碾壓混凝土大壩設(shè)計(jì)施工的創(chuàng)新與發(fā)展趨向（上）

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　　1.富漿碾壓混凝土

　　富漿碾壓混凝土（GEROC）已廣泛地在中國(guó)應(yīng)用于大壩的下游護(hù)面和貼靠模板、巖石壩肩以及在諸如止水等埋件處的RCC澆筑。同樣亦已用于約旦的Tannur壩，哥倫比亞的Miel 1號(hào)壩，澳大利亞的Cadiangullong壩，也許還有其他的地方。對(duì)此項(xiàng)技術(shù)在Olivenhain壩進(jìn)行了澆筑試驗(yàn)，且正在美國(guó)密西西比州維克斯堡的陸軍工程師兵團(tuán)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)和弗吉尼亞州西部的休斯河北汊壩進(jìn)行研究。

　　1.1 GERCC的發(fā)展

　　GERCC的開發(fā)是為增強(qiáng)其和易性和耐久性，以便用于領(lǐng)拉模板處、止水等埋件周圍、領(lǐng)拉巖石壩肩表面處和RCC大壩的上游和下游護(hù)面。 澆筑GERCC的過(guò)程是將水泥膠漿加入到RCC的混合物中去，使之完全改變其成分。在理論上，水泥膠漿按比例分布在RCC中，產(chǎn)生一種混合物，此混合物的特性和傳統(tǒng)的非加氣混凝土的特性相似。澆筑GERCC的典型施工過(guò)程包括下列步驟：

　　在已壓實(shí)的RCC澆筑層表面澆一層水泥膠漿墊層；

　　在墊層混合料之上攤鋪RCC；?

　　在未碾壓的RCC澆筑層表面上攤鋪水泥膠漿；?

　　用振搗器搗實(shí)GERCC；?

　　壓實(shí)RCC澆筑層的其余部分。?

　　雖然這一過(guò)程似乎比較簡(jiǎn)單，但存在一些潛在的毛病，將在以后加以討論。?

　　1.2美國(guó)的富漿澆筑試驗(yàn)

　　近年來(lái)，在美國(guó)GERCC已大力發(fā)展起來(lái)。雖然較早地做過(guò)澆筑試驗(yàn)，但有關(guān)GERCC最近的使用經(jīng)驗(yàn)是在AtlantaRoad壩、Olivenhain壩和休斯河北汊壩取得的 Atlanta　Road壩的試驗(yàn)是應(yīng)用板狀打夯機(jī)以代替振搗器從外部壓實(shí)混凝土。

　　1.3 Olivenhain壩試驗(yàn)澆筑的經(jīng)驗(yàn)

　　Olivenhain大壩的RCC澆筑試驗(yàn)包括GERCC作為護(hù)面系統(tǒng)和作為RCC與巖石的接觸面的壩肩處理兩種情況的研究。該過(guò)程的第一步是選定GERCC的目標(biāo)配合比?；旌狭显O(shè)計(jì)過(guò)程的基本途徑是將RCC改變成坍落度約為7～10cm ，抗壓強(qiáng)度為20.6MN／m2的非加氣常規(guī)混凝土。采用ACI211中的標(biāo)準(zhǔn)慣例 ，GERCC要求膠結(jié)材料的含量約281.7kg／m3和含水量169kg／m3.由于RCC配合比是預(yù)先確定的，因此水泥漿的配合比和水泥膠漿與RCC的比率即為獲得理想的GERCC混合料的剩余變量，這些值是計(jì)算得出的。表1所示的水泥膠漿、RCC和GERCC各自的配合比是第一次澆筑試驗(yàn)用的?！?BR>　
　　為了澆筑和壓實(shí)GERCC，試用了好幾種方法。第一種方法是首先攤鋪RCC，接著沿模板在RCC上刮出一條3．8cm 深，0．9m寬的凹槽。再將膠漿注入該槽，用一個(gè)直徑為6．35cm的Micon型高周波振島器（10800次／min）進(jìn)行振搗。對(duì)于第一次試驗(yàn)，大多數(shù)灰漿留在表面沒有滲入或與RCC混合。

　　第二次試驗(yàn)是ETMicon型高周波的振島器進(jìn)行的。這次試驗(yàn)僅在RCC頂部鋪少部分膠漿，以便更好地觀察RCC對(duì)內(nèi)部振搗作用的反映。將水加入RCC中，使RCC的貝氏值（VeBetime）從25s降至15s.根據(jù)第二次試驗(yàn)的觀測(cè)，高周波振島器既沒有搗實(shí)RCC又沒有把灰漿混合到混合料中，在振島器插入RCC的地方還留有一個(gè)敞口洞。

　　另外還用GERCC作護(hù)面系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)兩次試驗(yàn)。使用2臺(tái)7．6cm直徑的Malon型風(fēng)動(dòng)振島器做這些試驗(yàn)。振搗器成組安裝在反鏟上，間距0．3m.風(fēng)動(dòng)振島器傳給的能量比高周波振搗器的能量大得多，且能在振島器幾英寸范圍內(nèi)搗實(shí)RCC.但是振島器抽出后仍留有空洞，搗實(shí)似乎不完全，且搗實(shí)部位僅局限于振搗周圍。?

　　根據(jù)對(duì)護(hù)面系統(tǒng)內(nèi)部振動(dòng)的試驗(yàn)結(jié)果，決定取消用GERCC進(jìn)行Olivenhain大壩壩肩處理試驗(yàn)。由于GERCC混合料的貝氏值為15～20s，這表明它太干燥，不能用內(nèi)部振動(dòng)的方法完全搗實(shí)。因此膠漿也難以滲入和適當(dāng)?shù)幕旌??？梢缘贸鼋Y(jié)論：為了使GERCC能完全搗實(shí)，則要求貝氏值更低，這就會(huì)導(dǎo)致具體RCC的強(qiáng)度比壩內(nèi)要求的強(qiáng)度低。還可以得出結(jié)論：要使GERCC獲得成功，碾壓混凝土混合料 可能必須具有足夠的和易性，以利于插入振搗也能單獨(dú)搗實(shí)，并使灰漿滲入和混和。

　　1.4到目前為止的結(jié)論

　　GERCC的成功澆筑，似乎需要其混合料有較好的和易性（貝氏值≤10s）和需要相對(duì)較高的膠結(jié)材料。甚至在這些條件下，許多專家都認(rèn)為GERCC有高度的可變性，因?yàn)榘涯z漿置于RCC表面和用振搗器來(lái)混合膠漿和RCC的方法欠妥。還有，企圖在GERCC內(nèi)加氣，到現(xiàn) 在為止是不成功的澆筑試驗(yàn)和休斯河北汊壩做的后續(xù)試驗(yàn)將幫助進(jìn)一步確定其使用潛力和確認(rèn)獲得滿意的現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品所必需的施工程序。

　　2 澆筑技術(shù)

　　在美國(guó)，GERCC施工澆筑層的厚度通常為0．3m.除非采取特殊措施，此方法導(dǎo)致層間接合成熟度最大從而使層間接合強(qiáng)度和滲透性最低。對(duì)于低到中等地震區(qū)的大壩，通常只需用很少的墊層料就能獲得的層間接合抗剪和抗拉強(qiáng)度。在暖和氣候條件下，如果不用墊層混合料，則需要加入緩凝劑使上下層充分粘結(jié)。澆筑層接縫充分墊底 和使用緩凝劑對(duì)于位于高地震區(qū)的大壩是十分需要的，以便使?jié)仓涌p的抗拉和抗剪強(qiáng)度最大。

　　在過(guò)去數(shù)年中，為提高澆筑層接縫的質(zhì)量，使?jié)仓咏涌p數(shù)最少，RCC澆筑方法已大為改進(jìn)。這些包括分壩段或梯級(jí)壩段施工法，厚層澆筑，和由中國(guó)創(chuàng)造的斜層澆筑法。

　　2.1分壩段或梯級(jí)壩段施工

　　在美國(guó)，新近的幾座RCC大壩，包括BigHaynes，PennForest和HuntingRun大壩已經(jīng)全部或部分采用分壩段的方式進(jìn)行施工，類似于常規(guī)重力壩施工方法。對(duì)于分壩段施工，橫向伸縮縫的一個(gè)或多個(gè)壩段先施工，然后轉(zhuǎn)移到另一個(gè)壩段或一組壩段工作。

　　梯級(jí)壩段法先澆筑升高一個(gè)或多個(gè)壩段的幾層，然后澆相鄰的壩段。此法的主要好處是：在有效工作范圍內(nèi)快速澆筑各層使?jié)仓拥慕雍铣墒於饶茱@著地降低。其結(jié)果是澆筑層接縫抗拉和抗剪強(qiáng)度增加，可以減少冷縫墊層混合料的用量。另外，此法允許在一個(gè)區(qū)域施工時(shí)，另一個(gè)區(qū)域可同時(shí)進(jìn)行開挖、廊道施工、鉆孔和最后沖洗或其他工作。分壩段和梯級(jí)壩段施工的缺點(diǎn)是：工作區(qū)的未端需要模板，通向澆筑面更加困難，對(duì)護(hù)面施工可能有影響。

　　2.2厚層澆筑

　　較厚水平澆筑層的施工主要受供料系統(tǒng)、鋪料等設(shè)備的容量限制。所以水平澆筑層0．3m厚已經(jīng)或多或少地變?yōu)槭澜缧詷?biāo)準(zhǔn)了。當(dāng)厚層澆筑不需要增加澆筑層接縫的抗剪強(qiáng)度時(shí)，這種方法確定可減少澆筑層接縫數(shù)目。更厚的澆筑層既可通過(guò)單個(gè)厚層澆筑完成，也可通過(guò)分層澆筑RC C完成一個(gè)較厚的澆筑層，類似于15年前在ElkCreek大壩采用的施工程序。在 Elk　Creek，RCC按15．3cm厚鋪料，每層分別用推土機(jī)壓實(shí)。澆筑了4層后共61cm厚的澆筑層用振動(dòng)碾壓機(jī)壓實(shí)。在ElkCreek，較厚澆筑層的成功壓實(shí)既要求其貝氏值低（8～10s），又需對(duì)15．3cm厚的每層鋪料用推土機(jī)充分壓實(shí) .根據(jù)核子密度試驗(yàn)結(jié)果，壓實(shí)實(shí)質(zhì)上是推土機(jī)單獨(dú)完成。?

　　對(duì)層厚大于0．3m的RCC澆筑研究是最近在Olivenhain大壩完成的試驗(yàn)澆筑合同的一部分。進(jìn)行了厚度為38、46和61cm的澆筑層研究實(shí)驗(yàn)。用一個(gè)澆筑層的厚度為46cm分2層鋪料的操作進(jìn)行廣泛的試驗(yàn)。如在ElkCreek大壩，對(duì)較厚的澆筑層，要使它充分密實(shí)，需要較低的貝氏值。Olivenhain大壩厚層澆筑試驗(yàn)采用的貝氏值大約是14～1 6s.除了采用較低的貝氏值之外，還需用20t振動(dòng)碾壓機(jī)碾壓8遍以完成壓實(shí)過(guò)程，達(dá) 到可接受的水平。作為比較，對(duì)于由單層鋪料而成的0.3m厚的澆筑層，用10t重的振動(dòng)碾 壓機(jī)壓8遍，已達(dá)到充分密實(shí)。于是決定：RCC按更厚的澆筑層澆筑，不適合于Lliv enhain工程，部分原因是未壓實(shí)材料暴露在干、熱氣候中的部分增多，由重碾壓機(jī)所致的對(duì)澆筑層上部的損害，且需要增加拌和水以便提供必要的貝氏值。還要增加水的用量，以滿足需要的強(qiáng)度。雖然Oliverhain大壩工程沒有采用更厚的層，但是厚的澆筑層施工對(duì)其他工程可能是一種可行的選擇。?

　　2.3斜層澆筑

　　這種澆筑方法，是采用澆筑許多斜坡單層的辦法形成厚塊RCC而向前推進(jìn)的，各單層都從本塊頂 部向下斜延到前一厚塊的頂部。各子層的坡度是根據(jù)澆筑能力和澆筑面積規(guī)定的，而要確定 的是澆筑每一層所需的時(shí)間。陡坡降低層間澆筑時(shí)間，但太陡會(huì)造成施工設(shè)備利用不夠充分 .每斜層都用振動(dòng)碾壓實(shí)。目標(biāo)是降低每斜層的澆筑時(shí)間，從而提高澆筑層接縫質(zhì)量而不使用墊層混合料。?

　　斜層施工方法1997年首先在中國(guó)的江埡樞紐使用。此法叫做“水平推進(jìn)斜層施工法”。此工程的最佳坡度是從15（水平）∶1（垂直）變到20∶1依大壩的高程而定。設(shè)置坡度是為了提供一個(gè)足夠大的澆筑面以便有效地利用施工裝備，同時(shí)又要使?jié)仓孀銐蛐∫员闶姑繉拥谋┞稌r(shí)間保持在2～4h. 在江埡樞紐用了0．3m厚的斜坡子層，整塊總厚為3m，從壩肩到壩肩推進(jìn)施工。?

　　雖然RCC的斜層法澆筑有好多優(yōu)點(diǎn)，但也有缺點(diǎn)：與傳統(tǒng)的RCC澆筑方法比較，需較復(fù)雜的坡度控制和有更多的澆筑層邊緣要處理。