碾压混凝土坝防渗技术对策研究

摘要：近十几年来混凝土坝的发展逐渐趋向于碾压混凝土坝,而碾压混凝土坝是由薄层干贫混凝土碾压而成,上下层混凝土在施工过程中存在一定的时间间隙,导致层与层之间存在层面,升程与升程之间存在缝面,造成碾压混凝土坝形成大量水平施工缝的存在。本文介绍了碾压混凝土坝的特点和类型，探讨了碾压混凝土坝渗流控制对策。

关键词：碾压混凝土坝特点类型防渗技术对策

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

碾压混凝土坝渗漏问题会影响大坝的耐久性、美观性和水库水量的流失。层面上的长期积水和渗流还会慢慢改变层面的力学性质和渗流特性, 降低大坝的稳定性和安全性; 在冻融区层面积水还会损伤坝体表层, 加速坝体的老化过程。在传统的施工方法和目前的技术工艺水平下, 虽然可通过层面处理来减少层面的渗漏性, 但造价较高, 且不能充分发挥碾压混凝土快速施工的优势。因此, 寻求合适的渗控措施以提高碾压混凝土坝的抗渗能力, 是碾压混凝土筑坝技术发展的关键。

一、碾压混凝土坝概况

1、碾压混凝土坝的特点

碾压混凝土筑坝技术改变了以往柱状浇筑的常规混凝土筑坝技术，而是用振动碾压机在大仓面浇筑层面振动碾压施工。碾压混凝土筑坝材料采用超干硬性无坍落度的混凝土，为使压实机械将振动波传到层底，使每层上下部压实均匀，混凝土摊铺碾压的层厚一般为30～35 cm。碾压混凝土主要特点是水泥用量少、粉煤灰含量高的干贫性混凝土，采用与土石坝相同的运输和铺筑设备，薄层摊铺，振动碾压，逐层填筑。实质上是把混凝土坝结构、材料与土石坝施工方法的优越性进行综合，经过择优改进而成的一种筑坝新技术。

碾压混凝土属干、贫混凝土，干是指材料的用水量少，是超干硬性无坍落度混凝土，贫是指材料的水泥用量少，以较大掺量粉煤灰代替水泥，单位体积混凝土水泥用量比常态混凝土少，其单位体积所散发的水化热要比常态混凝土少，绝热温升也较低，具有温控简单的有利条件。

2、碾压混凝土坝的类型

碾压混凝土坝目前有三种主要类型：日本的RCD、美国的RCC 和中国的RCCD。虽然它们有许多共同点，但由于类型相异，因而形成三种筑坝方法，但各法都适应本国碾压混凝土坝型，是各国实践经验的总结，发展并形成了具有本国特色的筑坝技术。

作为一种新型的筑坝技术，其优越性已越来越明显。我国碾压混凝土筑坝起步虽然较晚，但发展较快，工程实践中积累了不少经验，也创造了一些新技术。随着碾压混凝土筑坝技术的发展，其应用领域将会扩展到水利水电以外的其他领域，如道路、机场等。

二、碾压混凝土坝渗流控制对策

1、提高混凝土层间胶结程度

层面渗透性的大小是层面渗流及渗透各向异性的决定因素,所以提高层面的胶结质量对碾压混凝土坝的渗流控制起着重要作用。选择合适的胶凝材料用量。一般来说,胶结效果随胶凝材料含量的增加而增强。但研究表明,当胶凝材料含量大于150kg/m3时,继续增加胶凝材料用量对提高碾压混凝土层面胶结质量的作用不明显。当胶凝材料过多时,反而会增大水泥水化热而易导致温度裂缝的产生。目前实际工程中胶凝材料的用量一般在150～220kg/m3。具体胶凝材料的用量,应以应力和稳定为主要依据,并由技术经济比选最终确定。

减少层面施工间隔时间。为保证碾压混凝土在初凝时间内(尤其是在夏季高温,水泥凝结时间变短的情况下)连续铺筑,除采用大掺量粉煤灰以降低水化热及延续凝结时间外,还常采用掺加减水缓凝剂的方法来满足要求。一般地,粉煤灰掺量大于50％,再加上以糖钙类为主的缓凝剂,在环境温度30℃左右时,混凝土的初凝时间大于8 小时,满足一般施工水平的要求。在选择糖钙类缓凝剂时,禁止使用硬石膏作为水泥调凝剂,并相应降低水泥中C3A 的含量,防止混凝土产生假凝及速凝。碾压混凝土选用的外加剂应能满足不同温度的施工要求,并用其剂量的大小来灵活调节凝结时间,使终凝后混凝土的强度能迅速增长。

该法碾压层面的倾斜坡度一般为1:10～1:20,对机械施工及碾压混凝土性状的影响极小。“平推”的方向一般平行于坝轴线,有利于层面的抗渗及抗力。升程高度与碾压坡度可根据仓面情况和碾压层厚具体调整,以取得适宜的层面间歇时间。另外,在斜层坡角处有一个局部水平段,主要是为了避免在此形成薄层尖角,解决坡角处骨料被压碎的问题。从江垭工程的实践看,二级配区碾压混凝土斜层平推铺筑混凝土平均透水率为0.0078Lu,而平层铺筑法段的平均透水率为0.0127Lu。需要指出的是,斜层平推铺筑法对工艺水平、组织管理及机械设备性能的要求较高,并不是简单地改变层面坡度施工就可以的。

加强层面处理与层面施工质量控制。当层面施工间隔时间超过碾压混凝土的终凝时间后,就必须进行层面处理。实践证明,只要控制得当,经过处理后的层面抗渗能力是有保证的。常见的层面处理方式有刷毛、铺水泥浆、铺水泥砂浆、铺碎石常态混凝土等,采用何种方式应根据具体工程情况而定。

施工过程中,应避免碾压层面受到污染减少骨料分离,要注意对层面的温度控制和养护工作,应尽可能地薄层碾压以利压实,还要有一套严格的现场施工管理与检测(查)规章制度以确保层面施工质量。

2、采用渗控结构措施

对碾压混凝土坝渗控而言,减少渗流量只是一个方面,更重要的是降低坝体内的渗透压力和提高大坝的耐久性。因此必须在坝上游面设置防渗体,在坝体内设置排水设施。目前,常采用以下防渗结构。

（1）常态混凝土“金包银”防渗结构

通常在碾压混凝土坝体与坝基之间浇筑一层常态混凝土垫层,在坝体上下游面设1.5～3.5 ｍ厚的常态混凝土作为防渗体,上下游防渗体常态混凝土与坝体碾压混凝土同步搭接浇筑上升。它防渗效果良好,可靠性高,但常态混凝土所占的比例过大,使得施工工艺复杂,制约了碾压混凝土快速施工。还有,防渗体易产生的贯穿性温度裂缝,严重影响防渗效果,目前已很少采用。

（2）常态混凝土薄层防渗结构

它是目前欧美较流行的一种防渗结构型式。在坝的上游面浇筑厚0.3～1.0 ｍ与碾压混凝土铺筑层相同厚度的常态混凝土,在其后约1～3 ｍ的碾压混凝土层面上铺设2.5～7.0cm 厚的细骨料常态混凝土或水泥砂浆垫层,下游面不设常态混凝土。由于常态混凝土的比例小,能较充分发挥碾压混凝土的优点,但薄层抗裂性能较差,结构的防渗效果有时不是十分理想。

（3）钢筋混凝土面板防渗结构

钢筋混凝土面板防渗结构通过面板的分缝来避免防渗体产生过大的温度应力,通过布设钢筋来限制裂缝的扩展,防渗效果良好。面板的施工既可以先于碾压混凝土的铺筑,达一定强度后作为碾压混凝土施工时的模板,也可以滞后于坝体铺筑,单独施工。它充分发挥碾压混凝土的施工优势,但钢筋混凝土面板分缝较多,必须布置严格的止水措施。还有,面板与坝体之间的力学相互作用比较复杂。

（4）碾压混凝土自身防渗

在坝上游面一定范围内使用小骨料、高胶凝材料含量的二级配碾压混凝土作为大坝的防渗体。它充分发挥了碾压混凝土的各种优势,但是二级配碾压混凝土中同样存在众多的层面,自身也为强渗透各向异性体,它只能降低大坝渗流量,单独无法有效地降低扬压力。由于层面终究是大坝中的抗渗弱面,库区静水压力水头全部作用在二级配混凝土层面上有损于大坝的耐久性。另外,层面施工质量的不确定,防渗效果也就难以保证,时有局部区渗流量过大的现象。因此,工程上一般多采用以碾压混凝土自身防渗为基础的联合防渗结构。

（5）变态混凝土防渗

变态混凝土防渗是在坝上游面一定的范围内碾压混凝土摊铺表面泼洒适量的水泥浆,或在施工层面掺加水泥浆,使该处的混凝土变成具有坍落度的准常态混凝土,然后用插入式振捣器进行密实,厚度通常为0.3～2.0 ｍ。用变态混凝土取代常态混凝土作为防渗结构能确保两种混凝土的同步上升,避免由于不能及时变换混凝土品种而使层面间隔时间过长,形成交界薄弱面甚至冷缝面的现象,同时大大减小了施工干扰,提高了进度。但在已建工程中有温度应力导致大坝浅层甚至贯穿于整个防渗体产生裂缝的教训。因此,须适当增加坝体的分缝数量,以及事先对大坝作专门的防渗限裂研究。

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