碾压混凝土现状及对策
我国已建成碾压混凝土坝 45 座 , 其中拱坝 7 座 , 重力坝 38 座 , 百米以上的坝有 11 座 ; 在 建的坝有 15 座 , 其中重力坝 12 座 , 拱坝 3 座 , 高于百米的拱坝 2 座 , 重力坝 3 座。在总体构成里 ,
拱坝有 10 座 , 占到六分之一 , 这个比例是很高的。据了解 , 国际上到现在为止 , 南非有 4 座拱坝 ,
其中 1 座高度为 140 米 , 至于碾压混凝土薄拱坝，世界上还没有搞过。现在我们正在施工的高碾压混凝土坝 , 一个是百色 ,130 米级 , 总混凝土方量达 290 万方 , 正在开挖坝基 , 预计 2002 年 12 月份开始浇筑 ; 索风营 ( 贵州|) 已经开工 , 正在开挖坝基 , 是 120 米级 ; 更著名的是龙滩大坝 , 坝高 216.5
米 , 混凝土主坝施工招标正在进行。这个工程 , 将是我国碾压混凝土筑坝技术的一个重要里程碑 ; 再一个是三峡 100米的三期碾压混凝土围堰 , 是重力坝 , 要在 100多天这么短的时间内完成 100多万方的混凝土浇筑、达到 100多米高 , 这种筑坝速度是前所未有的,它的实施将是对碾压混凝土筑坝技术的一个重大挑战。
对于碾压混凝土施工质量 , 这些年做了很多工作 , 特别是钻取混凝土芯样和芯样防渗抗压和强度试验工作 , 收集了大量资料。现在正在组织《钻取芯样和压水试验技术指南》编写工作 ,为碾压混凝土工程界提供参考资料 , 以便在这一技术方面取得共识。对于大坝岩芯的认识现在越来越深刻 ,江垭、大朝山和棉花滩都钻取了大量芯样。大朝山做了 1266 米的岩芯 , 数量是国际上没有的 , 也是国内最多的。对岩芯做了分析 , 除了表面外观观察评价以外 , 突出的一点是 : 对断口折断率 ( 就是层面折断率 ) 作了分析。统计结果 : 二级配的缝面 ( 冷缝或升程施工缝面 ) 折断率是 9.89％ , 层面 ( 指 30cm 的铺筑层 ) 是 4.68％,
综合起来是 5.17%; 三级配混凝土的缝面是 10.57%, 层面是 6.65％。棉花滩也相类似 , 缝面是百分之十几 , 层面是 7.5% 。这几个数字说明碾压混凝土的层面不再必然是坝体的薄弱面 ,把碾压混凝土 " 千层饼
" 的历史改掉了 , 薄弱面是在 3m 升程的缝面上。这样缝面的质量问题和常规混凝土是同样的问题 , 对于层面结合质量 , 从一开始就给予很大注意 , 现在可以说大部分问题技术上已经解决。美国上静水坝的层面折断率是 15% 到 20% 以上 , 我们的层面检测质量结果表明碾压混凝土的层面处理技术是相当成熟的 ,可以不再背 " 千层饼 " 的黑锅。
碾压混凝土原位抗渗压水试验在江垭、汾水二库、大朝山和棉花滩等工程也有大量检测资料,资料很丰富。形成一个基本概念就是 : 二级配碾压混凝土本身的抗渗能力 , 用渗透系数评定时，其 k 值能达 1 ×
10-9cm/s, 抗渗性能很高 , 好的能达到 1 × 10-12cm/s, 平均水平在 l×10-10cm/s 以上。二滩 24Om 高拱坝常态混凝土防渗体的设计指标采用的渗透系数是1 × 10-9cm/s。所以现在看来富浆碾压混凝土的抗渗性满足 240m 高坝的 10-9 已不再是疑虑 , 即使包括混凝土层面接缝 , 技术上也能满足要求。
关于冬季施工 , 龙首电站 , 是在寒冷地区 ( 最低气温 -30 ℃以下 ), 大气温摆幅 ( 年均温差达
70 ℃ ) 地区修建的碾压混凝土薄拱坝。为了争取工期 , 在 -13 ℃进行了碾压混凝土施工 (12 月中旬 ),
浇筑条件是大仓面、没有暖棚、汽车入仓布料 , 混凝土加了防冻剂、预热等措施 , 混凝土基本没有受冻。从而将施工期从 l1 月初延长到 12 月中旬 , 大坝提前一年完成 , 提前半年发电。这一成果表明 : 碾压混凝土可以适度进行冬季施工。原来的规范规定 , 有必要研究修订 , 当然还要取得共识。如果真改动 , 可以放宽原来的一些束缚。现在龙滩工程尽管是在高温地区 , 也准备全年进行碾压混凝土施工。让碾压混凝土夏天不能浇筑、冬天不敢浇筑的约束尽量缓解 , 使混凝土浇筑时段进一步扩大。再一个就是采用找平混凝土代替常规混凝土浇筑垫层混凝土 , 大朝山工程采用了这项技术 , 效果很好。一是速度较快 , 用常态混凝土大面积浇筑垫层要不分缝有困难 , 要分缝 , 施工设备跨仓吊跳仓 , 很不方便 , 在找平混凝土上面接着就浇碾压 混凝土 , 不仅可以加快了垫层混凝土施工速度 , 而且也有利于温控。百色是 130 米的高坝 , 施工单位采取了一些措施 , 创造条件 , 争取尽早开挖坝基 , 将混凝土浇筑提前到今年冬天 l2 月份进行 , 把大坝基础浇筑从高温时段转化到冬季的有利条件 , 这种施工指导思想 , 值得在实践中参考。把温控问题尽量转化 , 把难点移到有利点。索风营是 120 米级的碾压混凝土坝 , 巳经开工 , 设计中采用了类同大朝山的缓尾墩加台阶式联合消能模式 , 单宽流量要比大朝山大 , 大朝山单孔流量最大约为 180m3/s 。大朝山泄洪消能功设计的经验在水利学专业委员学术会议中 , 给予了肯定。新疆石门子碾压混凝土拱坝 ,110 米级的 ,
也是在高寒地区兴建的。大坝施工中采用了会上介绍过的光纤维温度测试仪器。优点是它可以多点布置、网络布置 , 不再需要埋很多温度计。这项技术 , 可能是今后温控观测中可望推广的项目。以上的技术新进展使碾压混凝土筑坝技术不断走向新高度。
再谈谈几个问题 , 第一个 , 多年来在碾压混凝土重力坝施工中 , 基本思想是层面必须实行连续浇筑 ,
初凝时间以前要覆盖 ,鉴于碾压混凝土坝是新生事物 ,要得到广泛认同 ,必须在技术上从严要求 , 确保施工质量。美国、日本、欧洲的碾压混凝土筑坝技术不走这条路 , 对层面结合要求较宽松。在江垭大坝施工中 ,
世界银行几次要求我们改用层面间歇时间放宽至 24 小时 ( 或 48 小时 ) 层面铺浆方式 , 我们没有改。
在施工中就要求拌和能力比较大 , 浇筑能力比较强 , 以满足连续浇筑及时覆盖的需要。毫无疑问 , 混凝土层面结合质量 , 要比国外好得多 , 试验结果表明 , 这种由粘结强度和咬合强度形成的层面抗剪指标 , 比较高。经过十多年的实践 ,对碾压混凝土筑坝技术已较成熟 ,坝体质量也有了信誉。基于这种状况我们可以回过头来看 , 我们实行的这个标准对于高坝来讲 ,毫无疑问 , 是完全必要的。但对于一些中低坝来讲 , 是不是也要这么高的指标呢 ? 国外不这么搞 , 但是 , 他们的坝也没出问题 , 现实的几个有泰国的克隆丹坦 , 坝高 95 米 , 它的施工层面没有任何要求 , 温度也没有特殊要求 , 只要求不超过 30 ℃ , 其坝长
1100 米 , 采用平面浇筑 , 浇筑一层需一天 , 只要在 48 小时以内覆盖上层混凝土都是允许的 , 这在我们认为是违法的 ; 在安哥拉 , 巴西设计的 130 米高的卡潘达碾压混凝土坝 , 对层面一般不做要求 , 混凝土的胶凝材料是水泥 70kg/m3 加 15Okg/m3石粉 , 也比较成功。这些经验有其合理的部份。是否可以在一定范围内加以借鉴。对于 l00 米级的坝不要去学它 , 对于 60－70 米 或 50－60 米高的坝是不是可以参照国外的经验 , 把层面初凝时间限制不要了 , 改为 24 小时或 48 小时覆盖 , 超过时限后层面铺浆 , 这样可使中低坝的施工生产能力降低 , 机构设备用量减少 , 成本降低下来。当然 , 坝体的防渗部位必须满足要求。建议将来搞碾压混凝土重力坝设计规范和施工规范时 ,对这些因素加以考虑 , 最好能取得共识 , 把这个推进一步。否则 , 在中低坝工程中 , 碾压混凝土坝将失去活力和适应能力。一些小工程 , 资金有限 , 需要一种适合其相应标准的技术给中小工程找到更宽的出路。采用二级配加变态混凝土做防渗墙已变成广泛的共识。在一些中低坝 (50－70m) 工程中 , 可不可以全面使用三级配 , 上游区用三级配的变态混凝土作防渗体 , 这样全断面不再有二级配混凝土 , 施工更为方便。
二是干法制砂 , 传统的湿法制砂 , 在洗砂过程大部份石粉被流失 , 为了获得必要的石粉 , 又要把流失的石粉捞回来。干法制砂 , 显示了充分保留石粉的优越性 , 但是干法制砂容易污染骨料 , 现已采取措施 , 对被石粉污染的骨料全部进行冲洗 , 然后脱水筛分 , 提高粗骨料的洁净程度。干法制砂还具有少占施工场地 , 节约骨料生产用水的优点。
三是石粉的作用问题 , 石粉的作用大家都取得共识 , 国外有的工程把石粉视作胶凝材料中的一种组份 , 国内依然列为掺和料。石粉能不能列入胶凝材料成份 ? 在多大程度上列人 ? 又如石粉的界定 , 国外是把小于 0.075mm的细颗粒视作石粉 , 我们则以0.16mm为界 , 国外把 0.08mm以下的石粉视同胶凝材料 ,
他们的混凝土配合比中的水胶比涵义含混不清。大朝山工程采用磷矿渣和凝灰岩磨细的材料作为胶凝材料掺和料,磷矿碴是活性材料 , 凝灰岩是惰性材料 , 两者各半混合起来 , 实际上在混凝土配合比中已把类同石粉的凝灰岩视同胶凝材料 , 并计入水胶比中 , 工程应用结果 , 大坝混凝土质量很好 , 说明试验是可行的 , 因此混凝土配合比中石粉的位置和作用是个值得深化认识问题。
四是混凝土重力坝温度控制。在百色、龙滩大坝的温度控制计算中 , 除了坝基稳定温度场进行专门计算外 , 还对上游面区混凝土的温度场和温度应力进行了专题分析 , 计算结果表明 , 碾压混凝土上游面 3－5
米范围内相当大的部位是高温区。正是因为这个高温区 , 使得我们不得不注意上游面区特定的温度应力和温控问题。经验表明 , 适当地确定分缝长度对于缓解上游面的温度应力和防止裂缝至关重要。经验表明诱导缝的分缝段长在 20 米左右基本上可避免或减少上游面产生裂缝 , 而坝体内的诱导缝 , 其间距可以是 40 米或60米 , 这样不致影响大仓面施工。上游面实际上是一个向内深入 2－3 米的短缝 , 短缝结构中应设有止水系统。大体积温控 , 稳定温度小 , 是个问题。龙滩大坝温度计算 , 达到稳定温度差近 100年 , 百色也是 30多年 , 大坝温度差要是降到那个时候 , 温差就很大了。但是 , 实际上 , 真正有效的温差 , 不是到
30 或 100年 ,30 年 , 主要降温是前7－8 年的时段 , 其温度应力也是最关键的量级 , 而后的降温非常缓慢 , 同步形成的温度应力增量很微小 , 因此 , 高重力坝稳定温度场的应力计算和温控取值标准 , 实际上存在很大的潜能 , 值得认真面对。
五是变态混凝土 , 这是我国知识产权的技术。石漫滩、江垭、大朝山等工程对变态混凝土做了很多研究和改进工作，变态混凝土技术已是碾压混凝土筑坝中广泛采用的技术。鉴于上游面的变态混凝土最受关注的部位 ,
它要满足抗裂、抗渗和耐久性需要 , 若抗渗、抗裂过了关 , 大坝质量问题也基本上过关了。所以现在有的单位在探索新的技术 , 应对混凝土材料方面及提高抗裂性能方面进一步改进提高。
六是混凝土强度标准 , 设计给出强度标准有足够的安全系数 , 一般混凝土抗压强度设计值 , 安全系数实际上大于 8, 又加上 1.2－1.25 的系数 , 现在许多混凝土配合比设计配出来的混凝土又提高一级 ,
结果形成多次加码 , 混凝土严重超强 , 强度保证率大都在 92％以上 , 有的在97％以上 , 主要是在质量要求概念上存在超强还要有相当余度才能符合要求的思想 , 希望在设计强度之外 , 再多加上些。这种概念实际上并不反映混凝土质量的提高 , 应加以调整。配合比设计人员首先要在认识上解决 , 从质量控制里要解放出来。
再一个是关于快速建坝。现在的坝不错 , 但是 , 真正体现那种快速 , 恐怕我们还有潜力。有两个典型 ,
三峡 100米的围堰 , 几个月就成了 , 它的结构标准并不简单 , 不准裂缝 , 也不准漏水 , 代价是高强度浇筑 ; 大朝山的围堰 ,50 米高 ,2 个月建成 , 基本上不漏水 , 中间出现一条裂缝 , 经处理以后 , 坝体不再渗漏 , 经多次堰顶溢流过水 , 结构完全满足要求。龙首 80 米高的碾压混凝土拱坝 , 用 13 个月浇筑完毕 , 也是较快的。能否充分发挥和利用碾压混凝土工法的特点 , 加快建坝速度 , 值得认真思考 , 并从经济上核算 , 加速建坝方式的设备大投入是否合理 , 施工中能否保证质量等 , 在这些方面如能突破 , 将会使碾压混凝土坝具有更大优势。只有不断改进 , 提高技术 , 不断发展 , 碾压混凝土坝的生命力、竞争力才能在水工建设中不断壮大 , 更加兴旺。
