中国碾压混凝土坝技术.pdf

水利水电技术第 4 4卷2 0 1 3年第8期 中 国 碾 压 混 凝 土 坝 技 术 龙起 煌 ，郑治 ( 中国水 电顾 问集 团 贵阳勘测设计研 究院，贵州 贵阳 5 5 0 0 8 1 ) 摘要 ：碾压混凝土筑坝以其快速 、经济的特点，受到坝工界的青睐。2 0世 纪 8 0年代 以来 ，该坝型 在 中国得 以广泛应用，其技 术水平不断提高，建设规模居世界前列。本文就 中国碾压混凝土坝的发展 现状及主要技术作简要介绍。 关键词 ： 碾压混凝土；筑坝技术 ；发展现状 ；中国 中图分类号 ：T V 6 4 2 2 文献标识码 ：A 文章编 号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 3 ) 0 8 0 0 1 1 0 4 Te c hno l o g y f o r c o n s t r uc t i o n o f RCC d a m s i n Ch i na L O N G Q i h u a n g ， Z H E N G Z h i ( H y d r o c h i n a G u i y a n g E n g i n e e ri n g C o r p o r a t i o n ，G u i y a n g 5 5 0 0 8 1 ， G u i z h o u ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e d a m c o n s t r u c t e d w i t h t h e r o l l c o mp a c t e d c o n c r e t e i s f a v o r e d i n t h e fi e l d o f d a m c o n s t ruc t i o n b y i t s c h a r a c t e ri s t i c s o f q u i c k a n d e c o n o mi c c o n s t ru c t i o n S i n c e 1 9 8 0 s o f t h e 2 0 t h c e n t u r y ，t h i s t y p e o f d a m i s w i d e l y a d o p t e d i n Ch i n a ，w h i l e i t s t e c h n i c a l l e v e l i s c o n t i n u o u s l y e n h a n c e d a l o n g wi t h t h e c o n s t ru c t i o n s c a l e i n t h e f r o n t r a n k s o f t h e w o d d T h e d e v e l o p me n t s t a t u s a n d ma i n t e c h n o l o g i e s o f RC C d a ms i n Ch i n a a r e b rie fl y d e s c ri b e d h e r e i n Ke y wo r d s ：r o l l c o mp a c t e d c o n c r e t e ；d a m c o n s t ruc t i o n t e c h n o l o g y；d e v e l o p me n t s t a t u s ；C h i n a 1 概述 2 中国 R C C坝统计 碾压混凝土筑坝是将干硬性混凝土利用振动碾分 层压实的一种混凝土施工技术 ，突破了传统 的大坝混 凝土柱状浇筑法对大坝浇筑速度和仓面面积 的限制 ， 具有施工简便 、机械化程度 高、施工速度 快 、工期 短 、投资省和温控相对简单 等优 点。1 9 7 9年 中国开 始碾压混凝土施工方法研究 ，1 9 8 6年建成第一座碾 压混凝土坝福建坑 口坝( 坝高 5 6 8 m) ，2 0世纪 9 0年代 将碾 压 混 凝 土 筑 坝 技 术 拓展 应 用 到 拱 坝 ， 1 9 9 4年建成 了当时世界最高 、中国第一 座碾压混凝 土拱坝普定拱坝 ( 坝高 7 5 i n ) ，开创 了中国混凝 土拱坝技术 的先河 。近 2 0多年来 通过对碾压混凝土 坝 的材料性能 、大坝布置和结构 、施工技术等的系统 研究和实践 ，碾压混凝土筑坝技术取得 了重大突破 ， 建成了沙牌 、大花水等百米级碾压混凝土拱坝 以及龙 滩和光照 2 0 0 n l 级的高碾压混凝土重力坝 ，形成了一 套具有 中国特色的碾压混凝土筑坝技术 ，积累了丰富 的经验 。 Wa t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o p o we r E n e e r i n g V o 1 4 4 No 8 据不完全统计 ，截至 2 0 1 1年中国已建成 R C C坝 共 9 7座。其 中：R C C重 力坝 7 8座 ，R C C拱 坝 l 9 座 ，坝高大于 1 0 0 in的 R C C重力坝 1 9座( 见表 1 ) ， 坝高大于 1 0 0 m的 R C C拱坝 8座 ( 见表 2 ) 。拟建坝 高 1 0 0 In以上的碾压混凝土坝见表 3 。 中国 目前 已建成 了龙滩 和光 照两座 2 0 0 I n级 的 R C C重 力 坝 ，其 中龙 滩 坝 高 1 9 2 m( 二 期 设 计 为 2 1 6 5 m) ，光 照坝 高 2 0 0 5 r f l ，首 次 突 破 2 0 0 m； 已建 成的 RC C拱坝 为大花 水双 曲薄拱 坝 ，正 在建 设 的万家 口子拱 坝 高达 1 6 7 5 m，为最 高 R C C拱 坝。 由此 可 见 ，无 论 是 重 力 坝 还 是 拱 坝 ，中 国 R C C坝 的数 量 、工程 规 模 、筑 坝技 术 均处 于世 界 前 列。 收稿 日期 ：2 0 1 3 0 4 - 2 5 作者简 介：龙 起煌 ( 1 9 6 6 一 ) ，男 ，教 授级 高级 工程 师 ，院副 总工程 师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 龙起煌， 等中国碾压混凝土坝技术 表 1 中国已建和在建 R C C重力坝统计 ( 坝高 1 0 0 m 以上 ) 序 工程名称 河流 坝型 坝高 混凝土总 装机容 建成年 号 m 量 万 m 量 MW 馈， 辱 l 光照 北盘江 重力坝 2 o o 5 2 8 0 1 O 4 0 2 0 o 9 4 2 0 0 2 龙滩 红水河 重力坝 1 9 2 5 7 4 2 0 H 0 9 6 3 o o 3 官地 雅砻江 重力坝 1 6 8 3 5 7 1 8 0 o 在建 4 观音岩 金沙江 重力坝 1 5 9 3 0 o 0 在建 5 金安桥 金沙江 重力坝 1 6 0 3 6 0 2 4 0 0 2 0 1 1 6 石垭子 洪渡河 重力坝 1 3 4 5 6 2 2 l 4 o 2 Ol l 7 江垭 漤水 重力坝 1 3 1 l 3 7 3 o o 2 o o 0 8 百色 右江 重力坝 l 3 O 2 6 0 5 4 O 2 0 o 6 9 洪 口 霍童溪 重力坝 1 3 O 7 2 7 2 o o 2 o 0 8 l O 格里桥 清水河 重力坝 l 2 4 3 9 8 1 5 0 2 0 1 0 1 1 喀腊塑克 额尔齐斯河 重力坝 l 2 1 5 2 8 9 1 4 0 2 0 1 0 1 2 鲁地拉 金沙江 重力坝 1 2 O 2 1 6 0 在建 1 3 武都 涪江 重力坝 1 1 9 1 6 1 1 5 0 在建 1 4 龙开 口 金沙江 重 力坝 1 l 9 l 8 0 o 在建 l 5 思林 乌江 重力坝 1 1 7 1 1 0 1 O o o 2 0 1 0 1 6 索风营 乌江 重力坝 l 1 5 8 7 3 9 6 o o 2 0 0 6 1 7 彭水 乌江 重力坝 1 l 3 5 6 O 7 l 7 5 0 2 0 0 9 1 8 戈兰滩 李仙江 重力坝 l l 3 1 2 0 4 5 0 2 O O 8 1 9 棉花滩 汀江 重力坝 1 1 3 5 5 3 6 0 o 2 0 0 l 2 O 大朝山 澜 沧江 重力坝 1 1 1 1 2 8 7 5 1 3 5 0 2 o o 2 2 1 沙沱 乌江 重力坝 1 1 1 l 3 O 1 l 2 O 在建 2 2 景洪 澜 沧江 重力坝 1 1 0 1 5 0 0 2 0 o 9 2 3 岩滩 红水河 重力坝 1 1 0 6 5 5 2 1 2 l O 1 9 9 5 2 4 水 口 闽江 重力坝 1 0 1 3 7 5 1 4 0 0 2 0 o O 表2 中国已建和在建 R C C拱坝统计( 坝高 1 0 0 m以上) 坝高 混凝 土总 装机容 建成年 工程名称 河流 坝型 m 量 万 m 量 MW 谂， 年 大花水 清水河 双曲拱坝 1 3 4 5 6 5 1 8 0 2 0 0 7 沙牌 草坡河 单曲拱 坝 1 3 0 3 9 2 3 6 2 0 0 2 罗坡 冷水河 拱坝 1 1 4 3 O 2 0 1 0 天花板 牛栏江 拱 坝 l 1 O 5 l 8 2 1 8 O 2 0 1 l 石 门子 塔西河 双 曲薄拱坝 l o 9 2 1 1 6 4 2 o o 2 招徕河 堵河 双曲拱坝 1 0 7 1 9 3 3 6 2 0 o 5 白莲崖 淠河 拱坝 1 o 4 5 0 2 O o 7 蔺河 口 岚河 双曲拱坝 1 0 0 2 9 3 7 2 2 0 o 4 万家口子 革香河 拱坝 1 6 7 5 8 3 1 8 0 在建 立洲 木里河 拱坝 1 3 8 1 8 O 在建 云龙河三级 云龙河 拱坝 1 3 5 1 8 4 0 在建 善泥坡 北盘江 拱坝 1 l 9 4 2 1 5 l 8 O 在建 表 3 中国拟建 R C C坝统计( 坝高 1 0 O m 以上) 序号 工程名称 河流 坝型 坝高 m 装机容量 MW 1 黄登 澜沧江 重力坝 2 0 3 1 8 0 o 2 马马崖 一级 北盘江 重力 坝 1 0 9 6 o o 3 象鼻岭 牛栏江 拱坝 1 4 6 5 2 4 0 4 广源 广西桂林 拱坝 1 l 9 3 6 5 木里景 四川 拱坝 1 6 2 1 2 3 R C C筑坝技术 自 1 9 8 6年建成福建 坑 口 R C C坝 以来 ，中 国碾 压混凝土筑坝技术发展很快 ，从温和地 区到高寒地 区 ，坝体 断面从“ 金包银 ” 到全断面碾压 ，中国 R C C 筑坝技术在设计理念 、筑坝材料 、坝体设计 、防渗 结构、夏( 冬) 季施工、温控防裂、层间结合、快速 施工等方 面均取得 重大 突破 ，经 过 2 O余年 的推 广 和应用 ，形成了一套具有 中国特色的碾压 昆凝土筑 坝技术。 3 1 筑坝材 料 筑坝材料是降低碾压混凝土水化热温升 、简化温 控措施的关键 ，中国在筑坝材料方面的研究和应用取 得 了重大的进展。 ( 1 ) 超高掺粉煤灰碾压混凝土筑坝技术的研究与 应用 。为减少混凝土水化热温升和简化温控措施 ，在 大量室内试验论证的基础上 ，提出了“ 超高掺粉煤灰 碾压混凝土” 筑坝材料新技术。采用新型外加剂 、粉 煤灰掺量达胶凝材料总量 的 7 5 ，大大 降低水 泥用 量 ，达到减少水化热温升的 目的。本项技术首次在光 照大坝进行了生产 l生应用，之后在石垭子大坝大量应 用 ，进而在沙阡重力坝全坝应用。与传统的碾压混凝 土相 比，水泥用量减少 2 0 3 0 。推动 了碾压混 凝土筑坝技术的发展。 ( 2 ) 四级配碾压混凝土筑坝技术的研究 与应用。 骨料最大粒径为 1 2 0 m m， 2 0 1 0年首次在沙沱 大坝进 行了应用偿试 ，并取得成功 ，对加快筑坝速度、提高 其经济性有重大意义。 ( 3 ) 掺磷矿碴 粉碾压混 凝土筑 坝技术。在大朝 山、索风营、沙沱等大坝成功进行了应用。 ( 4) 石粉应 用技 术。一般 要求 砂 中石粉 ( 粒 径 0 1 6 mm以下) 含量为 1 5 2 0 ，其中小于 0 0 8 a l i a 的占5 8 。在粉煤灰缺乏地区的工程通过掺人石粉 替代部分粉煤灰。 ( 5 ) 外掺膨胀剂技术。以掺 Mg O最多，部分掺用 N F M复合膨胀剂。 ( 6 ) 高寒地区 R C C抗冻采用高掺引气剂技术 ，含 量可达 3 一 5 。 3 2大坝结构设计 R C C坝设计 的宗 旨是力求 坝体结构简单 和尽可 能减少施工干扰 ，以加快施工速度 。目前主要采用 以 下技术。 3 2 1 坝 体断 面 坝体横断面尺寸与常态混凝土坝完全相 同，均采 水利水电技术第4 4卷2 0 1 3年第8期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 用全断面碾压结构 ，不采用 “ 金包银 ” 形式 ，上下游 坝面及坝基采用变态混凝土 ，大大简化了施工 。 3 2 2混凝土力学参数 混凝土力学参数在采用 9 0 d的基础上 ，根据受 力状态 ，分析极限拉伸值和耐久性 ，亦采用 1 8 0 d龄 期。 3 2 3防渗结构 中国 R C C坝防渗结构基本上采用 以二级 配富胶 凝碾压混凝土为主的防渗体系，部分低水头坝直接采 用三级配碾压混凝土防渗 ，部分高水头坝辅 以其他防 渗材料( 如表面防渗涂层) 。 3 2 4坝体 结构 坝内廊道及孔洞布置充分考虑结构对碾压施工的 干扰 ，力求简单 ，为大坝快速施工创造有利条件。如 简化坝内廊道 、采用预制廊道 、电梯井 布置在坝外 、 台阶溢流面、简化坝体材料分区等。 3 2 5坝体 分缝 、止水 碾压混凝土坝一般只设横缝而不设纵缝 ，横缝 间 距与工程所处地区的气候条件有较大关系，北方寒冷 地区及温差变化较大地 区分缝宜密些，坝段长度宜短 些 。 碾压混凝土重力坝根据地形地质条件坝段长度 以 2 0 3 0 m为宜 ；碾压混凝土拱坝分缝 比重力坝少得 多 ，在气候温和地 区，有些坝顶长度较短 的低坝可不 分缝 ，当坝顶较长时则必须分缝。拱坝 的分缝位置 、 分缝型式一般应根据大坝体形并通过三维有限元仿真 计算分析综合确定 。 分缝 型式有永久缝 、诱 导缝 和结构缝 。碾压 混 凝土重力坝的诱 导缝可采用切缝方式形成 ，嵌缝 材 料可采用 白铁皮 、彩 条布 或聚 乙烯 闭孔 泡膜 板等 。 碾压 混凝土拱 坝的诱 导缝缝 面采 用预制混凝 土块隔 断 ，局部辅以振动切缝 ，预制块 之间布置重复灌浆 系统 。 止水材料 目前多以铜片止水和塑料止水为主 ，横 缝止水一般布置在距迎水面 2 m范围之内，止水周边 采用变态混凝土 ，止水型式及厚度根据作用水头分部 位确定 。 3 2 6坝 体排 水 坝体排水是降低 坝体渗透压力的有效途径之一 ， 坝体排水通常以排水幕的型式布置在二级配碾压混凝 土之后 ，并通过坝体排水系统将渗透水引至排水廊道 或集水井排至坝外。坝体排水可采用预埋塑料盲管或 钻孔形成。塑料盲管竖向布置在坝段止水后 ，间距根 据坝高而定 。预埋管法对碾压施工影响较大，有些工 水利水电技术第 4 4卷2 0 1 3年第 8期 龙起煌， 等中国碾压混凝土坝技术 程选用后期钻孔方式。 3 2 7变态混凝 土 变态混凝土技术在 坝体上下游面广泛 应用 的同 时 ，已扩展应用到与基岩接 触部位 ，除部 分高坝基 础仍采用常态混凝 土垫层外 ，一般均采用 变态混凝 土 ，其 中光照 坝基 应 用变 态 混凝 土 的坝 高 已达 到 1 9 2 5 m 。 3 2 8 微膨胀混凝土后 浇带技术 高坝 由于河床坝基顺水流 向长度较大 ，常态混凝 土垫层的浇筑和防裂难度非常大。光照大坝结合基础 廊道布置 ，坝基垫层首次采用 了“ 微膨胀混凝土后浇 带” 技术 ，避免 了长条带垫层混凝土开裂问题 ，取得 较满意的防裂效果。 3 2 9“ X” 型宽尾墩 +台阶溢流面消能防冲 为简化施工和加快坝体碾压上升施工速度 ，在设 置有坝身泄洪表孔 的 R C C重力坝 ，溢流面采用台阶 形式变态混凝土 ，使溢流面混凝土和坝内混凝土实现 同步碾压上升 ，在增加结构整体性的同时大大加快了 施工速度。台阶溢流面配合“ x” 型宽尾墩一起 消能效 果 明显 ，“ x” 型宽尾墩 +台阶溢流面消能防冲技术在 索风营大坝首次应用 ，效果 良好 ，之后已在中国多个 工程中应用 。 3 3施工技术 3 3 1 碾 压混凝 土入 仓 方式 人仓方式有 自卸汽车直接入仓 、皮带机人仓 ( 目 前 已发展为混凝土浇筑专用设备 ，如塔带机和胎带机 等 ) 、真空溜管 ( 满 管 、缓 降器等 ) 人 仓和缆 机人仓 等 。 自卸汽车直接人仓适合于有条件修筑入仓道路的 工程和大坝较低部位混凝土的人仓浇筑。皮带机人仓 在我国龙滩 等工程采用 ( 含塔带机 ) ，较适合 于河谷 相对较宽的大型工程 。真空溜管人仓应用也较广泛 ， 较适合于狭窄河床碾压混凝土人仓 ，目前真空溜管人 仓高差已向 1 0 0 m级发展。缆机是大坝浇筑的常用设 备 ，由于受运输能力的限制 ，只能做为辅助作业 。不 同工程入仓方式可根据坝高 、地形条件 、施工条件等 选择 ，也可采用多种方式联合入仓 。 光照工程结合碾压混凝土人仓量大和强度高的特 点 ，采用 了高速皮带机和箱式满管组合的碾压混凝土 人仓方式 ，输送强度达 5 0 0 m h ，最 大 日输送量达 1 1 1 6 1 m 。该技术输送强度高，骨料抗分离效果好 ， 成本低。 3 3 2全坝 面 、不 间断 、立体 循 环 的 大规 模 斜层 碾 压技 术 中国 R C C碾压工艺主要以平层铺筑碾压法为主， 1 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 龙起煌， 等中国碾压混凝土坝技术 尤其在仓面不大的情况下使用 ，也有一些相对仓面较 大的工程采用了斜层碾压法。但碾压仓面太大则难以 满足碾压间隔时间而对层 间结合带来影响。 光照大坝在斜层碾压工艺的基础上 ，将斜层碾压 施工技术又提升到了一个新的高度 ，由小斜层实现大 升层 ，大坝从一岸 到另一岸或从下游到上游全仓面、 不间断 、立体循环 、连续斜层碾压上升 ，大坝碾压混 凝土最 大开仓面积 达 2 1 3 0 0 r n ，最 大月浇筑 强度 2 2 2 5万 m 。 3 3 3温控 防裂 R C C坝高温季节施工越来越普遍 ，对混凝土温 控防裂是考验 ，中国采取的主要措施有控制混凝土出 机 口温度 、减少运输及摊铺过程温度 回升 、埋设冷却 水管控制坝体最高温度等。一些工程对出机 口温度和 浇筑温度的要求适当放宽，对坝体最高温度有 明确的 限定 ，以防止内外温差过大引起裂缝。控制坝体温度 最有效的方法是在坝 内预埋 P V C冷却水管并通水冷 却 。 高寒地区碾压混凝土施工。一些工程地处高寒地 区，夏季酷热 、冬季严寒 ，年温差 与昼 夜温差非常 大 ，R C C筑坝施 工条件极 为恶劣。位于中 国西北部 的龙首和喀腊塑克工程坝址最高气温分别为 3 7 2 o C、 4 0 1，最低气温分别为 一 3 3 0 o C、 一 4 9 8 ，极 限温差 分别 达 7 0 2 o C和 8 9 9 ，冰期 长达 45 个月之久 。通过有效 、合 理 、科学 的碾压混凝 土预 冷 、预热和保 温等技术 ，在保证质量的前提下实现 了在 一1 3条件下对碾压混凝土的施工 ，开创 了在 大温差 、负温条件下进行碾压施工 的先例 ，拓展 了 碾压混凝土技术的应用地域与空间 ，为在高温 、高寒 地区修建碾压混凝土坝积累了成功经验。 3 3 4厚层碾 压 中国在黄花寨 、落脚河 、马堵 山等 工程开展 了 4 51 0 0 c m以内不同厚层碾压及检测试验。试验表 、 ) ( 上接 第 1 0页) 实际问题 ，不定期组织各专业技术人员研讨、解决工 程中的技术难题，针对重大技术问题及时提请总院研 究解决。成都分院强化技术质量管理，通过对产品质 量的高标准 ，严要求 ，较好地完成 了设计生产任务 ， 同时也取得了一些科技成果 ，如 大渡河枕头坝梯级 开发方式研究报告 荣获了2 0 0 8年贵州省优秀工程咨 询成果三等奖、 木立河立洲水电站可行性研究报 告 荣获了2 0 1 0年贵州省优秀工程咨询成果二等奖 等 1 4 明 ，选择合适 的压 实设 备后碾 压质量可 满足要 求 ， 施工速度可大幅提高 ，但砂 石加工 系统 、混凝土 生 产系统和碾压质量检测设备等需相应调整和改变。 4 展望 ( 1 ) 碾压混凝土材料 与筑坝技术在发展中相互促 进 ，如何降低水泥用量 ，减少混凝土的水化热温升 ， 简化温控措施是发展方 向。如掺合料 、超高掺粉煤 灰 、四级配碾压混凝土等。 ( 2 ) 随着碾压混凝土筑坝技术 日趋完善 ，变态混 凝土 、层面处理和斜层平推铺筑法等诸多技术和施工 经验越来越丰富 ，对改善碾压混凝土性能和加快施工 速度起到很大的推动作用。 ( 3 ) 厚层碾压试验表明 ，更大碾压层厚的 R C C质 量可满足要求 ，随着碾压设备和质量检测设备技术 的 突破 ，更大层厚 ( 4 51 0 0 c m) 的碾压施工技术有望 得以应用 ，可进一步提高施工速度。 ( 4 ) 实践证明，碾压混凝土本体的防渗和抗剪强 度是有保障的，而层间结合质量是制约碾压混凝土坝 发展的关键 ，只要层间结合质量得到保证 ，碾压混凝 土坝向3 0 0 m级坝高发展是可以实现的。 ( 5 ) 对于一些要求不高的中低坝而言 ，胶凝砂砾 石坝( C S G) 也是一个发展方向。 5 结语 中国通过 2 0多 年来 不断对碾 压混 凝土 筑坝技 术 的探索 、实践和发展 ，取得 了巨大 的成就 ，筑坝 规模和技术水平已处于世界领 先水平。R C C筑 坝是 一 项庞大 的系统 工程 ，涉及 的内容 和技 术非 常广 泛 ，本文所 总结 的 R C C筑 坝技术 只是其 中的一部 分。随着 R C C坝 的建设 ，还会 有更 多 的新技 术涌 现 ，尤其是筑坝材料和施工工艺还有 很大的潜 力。 ( 责任编辑欧阳越 ) 5 展望未来 在贵阳院的正 确领导下 ，成都分 院秉 承贵 阳院 “ 责任 、务实 、创新 、进取” 的企业文化核心价值观 ， 统一思想 、明确 目标 、落实责任 ，将 以 5 5周年 院庆 作为新的起点 ，抓住机遇 、开拓进取 、坚定信心 ，积 极应对各种挑战，努力为成都分院员工营造一个健康 的工作 、生活环境 ，有序的推进各项工作全面发展。 为实现分院平稳较快发展而努力奋斗 ! ( 责任编辑郭利娜) 水利水电技术第4 4卷2 0 1 3年第 8期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m