第六节　碾压混凝土重力坝

一、概述

用干硬性材料加入少量的水形成无坍落度、不用振捣棒而用高效振动碾碾压密实的混凝土称为碾压混凝土。

在碾压混凝土中浇灌适量的水泥浆然后用振捣棒振捣密实代替振动碾碾压而形成的混凝土称为变态混凝土或改性混凝土。

碾压混凝土坝是利用高效振动碾分层碾压干贫性混凝土而筑成的大坝。

碾压混凝土坝是最近几十年发展起来的，它不用振捣器而用振动碾通过振动碾压密实。碾压混凝土很干硬，用水量少、用水泥也少（约为同标号常规混凝土水泥用量的1/3～1/2），水化温升较低，不设纵缝，不设或少设横缝，节省分缝模板和支模时间，施工简便、安全、速度快、工期短（为常规混凝土的1/3～2/3）、收效快、造价低（大约节省20%～35%），在技术和经济上都是十分有利的，所以深受欢迎，发展很快。三峡三期围堰采用碾压混凝土重力坝在5个月内完成110万m3浇筑任务，创造世界上最快的混凝土筑坝纪录，为提前发电和加快施工提供了保障，显出碾压混凝土巨大的优越性。

世界上使用碾压混凝土最早的是1961年我国台湾石门土坝的围堰混凝土心墙，密实手段从振荡器改用滚筒碾压，当时称为“滚压混凝土”。20世纪70年代初期，一些工程师先后提出改革混凝土材料工艺的建议，即减少混凝土中水和水泥用量，做成无坍落度混凝土，用推土机或平仓机铺开，用振动碾压实，并进行了试验，称为碾压混凝土。1975年日本开始研究用碾压混凝土筑坝，1980年年底建成了世界上第一座坝高88m的碾压混凝土重力坝。

1982年美国第一次用碾压混凝土修筑上静水坝、柳溪坝和其他几座重力坝，最高的87m。此后，澳大利亚、法国、苏联、西班牙、巴西、摩洛哥、南非等国也修筑了许多碾压混凝土重力坝，最高的约80m。

我国于1979年开始对碾压混凝土筑坝技术进行试验研究，我国第一座碾压混凝土坝是福建大田县坑口重力坝，高56.8m，于1986年6月建成。至2003年年底我国已相继建成46座碾压混凝土坝（其中重力坝38座，拱坝8座）。

中国的碾压混凝土坝虽然起步略晚于日本和欧美等国家，但由于做了很多充分的研究工作，并学习其他国家碾压混凝土筑坝成功的经验，吸取它们的教训，逐渐形成了中国特色的碾压混凝土筑坝技术。我国的龙滩碾压混凝土重力坝第一期工程的最大坝高达192m，成为目前世界上同类坝中最高者。我国的碾压混凝土坝建设无论在坝的种类、数量、高度，还是筑坝技术和研究工作，都已走在世界前列。

二、碾压混凝土坝的材料要求

碾压混凝土材料应包括水泥、砂子、石子、外加剂及粉煤灰等活性掺合料。

（1）水泥。碾压混凝土必须选择符合国家标准的硅酸盐系列水泥。水泥品种及标号与掺合料的品质、掺量经技术经济比较后确定。但所用水泥的生产厂家、品种应相对固定。

（2）砂石骨料。符合常规混凝土要求的砂石骨料，均可用于碾压混凝土，但两者经济指标相近时，优先选用人工骨料。砂的细度模数宜控制在2.2～3.0。粗骨料粒径不宜大于80mm，且级配良好，超过80mm时应进行专门的论证。由于碾压混凝土对骨料含水量非常敏感，筛洗后的骨料不能马上使用，应堆放48h以上且骨料含水量小于50%。

（3）活性掺合料。在碾压混凝土中，大量掺入掺合料，一般可达水泥的30%～65%，所以必须严格控制掺合料的质量。粉煤灰及火山灰应符合《粉煤灰混凝土应用技术标准》（GBJ146—90）规定的质量指标。对采用其他矿渣、凝灰岩等活性材料，应进行试验。

（4）混凝土外加剂。因碾压混凝土胶凝材料用量少，混凝土的坍落度为零，采用薄层大仓面铺摊、碾压工艺，为改善混凝土的可碾性，减少用水量降低水化热，需用减水剂；为防止出现冷缝，有效发挥快速连续施工的特点，需用缓凝剂；对北方地区有抗冻要求的碾压混凝土，还需掺入抗冻引气剂。

三、碾压混凝土坝的构筑形式

随着碾压混凝土坝的设计和筑坝技术的发展，碾压混凝土坝的构筑形式和方法也在不断地变化提高。其筑坝形式主要有以下几种类型。

1.外包常态混凝土碾压混凝土坝（金包银）

考虑坝体的抗渗性和抗冻性，将坝体内部用干贫性碾压混凝土填筑，上、下游和坝基面用2～3m厚的常态混凝土，形成一种包裹剖面形式，俗称金包银。图4-37为日本玉川坝和我国桃林口水库挡水坝段的标准剖面。坝体按常规分横缝，采用切缝技术成缝，缝内止水和排水系统与常态混凝土坝相同，并放在常态混凝土层内。这种碾压混凝土坝，层面间接合较好，防渗抗冻效果好，工作可靠。但两种混凝土同时施工，工作干扰大，施工进度较慢。由于坝体中有一定的常态混凝土，整体工程造价有所提高，一般用于寒冷地区的中高坝。

2.富胶凝材料碾压混凝土坝

将矿渣或粉煤灰作为掺合料加入到混凝土中，拌和成高胶凝材料的无坍落度混凝土，其胶凝材料为150～230kg/m3，粉煤灰掺用量占60%～70%，利用振动碾压设备进行薄层连续碾压施工，可保持良好的层面胶结，可不再设置专门的防渗层。

这种形式的坝具有强度高、凝聚力强、抗渗性好的特点，坝体断面可设计得小些，节省坝体混凝土方量，但由于所用水泥和粉煤灰较多，混凝土单价有所提高。

目前，也有仅在上游侧3～5m范围内用高胶凝材料进行防渗，在坝体其他部位用低胶凝材料填筑，以利于减少水泥及粉煤灰用量。

3.低胶凝材料干贫混凝土碾压坝

在保证坝体强度、耐久性等要求的前提下，尽量减少水泥用量，使水泥用量在60～80kg/m3之间，粉煤灰掺量低，且用水量较少，形成干贫混凝土。连续碾压，快速施工，不设纵缝和横缝。其特点是造价低，混凝土方量较大，施工速度快，渗漏较严重，抗冻性能差。目前该形式的坝应用较少，已逐步改成在其上游设专门的防渗层防渗。

4.采用专门防渗设施的全断面碾压混凝土坝

在大坝的上游面采用专门的人工防渗材料或高胶凝材料的碾压混凝土进行防渗，如利用复合土工膜合成橡胶薄膜、二级配的碾压混凝土层等，坝体采用干贫低胶凝材料的碾压混凝土，如图4-38所示。全断面碾压，小间隔浇筑。这种坝克服了渗漏严重和抗冻性差的缺点，又能快速施工，加快施工进度，目前各国应用较多。如我国的温泉堡碾压混凝土拱坝，在其上游正常蓄水位以下贴复合土工膜防渗。湖南省的江垭水利枢纽，大坝上游用一层高胶凝碾压混凝土防渗层，全断面碾压，施工速度快，防渗效果好。

四、碾压混凝土坝的构造

1.碾压混凝土坝的防渗体、排水设施

由于碾压混凝土防渗性能较差，为保证坝体防渗功能，常需在坝体上游侧设置一定的防渗设施。目前，碾压混凝土坝的防渗有以下几种。

（1）常态混凝土或富胶凝材料碾压混凝土防渗体。在坝体上游面，设置常态混凝土层，用于防渗和抗冻。同混凝土重力坝一样设横缝，这种布置不仅影响施工速度，而且常态混凝土与碾压混凝土的结合带不好处理。为了克服这些缺点，现将常态混凝土层用高胶凝材料的抗渗、抗冻性较好且能满足设计要求的碾压混凝土（即变态混凝土）代替，可使防渗体和坝体同步碾压施工，加快施工进度。

（2）合成材料防渗体。为了加快施工速度，又防止坝体渗漏，利用复合土工膜、合成橡胶薄膜等合成防渗材料的防渗体。施工时，将防渗材料贴于模板内侧，混凝土碾压完成后，将其粘在碾压混凝土的上游侧。实践证明，其防渗效果较好，利于维护。

（3）沥青砂浆防渗层。在坝体上游侧设置钢筋混凝土预制模板，内侧为碾压混凝土坝体，在两者之间用钢筋连接，并填6～10cm厚的沥青砂浆形成防渗层。

（4）坝体排水。为减小坝体内的渗透压力，在碾压混凝土重力坝上均需布置坝体排水设施。一般设置上游防渗层后，排水管一般为预制的无砂混凝土管。当排水管设在碾压混凝土中时，可采用瓦棱纸包砂柱代替无砂混凝土管，待混凝土碾压一天之后再清除孔内砂柱。

2.碾压混凝土坝的分缝及廊道

（1）坝体分缝。碾压混凝土坝采用通仓薄层浇筑，故不设纵缝，并可加大横缝间距或取消横缝。但设横缝有利于适应地基不均匀沉降和温度变形。横缝间距应考虑地形地质条件、坝体断面形状、温度应力、施工条件等因素，通过经济技术方案比较确定。一般为15～30m，碾压混凝土坝的横缝由振动切缝机切割成缝，可先切后碾，亦可先碾后切，成缝面积不应小于设计缝面的60%，可也设置不连续的诱导缝，即在成缝位置间隔钻孔并填以干砂或预埋设隔板等形成不连续缝，待混凝土浇筑完成后，由其自行开裂形成一定长度的贯通横缝。

（2）碾压混凝土坝的廊道设置。为满足碾压混凝土坝体内灌浆、排水、观测、检查、交通等要求，必须设置廊道。但为了使坝体构造简单，利于碾压施工，尽量减少廊道层数和数量，一般中低坝设1～2层或只设基础灌浆、排水廊道，高坝可根据需要设2～4层。廊道可用整体预制构件或预制拱圈现场拼装的方式施工。