套用學科
電力(一級學科);水工建築(二級學科)水利科技(一級學科);水工建築(二級學科);擋水建築物(三級學科)
定義
採用零坍落度混凝土分薄層攤鋪,經振動碾碾壓而成的混凝土壩。
特徵
與常態混凝土壩相比,具有以下主要特徵:①採用坍落度接近於零的超乾硬性混凝土修築壩的主體。②採用自卸汽車、皮帶輸送機、真空溜槽或管道運送熟料上壩。③澆築時不分縱縫,有的用振動切縫機造橫縫,有的採用預製混凝土模板等貫通成縫或間斷成誘導縫,有的甚至不設橫縫而全斷面通倉澆築。④用推土機平倉,振動碾壓實等。⑤溫控措施簡化。
工藝
碾壓混凝土壩施工工藝程式簡單,水泥和模板用量少,薄層大倉面澆築碾壓,減少分縫分塊,便於連續施工,簡化溫控措施,因而施工速度快,工期短,工程費用低。即使考慮到防滲等設施的投資,碾壓混凝土壩仍遠較常態混凝土壩經濟。自20世紀70年代末期以來,碾壓混凝土壩技術得到了迅速發展,不僅適用於混凝土重力壩,也適用於混凝土拱壩,但在樞紐布置和壩體設計時,應儘可能減少穿過壩體的孔洞,否則,施工干擾大,採用碾壓混凝土不一定有利。
碾壓混凝土壩的剖面設計、水力設計、應力和穩定分析(需增加對碾壓混凝土層面的覆核)與常態混凝土壩相同,但在材料、結構和施工方面存在不同的形式和方法,以適應碾壓混凝土的特點。
壩體材料
膠凝材料的用量遠少於常態混凝土,但變幅較大,有的只有60~70kg/m³,有的達240~250kg/m³,一般在120~160kg/m³之間。其中,粉煤灰、礦渣或其他活性摻和料在膠凝材料中所占比重一般為30%~60%,有的高達70%。按膠凝材料用量不同可分為4類:①高膠碾壓混凝土壩,膠凝材料用量在150kg/m³以上,高摻量粉煤灰。②中膠碾壓混凝土壩,膠凝材料用量為100~149kg/m³,不少國家如中國、南非、西班牙也採用高摻量粉煤灰。③日本碾壓混凝土壩,膠凝材料用量一般為120kg/m³或130kg/m³,低量摻粉煤灰(一般只摻30%)。④低膠碾壓混凝土壩,膠凝材料用量低於99kg/m³。為防止骨料分離,骨料的最大粒徑大都小於80mm,並需級配良好。砂率在30%左右。水膠比一般在0.45~0.7之間。外加劑用量為膠凝材料的0.25%左右。在施工現場,常以碾壓混凝土的稠度(即振動密度時間VC值,以s計)作為碾壓質量控制指標,通常採用低VC值。中國根據自己的國情和設計、施工經驗,形成了“中膠凝材料、高摻粉煤灰、低水泥用量、低VC值”的配合比設計原則。
壩體結構
因防滲措施不同而有不同的結構型式,大致可歸納為3種。
⑴壩面常態混凝土防滲型。僅將碾壓混凝土用於壩體內部,而在壩體的上、下游面和壩頂以及靠近基岩面澆築3m左右的常態混凝土作為防滲層、保護層和墊層,形成所謂“金包銀”式。日本的RCD都屬這種類型。壩體設橫縫,橫縫迎水面的止水和壩體排水管均設在常態混凝土內,碾壓混凝土部分的橫縫,在碾壓前或碾壓後凝固前用振動切縫機造成。橫縫中間用聚氯乙烯板充填或白鐵皮插入。這種類型如圖1所示,基本上是從常態混凝土壩演變而來。這種形式防滲、防裂、防凍性能較好,但水泥用量多,施工干擾大,縮短工期、降低造價的效益較差。日本的島地川壩、玉川壩等所有的碾壓混凝土壩均屬這種類型。
⑵壩體碾壓混凝土防滲型。利用常態混凝土預製模板兼作壩面保護層或用滑動模板在內側澆築0.3~0.6m厚的薄常態混凝土以輔助防滲。壩體內部碾壓混凝土採用高膠時,防滲性能較好,否則較差。它構造簡單,施工方便,建造速度快,但防滲、抗裂性能稍差。美國的柳溪(Willow Creek)壩、中福克(Middle Fork)壩、上靜水(Upper Stillwater)壩等屬這種形式。
施工程式
鋪砂漿,入倉,平倉,壓實,切縫,沿縫碾壓。施工特點:採用乾貧混凝土;大量摻加粉煤灰,以減少混凝土發熱量;採用薄壁澆築;採用溫控措施和表面防裂措施。
影響質量因素
乾濕度控制、卸料(落差不大於2m,堆料高不大於1.5m)、平倉、碾壓(每碾壓層至少在6個不同點每2h時至少檢測一次)、養護與防護。