǒng)，它是由預(yù)制混凝土的護(hù)墻板發(fā)展而來的。這種系統(tǒng)的關(guān)鍵是需要7.7～15.4cm的護(hù)墻板，并需要1.65～2.06mm土工膜襯砌，使其在護(hù)墻板的下游邊上貼附。另外，還需要錨桿，使得護(hù)墻板與碾壓混凝土得以有效連接。有些設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行土工膜襯砌的時(shí)候，會(huì)在襯砌以及碾壓混凝土之間設(shè)置土工織物，使得襯砌的排水作用得以發(fā)揮。在護(hù)墻板的周圍，還會(huì)使用熱焊將周邊的護(hù)墻板與襯砌進(jìn)行焊接，從而使得大壩的上游形成襯砌膜。這種方法在國(guó)外使用較多，被稱為Winchester方法。其次，是由意大利設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出來的一個(gè)產(chǎn)品，在現(xiàn)今的混凝土大壩施工中，可得到應(yīng)用。并且，現(xiàn)今這種系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于碾壓混凝土大壩的施工中。這種系統(tǒng)的關(guān)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(jìn)行垂直設(shè)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(jìn)行安裝。在混凝土與襯砌之間，應(yīng)該設(shè)置的土工織物。兩種土工膜襯砌系統(tǒng)示意見圖1。

圖1 土工膜襯砌系統(tǒng)示意圖

但是，就目前來看，土工膜襯砌護(hù)面系統(tǒng)也存在一定的爭(zhēng)議，很多專家認(rèn)為，這種護(hù)面系統(tǒng)對(duì)于碾壓混凝土大壩所產(chǎn)生的滲透作用并不好。他們認(rèn)為，之所以有些大壩在其中設(shè)置了這些系統(tǒng)，其大壩的運(yùn)行性良好，主要是與大壩中的其他因素產(chǎn)生了聯(lián)系。如在大壩的上層中添加鋪墊層，進(jìn)而使得大壩的滲漏性變好。

4 碾壓混凝土的運(yùn)輸以及和易性

對(duì)于碾壓混凝土的混合比進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)施工時(shí)所用到運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行有效改進(jìn)，可以使得碾壓混凝土的質(zhì)量以及混凝土的運(yùn)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(yùn)輸之間的關(guān)系

一般來說，碾壓混凝土的和易性與壓實(shí)到規(guī)定容重有很大的關(guān)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(yùn)輸都存在一定的聯(lián)系，因而對(duì)于混凝土的性能也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。 特別是在混凝土運(yùn)輸?shù)闹修D(zhuǎn)部位，碾壓混凝土經(jīng)常會(huì)發(fā)生離析現(xiàn)象。這些問題對(duì)于任何部位的碾壓混凝土管理都會(huì)造成一定程度的損傷，進(jìn)而造成其質(zhì)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(diǎn)。1）含水量

對(duì)于碾壓混凝土來說，其中所用到的常用測(cè)度就是貝氏值。若這些拌合物較干的話，就會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸?shù)碾y度更大。因而，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)離析的可能性也就更大?，F(xiàn)今，設(shè)計(jì)人員在對(duì)混凝土進(jìn)行攪拌的時(shí)候，已經(jīng)將攪拌的混凝土貝氏值設(shè)置為10～30s之內(nèi)。在這一范圍內(nèi)進(jìn)行的混凝土攪拌得到的混合料，運(yùn)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(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度也發(fā)生了降低。

2）含沙量

若混凝土中的含沙量較少，導(dǎo)致拌和料中的混凝土出現(xiàn)離析的可能性更大，對(duì)于混凝土運(yùn)輸?shù)碾y度進(jìn)行了加大。一般來說，現(xiàn)今在進(jìn)行大壩修建的時(shí)候，其中所用到的拌和料含沙量多為40%左右。在多數(shù)情況下，若在含沙量為50%時(shí)進(jìn)行拌和，就會(huì)導(dǎo)致拌和時(shí)，使用的膠漿量的提高，進(jìn)而使得控制水泥以及溫度時(shí)，所用到的成本增加。由此可見，對(duì)于大型的碾壓混凝土大壩來說，在修建的時(shí)候，只要對(duì)骨料級(jí)配和離析進(jìn)行合理控制，就應(yīng)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(shí)候，所用到的拌和料，其最大骨料粒徑多為7.6cm，甚至有時(shí)候用到的骨料粒徑更大。這種方式就是根據(jù)常規(guī)混凝土大壩施工的經(jīng)驗(yàn)決定的，它對(duì)于骨料破碎的成本可以進(jìn)行有效降低，并且，理論上也可以對(duì)于碾壓混凝土大壩的膠結(jié)材料含量進(jìn)行有效減少。

5 結(jié)語

就目前來看，碾壓混凝土已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。碾壓混凝土大壩設(shè)計(jì)和普通的大壩設(shè)計(jì)存在一定的區(qū)別，它其中包含更為豐富的內(nèi)容。因此，在設(shè)計(jì)施工碾壓混凝土大壩時(shí)，必須根據(jù)工程實(shí)際，嚴(yán)格按國(guó)家的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行工程的設(shè)計(jì)，才能使得大壩后續(xù)的運(yùn)行以及大壩的質(zhì)量得到保證。

[1]馬洪琪.我國(guó)壩工技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),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(qū)創(chuàng)新技術(shù)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(shù)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(shè)計(jì)；施工

roller compacted concrete; dam design; construction

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