论碾压混凝土筑坝技术研究进展

摘要：本文阐述了碾压混凝土施工技术的现状及发展，以及我国碾压混凝土筑坝技术的发展历程和特点。

关键词：碾压混凝土施工技术；现状及发展；经济性

中图分类号： TU74 文献标识码： A 文章编号：

引言

碾压混凝土是近几十年发展起来的一种新型混凝土，在筑坝施工中采用沿坝体平面通仓薄层摊铺碾压。该技术是基于土石坝施工方法中的一种干硬性混凝土坝的施工方法，即采用振动碾对干硬性混凝土通过在坝体的铺筑、碾压而成型的工艺。碾压混凝土筑坝技术的基本特点是：使用水泥、火山灰质掺和料或惰性填料、水、外加剂、砂和分级控制的粗骨料拌制成无塌落度的干硬性混凝土，采用与土石坝施工相同的运输及铺筑设备，用振动碾分层压实。碾压混凝土坝既具有混凝土体积小、强度高、防渗性能好、坝身可溢流等特点，又具有土石坝施工程序简单、快速、经济、可使用大型通用机械的优点。

1. 我国碾压混凝土施工技术的现状及发展

碾压混凝土技术是干硬性混凝土利用土石坝施工工艺，以振动碾压实的一种新的混凝土施工技术，突破了传统的混凝土大坝柱状浇筑法。它具有机械化程度高，缩短工期，简化施工程序，节省投资等特点，成为水利水电工程大坝首选坝型之一。随着深入的试验研究，原材料、混凝土配合比及施工机械、施工工艺的改进，先进科学的设计理论和实践，碾压混凝土筑坝技术不断提高，日趋完善，解决了各类问题：采用高掺粉煤灰等外掺料，选用适宜水泥、砂石骨料、优质复合型外加剂、核子水分-密度仪国产化研制；石料对碾压混凝土性能的影响规律；对碾压混凝土拌和、运输、摊铺、压实的机械设备不断改进，调整了混凝土稠度Vc值的控制范围；坝体防渗结构的演化发展；在混凝土摊铺、浇筑及分缝处理，分层碾压、模板工程等施工工艺不断改进和提高，研究了变态混凝土、斜层平摊铺筑、诱导缝施工及恶劣环境下的施工技术等新工艺，进一步提高了碾压混凝土大坝的质量，对垂直、水平及其他方向的混凝土芯样检查，芯样已达10m（若不受钻孔机具限制，可能会更长），压水试验的透水率平均水于1Lu，抗剪断试验的破环面不在层面结合面，观测仪器的数值均证实大坝运行正常，大坝渗漏、变形值与常规混凝土相同。在大坝设计方面也有很大突破，除重力坝外，还设计采用了拱坝、包括设计指标很先进的双曲拱坝。

2.碾压混凝土的特点及筑坝的经济性

2.1碾压混凝土的特点

碾压混凝土有以下特点:①混凝土是超干硬性的，以便于振动压实机械进行振动压实；②混凝土的单位水泥用量很少；③可以大比例地掺拌和料(一般为粉煤灰)，粉煤灰的掺量为30%~40%。我国沙溪口水电站碾压混凝土的粉煤灰掺量高达56%；美国粉煤灰的掺量更高，一般为70%左右；而日本则低一些，一般为30%左右。

2.2碾压混凝土筑坝的经济性

(1)劳动强度降低，熟练工人可以减少。用传统方法浇筑混凝土要用振捣器平仓和振捣，而碾压混凝土用推土机平仓，振动碾压实，劳动强度可降低。碾压混凝土横缝不用模板成型，熟练工人可以减少。如美国坝高为55m，碾压混凝土方量为35×104m3的柳溪坝，整个工地只有72个工人，分两班施工，工期为300d。

(2)材料、设备可以节约。传统方法浇筑的混凝土，水泥用量一般为160kg/m3左右，而碾压混凝土大多数为70~90kg/m3左右(另有掺合料)。美国的盖尔斯维尔坝水泥用量为53kg/m3，而柳溪坝只用了47kg/m3左右；日本的岛地川坝和真野坝水泥用量为80kg/m3；中国的坑口水电站水泥用量为60kg/m3。因水泥用量的减少，降低了混凝土的发热量，大体积混凝土的温度控制措施基本可以取消，这样温控材料及费用都可以节约。施工模板根据日本岛地川及大川坝的统计，分别可以节约44%及55%。在设备方面，碾压筑坝法主要采用土石坝的通用机械作业。如柳溪坝整个工地，只有2台振动碾，3辆铲运机，1台推土机和几辆洒水车。整个工地的施工井然有序。

(3)生产效率提高，工期缩短。岛地川坝统计混凝土日平均浇筑量，碾压法较传统法可提高24%，大川坝常规法浇筑需要540d，碾压法只要270d。1985年在美国，一座高51m，坝顶长285m，体积约为17.6×104m3的混凝土坝———盖尔斯维尔坝在45d之内建成了，这是迄今为止，建设速度最快的一座坝高超过50m的混凝土坝。该坝原设计是土石坝，1982年在美国建成的第一座碾压混凝土坝———柳溪坝具有很大的吸引力。在这以后，对盖尔斯维尔坝重新设计，发现如用碾压混凝土筑坝可以比土石坝节省200万(相当于总投资的15%)，故改用碾压混凝土筑坝。再如，我国建成的第一座全碾压混凝土坝———坑口水电站，与常规的混凝土筑坝方法相比，可节省水泥44%，综合造价降低16%，工期缩短1/2。我国原水电部赴日考察组的评价认为:碾压混凝土筑坝较常规的混凝土筑坝方法相比，可以节约20%~25%的投资，工期可以提前20%左右。美国、日本的学者和专家们认为，与传统筑坝方式相比，碾压混凝土筑坝工期可大致缩短1/3，投资可大致减少1/2。

3.碾压混凝土筑坝技术的优越性

碾压混凝土作为一种干硬性混台材料，无塌落度，有别于常规混凝土；施工方法接近于土石坝的填筑方法，采用通仓薄层铺料，振动碾压实；而常规混凝土施工多采用柱状分块，插入式振捣。无论在材料消耗、施工效率，还是在本身性能方面，碾压混凝土施工技术，都有明显的优越性。

3.1施工速度快，节约工期，工程发挥效益快

3.1.1与常规混凝土相比

碾压混凝土坝结构尺寸与一般常规混凝土坝相似，但坝体结构简单，可不设冷却水管，使用土石坝填筑机械，提高了施工机械化程度，远比常规混凝土浇筑速度快一般来说，坝体上升速度可达到lm／d，中低型碾压混凝土坝可在一个枯水期内完工，百米级碾压混凝土坝可在两个枯水期内完工，与常规混凝土坝相比，可提前1年完工。

3.1.2与土石坝相比

碾压混凝土断面小、结构紧凑、工程量小，又采用土石坝相同的施工机械，自然可缩短工期，同样的坝体，可比土石坝缩短工期1／3。

3.2经济效益

3.3.1与常规混凝土坝相比

a．碾压混凝土不设纵缝，只在上、下游坝面安装模板(碾压混凝土重力坝下游面还可不安装模板，而由预制混凝土块代替)，从而节约了模板工程量。

b．碾压混凝土中水泥用量少，用粉煤灰或其他活性材料替代，降低了混凝土水化热，从而降低了混凝土的绝热温升，不但节约了材料费用，而且简化了温控措施。

c．碾压混凝土坝体结构简单，薄层铺筑，连浇碾压，施工速度快，节约了工期，使工程能提前发挥效益。

3.2.2与土石坝相比

a．碾压混凝土坝比土石坝体积小(同高度时)，建筑材料省，料场征地费用和运输费用可大大降低。且用土石坝相同的施工机械，碾压混凝土浇筑速度可接近土石坝的填筑速度，可以大大缩短工期，提前发挥效益。

b．碾压混凝土坝基宽度小，坝址选择的灵活性也相对较大，减少了开挖量和基础处理费用，施工导流设施和泄洪建筑物长度也较短。

c．碾压混凝土结构简单，其他附属建筑物可与坝体接合，减少了工程量。

d．碾压混凝土汛期可利用坝体过水，减少了其他导流设施规模和相关费用。

3.2.3将来需进一步研究的一些问题

a．高碾压混凝土坝采用全断面碾压、上游采用变态混凝土防渗尚有顾虑，采用何种最佳防渗结构有待进一步探索。

b．碾压混凝土材料的耐久性问题：由于已建成的坝高最大的工程运行仅10多年，老化问题尚未完全明朗，特别是高粉煤灰掺量的影响以及抗冻、防裂性能的提高有待进行系统研究。

c．高碾压混凝土拱坝的分缝结构及灌浆处理，尚有一些问题不够明确，还要通过实践认真总结经验，提出一套实际可行的方案。在高温地区和低温地区施工碾压混凝土，如何改进温控措施，避免出现混凝土温度裂缝，尚需进一步研究。

e．碾压混凝土的层面仍是坝体的薄弱环节，如何进行施工全过程控制或改进施工工艺有待进一步研究。

4.结语

（1）碾压混凝土筑坝技术作为一种新工艺，在我国20多年的试验、研究以及应用中，已取得了丰硕的成果。可以说，碾压混凝土筑坝技术的优越性是非常明显的，不但节约了工期，工程提前发挥了效益，而且充分利用了资源(粉煤灰)，减少了环境污染。我国在碾压混凝土坝设计、试验研究以及施工工艺方面已居世界前列。

（2）碾压混凝土作为一种特殊的混凝土，有其自身的特点和局限性。在推广碾压混凝土筑坝技术的同时，不应忘记其适用的外部条件，要充分考虑其经济合理性，通盘分析所建某种坝型的成本和效益。

参考文献:

[1] 李海标.浅谈碾压混凝土的质量控制[J].科技资讯，工程技术，2009.

[2] 周科志，张朝康.浅谈我国碾压混凝土筑坝技术特点[J].四川水力发电，2010.

[3] 王晨羽.大坝碾压混凝土表面缺陷及裂缝的处理[J].中国科技信息，工程，2007.