再论新概念碾压混凝土坝的设计

再论新概念碾压混凝土坝的设计
曹楚生

摘要：结合我国近年来在碾压混凝上坝和常态混凝上坝的进展，再论新概念碾压混凝土坝。这种混凝土介于碾压混凝土和常态混凝土之间，由稠度(VC 值)不同的零坍落度混凝土构成。主要利用振动碾压实，在边缘、孔洞、接近基岩和有钢筋部位可使用VC值较低的零坍落度混凝土以高频振捣器密实。这样全坝或全断面都采用零坍落度混凝土，可免除目前常在碾压混凝土坝中另设置常态混凝土或改性混凝土的分区。对这种新概念碾压混凝土坝的特点和设计中应注意的事项作简要的阐述。

关键词：新概念碾压混凝土；常态混凝上；坍落度；稠度(VC值)；设计

l 新概念碾压混凝土坝的提出

　　1970 年前后，国内外相继出现了一些公路路面、机场跑道等使用碾压混凝土的报导。这种碾压混凝土在凝固前的稠度较稠，它的坍落度＝o(或称干硬性混凝土)，用土坝碾压方法进行施工，即混凝土的运输从传统的料罐改用自卸汽车，振捣器密实改用振动碾碾压。1961年我国台湾石门坝的围堰心墙和1975年巴基斯坦塔贝拉修复工程都采用上法施工。这是最早在水坝局部出现的碾压混凝土。至1980～1984年日本、英国和美国相继建成了岛地川、霍尔比姆伍德和柳溪等碾压混凝土坝。1986—1989年我国相继建成了坑口、天生桥二级、龙门滩、潘家口下池坝等碾压混凝土坝。它们的特点是高掺粉煤灰、低水泥用量、坝体不分纵横缝、全断面浇筑，在迎水面或加沥青砂浆防渗，或加补偿收缩混凝土，或二级配混凝土，或在碾压?昆凝土面上浇洒水泥等浆液。笔者等通过潘家口和石漫滩两坝的设计以及室内和现场试验研究，提出了一种新概念(或新内涵)碾压混凝土坝，分别于1995年前后在西班牙召开的国际碾压混凝土会议及杂志上发表了多篇沦文 (见参考文献)。

2 我国碾压混凝土坝的进展和技术进步

　　我国碾压混凝土坝起步较晚，1986年建成第一座坑口碾压混凝土坝后，即迎来我国碾压混凝土坝的建设高潮。迄今短短10年中建成了不同型式、不同风格和具有中国特色的碾压混凝土坝40余座，高度突破100m的有8座；碾压混凝上拱坝有8座，其中1994年建成了普定第一座碾压混凝土拱坝，最高的是沙牌拱坝，高度达132m。我国的碾压混凝土坝不仅在数量上、高度上，而且在技术上都位居国际前列(见表1)。表1以建成时间为序，列出20座国内外碾压混凝土坝有关参数和特征。随时间的推移，最大坝高发展到200m级，从重力坝发展到拱坝，甚至薄拱坝，坝的质量越来越高。从表1所列出碾压混凝土坝的有关参数看，胶凝材料即水泥和粉煤灰的用量逐渐增大，而稠度VC值(或工作度、干硬度)逐渐更稀，从20±10s逐渐向1～3s、3～5s等发展。坝体型式由金包银(即外部用常态混凝土，内部用碾压混凝土)逐步向外部浇洒水泥等浆液以减低混凝土的稠度(即和易性、工作度等)．使能以振捣密实，有称加浆混凝土、有称改性混凝土，亦有改用低稠度(VC值)零坍落度混凝土等。碾压混凝土坝近年来取得了显著的进展。

2.1 碾压混凝土坝的稠度VC值和混凝土的坍落度

　　自从上世纪80年代以来，在坝工中除常态混凝土坝(混凝土坝)外，又出现了碾压混凝土坝。随着各自的密实机具(即振捣棒和振动碾)功能的提高，前者(即常态混凝土)随着振捣棒功率、频率和振幅的逐渐加大，使振捣棒能在坍落度更小(即稠度更稠)的混凝土中工作，国外和我国混凝土工程，如二滩拱坝中混凝土坍落度已从过去的5～7、3～5cm降至l～3cm以内，使混凝土的质量提高并可减少水泥用量；后者(即碾压混凝土)在初创期，由于振动碾功率的很大，希望取得更好的效益，尽量加大混凝土的稠度，除要求坍落度为零外，在早期的工程中要求它们的稠度VC值如日本等在20±10s左右，而在国内也在5～15s左右。而从近年来稠度VC值有逐渐降低趋势(5—8s左右或更小)，同时还要适当加大水泥或胶凝材料的含量，可以大大加强碾压混凝土的抗渗性能。从上可知：原本前者的稠度较低，后者的稠度较高，近年来它们发展背道而驰，前者坍落度趋近零，已降至3～1CHl，而后者的VC值降至5～日s或更小。这说明两者的稠度逐渐靠拢，但总的看来后者碾压混凝土的稠度仍比前者常态混凝土要稠一些，一般说来它的水泥或胶凝材料含量要少些，从经济和快速施工方面看，碾压混凝土仍占上风，但其抗渗、耐久等性能上则较差。两种混凝土坝表面上背道而驰，但都异途同归。如VC值降至3s以下用振动碾压就会有沉陷而呈弹簧状况，达不到压实效果。美国]987年曾在上静水坝面层中采用坍落度为o.6～1.8Cm的混凝土，成功地以高频振捣器进行密实，取得了较好效果。我国二滩工程大面积施工中，采用了组合式高频振捣棒，使大坝坍落度降至2～3cm。这说明如加大振捣棒直径、功率、频率及压重等情况下，有可能在零坍落度混凝土的边沿部位使用。经在潘家门下池坝、石漫滩坝中试验，在坍落度为零的范围内，VC值降至1～3s，使用高频振捣棒也是可行的。这样,两种不同VC值混凝土性质趋于接近。