崔 进，罗洪波，陈毅峰，居 浩

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081)

1 概 况

我国碾压混凝土筑坝技术从技术引进、消化开始，坚持不断创新，至今我国已建成碾压混凝土坝几百座。中国电建集团贵阳勘测设计研究院(以下简称“贵阳院”)承担设计的普定水电站工程挡水建筑物首次采用碾压混凝土拱坝，并开展了“八五”国家重点科技攻关项目《碾压混凝土拱坝筑坝技术研究》课题，于1994年建成了当时世界上最高的碾压混凝土拱坝(坝高75 m)，开创了我国碾压混凝土拱坝筑坝技术的先河。“普定碾压混凝土拱坝设计”于1996年获“全国第七届优秀工程设计金奖，“普定碾压混凝土拱坝筑坝新技术研究”获得1998年国家科学技术进步一等奖。

通过总结普定碾压混凝土拱坝的研究和实践经验，以及国内各研究单位在国家“九五”期间取得的一系列科研成果，碾压混凝土拱坝筑坝技术向100 m级、150 m级推进。2001年贵阳院设计建成了坝高80 m的甘肃龙首双曲薄拱坝，完成了以新疆石门子和甘肃龙首为依托的《高寒地区碾压混凝土拱坝筑坝技术研究》，填补了我国在高寒、高震地区碾压混凝土拱坝设计抗冻、抗裂、抗震等关键技术空白，解决了冬季低温施工等施工技术难题。2004年至今设计建成了大花水(坝高134.5 m)、善泥坡(坝高110 m)、立洲(坝高132 m)、象鼻岭(坝高141.5 m)等碾压混凝土拱坝，在防渗结构设计、温度控制技术、层间结合保障技术、峡谷地区高碾压混凝土拱坝快速施工技术等方面均取得重大突破，工程均运行良好，成为目前世界上100 m、150 m级碾压混凝土拱坝筑坝技术的标志性工程。贵阳院目前还承担了正在实施的刚果民主共和国布桑加(坝高141.5 m)和我国的马岭(坝高90 m)、河湾(坝高85 m)等碾压混凝土拱坝的设计工作；先后参与了福建溪柄(坝高63 m)、新疆石门子(坝高109 m)和湖北招徕河(坝高107 m)碾压混凝土拱坝的监理工作。

表1 贵阳院设计碾压混凝土拱坝

贵阳院经过20余年10余个工程科技攻关研究与工程实践，已经形成了一套完整的碾压混凝土筑坝技术。贵阳院承担设计的已建、在建碾压混凝土拱坝见表1。

2 贵阳院碾压混凝土拱坝筑坝技术研究与实践

2.1 碾压混凝土拱坝布置

碾压混凝土拱坝枢纽工程与常态混凝土拱坝一样，最理想的坝址地形条件是河谷狭窄、岩石较为完整，地形地质条件基本对称，且岩层产状有利于坝肩稳定的河谷。但工程场址往往存在各种各样缺陷，需要采取合理工程措施满足安全及功能要求，如拱坝坝址两岸或一岸的上部由于地形开阔或基岩较差，不宜作为拱坝基础时，可设置重力墩、推力墩，这在多个工程碾压混凝土拱坝得到应用，如甘肃龙首、贵州普定及大花水等；局部地质条件较差时可采取垫座扩大基础等措施，如象鼻岭拱坝。

碾压混凝土拱坝枢纽布置还应满足工程开发任务(如泄洪、发电、排沙等)要求，其中考虑节省工程投资，往往将泄洪建筑物布置于坝身。而在碾压混凝土拱坝建设早期普遍认为坝身布置会影响碾压混凝土快速施工和质量控制，经过多个工程精心布置研究与实践，将坝身泄洪建筑物、坝内廊道等建筑物综合协调考虑，大大减少对碾压混凝土拱坝施工的干扰，仍能充分发挥碾压混凝土上升速度快的特点。坝身泄洪建筑物布置工程实例见表2。

表2 碾压混凝土拱坝坝身泄洪建筑物布置工程实例

2.2 碾压混凝土拱坝体形特点

碾压混凝土拱坝体形设计与常态混凝土拱坝的要求基本相同，但在设计过程中，应考虑碾压混凝土施工特性的不同，所以在坝体结构尺寸选择、上下游倒悬度控制等有一定差异。①结构尺寸。碾压混凝土坝体厚度需满足碾压施工要求，上部一般要求厚度在5 m以上。②倒悬度。碾压混凝土拱坝需考虑施工期自重情况下坝体结构安全和混凝土浇筑过程中人员、设备安全，但考虑碾压设备自重及振动力影响，碾压混凝土拱坝需更为严格地控制向上游、下游倾斜的倒悬，最大倒悬度一般控制不超过0.25。坝体体形、结构尺寸及倒悬度工程实例见表3。

表3 碾压混凝土拱坝坝体体形、结构尺寸及倒悬度实例

表4 碾压混凝土拱坝砂石料及掺合料应用和施工配合比实例

2.3 拱坝碾压混凝土材料

2.3.1 原材料

碾压混凝土原材料重点要关注骨料与掺合料。贵阳院设计建成的碾压混凝土拱坝骨料有爆破开采加工或天然砂卵砾石料，爆破开采母岩主要为灰岩、玄武岩。掺合料全部为粉煤灰。

2.3.2 碾压混凝土水胶比

(1)水胶比。根据统计表明，国内碾压混凝土拱坝坝体内部三级配碾压混凝土水胶比一般在0.47～0.55，二级配防渗区碾压混凝土一般在0.42～0.50。水胶比与混凝土设计参数(抗压、抗拉、抗冻、抗渗等)、极限拉伸值和原材料的品质有关，由于拱坝碾压混凝土有劈拉参数要求，所以水胶比一般比同等级重力坝碾压混凝土略小。

(2)砂率。砂率大小直接影响碾压混凝土的施工性能、强度及耐久性，人工骨料三级配碾压混凝土砂率一般在32%～34%，二级配碾压混凝土砂率在36%～38%。影响砂率主要因素包括骨料种类与品质，颗粒级配、粒型、石粉含量等。

(3)掺合料。三级配碾压混凝土掺合料掺量一般在50%～60%，二级配碾压混凝土一般在50%～55%，粉煤灰掺量主要与粉煤灰品质、碾压混凝土设计指标有关。

(4)外加剂。外加剂是改善混凝土各项性能最重要的措施之一，一般以萘系高效缓凝减水剂和引气剂为主。

(5)石粉含量。碾压混凝土存在一定比例的石粉可明显改善可碾性和层间结合，能发挥微集料作用充填骨料，通过大量工程试验表明，石粉含量占砂的17%～22%为最优，特别是0.08 mm以下的微颗粒能够有效增加活性胶凝材料在混凝土骨料表面的分布，充分发挥活性胶凝材料的胶结作用，使碾压混凝土碾压密实泛浆良好，改善混凝土的微观结构。 砂石料及掺合料应用和施工配合比工程实例见表4。

2.3.3 VC值

VC值的大小对碾压混凝土可碾性、层间结合性能有显著的影响，根据工程实践证明，出机口VC值一般控制在1～5 s，仓面VC值一般控制在3～8 s。

2.4 碾压混凝土拱坝分缝与温控防裂

2.4.1 坝体分缝

碾压混凝土坝一般不设纵缝，视地形地质条件、坝体结构、温度应力、施工条件等因素设置横缝或诱导缝。横缝缝面成型方法一般有：分区浇筑、预埋分缝器，采用哪种方式根据施工布置、浇筑能力等综合因素确定；诱导缝成型采用预埋分缝器。碾压混凝土横缝、诱导缝拱坝分缝间距宜为30～60 m，间距选择应充分考虑拱坝基础岩石条件、不均一性、坝基平顺性、岸坡陡缓等基础情况。各碾压混凝土拱坝分缝特性实例见表5。

表5 碾压混凝土拱坝分缝特性工程实例

2.4.2 温度控制

碾压混凝土拱坝温度控制应结合材料特性、结构特性、施工特性及气候特性等综合分析确定。

(1)材料特性。①碾压混凝土水泥用量少、粉煤灰掺量高，其绝热温升值比常规混凝土小；早期水化热相对较低，水化热温升持续时间长。②碾压混凝土极限拉伸值90 d龄期一般在(0.65～0.80)×10-4，比常态混凝土略低，混凝土抗拉能力相对偏低。

(2)结构特性。碾压混凝土拱坝在温控防裂方面除常规拱坝结构特性外，还有诱导缝属于“半连续”结构(削弱面积大约占1/3)，需要在温度应力超过其缝面整体抗裂能力后，诱导逐步开裂。

(3)施工特性。碾压混凝土拱坝采用全断面、薄层、连续上升，浇筑过程中散热条件差。另外，由于采用全断面整体上升，浇筑温度往往难以区分基础约束的强、弱或非约束区，因此需采取与之相适应的温控标准。

从碾压混凝土拱坝温控防裂的材料特性、结构特性与施工特性来看，有一定有利条件，但也有较多不利因素，在确定允许内外温差、基础温差等时一般需要严于常态混凝土拱坝。大坝碾压混凝土施工采取的温控措施主要有：原材料及配合比优选、降低混凝土出机口温度、控制混凝土运输及浇筑过程中的温度回升、表面养护与保护、通水冷却等措施。

2.5 碾压混凝土拱坝坝体材料分区

碾压混凝土拱坝应根据不同部位及其工作环境分区，一般分为：坝体河床基础混凝土；上游水位最低水位以下抗渗混凝土，厚度一般为承受水头的1/15～1/20；上、下游水位变幅区抗冻混凝土；坝体内部混凝土；常态混凝土。碾压混凝土拱坝上下游面、两拱端应设置0.5～1.0 m厚变态混凝土。

3 碾压混凝土筑坝关键技术发展展望

碾压混凝土拱坝筑坝技术发展取得了丰硕的成果，日趋成熟，但随着应用地域上扩大、坝高增加，仍有较多技术问题需要进一步深入研究、发展与探索。

3.1 碾压混凝土防渗与层间结合问题

高碾压混凝土拱坝防渗与层间结合问题，通过国内大量工程试验、实践证明，目前建成的200 m级龙滩、光照碾压混凝土重力坝运行良好，据室内试验表明碾压混凝土防渗能力能达到W9～W12。而150 m级以上碾压混凝土拱坝，以及极高寒极高温不利于施工质量的地区建设，其防渗能力、层间结合能力是否能满足要求，还需要广大工程技术人员进一步试验、论证、实践。

3.2 掺合料选择

目前国内大部分碾压混凝土拱坝工程掺合料采用粉煤灰，少数重力坝工程采用了磷矿渣、锰铁矿渣、凝灰岩等掺合料，运行良好。所以对于部分工程与生产粉煤灰厂家距离远、价格高情况，选择这些掺合料也是一种较为经济合理的方法，但需要长期多个工程的试验论证与研究。

3.3 坝体防渗体系

目前已建成的碾压混凝土拱坝大量采用二级配作为防渗体，但仍有不足之处，如二级配富胶凝材料碾压混凝土与下游大体积三级配碾压混凝土，仍有拌和楼转换频繁、施工车辆必须严格区分运料、仓面分区控制困难等问题，在洗马河赛珠水电站(高68 m)首次采用了坝体全断面采用2.5级配碾压混凝土防渗取得了良好效果；同时，在索风营、光照、枕头坝一级、马马崖一级等重力坝部分或全部采用了三级配防渗，效果良好，取得了一定试验数据及经验。所以在碾压混凝土拱坝坝采用更高级配的防渗是下一步的研究方向。

3.4 碾压混凝土快速施工

碾压混凝土一个重要的优点就是全断面整体、快速上升，坝体混凝土动辄几十万、几百万方，工期紧，为了达到碾压混凝土连续、高强度、快速施工的目的和满足质量要求，必须从原材料供应、碾压混凝土生产、运输、入仓及碾压工艺等环节作科学统筹安排，针对工程特点采取合理的施工技术。

3.5 碾压混凝土施工质量控制

大坝碾压混凝土质量控制主要包括原材料控制、施工过程控制、质量检查3个方面。碾压混凝土施工全过程动态质量控制系统是建设发展的必然，对混凝土从原材料、配合比确定、拌和系统、运输及入仓、碾压施工、质量检测等进行全程控制，提供各方面的数据和信息，确保各个环节工序不出现问题，一旦有偏差在下一环节或工序中必须调整纠偏，为达到较为理想的碾压混凝土施工质量控制提供了科学的决策依据。

4 结 语

(1)碾压混凝土拱坝经过了30多年的发展，实现了从重力拱坝至薄拱坝，从中坝至高坝，从谨慎布置小流量坝身泄洪建筑物至大泄量布置泄洪建筑物，防渗体系从“金包银”至二级配防渗体系。碾压混凝土拱坝筑坝技术已较为成熟，在结构布置、体形设计、材料选择与特性研究、温控防裂、快速施工、质量控制等方面均积累了丰富的经验。

(2)碾压混凝土拱坝建设在地域方面扩大与更大坝高方面的发展，还需要在碾压混凝土材料防渗能力、层间结合、掺合料选择、快速施工、动态质量控制等方面进一步试验、研究、实践。

我国碾压混凝土拱坝筑坝技术的发展方兴未艾，正从节省工程投资、加快工程建设、节能环保等方面发挥其卓越作用，广大工程建设者有必要从理论研究、工程实践中总结创新，继续将其发扬光大，为我国水电水利建设乃至国民经济建设作出更大的贡献。