碾壓混凝土大壩設(shè)計施工的創(chuàng)新與發(fā)展趨向

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１.富漿碾壓混凝土

　　富漿碾壓混凝土（ＧＥＲＯＣ）已廣泛地在中國應(yīng)用于大壩的下游護面和貼靠模板、巖石壩肩以及在諸如止水等埋件處的ＲＣＣ澆筑。同樣亦已用于約旦的Ｔａｎｎｕｒ壩，哥倫比亞的Ｍｉｅｌ １號壩，澳大利亞的Ｃａｄｉａｎｇｕｌｌｏｎｇ壩，也許還有其他的地方。對此項技術(shù)在Ｏｌｉｖｅｎｈａｉｎ壩進行了澆筑試驗，且正在美國密西西比州維克斯堡的陸軍工程師兵團實驗室內(nèi)和弗吉尼亞州西部的休斯河北汊壩進行研究。

１.１ＧＥＲＣＣ的發(fā)展

　?。牵牛遥茫玫拈_發(fā)是為增強其和易性和耐久性，以便用于領(lǐng)拉模板處、止水等埋件周圍、領(lǐng)拉巖石壩肩表面處和ＲＣＣ大壩的上游和下游護面。 澆筑ＧＥＲＣＣ的過程是將水泥膠漿加入到ＲＣＣ的混合物中去，使之完全改變其成分。在理論上，水泥膠漿按比例分布在ＲＣＣ中，產(chǎn)生一種混合物，此混合物的特性和傳統(tǒng)的非加氣混凝土的特性相似。澆筑ＧＥＲＣＣ的典型施工過程包括下列步驟：

在已壓實的ＲＣＣ澆筑層表面澆一層水泥膠漿墊層；

在墊層混合料之上攤鋪ＲＣＣ；?

在未碾壓的ＲＣＣ澆筑層表面上攤鋪水泥膠漿；?

用振搗器搗實ＧＥＲＣＣ；?

　　壓實ＲＣＣ澆筑層的其余部分。?

　　雖然這一過程似乎比較簡單，但存在一些潛在的毛病，將在以后加以討論。?

１.２美國的富漿澆筑試驗

　　近年來，在美國ＧＥＲＣＣ已大力發(fā)展起來。雖然較早地做過澆筑試驗，但有關(guān)ＧＥＲＣＣ最近的使用經(jīng)驗是在ＡｔｌａｎｔａＲｏａｄ壩、Ｏｌｉｖｅｎｈａｉｎ壩和休斯河北汊壩取得的 Ａｔｌａｎｔａ　Ｒｏａｄ壩的試驗是應(yīng)用板狀打夯機以代替振搗器從外部壓實混凝土。

１.３Ｏｌｉｖｅｎｈａｉｎ壩試驗澆筑的經(jīng)驗

　　Ｏｌｉｖｅｎｈａｉｎ大壩的ＲＣＣ澆筑試驗包括ＧＥＲＣＣ作為護面系統(tǒng)和作為ＲＣＣ與巖石的接觸面的壩肩處理兩種情況的研究。該過程的第一步是選定ＧＥＲＣＣ的目標配合比?；旌狭显O(shè)計過程的基本途徑是將ＲＣＣ改變成坍落度約為７～１０ｃｍ ，抗壓強度為２０.６ＭＮ／ｍ２的非加氣常規(guī)混凝土。采用ＡＣＩ２１１中的標準慣例 ，ＧＥＲＣＣ要求膠結(jié)材料的含量約２８１.７ｋｇ／ｍ３和含水量１６９ｋｇ／ｍ３。由于ＲＣＣ配合比是預(yù)先確定的，因此水泥漿的配合比和水泥膠漿與ＲＣＣ的比率即為獲得理想的ＧＥＲＣＣ混合料的剩余變量，這些值是計算得出的。表１所示的水泥膠漿、ＲＣＣ和ＧＥＲＣＣ各自的配合比是第一次澆筑試驗用的。

　　為了澆筑和壓實ＧＥＲＣＣ，試用了好幾種方法。第一種方法是首先攤鋪ＲＣＣ，接著沿模板在ＲＣＣ上刮出一條３．８ｃｍ 深，０．９ｍ寬的凹槽。再將膠漿注入該槽，用一個直徑為６．３５ｃｍ的Ｍｉｃｏｎ型高周波振島器（１０８００次／ｍｉｎ）進行振搗。對于第一次試驗，大多數(shù)灰漿留在表面沒有滲入或與ＲＣＣ混合。

　　第二次試驗是ＥＴＭｉｃｏｎ型高周波的振島器進行的。這次試驗僅在ＲＣＣ頂部鋪少部分膠漿，以便更好地觀察ＲＣＣ對內(nèi)部振搗作用的反映。將水加入ＲＣＣ中，使ＲＣＣ的貝氏值（ＶｅＢｅｔｉｍｅ）從２５ｓ降至１５ｓ。根據(jù)第二次試驗的觀測，高周波振島器既沒有搗實ＲＣＣ又沒有把灰漿混合到混合料中，在振島器插入ＲＣＣ的地方還留有一個敞口洞。

　　另外還用ＧＥＲＣＣ作護面系統(tǒng)進行過兩次試驗。使用２臺７．６ｃｍ直徑的Ｍａｌｏｎ型風(fēng)動振島器做這些試驗。振搗器成組安裝在反鏟上，間距０．３ｍ。風(fēng)動振島器傳給的能量比高周波振搗器的能量大得多，且能在振島器幾英寸范圍內(nèi)搗實ＲＣＣ。但是振島器抽出后仍留有空洞，搗實似乎不完全，且搗實部位僅局限于振搗周圍。?

　　根據(jù)對護面系統(tǒng)內(nèi)部振動的試驗結(jié)果，決定取消用ＧＥＲＣＣ進行Ｏｌｉｖｅｎｈａｉｎ大壩壩肩處理試驗。由于ＧＥＲＣＣ混合料的貝氏值為１５～２０ｓ，這表明它太干燥，不能用內(nèi)部振動的方法完全搗實。因此膠漿也難以滲入和適當(dāng)?shù)幕旌稀？梢缘贸鼋Y(jié)論：為了使ＧＥＲＣＣ能完全搗實，則要求貝氏值更低，這就會導(dǎo)致具體ＲＣＣ的強度比壩內(nèi)要求的強度低。還可以得出結(jié)論：要使ＧＥＲＣＣ獲得成功，碾壓混凝土混合料 可能必須具有足夠的和易性，以利于插入振搗也能單獨搗實，并使灰漿滲入和混和。

１.４到目前為止的結(jié)論

　?。牵牛遥茫玫某晒仓坪跣枰浠旌狭嫌休^好的和易性（貝氏值≤１０ｓ）和需要相對較高的膠結(jié)材料。甚至在這些條件下，許多專家都認為ＧＥＲＣＣ有高度的可變性，因為把膠漿置于ＲＣＣ表面和用振搗器來混合膠漿和ＲＣＣ的方法欠妥。還有，企圖在ＧＥＲＣＣ內(nèi)加氣，到現(xiàn) 在為止是不成功的澆筑試驗和休斯河北汊壩做的后續(xù)試驗將幫助進一步確定其使用潛力和確認獲得滿意的現(xiàn)場產(chǎn)品所必需的施工程序。

２澆筑技術(shù)

　　在美國，ＧＥＲＣＣ施工澆筑層的厚度通常為０．３ｍ。除非采取特殊措施，此方法導(dǎo)致層間接合成熟度最大從而使層間接合強度和滲透性最低。對于低到中等地震區(qū)的大壩，通常只需用很少的墊層料就能獲得的層間接合抗剪和抗拉強度。在暖和氣候條件下，如果不用墊層混合料，則需要加入緩凝劑使上下層充分粘結(jié)。澆筑層接縫充分墊底 和使用緩凝劑對于位于高地震區(qū)的大壩是十分需要的，以便使?jié)仓涌p的抗拉和抗剪強度最大。

　　在過去數(shù)年中，為提高澆筑層接縫的質(zhì)量，使?jié)仓咏涌p數(shù)最少，ＲＣＣ澆筑方法已大為改進。這些包括分壩段或梯級壩段施工法，厚層澆筑，和由中國創(chuàng)造的斜層澆筑法。

２.１分壩段或梯級壩段施工

　　在美國，新近的幾座ＲＣＣ大壩，包括ＢｉｇＨａｙｎｅｓ，ＰｅｎｎＦｏｒｅｓｔ和ＨｕｎｔｉｎｇＲｕｎ大壩已經(jīng)全部或部分采用分壩段的方式進行施工，類似于常規(guī)重力壩施工方法。對于分壩段施工，橫向伸縮縫的一個或多個壩段先施工，然后轉(zhuǎn)移到另一個壩段或一組壩段工作。

　　梯級壩段法先澆筑升高一個或多個壩段的幾層，然后澆相鄰的壩段。此法的主要好處是：在有效工作范圍內(nèi)快速澆筑各層使?jié)仓拥慕雍铣墒於饶茱@著地降低。其結(jié)果是澆筑層接縫抗拉和抗剪強度增加，可以減少冷縫墊層混合料的用量。另外，此法允許在一個區(qū)域施工時，另一個區(qū)域可同時進行開挖、廊道施工、鉆孔和最后沖洗或其他工作。分壩段和梯級壩段施工的缺點是：工作區(qū)的未端需要模板，通向澆筑面更加困難，對護面施工可能有影響。

２.２厚層澆筑

　　較厚水平澆筑層的施工主要受供料系統(tǒng)、鋪料等設(shè)備的容量限制。所以水平澆筑層０．３ｍ厚已經(jīng)或多或少地變?yōu)槭澜缧詷藴柿?。?dāng)厚層澆筑不需要增加澆筑層接縫的抗剪強度時，這種方法確定可減少澆筑層接縫數(shù)目。更厚的澆筑層既可通過單個厚層澆筑完成，也可通過分層澆筑ＲＣ Ｃ完成一個較厚的澆筑層，類似于１５年前在ＥｌｋＣｒｅｅｋ大壩采用的施工程序。在 Ｅｌｋ?。茫颍澹澹?，ＲＣＣ按１５．３ｃｍ厚鋪料，每層分別用推土機壓實。澆筑了４層后共６１ｃｍ厚的澆筑層用振動碾壓機壓實。在ＥｌｋＣｒｅｅｋ，較厚澆筑層的成功壓實既要求其貝氏值低（８～１０ｓ），又需對１５．３ｃｍ厚的每層鋪料用推土機充分壓實 。根據(jù)核子密度試驗結(jié)果，壓實實質(zhì)上是推土機單獨完成。?

　　對層厚大于０．３ｍ的ＲＣＣ澆筑研究是最近在Ｏｌｉｖｅｎｈａｉｎ大壩完成的試驗澆筑合同的一部分。進行了厚度為３８、４６和６１ｃｍ的澆筑層研究實驗。用一個澆筑層的厚度為４６ｃｍ分２層鋪料的操作進行廣泛的試驗。如在ＥｌｋＣｒｅｅｋ大壩，對較厚的澆筑層，要使它充分密實，需要較低的貝氏值。Ｏｌｉｖｅｎｈａｉｎ大壩厚層澆筑試驗采用的貝氏值大約是１４～１ ６ｓ。除了采用較低的貝氏值之外，還需用２０ｔ振動碾壓機碾壓８遍以完成壓實過程，達 到可接受的水平。作為比較，對于由單層鋪料而成的0.3m厚的澆筑層，用１０ｔ重的振動碾 壓機壓８遍，已達到充分密實。于是決定：ＲＣＣ按更厚的澆筑層澆筑，不適合于Ｌｌｉｖ ｅｎｈａｉｎ工程，部分原因是未壓實材料暴露在干、熱氣候中的部分增多，由重碾壓機所致的對澆筑層上部的損害，且需要增加拌和水以便提供必要的貝氏值。還要增加水的用量，以滿足需要的強度。雖然Ｏｌｉｖｅｒｈａｉｎ大壩工程沒有采用更厚的層，但是厚的澆筑層施工對其他工程可能是一種可行的選擇。?

２.３斜層澆筑

　　這種澆筑方法，是采用澆筑許多斜坡單層的辦法形成厚塊ＲＣＣ而向前推進的，各單層都從本塊頂 部向下斜延到前一厚塊的頂部。各子層的坡度是根據(jù)澆筑能力和澆筑面積規(guī)定的，而要確定 的是澆筑每一層所需的時間。陡坡降低層間澆筑時間，但太陡會造成施工設(shè)備利用不夠充分 。每斜層都用振動碾壓實。目標是降低每斜層的澆筑時間，從而提高澆筑層接縫質(zhì)量而不使用墊層混合料。?

　　斜層施工方法１９９７年首先在中國的江埡樞紐使用。此法叫做“水平推進斜層施工法”。此工程的最佳坡度是從１５（水平）∶１（垂直）變到２０∶１依大壩的高程而定。設(shè)置坡度是為了提供一個足夠大的澆筑面以便有效地利用施工裝備，同時又要使?jié)仓孀銐蛐∫员闶姑繉拥谋┞稌r間保持在２～４ｈ。 在江埡樞紐用了０．３ｍ厚的斜坡子層，整塊總厚為３ｍ，從壩肩到壩肩推進施工。?

　　雖然ＲＣＣ的斜層法澆筑有好多優(yōu)點，但也有缺點：與傳統(tǒng)的ＲＣＣ澆筑方法比較，需較復(fù)雜的坡度控制和有更多的澆筑層邊緣要處理。