碾壓混凝土大壩設計施工的創新與發展趨向
發布時間：2010-01-14 共1頁
1.富漿碾壓混凝土
富漿碾壓混凝土（GEROC）已廣泛地在中國應用于壩的下游護面和貼靠模板、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號壩，澳利亞的Cadiangullong壩，也許還有其他的地方。對此項技術在Olivenhain壩進行了澆筑試驗，且正在美國密西西比州維克斯堡的陸軍工程師兵團實驗室內和弗吉尼亞州西部的休斯河北汊壩進行研究。
1.1 GERCC的發展
GERCC的開發是為增強其和易性和耐久性，以便用于領拉模板處、止水等埋件周圍、領拉巖石壩肩表面處和RCC壩的上游和下游護面。 澆筑GERCC的過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，產生一種混合物，此混合物的特性和傳統的非加氣混凝土的特性相似。澆筑GERCC的典型施工過程包括下列步驟：
在已壓實的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GERCC；
壓實RCC澆筑層的其余部分。
雖然這一過程似乎比較簡單，但存在一些潛在的毛病，將在以后加以討論。
1.2美國的富漿澆筑試驗
近年來，在美國GERCC已力發展起來。雖然較早地做過澆筑試驗，但有關GERCC最近的使用經驗是在AtlantaRoad壩、Olivenhain壩和休斯河北汊壩取得的 Atlanta Road壩的試驗是應用板狀打夯機以代替振搗器從外部壓實混凝土。
1.3 Olivenhain壩試驗澆筑的經驗
Olivenhain壩的RCC澆筑試驗包括GERCC作為護面系統和作為RCC與巖石的接觸面的壩肩處理兩種情況的研究。該過程的第一步是選定GERCC的目標配合比。混合料設計過程的基本途徑是將RCC改變成坍落度約為7～10cm ，抗壓強度為20.6MN／m2的非加氣常規混凝土。采用ACI211中的標準慣例 ，GERCC要求膠結材料的含量約281.7kg／m3和含水量169kg／m3.由于RCC配合比是預先確定的，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用的。
為了澆筑和壓實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，用一個直徑為6．35cm的Micon型高周波振島器（10800次／min）進行振搗。對于第一次試驗，多數灰漿留在表面沒有滲入或與RCC混合。
第二次試驗是ETMicon型高周波的振島器進行的。這次試驗僅在RCC頂部鋪少部分膠漿，以便更好地觀察RCC對內部振搗作用的反映。將水加入RCC中，使RCC的貝氏值（VeBetime）從25s降至15s.根據第二次試驗的觀測，高周波振島器既沒有搗實RCC又沒有把灰漿混合到混合料中，在振島器插入RCC的地方還留有一個敞口洞。
另外還用GERCC作護面系統進行過兩次試驗。使用2臺7．6cm直徑的Malon型風動振島器做這些試驗。振搗器成組安裝在反鏟上，間距0．3m.風動振島器傳給的能量比高周波振搗器的能量得多，且能在振島器幾英寸范圍內搗實RCC.但是振島器抽出后仍留有空洞，搗實似乎不完全，且搗實部位僅局限于振搗周圍。
根據對護面系統內部振動的試驗結果，決定取消用GERCC進行Olivenhain壩壩肩處理試驗。由于GERCC混合料的貝氏值為15～20s，這表明它太干燥，不能用內部振動的方法完全搗實。因此膠漿也難以滲入和適當的混合。可以得出結論：為了使GERCC能完全搗實，則要求貝氏值更低，這就會導致具體RCC的強度比壩內要求的強度低。還可以得出結論：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搗實，并使灰漿滲入和混和。
1.4到目前為止的結論
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）和需要相對較高的膠結材料。甚至在這些條件下，許多專家都認為GERCC有高度的可變性，因為把膠漿置于RCC表面和用振搗器來混合膠漿和RCC的方法欠妥。還有，企圖在GERCC內加氣，到現 在為止是不成功的澆筑試驗和休斯河北汊壩做的后續試驗將幫助進一步確定其使用潛力和確認獲得滿意的現場產品所必需的施工程序。
2 澆筑技術
在美國，GERCC施工澆筑層的厚度通常為0．3m.除非采取特殊措施，此方法導致層間接合成熟度最從而使層間接合強度和滲透性最低。對于低到中等地震區的壩，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。澆筑層接縫充分墊底 和使用緩凝劑對于位于高地震區的壩是十分需要的，以便使澆筑接縫的抗拉和抗剪強度最。
在過去數年中，為提高澆筑層接縫的質量，使澆筑層接縫數最少，RCC澆筑方法已為改進。這些包括分壩段或梯級壩段施工法，厚層澆筑，和由中國創造的斜層澆筑法。
2.1分壩段或梯級壩段施工
在美國，新近的幾座RCC壩，包括BigHaynes，PennForest和HuntingRun壩已經全部或部分采用分壩段的方式進行施工，類似于常規重力壩施工方法。對于分壩段施工，橫向伸縮縫的一個或多個壩段先施工，然后轉移到另一個壩段或一組壩段工作。
梯級壩段法先澆筑升高一個或多個壩段的幾層，然后澆相鄰的壩段。此法的主要好處是：在有效工作范圍內快速澆筑各層使澆筑層的接合成熟度能顯著地降低。其結果是澆筑層接縫抗拉和抗剪強度增加，可以減少冷縫墊層混合料的用量。另外，此法允許在一個區域施工時，另一個區域可同時進行開挖、廊道施工、鉆孔和最后沖洗或其他工作。分壩段和梯級壩段施工的缺點是：工作區的未端需要模板，通向澆筑面更加困難，對護面施工可能有影響。
2.2厚層澆筑
較厚水平澆筑層的施工主要受供料系統、鋪料等設備的容量限制。所以水平澆筑層0．3m厚已經或多或少地變為世界性標準了。當厚層澆筑不需要增加澆筑層接縫的抗剪強度時，這種方法確定可減少澆筑層接縫數目。更厚的澆筑層既可通過單個厚層澆筑完成，也可通過分層澆筑RC C完成一個較厚的澆筑層，類似于15年前在ElkCreek壩采用的施工程序。在 Elk Creek，RCC按15．3cm厚鋪料，每層分別用推土機壓實。澆筑了4層后共61cm厚的澆筑層用振動碾壓機壓實。在ElkCreek，較厚澆筑層的成功壓實既要求其貝氏值低（8～10s），又需對15．3cm厚的每層鋪料用推土機充分壓實 .根據核子密度試驗結果，壓實實質上是推土機單獨完成。
對層厚于0．3m的RCC澆筑研究是最近在Olivenhain壩完成的試驗澆筑合同的一部分。進行了厚度為38、46和61cm的澆筑層研究實驗。用一個澆筑層的厚度為46cm分2層鋪料的操作進行廣泛的試驗。如在ElkCreek壩，對較厚的澆筑層，要使它充分密實，需要較低的貝氏值。Olivenhain壩厚層澆筑試驗采用的貝氏值約是14～1 6s.除了采用較低的貝氏值之外，還需用20t振動碾壓機碾壓8遍以完成壓實過程，達 到可接受的水平。作為比較，對于由單層鋪料而成的0.3m厚的澆筑層，用10t重的振動碾 壓機壓8遍，已達到充分密實。于是決定：RCC按更厚的澆筑層澆筑，不適合于Lliv enhain工程，部分原因是未壓實材料暴露在干、熱氣候中的部分增多，由重碾壓機所致的對澆筑層上部的損害，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，以滿足需要的強度。雖然Oliverhain壩工程沒有采用更厚的層，但是厚的澆筑層施工對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澆筑能力和澆筑面積規定的，而要確定 的是澆筑每一層所需的時間。陡坡降低層間澆筑時間，但太陡會造成施工設備利用不夠充分 .每斜層都用振動碾壓實。目標是降低每斜層的澆筑時間，從而提高澆筑層接縫質量而不使用墊層混合料。
斜層施工方法1997年首先在中國的江埡樞紐使用。此法叫做“水平推進斜層施工法”。此工程的最佳坡度是從15（水平）∶1（垂直）變到20∶1依壩的高程而定。設置坡度是為了提供一個足夠的澆筑面以便有效地利用施工裝備，同時又要使澆筑面足夠小以便使每層的暴露時間保持在2～4h. 在江埡樞紐用了0．3m厚的斜坡子層，整塊總厚為3m，從壩肩到壩肩推進施工。
雖然RCC的斜層法澆筑有好多優點，但也有缺點：與傳統的RCC澆筑方法比較，需較復雜的坡度控制和有更多的澆筑層邊緣要處理。
