碾压混凝土大坝设计施工的创新与发展趋向研究

阎玉伟

（吉林省水利水电勘测设计研究院，长春130021）

碾压混凝土大坝设计施工的创新与发展趋向研究

阎玉伟

（吉林省水利水电勘测设计研究院，长春130021）

碾压混凝土大坝设计在大坝设计中属于一种特殊的情况，其设计难度较大，涉及范围很广。在实际设计的时候，需要结合工程实际，并积极引入创新的理念及先进技术，使得大坝设计的科学性和大坝施工的质量得到保证。论文主要对碾压混凝土大坝设计施工的创新与发展趋向进行了深入研究，以期为今后的大坝设计提供一定的指导。

1 引言

随着科学技术的不断发展，大坝修建中使用碾压混凝土的技术、材料以及施工工艺也得到了不断的发展，人们对于碾压混凝土的性能也有了一定的了解，这使得在进行大坝设计施工的时候，碾压混凝土被大量运用于其中[1]。目前，在我国大坝修建中，碾压混凝土已经被充分运用，对大坝质量的保证起到了一定的作用。

2 大坝修建时的浇筑技术

在很多地区，碾压混凝土浇筑的厚度一般为0.3m左右。这种方法如果不对其采用特殊措施，就会导致层间接合成熟度达到最大化，进而使得层间接合的强度降低，且还会使得层间的渗透性达到最低。对于低等地震区以及中等地震区的大坝来说，一般只需要用到较少的垫层料就可以使得层间接合抗剪达到足够，且还会使得抗拉强度足够。在气候较为温暖的地区，如果不对其使用垫层混合料的话，就需要在其中加入缓凝剂。使得大坝上下层的黏结度达到要求。对高地震区的大坝修建时，需要注意：浇筑层的接缝需要使其充分垫底，并在其中使用缓凝剂，从而使得浇筑接缝的抗拉力达到最大，并使得浇筑接缝的抗剪强度达到最佳[2]。经过不断的发展，为了使得浇筑层接缝的质量得到有效的提高，且使得浇筑层的接缝有效减少，碾压混凝土技术已经得到了不断的改善。根据我国大坝修建的实际，创造出了一种斜层浇筑法，对于浇筑层质量的提高以及浇筑接缝的减少具有显著效果。

斜层浇筑方法主要指的是在浇筑的时候，将其浇筑成斜坡单层，进而形成较厚的碾压混凝土，并将其向前推进。这其中每个单层都是从本单层顶部向下发生倾斜，并延伸至前面一个厚块顶部。每个单层的坡度都是根据大坝的浇筑面积以及工程的浇筑能力决定的。但是，在进行浇筑的时候，需要确定的是浇筑时所花费的时间。在浇筑陡坡的时候，需要对层间浇筑的时间进行有效减少。若浇筑的坡度太陡就会导致施工时所用到的设备被利用不够充分，进而导致浇筑效果难以达到。在浇筑完成之后，每个斜层都需要对其采用振动进而对其压实。在进行实际浇筑的时候，需要对每个斜层的浇筑时间都进行缩短，进而使得浇筑层中的接缝质量得到显著提高。这样一来，浇筑层接缝就不需要使用垫层混合料。否则，在对已经形成厚块的碾压混凝土表面，就需要使用垫层混合料对其进行铺设。我国开始使用这种方法是在20世纪末，这种方法也被称为水平推进斜层施工方法。运用这种方法浇筑的最佳坡度起先为15∶1，而随着技术的进步，大坝坡度在20∶1也能够使用该种方法[3]。而在现今，使用这种浇筑技术可以依据大坝的实际高程而确定。将大坝的坡度进行设置主要是为了使得浇筑面足够大，进而使得在实际浇筑的时候，可以对施工中的各种设备进行充分利用。另外，大坝坡度也可以使得浇筑面足够小，进而使得每层间的暴露时间在可控范围之内，一般为2～4h内。我国第一个使用这种浇筑方法的大坝使用了约0.3m的斜坡子层，并将整块的厚度控制在3m，进而实现从坝肩到坝肩施工。需要注意的是，这种斜层浇筑方法虽然优点较多，但在实际使用时，也存在一定的缺点，与传统的方法相比，大坝的坡度需要进行更为复杂的控制才得以使用这种浇筑方法。并且，利用这种方法浇筑之后，大坝中会出现更多的浇筑层边缘，需要对其进行相应的处理。

3 土工膜衬砌护面系统

土工膜衬砌是碾压混凝土大坝上游的护面材料，对其进行科学合理的设计之后，不仅对于大坝的渗漏性能进行很好的控制，而且还能降低大坝孔隙的压力，进而减少大坝所产生的拉应力，避免大坝出现开裂。

现今，在进行碾压混凝土大坝施工设计的时候，已经使用到了两种土工膜系统。首先，是在Willow Creek大坝中得到充分使用的系统，它是由预制混凝土的护墙板发展而来的。这种系统的关键是需要7.7～15.4cm的护墙板，并需要1.65～2.06mm土工膜衬砌，使其在护墙板的下游边上贴附。另外，还需要锚杆，使得护墙板与碾压混凝土得以有效连接。有些设计人员在进行土工膜衬砌的时候，会在衬砌以及碾压混凝土之间设置土工织物，使得衬砌的排水作用得以发挥。在护墙板的周围，还会使用热焊将周边的护墙板与衬砌进行焊接，从而使得大坝的上游形成衬砌膜。这种方法在国外使用较多，被称为Winchester方法。其次，是由意大利设计师设计出来的一个产品，在现今的混凝土大坝施工中，可得到应用。并且，现今这种系统已经被广泛运用于碾压混凝土大坝的施工中。这种系统的关键因素主要是2.03～2.54mm的衬砌，将其安装在大坝上游。锚杆进行垂直设置，并将其固定在混凝土之中，它的作用是使得其在大坝的上游进行安装。在混凝土与衬砌之间，应该设置的土工织物。两种土工膜衬砌系统示意见图1。

图1 土工膜衬砌系统示意图

但是，就目前来看，土工膜衬砌护面系统也存在一定的争议，很多专家认为，这种护面系统对于碾压混凝土大坝所产生的渗透作用并不好。他们认为，之所以有些大坝在其中设置了这些系统，其大坝的运行性良好，主要是与大坝中的其他因素产生了联系。如在大坝的上层中添加铺垫层，进而使得大坝的渗漏性变好。

4 碾压混凝土的运输以及和易性

对于碾压混凝土的混合比进行改进，并对施工时所用到运输系统进行有效改进，可以使得碾压混凝土的质量以及混凝土的运输能力都得到有效提高。

4.1 碾压混凝土的和易性与碾压混凝土运输之间的关系

一般来说，碾压混凝土的和易性与压实到规定容重有很大的关系。但是，需要注意的是，碾压混凝土的和易性与混凝土搅拌以及混凝土运输都存在一定的联系，因而对于混凝土的性能也会产生一定的影响。 特别是在混凝土运输的中转部位，碾压混凝土经常会发生离析现象。这些问题对于任何部位的碾压混凝土管理都会造成一定程度的损伤，进而造成其质量受到影响。

4.2 碾压混凝土和易性的影响因素

一般来说，碾压混凝土和易性的影响因素主要有以下几点。1）含水量

对于碾压混凝土来说，其中所用到的常用测度就是贝氏值。若这些拌合物较干的话，就会导致运输的难度更大。因而，导致混凝土出现离析的可能性也就更大。现今，设计人员在对混凝土进行搅拌的时候，已经将搅拌的混凝土贝氏值设置为10～30s之内。在这一范围内进行的混凝土搅拌得到的混合料，运输难度较小。但是，在这种条件下，为了使得贝氏值得到有效降低，导致混凝土的强度也发生了降低。

2）含沙量

若混凝土中的含沙量较少，导致拌和料中的混凝土出现离析的可能性更大，对于混凝土运输的难度进行了加大。一般来说，现今在进行大坝修建的时候，其中所用到的拌和料含沙量多为40%左右。在多数情况下，若在含沙量为50%时进行拌和，就会导致拌和时，使用的胶浆量的提高，进而使得控制水泥以及温度时，所用到的成本增加。由此可见，对于大型的碾压混凝土大坝来说，在修建的时候，只要对骨料级配和离析进行合理控制，就应该使用较低的含沙量拌和料。

3）最大骨料粒径

以前在修建碾压混凝土大坝的时候，所用到的拌和料，其最大骨料粒径多为7.6cm，甚至有时候用到的骨料粒径更大。这种方式就是根据常规混凝土大坝施工的经验决定的，它对于骨料破碎的成本可以进行有效降低，并且，理论上也可以对于碾压混凝土大坝的胶结材料含量进行有效减少。

5 结语

就目前来看，碾压混凝土已经被广泛应用。碾压混凝土大坝设计和普通的大坝设计存在一定的区别，它其中包含更为丰富的内容。因此，在设计施工碾压混凝土大坝时，必须根据工程实际，严格按国家的相关规定进行工程的设计，才能使得大坝后续的运行以及大坝的质量得到保证。

[1]马洪琪.我国坝工技术的发展与创新[J].水力发电学报,2014(6):1-10.

[2]田育功,付波,杨溪滨,王小林.大坝混凝土材料与分区创新技术综述[J].水利水电施工,2015(4):8-13.

[3]王翠艳.水利工程中大坝碾压混凝土施工技术的探讨[J].黑龙江科技信息,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.

碾压混凝土；大坝设计；施工

roller compacted concrete; dam design; construction

阎玉伟（1973～），男，吉林梨树人，高级工程师，从事水利工程设计与研究，（电子信箱）382910110@ qq.com。