碾压混凝土拱坝的相关文献综述

碾压混凝土拱坝的相关文献综述 一.碾压混凝土的发展 1.1概述 碾压混凝土，就是采用碾压器械碾压干硬性混凝土来浇筑的一种混凝土，通过碾压振动，使混合料振碾到微湿（液化）状态，使其工作度达到一定数值。由于其特干硬性的材料特点和碾压成型特点，使其具有节约水泥、收缩小、施工速度快、强度高等技术经济优势1。 20世纪60年代，世界各国开始碾压混凝土试验研究，我国于80年代初开始探索碾压混凝土筑坝技术，对碾压混凝土筑坝技术的研究和运用虽然起步较晚但发展速度比较快。我国在借鉴国外碾压混凝土筑坝技术的基础上根据实际情况加以突破，如国外对于碾压混凝土坝的坝体设计一般体型都比较庞大，我国根据成熟的常态混凝土坝体型设计原理对碾压混凝土坝体进行了“瘦身”。并且根据坝址的地形与地质特点在碾压混凝土拱坝的设计施工方面也有重大突破，如1993年建成当时世界第一高的非对称碾压混凝土拱坝——普定坝(坝高75．0m)，1996年建成当时世界第一的碾压混凝土薄拱坝——溪柄坝(坝高63．5m)。坝的高度也从几十米发展到上百米，如1992年建成的岩滩水电站碾压混凝土重力坝(坝高为110.0m),1993年建成的水口水电站混凝土重力坝(坝高为101.0m),石门子水电站碾压混凝土拱坝(坝高为109.0m)等等。特别是在建的龙滩水电站建成后坝高将达到216.5m，创造世界碾压混凝土坝之最。可以说我国的碾压混凝土筑坝技术已达到世界先进水平，在有些领域甚至达到世界领先水平。 根据目前碾压混凝土筑坝技术日益成熟、施工水平、机械化程度的提高，以及原材料、外加剂性能品质的不断改善，设计断面可进一步优化，特别是二级配防渗区的合理厚度的进一步研究，碾压混凝土在筑坝上的应用应该会更加的广泛。就现有的资料显示，碾压混凝土在大坝的应用上已经比较的成熟，碾压混凝土重力坝的坝高已经达到的200米级，碾压混凝土拱坝的坝高也发展到了100米级以上，但是由于碾压混凝土的发展时间相对于常规混凝土而言较短，加之拱坝坝体较薄，拱坝对于温度场及裂缝的控制要求比重力坝要高，对于拱坝坝体施工分缝技术的开发还不是非常成熟，这些因素造成碾压混凝土在高拱坝的应用上还有许多方面有待进一步的研究。

1.2碾压混凝土的特点 (1）碾压混凝土多采用薄层通仓浇筑，仓面大，具备使用大型机械化施工的条件，并且采用高掺粉煤灰的方式减少水泥用量，使温度裂缝数量较常态混凝土坝明显减少，从而在加快进度、降低工程成本等方面的具有很大的优越性。 (2）我国碾压混凝土高坝筑坝技术具有低水泥用量、高掺粉煤灰的特点。根据胶凝材料用量大致可分为3类：①贫胶凝材料用量低于99kg／m3；②中胶凝材料用量为100一150k异／m3。③富胶凝材料用量>150kg／m3;2近几年随着我国科学技术水平的提高，逐渐对掺合料的品质、特性、应用等方面有了更系统全面的认识，为了改善碾压混凝土拌和物可碾性和层间结合，有效降低混凝土温升和温度应力，科研、施工人员对粉煤灰掺量进行了大胆的研究和尝试。在国外粉煤灰掺量一般偏低，胶凝材料中粉煤灰用量常为水泥用量的20％～80％，而我国经过大量研究、实践后认为粉煤灰还可以多掺。有关方面研究表明3：高钙粉煤灰掺量(35％～65％)对碾压混凝土早期(3、7d)抗压强度影响显著，对后期(28、90、180d)抗压强度无较大影响。当高钙粉煤灰掺量为35％时各龄期抗压强度最高，掺量为55％抗压强度次高，但掺量为45％、65％时90d抗压强度均超过设计要求的15.0MPa。高钙粉煤灰掺量对抗渗强度影响特别显著，掺量为35％、45％时，抗渗强度最高，掺量为55％时，抗渗强度也可满足设计要求，但掺量为65％时，抗渗强度低于设计要求的4.0MPa。高钙粉煤灰对抗拉强度看不出有较大影响，当掺量为55％，抗拉强度最高；高钙粉煤灰不同掺量时，浆体安定性均合格。 (3）碾压混凝土是一种低水泥用量干硬性的混凝土，和易性相对较差，在运输和摊铺过程中易分离，整体抗渗性能较常态混凝土差，如果层间结合面处理不好，极易形成渗漏通道。碾压混凝土采用通仓薄层碾压施工工艺，水平层面较多，碾压混凝土铺料厚度，根据振动碾能量大小通过试验选定。结合我国碾压混凝土施工经验，我国比较采用的是30～60cm厚度的铺层，铺料压缩系数为0.10～0.14。对于国际上用的比较多是的，34cm铺层，碾压后30cm的密实层厚4。 1.3碾压混凝土与变态混凝土 变态混凝土是指在碾压混凝土拌合物中加入适量的水泥灰浆（一般为变态混凝土总量的4%～7%之间），使其具有可振性，再用插入式振捣器振动密实，形成一种具有常规混凝土特征的混凝土。 变态混凝土是我国的广大科技工作者吸收外国碾压混凝土筑坝的先进施工技术理论与我国自身混凝土施工的具体实践相结合的产物。据2002年底的有关统计数据5，我国已建和在建的碾压混凝土坝和围堰工程达42座，其中应用变态混凝土施工工艺技术作为防渗结构的大坝或挡水工程已超过40项。变态混凝土因其方便施工，与相邻条带的碾压混凝土平行施工作业，不影响施工进度，因为加浆后，能使外部祼露的碾压混凝土表面光滑平整，无蜂窝、麻面，能使碾压混凝土的防渗性能增强。变态混凝土施工工艺技术在实际施工过程中存在的主要问题在于部分参与变态混凝土施工的有关人员对变态混凝土施工工艺技术和变态混凝土的材料性能不熟悉、不了解；其次是参与变态混凝土施工的各方协调性较差，不利于变态混凝土施工作业的顺利进行6。 按目前我国的国民经济发展速度和水电发展规划，如果该项施工工艺技术易于被施工单位所接受，那么与碾压混凝土工程相伴随的变态混凝土施工工艺技术将会不断翻新，向更加精细的工艺技术阶段迈进。

二.碾压混凝土拱坝的发展 碾压混凝士筑坝技术，最先应用在混凝土重力坝上，世界上第一座碾压混凝土拱坝是南非于1988年建成的尼尔浦特坝，坝高50.0m，坝长200.0m,厚高比为0.4。我国同时期也在研究碾压混凝土拱坝，并于1993年建成当时世界第一高的非对称碾压混凝土拱坝——普定坝(坝高75．0m)，1996年建成当时世界第一的碾压混凝土薄拱坝——溪柄坝(坝高63．5m)，2001年建成当时世界第一高的碾压混凝土双曲薄拱坝——龙首坝(坝高80．0m)，2002年建成的四川沙牌三心重力拱坝(坝高达到132.0m)，2005年建成的招徕河双曲薄拱坝(坝高达到107.0m)，现在正在建的云南万家口子碾压混凝土拱坝更是又一次刷新了碾压混凝土拱坝纪录(坝高达到157.6m)。 在2004年的全国RCCD筑坝技术交流会议上，将我国混凝土拱坝的发展过程分成了两个时期7，第一个时期是探索期（1989年－1995年），这个时期代表性工程：普定碾压混凝土重力拱坝、温泉堡碾压混凝土薄拱坝和溪柄碾压混凝土薄拱坝。第二阶段为发展创新期（1996年至今）代表工程：龙首碾压混凝土薄拱坝、沙牌碾压混凝土拱坝、石门子拱坝和招徕河碾压混凝土薄拱坝。

2.1探索期的发展 在当时设计建设普定坝时正值国家(八五)重点科技攻关项目“高坝建设关键技术研究”立项，经过专家论证后该项目被选中为国家“八五”重点科技攻关专题项目之一。通过科技攻关与工程实践密切结合，建成了优质、快速的普定碾压混凝土拱坝，当时也是世界最高的碾压混凝土拱坝。 普定坝坝体防渗采用二级配碾压混凝土自身防渗，取代了当时常用的“金包银”防渗模式。坝体在迎水面采用了富胶凝材料的二级配碾压混凝土自身作为防渗体系，在国内最先打破碾压混凝土筑坝技术中的“金包银”的传统习惯；坝体防裂设计采用了诱导缝的形式，用以释放温度应力，以改善坝体受力状态，根据三维有限元进行温度应力仿真计算和结构模型试验资料分析，在坝体可能产生裂缝（拉应力最大）部位设置了三条诱导缝,其中右岸与重力墩相接的一条，由于重力墩先期施工改为明缝；坝体不设施工缝，采用整体、薄层、通仓、全断面碾压填筑，革新了常态混凝土拱坝，采用分缝、分块、跳仓浇筑的传统施工方法，省去了复杂的温控措施和麻烦的封拱灌浆工艺，充分发挥碾压混凝土快速筑坝技术的优越性8。 同时在碾压混凝士拱坝设计理论、结构型式、防渗措施、筑坝材料、温度应力、温控措施、施工机具和施工工艺等方面，取得了重大的科技成果，其中在建立考虑温度对碾压混凝土性能影温度徐变应力分析数学模型，碾压混凝土的耐久性研究，碾压混凝土拱坝采用整体式结构设置诱导缝方面，改进和完善建立在虚拟裂缝模型基础上三维非线性断裂软科学有限元程序等，都取得重大的突破。6 探索期另一代表工程是碾压混凝土薄拱坝溪柄。溪柄坝不仅是世界第一座碾压混凝土薄拱坝，而且在坝体结构上，采用独特的人工短缝，仿真计算表明：人工短缝可释放水压荷载作用下的拉应力，也释放了整体拱上、下游面的温度应力，尤其是拱向应力，具体说就是设置人工短缝后，沿拱坝上游坝肩宏观拉应力大大下降为微压应力，下游拱冠处拉应力也大大下降。实测人工短缝开度>1.0mm,止缝槽钢后仅37um，短缝保持稳定9。 溪柄大坝存在较大的渗漏问题，溪柄大坝完工蓄水后，渗漏严重，先后于1996年3月、1996年10月至1997年6月和1998年11月至1999年2月进行了3次坝体堵漏补强灌浆以及坝肩帷幕灌浆，渗漏情况有了一定改善。2001年坝体渗漏再次发展，层间渗漏比较严重。后经除险加固后，大坝的渗漏情况得到了明显的改善。大坝的渗漏处理给碾压混凝土拱坝的除险加固提供了宝贵的经验10。

2.2发展创新期 我国碾压混凝土拱坝筑坝技术经过五年的实践探索，积累了丰富的实践经验，并在碾压混凝土拱坝坝高、坝型和坝体结构方面有重大突破。在近十几年来又有很大发展与创新，使我们的碾压混凝土拱坝发展处于世界前列。在此阶段，龙首碾压混凝土拱坝与石门子碾压混凝土拱坝是典型代表，两坝有较相似的外部环境，都建在气候恶劣的高寒地区，地质条件较差的高地震区。6 龙首水电站工程位于甘肃省张掖市境内的黑河干流莺落峡峡口处，该电站主要任务是缓解当地工农业用电紧张状况，提供必要的电能，并在地方电网中承担调峰、调相等任务。龙首碾压混凝土薄拱坝在诸多方面创造世界领先水平。龙首坝坝高80.0m，厚高比0.17，是当时世界最高碾压混凝土薄拱坝；龙首拱坝坝身设两表孔和三中孔是世界开设孔口最多的碾压混凝土薄拱坝；龙首拱坝采用周边缝和诱导缝相结合的新型坝体结构；龙首拱坝是在高寒(－33.0℃)、高温(37．20℃)、高蒸发(1378．7mm)和高地震(Ⅷ度)恶劣的外部环境下建成的碾压混凝土高薄拱坝11。 石门子水利枢纽工程位于新疆昌卅吉玛纳斯县塔西河中游河段上，该工程以灌溉为主，兼顾发电、防洪和旅游，是—个综合利用的中型水利枢纽工程。坝体