【正文】 74年巴基斯坦的 塔貝拉壩修復(fù)工程，首次使用碾壓并獲得成功。1980年在日本建成島地川壩（壩高89m）成為世界上第一座碾壓混凝土重力壩。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，迄今全世界完建和在建的壩高超過15m的碾壓混凝土壩已超過210座，它們分布在5大洲的28個(gè)國家中，其中亞洲數(shù)量最多占總數(shù)的40%，其他地區(qū)分布比較平均。目前世界上已建成和在建的碾壓混凝土重力壩約80余座。建成的碾壓混凝土壩中高達(dá)100m的有日本的玉川壩和墨西哥的特里戈米爾壩，正在新建的日本宮瀨壩，壩高155m。碾壓混凝土壩大體分為兩類：一類以日本“金包銀”模式為代表的RCD，采用中心部分為碾壓混凝土填筑，外部用常態(tài)混凝土(一般為2至3米厚)防滲和保護(hù)。另一類為全碾壓混凝土壩，稱為RCC，其結(jié)構(gòu)簡單，施工機(jī)械化強(qiáng)度高。我國碾壓混凝土的技術(shù)特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）壩高超過100m的碾壓混凝土重力壩已建成5 座（巖灘、水口、江埡、大朝山、棉花灘，在建的其中最高的是龍灘重力壩一期工程，將是目前世界上最高的碾壓混凝土重力壩，初期壩高192米。（2）開展碾壓混凝土拱壩的設(shè)計(jì)、施工和科研工作，已建3座，最高的是貴州普定拱壩，高75m；北方寒冷地區(qū)修建的溫泉堡薄拱壩，高49m；福建溪柄溪薄拱壩，高63m。目前在建的四川沙牌薄拱壩，高129m，1999年開始碾壓混凝土施工。這些工程在倒懸面施工、分縫、并縫、溫控及防滲方面都積累了不少經(jīng)驗(yàn)。（3）我國幅員遼闊，氣候條件差別很大，無論在亞熱帶、北方寒冷地區(qū)都有碾壓混凝土工程。采用的材料、結(jié)構(gòu)和施工方法各有特色。試驗(yàn)證明，碾壓混凝土若摻用引氣劑，其抗凍性有較大的提高。適應(yīng)高溫施工的碾壓混凝土外加劑的研究應(yīng)用也取得了初步成果。（4）高摻粉煤灰可節(jié)約水泥，同時(shí)降低水化熱，簡化溫控措施，便利施工。對(duì)用于碾壓混土的水泥、砂石骨料以及也做了不少探索，積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)。（5）在施工中，拌和、運(yùn)輸、攤鋪、壓實(shí)用的設(shè)備和養(yǎng)護(hù)也都積累了許多經(jīng)驗(yàn)，逐步形成了一套成熟的方法。（6）在導(dǎo)流工程中采用碾壓混凝土圍堰優(yōu)越性顯著，施工速度快，經(jīng)濟(jì)合理。如三峽、水口工程的縱向圍堰。巖灘、隔河巖、五強(qiáng)溪、大朝山工程橫向圍堰，汛期均允許過水。（7）探索多種上游面防滲技術(shù)，包括常態(tài)混凝土、瀝青砂漿、鋼筋混凝土面板、預(yù)制混凝土模板勾縫、PVC塑料薄膜和二級(jí)配碾壓混凝土防滲層。其中以二級(jí)配碾壓混凝土防滲層全斷面碾壓最為經(jīng)濟(jì)可靠。 碾壓混凝土壩設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)碾壓混凝土壩的設(shè)計(jì)思想，原創(chuàng)于在允許的條件下，采用土石壩的施工方法進(jìn)行干硬性混凝土的運(yùn)輸、攤鋪、碾壓，以達(dá)到快速施工的目的。隨著實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，碾壓混凝土壩的設(shè)計(jì)原理不斷獲得新的發(fā)展。碾壓混凝土的配合比是借助于經(jīng)驗(yàn)并根據(jù)施工條件通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)來決定的。早期的碾壓混凝土壩大多采用膠凝材料用量較低的貧漿碾壓混凝土水泥＋活性摻和料在100kg/m3以下，現(xiàn)在大多采用膠凝材料用量較高的富漿碾壓混凝土水泥＋活性摻和料在150kg/m3以上。富漿碾壓混凝土壩是當(dāng)今世界上比較流行的趨勢(shì)。綜合世界上已建成的碾壓混凝土壩的平均水平，膠凝材料用量在150kg/m3以上的碾壓混凝土壩占45%左右，膠凝材料低于100kg/m3的碾壓混凝土壩不足13%。中國碾壓混凝土壩的平均膠凝材料用量是173kg/m3，其中水泥79kg/m活性摻和料94kg/m3。近年來膠凝材料的概念也出現(xiàn)了新的變化。過去人們認(rèn)為膠凝材料是指水泥加活性摻和料，最早使用的活性摻和料多為粉煤灰。隨后人們發(fā)現(xiàn)了更多有價(jià)值的摻和料，%左右對(duì)提高碾壓混凝土強(qiáng)度的作用。最近出現(xiàn)了由多種活性摻和料混合而成的膠凝材料，其中可以完全沒有水泥成分，而且世界上已有7座碾壓混凝土壩使用了這項(xiàng)新技術(shù)。碾壓混凝土澆筑層間的水平縫是大壩滲水的主要通道，必須采取相應(yīng)的措施，增加上游面的不透水性和耐久性。世界上大多數(shù)碾壓混凝土壩約占57%采用與碾壓混凝土同步上升的常規(guī)混凝土做護(hù)面防滲；約有10%的壩直接使用碾壓混凝土防滲，具體做法是在碾壓混凝土中摻入較高含量的無黏性細(xì)粉來提高碾壓混凝土的可靠性，這種防滲形式在西班牙比較普遍；還有少數(shù)約5%采用常規(guī)混凝土預(yù)制面板加PVC膜防滲；近年來采用變態(tài)混凝土防滲壩面的做法也有所增加，具體做法是在碾壓混凝土攤鋪前或攤鋪后，向碾壓混凝土中注入水泥砂漿，使用插入式振搗棒振實(shí)。常規(guī)混凝土護(hù)面和變態(tài)混凝土護(hù)面是目前最為流行的兩大技術(shù)趨勢(shì)。碾壓混凝土壩的防滲設(shè)計(jì)不應(yīng)只依賴上游護(hù)面系統(tǒng)來解決，應(yīng)使整個(gè)壩體形成一個(gè)擋水體。壩體滲漏完全可以通過合理的設(shè)計(jì)和施工加以控制，如采用恰當(dāng)?shù)呐浜媳取⒖刂茢備伳雺嘿|(zhì)量、層面處理以及排水、集水措施等。對(duì)于碾壓混凝土層間的水平縫防滲處理，常見以下幾種：有人提出了“成熟度”的概念，即澆筑時(shí)的表面華氏溫度乘以兩層之間覆蓋間隔的小時(shí)數(shù)：　　T(ｈ)ｔ(176。F)=2000這個(gè)乘積作為計(jì)算層間最大間隔時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)只是一個(gè)參考值，每個(gè)工程的環(huán)境條件不同，“成熟度”有較大的變化范圍。有專家認(rèn)為：小于24h的層間縫是“熱縫”，無需處理，只需除去表面碎屑、保持清潔濕潤即可覆蓋上層混凝土；而暴露24～48h有人認(rèn)為可達(dá)72h的層間縫，稱為“準(zhǔn)備縫”，需要用鋼絲刷清掃、除去碎屑并保持濕潤；超過48h或72h的層間縫即為“冷縫”，必須用高壓水槍沖洗，除去碎屑并保持濕潤。美國陸軍工程師團(tuán)對(duì)層間縫的設(shè)計(jì)要求是：所有需持續(xù)蓄水的大壩的層間縫的上游區(qū)必須進(jìn)行砂漿或混凝土墊層處理；當(dāng)層間需要一定膠結(jié)力時(shí)，層間縫應(yīng)全面進(jìn)行砂漿處理。起源于日本的RCD施工法與RCC施工法的層間縫處理方法不同。RCD施工法對(duì)層間縫的處理與常規(guī)混凝土幾乎一樣，需要鑿毛、鋪灑水泥砂漿，并且每隔15m設(shè)置橫向收縮縫，因此RCD壩的造價(jià)一般高于RCC壩。碾壓混凝土壩的橫縫縫距設(shè)計(jì)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，早期的碾壓混凝土壩甚至不設(shè)橫縫，但目前絕大數(shù)都設(shè)置了橫縫，而且分縫的間距和結(jié)構(gòu)有了很大的改進(jìn)。常用的壩體分縫有機(jī)械切縫、模板分縫和誘導(dǎo)成縫?？p間填充材料有鍍鋅鋼板、合成縫板、瀝青浸木板和灌漿等。只要有橫縫，上游面就要設(shè)置止水。一般設(shè)兩道止水，兩者之間設(shè)排水孔與排水廊道相連。橫縫雖然可以有效控制壩體裂縫的產(chǎn)生，但碾壓混凝土澆筑過程中的溫度控制同樣是防止裂縫的關(guān)鍵。溫度控制措施有控制溫升、采用低熱水泥、增加活性摻和料用量、使用保溫措施、在適宜的氣候下澆筑等。因碾壓混凝土澆筑倉面大，受周圍氣候的影響大，預(yù)冷卻法的效果并不明顯。目前大多數(shù)碾壓混凝土施工技術(shù)規(guī)范中都認(rèn)為碾壓混凝土的最高氣溫為35℃。 碾壓混凝土施工工藝的技術(shù)創(chuàng)新碾壓混凝土的拌和、運(yùn)輸、壓實(shí)和養(yǎng)護(hù)等基本施工工藝，長期以來幾乎沒有發(fā)生大的變化，但施工工藝有創(chuàng)新，這在提高施工速度和降低工程造價(jià)方面起到了不容忽視的作用。目前，世界上最高的碾壓混凝土日澆筑強(qiáng)度已準(zhǔn)備突破１萬m3大關(guān)。人們通常使用高效率的強(qiáng)制式拌和機(jī)生產(chǎn)碾壓混凝土。近年來出現(xiàn)的連續(xù)式拌和機(jī)已可以拌制出質(zhì)量接近于批式拌和機(jī)生產(chǎn)的混凝土。連續(xù)式拌和機(jī)能耗低、生產(chǎn)率高，降低了碾壓混凝土成本。最常用的運(yùn)輸手段有自卸汽車、深槽皮帶機(jī)、傾斜升降機(jī)等。使用自卸汽車運(yùn)送碾壓混凝土?xí)r，在入倉前必須沖洗輪胎，以防雜質(zhì)帶入倉面。塔帶機(jī)輸送系統(tǒng)是方便快捷的運(yùn)輸手段，可直接從拌和樓將混凝土運(yùn)至倉面，但造價(jià)貴，適用于大型碾壓混凝土壩的施工。對(duì)于壩肩較陡的大壩，我國首創(chuàng)了負(fù)壓真空溜槽法輸送碾壓混凝土，該項(xiàng)技術(shù)已在江埡碾壓混凝土壩的施工中使用，并獲得成功。碾壓混凝土壩的施工可以采用常規(guī)移動(dòng)模板，也可采用滑模。模板的高度多為層厚的倍數(shù)。近年來，吸取澆筑公路路緣的施工經(jīng)驗(yàn)，出現(xiàn)了水平滑模機(jī)，可使層面從一邊到另一邊連續(xù)上升，避免形成冷縫。目前常用的幾種主要質(zhì)量控制手段是：在生產(chǎn)過程中，常用VeBe儀測定碾壓混凝土的稠度，以控制配合比。在碾壓過程中，可使用核子密度儀測定碾壓混凝土的濕容重和壓實(shí)度，對(duì)碾壓層的均勻性進(jìn)行控制。碾壓混凝土的強(qiáng)度在施工過程中是以監(jiān)測容重進(jìn)行控制的，最后，通過鉆孔取芯樣校核其強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求。碾壓混凝土技術(shù)出現(xiàn)后，以它自身獨(dú)具的優(yōu)點(diǎn)很快發(fā)展起來。通過30多年的實(shí)踐，不斷改進(jìn)創(chuàng)新，顯示了該項(xiàng)技術(shù)的生機(jī)與活力。相信在新世紀(jì)會(huì)被越來越多的工程接受和采用。 碾壓混凝土重力壩荷載分析與計(jì)算混凝土重力壩是指用混凝土澆筑的，主要依靠壩體自重來抵抗上游水壓力及其它外荷載并保持穩(wěn)定的壩。世界各國修建于寬闊河谷處的高壩，多采用混凝土重力壩；壩軸線一般為直線，斷面型式較簡單，便于機(jī)械化快速施工，混凝土方量較多，施工中需要嚴(yán)格的溫度控制措施；壩頂可以溢流泄洪，壩體中可以布置泄流孔洞。我國的丹江口電站、豐滿工程的大壩，目前世界上最大的水電站——巴西伊泰普工程以及三峽工程的大壩，均采用了混凝土重力壩。重力壩的設(shè)計(jì)內(nèi)容一般有： 總體布置 首先選擇壩址、壩軸線和壩的結(jié)構(gòu)型式。確定壩體與兩岸及交叉建筑物聯(lián)接方式。最終確定壩體在樞紐中的布置。剖面設(shè)計(jì) 可參照已建的類似工程，初擬剖面尺寸。 穩(wěn)定分析 用單一安全系數(shù)法和可靠度理論法，核算壩體沿壩基面或沿地基深層軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定安全性能。應(yīng)力分析 用材料力學(xué)法和可靠度理論法，對(duì)壩體材料進(jìn)行強(qiáng)度較核。構(gòu)造設(shè)計(jì) 根據(jù)施工和運(yùn)行要求，確定壩體細(xì)部構(gòu)造。(廊道、排水、壩體分縫、止水等)地基處理 地基的防滲(帷幕灌漿)、排水、斷層、破碎帶處理等。溢流重力壩和泄水孔的孔口設(shè)計(jì)。監(jiān)測設(shè)計(jì) 包括壩體內(nèi)部和外部的觀測設(shè)計(jì)，制定大壩的運(yùn)行、維護(hù)和監(jiān)測條例。 正確計(jì)算重力壩的荷載并進(jìn)行合理的荷載組合是重力壩設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。作用在重力壩的荷載主要有：壩體自重，上下游壩面上的水壓力，揚(yáng)壓力，浪壓力，泥沙壓力，地震壓力及冰壓力等。設(shè)計(jì)重力壩時(shí)應(yīng)根據(jù)具體的運(yùn)用條件確定各種荷載的數(shù)值，并選擇不同的荷載組合，用以驗(yàn)算壩體的穩(wěn)定和強(qiáng)度。 荷載的計(jì)算壩體自重是維持大壩穩(wěn)定的主要荷載，其數(shù)值可根據(jù)壩的體積和材料容重計(jì)算確定 （4—1）本工程采用碾壓混凝土筑壩，取容重。（1）靜水壓力可按水利學(xué)原理計(jì)算，壩面上任一點(diǎn)靜水壓強(qiáng)。式中，為水的容重，為該點(diǎn)距水面的深度，將沿壩面積分后，即可求出作用在壩面上的靜水壓力的合力。當(dāng)壩面為傾斜時(shí)，為計(jì)算簡便，常將水壓力分解為水平水壓力和垂直水壓力兩部分進(jìn)行計(jì)算。 （4—2） （4—3）式中 —壩前水深（m）； —上游壩坡系數(shù)； —水容重，取。（2）動(dòng)水壓力 圖 4—1 動(dòng)水壓力計(jì)算圖溢流壩泄流時(shí)，下游反弧段的動(dòng)水壓力，可根據(jù)流體的動(dòng)量方程求得。若假定反弧段的起始和末端兩斷面的流速相等，則可求得反弧段上動(dòng)水壓力的總水平分力和垂直分力的計(jì)算 公式如下： （4—4） （4—5）式中 、—反弧段上通過圓心豎線兩側(cè)的中心角，（）； —反弧段上的平均流速，（）； —單寬流量，（）； —重力加速度，?。? —水容重，取。、的作用點(diǎn)，可以近似的認(rèn)為作用在圓弧中點(diǎn)。作用在溢流面、段的動(dòng)水壓力一般比較小，可忽略不計(jì)。（1）壩基面揚(yáng)壓力圖 4—2 有防滲排水時(shí)壩底揚(yáng)壓力分布圖對(duì)于壩基設(shè)有防滲帷幕和排水孔的實(shí)體重力壩，揚(yáng)壓力可按圖（4—2）計(jì)算，在壩踵的揚(yáng)壓力強(qiáng)度為，在排水孔中心線上的揚(yáng)壓力強(qiáng)度為下游壩址揚(yáng)壓力強(qiáng)度為，其間均以直線連接，形成折線形揚(yáng)壓力分布。上式中的為揚(yáng)壓力折減系數(shù)，可根據(jù)壩基地質(zhì)及防滲、排水等具體情況擬定。我國重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范建議：河床壩段；岸坡壩段。本工程去。（2）壩體內(nèi)部揚(yáng)壓力（折坡截面）壩體混凝土也有一定的滲透性，在水頭作用下，庫水仍會(huì)從上游壩面滲入壩體，并產(chǎn)生滲透壓力。為了減小壩內(nèi)滲透壓力，常在壩體上游面附近3～5m的范圍內(nèi)，提高混凝土防滲性能，形成一定厚度的防滲層，并在防滲層后設(shè)壩身排水管。上游壩面揚(yáng)壓力強(qiáng)度為，在排水管線為，在下游面為，其間仍以直線連接。也取。由于影響波浪的因素很多，目前主要根據(jù)風(fēng)速和吹程結(jié)合水庫所在位置的地形，采用已建水庫長期觀測資料所建立的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于庫緣地勢(shì)高峻的山區(qū)水庫，風(fēng)速風(fēng)速=4～16m/s，水庫吹程1～13km的情況，可按官廳水庫公式計(jì)算： （4—6） （4—7）上兩中，為計(jì)算風(fēng)速，；校核情況宜采用洪水期多年平均最大風(fēng)速。庫面吹程系指壩前沿水面至對(duì)岸的最大直線距離，可根據(jù)水庫形狀確定。但若庫形特別狹長，應(yīng)以5倍平均庫面為準(zhǔn)。由于空氣的阻力比水的阻力小，波峰在靜水面以上的高度大于波谷在靜水位以下的深度，所以平均波浪中心線高出靜水面，其值可按下式計(jì)算 （4—8）本工程屬于深水波，求得、和等波浪要素后，浪壓力便可按下式計(jì)算。 （4—9）圖 4—3 深水波的浪壓力圖淤積計(jì)算年限可取為50～100年，對(duì)于多沙河流應(yīng)專門研究決定。本工程經(jīng)過分析選定采用100年作為淤積年限。要準(zhǔn)確計(jì)算泥沙壓力是比較困難的，一般可參照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，按土壓力公式計(jì)算 （4—10）式中 —泥沙對(duì)上游壩面的總水平壓力； —泥沙的浮容重； —泥沙的淤積高度； —泥沙的內(nèi)摩擦角，對(duì)于淤積時(shí)間較長的粗顆粒泥沙，可取；對(duì)于較細(xì)的粘土質(zhì)泥沙，可??；對(duì)于極細(xì)的泥沙、粘土和膠質(zhì)顆粒，可取。當(dāng)上游壩面傾斜時(shí)，除計(jì)算水平向泥沙壓力外，尚應(yīng)計(jì)算鉛直向泥沙壓力，即淤沙重。壩基開挖后，一般還要進(jìn)行回填，但由于方量較少，壓力小。所以本工程中，不計(jì)算土壓力。設(shè)計(jì)烈度在6度以下的可不進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，而在9度以