碾压混凝土采用高掺粉煤灰、富胶结材料,即平均胶结材料用量达208kgm-3,粉煤灰用量占胶结材料60%70%.采用大面积浇筑和碾压。一般坝块长超过60m才分缝。有溢流要求时,采用阶梯式溢流面,颇有特色。
我国从1980年开始对碾压混凝土坝的设计、施工和混凝土材料等方面进行了试验研究。1986年在福建省坑口水电站建成我国第一座高56.8m的碾压混凝土坝。到目前为止,我国已建、在建和设计的碾压混凝土坝分别为26,14和20座。我国最高的碾压混凝土重力坝是红水河上不久即将施工的龙滩水电站重力坝。该坝第一期坝高192m,装机容量4.2106kW,第二期坝高216.5m,装机容量5.4106kW.我国最高的已建的碾压混凝土拱坝是乌江支流三岔河上的普定重力拱坝,高75m,装机容量7.5106kW.我国最高的在建的碾压混凝土拱坝是沙牌拱坝,高132m.我国根据20a来的研究成果和实践经验的总结。形成了具有我国特点的RCCD法。以下就碾压混凝土坝的筑坝方法特点、大坝断面设计、混凝土配比、施工工艺、温度控制等方面的发展现状和趋势进行介绍和分析。
筑坝方法特点日本RCD法的特点是确保与常态混凝土重力坝具有相同的抗渗性和耐久性。RCD法所用混凝土的质量要求满足常态混凝土坝具有同等程度抗渗性和强度,并对坝体水平施工缝进行充分处理,以确保施工缝的抗剪强度不低于坝体碾压混凝土的抗剪强度。
例如最早采用RCC法施工的柳溪坝仅6个月就完成了浇筑330000m3的混凝土,表明了施工的快速性和经济性,但存在裂缝和渗漏问题。后来RCC法进行了改进,也吸收了RCD法的一些长处,裂缝和渗漏现象有很大减少。
我国的RCCD法根据碾压混凝土坝的一个要点是创造大浇筑面以充分发挥施工机械的效率,加快筑坝速度,吸取了RCD法和RCC法的经验与教训,结合我国粉煤灰资源极其丰富,采用不设纵缝、少设横缝、高掺粉煤灰中等胶结材料用量混凝土、连续式浇筑、有中国特点的施工方法。我国于1992年颁布了碾压混凝土坝设计导则,又于1994年颁布了水工碾压混凝土试验规程和水工碾压混凝土施工规范,使我国碾压混凝土坝的设计施工更为规范化。
大坝断面设计<35>日本碾压混凝土坝的断面设计均是按照常态混凝土重力坝规定的稳定和应力方面的要求进行的。对碾压混凝土坝混凝土的设计强度通常要求满足以下两个条件。
水平方向的滑动稳定条件Ns=0L+fVH(1)式中Ns安全系系数,一般要求Ns为4;0抗剪强度;f内摩擦系数;L剪切面的长度;V作用在单宽剪切面上的垂直力;H作用在单宽剪切面上的剪切力。混凝土抗压强度安全系数nc=c1(2)式中nc安全系数,一般要求为4;c无侧限抗压强度;1最大主应力。
由于RCD法的碾压混凝土强度不低于常态混凝土,所以主要问题集中在水平施工缝的抗剪强度上。日本对四座碾压混凝土坝的水平施工缝和坝体的一般部位(即非水平施工缝部位)进行了取样试验研究,其结论是只要对施工缝进行充分处理,则其抗剪强度不会比碾压混凝土自身的抗剪强度低。水平施工缝的强度下降是施工方面的原因造成的。美国RCC法对沿水平施工缝层面进行抗滑稳定计算时,其校核公式与(1)式上同,但无论是高坝或者低坝,根据正常、非常和极端荷载组合,分别要求安全系数满足3.0,2.0和1.0.
日本RCD法为了上游坝面的防渗和下游面的保护以及与基础面粘结和填平,一般上游面设置的常态混凝土厚度为3m,下游面为22.5m,基础部分为1.53m.这种坝的断面称为金包银型式。此外,不设置纵缝,但设置横缝,间距一般为15m,并在横缝的止水后面设有垂直排水孔。
美国RCC法在初期大坝断面全部采用碾压混凝土,但渗漏严重。后来改进而在上游坝面设置常态混凝土防渗层(厚度约为1m)或止水薄膜。我国对碾压混凝土坝的防渗采用了多种结构构造。坑口坝是在上游面设置一道由6cm混凝土预制板和回填6cm沥青砂浆所形成的防渗层。荣地坝则用混凝土预制块做模板,再用砂浆嵌缝兼作防渗层。