碾压混凝土坝施工技术探讨

陈林

（辽宁省大伙房水库管理局，辽宁 抚顺 113007）

碾压混凝土坝融合了常态混凝土坝和碾压土石坝的长处，具有节约水泥用量，简化施工工艺，机械化程度高，施工速度快和工程造价低等优点，因而在国内外得到了广泛的应用[1]。

碾压混凝土最早由美国加州大学的Raphael教授于20世纪70年代提出的。1975年，巴基斯坦在塔贝拉坝的紧急加固和保护处理工程中首次采用了碾压混凝土。1981年日本建成了世界上第一座“金包银”式的碾压混凝土重力坝—岛地川坝。1982年美国建成了世界上第一座全碾压混凝土重力坝—柳溪坝[2]。此后，碾压混凝土筑坝技术在世界范围内得到了长足的发展。

我国的碾压混凝土筑坝技术是从1980年起步的。20多年来，经过广大科研工作者和设计、施工专业人员的不懈努力，碾压混凝土筑坝技术在我国已经非常成熟，截至2004年，已建成的碾压混凝土坝64座，还有不少的碾压混凝土围堰工程。目前，我国的碾压混凝土筑坝技术已达到世界领先水平[3]。

1 施工技术的优点

碾压混凝土作为一种干硬性混合料，无塌落度，施工方法接近于土石坝的填筑方法，采用通仓薄层铺料，振动碾压压实。与常规混凝土相比，无论在材料消耗、施工效率，还是其本身性能等方面都有明显的优越性[3]。

1）施工速度较快。碾压混凝土坝的断面尺寸与常态混凝土坝相似，但混凝土的水泥用量少、坝体结构简单、不设纵缝、不以横板形成横缝、使用土石坝施工机械，所以浇筑速度比常态混凝土坝快。日本的玉川坝采用自卸卡车运输混凝土至坝址附近，经斜坡道入仓，用21个月的时间浇筑了100万m3的混凝土，比用吊罐入仓缩短工期5～7个月。该坝冬季5个月不施工，因此实际缩短工期约1年左右。我国岩滩水电站主坝于1989年11月10日创造了10 681 m3/d的最高浇筑强度。

碾压混凝土坝和土石坝相比，具有断面小、工程量少，又采用与土石坝相同的施工机械，所以碾压混凝土坝比土石坝工期短。美国芒克斯维勒坝设计比较了4种坝型，认为碾压混凝土坝的工期只有土石坝的—半[4]。

2）工程造价较低。和常态混凝土相比，碾压混凝土坝节约了模板工程量。根据玉川坝的估算，碾压混凝土坝可节约模板费用30%，同时节省了冷却、接缝灌浆费用。玉川坝节省水泥11%，混凝土单价降低10%左右。坑口坝碾压混凝土单价为同标号常态混凝土单价的88%。天生桥二级碾压混凝土单价为常态混凝土单价的77%。

和土石坝相比，碾压混凝土坝体积小、坝基宽度小，减少了开挖和基础处理范围，缩短了施工导流及泄洪建筑物的长度。而且把泄洪建筑物布置在河床内，不必像土石坝那样在河床外另设溢洪道。由于中小型碾压混凝土坝可在几个月内碾压完毕，大大降低施工导流标准。另外，碾压混凝土坝施工期间如遇洪水漫顶，造成的损失也相对较小，如澳大利亚克赖格本坝，施工期洪水漫过正在施工的碾压混凝土坝体，洪水过后见到只有2 d龄期的混凝上表面遭到损坏，只花了5 d时间又恢复了施工。岩滩围堰和隔河岩围堰都曾在建成当年漫顶过水，均末发现明显破坏[4]。

2 施工中应注意的问题

2.1 层面处理

层面处理是影响碾压混凝土坝安全稳定的一个重要问题，尤其是高坝尤为重要。解决此问题除了处理好骨料离析问题和改善层面条件以外（如保持层面湿润、清除层面上浮浆皮、松散物和过量集水及污物），要求着重控制好碾压混凝土的初凝时间。初凝时间是根据实测时间并考虑铺筑环境温度、日晒、表面保护等因素确定。我国不少碾压混凝土坝参考国外经验，用成熟度（即表面温度与暴露时间的乘积）来控制初凝时间。坑口碾压混凝土重力坝对层面处理的经验是：当气温在13℃以下、层面间隔时间在16 h以内时，不做任何处理直接在碾压混凝土层面上铺筑上层混凝土；当层面间隔时间超过16 h，且在24 h以内时，在层面铺筑1.5 cm厚的水泥砂浆再铺筑上层碾压混凝土；当层面间隔时间超过24 h，则用低压水冲洗混凝土层面，并铺筑1.5 cm厚的水泥砂浆后再铺筑上层碾压混凝土[5]。

2.2 防渗

2.2.1 采用斜层铺筑法提高层间抗渗能力

根据对国内外已建碾压混凝土坝的运行观测，总体来说碾压混凝土筑坝技术是成功的，但普遍都存在渗漏问题[4]。形成坝体渗漏的一个主要原因是，碾压混凝土坝是采用大面积薄层碾压而成的层状结构，层面抗剪强度及抗渗能力均低于混凝土本体，是影响坝体渗漏的关键因素。

碾压混凝土斜层铺筑法是相对传统的铺筑方法而言的，即将传统的水平摊铺碾压层改为1∶10～1∶20的斜层。1996年在江垭工程中，经过坝内外几次试验和测试，于1997年11月份在较大仓面正式采用斜层铺筑法施工，层间间隔时间由平层铺筑法的6～7 h缩短为2～4 h，混凝土质量达到或超过传统的平层铺筑法，最大单仓混凝土量达3.5万m3。江垭工程采用斜层铺筑法浇筑碾压混凝土45.5万m3，占碾压混凝土总量的41.1%。目前，斜层铺筑法的优点已被广泛认可，该法可以利用有限的资源实施大仓面的施工，并可缩短层间间隔时间，特别是高温多雨条件下。采用斜层坡度合理、平推方向合适的斜层平推铺筑法施工的碾压混凝土，其层面抗渗能力可以达到或接近碾压混凝土本体的抗渗性能，使碾压混凝土本身即可承担起坝体防渗的任务，不再需要其他的辅助防渗措施[6]。

2.2.2 自防渗技术

碾压混凝土的防渗形式主要有以下3种类型：“金包银”模式、碾压混凝土自防渗、在坝的上游面另做防渗层等。自普定拱坝成功采用二级配碾压混凝土自防渗技术以来，当前在我国已普遍采用第二种模式，即采用三级配碾压混凝土做大坝主体，其上游采用二级配碾压混凝土作防渗结构，在坝体上游面采用二级配富胶凝材料碾压混凝土自身防渗。如大朝山、大花水等百米高坝，均没有在坝上游面另做防渗层。

近年来，水电八局在昆明红坡碾压混凝土重力拱坝施工实践中，通过优化混凝土配合比设计，加强层间结合处理和施工工艺控制等，实现了全断面三级配碾压混凝土的自防渗。这是碾压混凝土施工技术的一个新突破。红坡碾压混凝土重力拱坝自1999年竣工以来正常运行至今，防渗效果良好。此后，水电八局在世界上最高碾压混凝土拱坝沙牌大坝的上部也成功地采用了这一技术[7]。

2.3 完善和拓展变态混凝土

坝体结构物周边及坝基（肩）部位受钢筋、模板拉筋或基岩的限制，实施碾压混凝土非常困难，一般需配备小型碾压设备处理，这就大大降低了碾压混凝土整体施工效率。1989年岩滩碾压混凝土围堰施工时，将一定浓度的水泥浆洒入靠近模板的碾压混凝土中，用插入式振捣器振捣，这便是变态混凝土的初级阶段。在江垭大坝工程施工中，进一步完善了变态混凝土的浆液浓度和掺入比例。同时，变态混凝土应用范围扩大，除基岩面以外的碾压混凝土，包围的结构物周边及模板边缘均采用了变态混凝土。由于变态混凝土的“变”是在仓面最终完成，拌和楼不必频繁变换混凝土类型，做到了与碾压混凝土同步上升，使得碾压混凝土施工更加简洁流畅。江垭大坝工程采用制浆站集中制浆，通过管道输送到仓面，浆液水灰比为0.7，浆液与碾压混凝土的比例为1∶9[1]。

2.4 温控措施

碾压混凝土坝综合了混凝土坝的安全性和土石坝的高效率施工特性，但在许多已建工程中却不同程度地存在裂缝，严寒地区的碾压混凝土坝裂缝尤为严重。裂缝降低了碾压混凝土的完整性、抗渗性和耐久性，降低了大坝的安全度。研究表明，碾压混凝土坝的温度应力是导致坝体裂缝的主要因素，因此，施工期对温度应力和温度进行控制是预防混凝土裂缝、保证大坝安全的重要措施。高碾压混凝土重力坝和高碾压混凝土拱坝在施工期和运行期的坝体温度场、徐变应力场、温度应力场的分布规律和随时间的分布规律也有别于一般的碾压混凝土重力坝，特别是在严寒干旱地区，冬季长间歇施工及恶劣的气候条件，使高碾压混凝土坝具有独特的温度应力时空分布规律，温控防裂难度更大，因此，高碾压混凝土坝温控防裂是当前迫切需要研究解决的课题[8]。

在温度控制方面，彭水、龙滩等工程均采用了高效空气冷却器及两次风冷技术、辅以片冰机制冰、少量掺冰的预冷碾压混凝土生产工艺。已建的中低碾压混凝土坝基本上依靠低温季节多浇混凝土（特别是基础约束部位）夏季浇筑上部混凝土通常辅助以仓面喷雾、保湿、成品料堆防晒等常规措施，并普遍采用初期通水冷却降温措施。混凝土的侧面永久保温已由过去的挂草席、布帘改为粘贴聚乙烯保温板或覆盖PEP保温被等具有良好保温性能的化工产品。在仓面施工中，新型仓面喷雾机的研制应用，有利于形成仓面小气候。预冷碾压混凝土和预埋聚乙烯冷却水管初期通水冷却降温施工工艺先后在大朝山、沙牌、索风营、大花水、龙滩等碾压混凝土工程施工中得到了广泛应用，促进了碾压混凝土夏季施工这一重大课题的解决[7]。

3 待探索问题

1）寒冷地区高碾压混凝土坝的控温防裂。针对寒冷干旱地区的气候条件及该地区碾压混凝土坝特殊的施工方法，研究其温度场及温度应力的时空分布变化规律，就干旱条件下水分散失理论进行深入的研究，以确定现场碾压混凝土的各项指标(VC值、水胶比及单位用浆量等)是否满足设计要求。针对目前碾压混凝土坝温度徐变应力仿真计算尚待解决的问题进行研究。研究有效的防裂措施，以解决碾压混凝土坝的温度裂缝问题[8]。深入研究和完善高温和严寒季节碾压混凝土施工温控技术，探索中、低碾压混凝土坝经济适用的温控措施[4]。

2）促进碾压混凝土的快速施工技术。隧着坝的规模增大，要求的施工强度也愈益增大。应用于中、小型工程的施工机械往往满足不了高施工强度的需要。近年来对于连续拌和及连续运输浇筑的兴趣日益增长，正是出于形势发展的需要[4]。

3）碾压混凝土的耐久性。低水泥用量与高粉煤灰掺量使混凝土的初期强度降低，但随着龄期增长、强度得到发展，以至后期(如180，365 d)强度会高于常态混凝土的强度。然而直至目前为止，这种混凝土的长期(例如50年、100年)性能到底如何还不清楚，因为最老的碾压混凝土坝才不过10多年。开展碾压混凝土坝耐久性的研究尽管是因难的，然而是十分必要的[4]。

4）高陡边坡大坝施工技术。依托工程实践进行高陡边坡条件下混凝土垂直运输入仓方式及新工艺、新设备的研究，为日益增多的高山峡谷地区高坝建设创造条件[6]。

4 结语

碾压混凝土坝结合了常态混凝土坝和碾压土石坝各自的优势，具有施工速度快、工程造价低的特点，目前已由低坝发展到高坝、由重力坝发展到拱坝，并且在围堰工程中也得到了广泛应用。我国的碾压混凝土坝施工技术在整体上处于世界领先水平。

碾压混凝土坝施工要注意处理好不同层面之间的结合质量，并应利用合理的施工方法和自防渗来提高整个坝体的抗渗能力，同时必须采取有效的控温防裂措施。

随着我国水电事业的发展，更高、更复杂的碾压混凝土坝不断涌现，围绕严寒地区、施工条件复杂地段碾压混凝土坝的施工技术，展开新材料、新工艺、新设备的研究具有重要意义。

[1]宫凌杰.碾压混凝土施工综述[J].东北水利水电，2009，27（1）：17-19.

[2]孟庆义.水电站碾压混凝土筑坝施工质量控制[J].中小企业管理与科技，2009（34）：150-151.

[3]徐伟，梁学文，张玉清.北方碾压混凝土坝研究与发展[J].安徽农业科学，2007，35（12）：3758-3759，3761.

[4]杨康宁.碾压混凝土坝施工[M].北京∶水利电力出版社，1997.

[5]陈宗梁.我国碾压混凝土筑坝技术的发展及其主要特点[J].水利水电技术，1993（2）：12-14，32.

[6]周宜红，蒋忠，张泽武.碾压混凝土坝防渗技术对策研究[J].中国农村水利水电，2008（8）：55-58.

[7]涂怀健，黄巍.碾压混凝土筑坝施工技术综述[J].水利学报，2007.

[8]侍克斌，毛远辉，牛景太.高碾压混凝土坝在严寒干旱地区的温控探讨[J].水力发电，2007，33（1）：29-30.