碾压混凝土高坝筑坝技术研究

　　碾压混凝土高坝筑坝技术研究国家电力公司科技环保部（国家电力公司，北京100031）220）取得了重要研宄成果。该项目攻关目标为：①以龙滩碾压混凝土重力坝为主要依托工程，研宄解决200m级高碾压混凝土重力坝筑坝的关键技术；②以沙牌碾压混凝土拱坝为主要依托工程，研宄解决100m以上高碾压混凝土拱坝筑坝的关键技术。攻关取得的重大研宄成果可概括为：①两项配套技术：龙滩碾压混凝土重力坝设计配套技术和沙牌碾压混凝土拱坝筑坝配套技术；②一项成套设备：200m3/h双卧连续强制式碾压混凝土搅拌系统设备；③五项突破性成果：大仓面碾压混凝土斜层平推铺筑法。高气温和多雨条件下的碾压混凝土施工措施。碾压混凝土拱坝接缝重复灌浆技术。碾压混凝土拱坝埋管降温技术和碾压混凝土拱坝现场快速质量检测技术。

　　方法9在设计荷载作用下的坝体应力状态高碾压Wishing本文编写人员卢立生黄晓辉，1李晓M茜玲。i.net坝筑坝技术研究（9-220）紧密结合龙滩碾压混凝土重力坝（坝高216m）工程设计，以及沙牌碾压混凝土拱坝（坝高132m）建设，重点研究解决200m级高碾压混凝土重力坝和100m以上高碾压混凝土拱坝关键技术，总结高碾压混凝土坝设计、施工经验，为进一步推广碾压混凝土筑坝技术提供支持，使我国在这一技术领域达到国际水平。

　　了两个课题共8个专题，即：200m级高碾压混凝土重力坝筑坝研究“课题，该课题共设置高碾压混凝土重力坝设计方法的研究、高碾压混凝土重力坝渗流分析和防渗结构的研究、碾压混凝土材料性能和耐久性的研究等3个专题；100m以上高碾压混凝土拱坝研究”课题，该课题共设置高碾压混凝土拱坝分缝及建坝材料特性研究、碾压混凝土拌和设备研制、高碾压混凝土拱坝快速施工的研究、碾压混凝土高拱坝现场快速质量检测技术研究以及高碾压混凝土拱坝原型观测研究等5个专题。

　　1主要内容及目标1.1高碾压混凝土重力坝研究高碾压混凝土重力坝坝体应力的计算凝土重力坝的极限承载能力和破坏机理，建立碾压混凝土重力坝二维非线性有限元全过程仿真计算方法和程序。

　　研究坝体上游防渗结构、薄层碾压混凝土渗流状况及排水系统措施。

　　研究开发高温多雨季节碾压混凝土重力坝的快速连续施工配套技术和管理方法。

　　研究确定碾压混凝土佳配合比的理论及分析方法和在各种水力梯度作用下碾压混凝土的溶蚀特性。

　　综合以上研究内容，要求达到如下目标：以龙滩碾压混凝土重力坝为主要依托工程，研究解决200m级高碾压混凝土重力坝筑坝的关键技术。

　　1.2高碾压混凝土拱坝研究分析温度应力计算方法和合理温控措施、横缝间距、结构形式和灌浆处理技术措施。

　　研制碾压混凝土强制式连续拌和系统设备，研究施工机械设备配套。

　　研究合理的工艺流程及设备，改进高速运输系统。

　　基金项目：九五“国家重点科技攻关项目（9fr220）研究快速控制碾压混凝土质量检测方法，研制相应的检测设备。

　　研究高碾压混凝土拱坝的安全监测设计，收集分析观测资料，以便验证设计成果，并指导施工和为曰后的坝体运行提供技术。

　　综合上述研究内容，要求达到如下目标：以沙牌碾压混凝土拱坝为主要依托工程，研究解决100m以上高碾压混凝土拱坝筑坝的关键技术。

　　2主要成果和解决的关键技术问题本项目所取得的重大科技成果可归纳为：两项配套技术，一项成套设备，五项突破性成果。两项配套技术为龙滩碾压混凝土重力坝设计配套技术和沙牌碾压混凝土拱坝筑坝配套技术。一项成套设备为200m3/h双卧连续强制式碾压混凝土搅拌系统设备。五项突破性成果为大仓面碾压混凝土斜层平推铺筑法、高气温和多雨条件下的碾压混凝土施工措施、碾压混凝土拱坝接缝重复灌浆技术、碾压混凝土拱坝埋管降温技术和碾压混凝土拱坝现场快速质量检测技术。

　　2.1龙滩碾压混凝土重力坝设计配套技术高碾压混凝土重力坝设计方法的研究，取得了高碾压混凝土重力坝应力计算方法和承载能力、温度应力和防裂措施、高气温及多雨条件下碾压混凝土坝施工技术、碾压混凝土施工层面处理和坝体快速施工等重要成果。

　　高碾压混凝土重力坝渗流分析研究，取得了高碾压混凝土重力坝渗流特性与材料、碾压质量、混凝土强度、抗渗等级等各种因素的关系；现场压水试验设备；坝体、层面、缝面和裂隙的水力等效性；防渗结构设计与论证等成果。与“八五”攻关成果相比，渗，主要倾向于采用常态钢筋混凝土防渗措施，“九五”则重点研究了依靠碾压混凝土本身防渗来取代钢筋混凝土防渗结构的措施。

　　碾压混凝土材料性能和耐久性研究，取得了采用优质粉煤灰配制的能降低绝热温升（2.37C）、提高混凝土防渗和抗裂性能的优化混凝土配合比；采用能提高层面之间的粘聚力的保塑砂浆进行层面处理；不同水力梯度作用下碾压混凝土的溶蚀和渗透特性及抗渗耐溶措施；高温缓凝减水剂对碾压混凝土凝结时间的影响；可代替粉煤灰的PT（岩粉）掺合料在大朝山碾压混凝土坝的应用等成果。这些成究着手，回答了碾压混凝土用于200m级高坝也能满足抗渗耐溶要求和高气温条件下碾压混凝土也能照常施工等一系列问题。

　　综上所述，本项研究解决了设计所需的三项关键技术，即可用的材料、合理先进的设计技术、切实可行的施工技术与相应的机械设备选型配套。形成了龙滩碾压混凝土重力坝设计配套技术，为今后类似的高碾压混凝土重力坝设计提供了技术依据。

　　2.2沙牌碾压混凝土拱坝筑坝配套技术拱坝分缝及建坝材料特性研究确定了坝体的本构关系和破坏机理，提出了不同于普定拱坝的为更好地释放坝体施工期的温度应力、控制坝体开裂的诱导缝加常规横缝组合的沙牌拱坝分缝方案（普定拱坝只设了诱导缝），预制混凝土重力式模板结构型式和先安装后填筑碾压混凝土的成缝技术埋管降低混凝土温升，接缝重复灌浆技术，不同分缝方式和不同施工进度安排对大坝温度场和应力场的影响，就地取用弹强比小的花岗岩人工骨料研制的高抗裂性碾压混凝土和相应的低脆性延迟微膨胀水泥配方，以及具有高精度的混凝土绝热温升自动控制仪等成果。

　　碾压混凝土拱坝快速施工研究取得的主要成果是：结合沙牌工程编制了高碾压混凝土拱坝施工计算机模拟程序，对合理的施工方案选择提供了定量的技术依据。研究提出了真空溜管管带采用超软磨橡胶带，将负压溜槽系统的关键部位一下料控制装置改成全封闭的自动弧门，解决了弧门漏浆、漏气及维修困难、易磨损等问题。还设计了一套测速系统，可测定碾压混凝土下滑过程中的线速度。通过优化上、下游模板设计，确保了碾压混凝土连续施工；在普定施工工法的基础上制定出沙牌工程的工法，指导工程施工。设计并提出了满足沙牌工程需要的水泥、粉煤灰净浆配比与佳净浆掺量；制定了改性混凝土施工的作业指导书。该研究成果应用于沙牌拱坝改性混凝土施工，扩大了改性混凝土的使用范围，简化了作业工序。提出了提高冬季混凝土出机口温度的方法和措施，比较并选定了泡沫塑料保温被作为保温材料用于指导工程冬季施工。

　　果从碾压混凝基本蓖各种材料及其配比〉研线及水平拱的时空分布确定性模型和实时分析坝肩bookmark2坝体原型观测研究取得的主要成果是：优化了沙牌碾压混凝土拱坝原型观测设计方案，在保证系统可靠实用的前提下，使设计经济、合理，施工方便；提出了施工期监测数据处理分析模型，编制了相关程序；建立了初次蓄水模型、运行期的全坝梁挠曲稳定性模型。提出了拱坝、拱座的安全监控指标及突变理论判别坝肩稳定的方法；提出了适合沙牌工程的数据自动采集系统和通讯接口方案。提出了对仪器的长期可靠运行和提高观测精度具有重要作用的“护管悬挂”的碾压混凝土监测仪器的埋设方法。

　　研制的新型埋入式测缝计直接应用于沙牌碾压混凝土高拱坝和其他水利水电工程。

　　综上所述，本项成果解决了沙牌碾压混凝土拱坝筑坝所需的关键技术形成了沙牌碾压混凝土拱坝筑坝的配套技术，为今后类似的100m以上碾压混凝土拱坝的建筑提供了借鉴。

　　2.3200m3/h双卧轴连续强制式碾压混凝土搅拌系统搅拌机结构型式为双卧轴连续强制式。整个搅拌设备呈一字形三阶式布置，即配料、搅拌、出料各为一阶，它们通过进、出料皮带联结成一个整体，采用工业PC机系统+PLC控制台组成全自动控制系统。系统能按要求生产不同标号的二级配、三级配碾压混凝土，也能生产常态混凝土，生产能力100 ~200m3/h.该系统在沙牌工地自1999年5月投入运行以来，运行稳定正常、性能良好，其生产的碾压混凝土优于德国同类产品BHS搅拌机生产的碾压混凝土。

　　2.4大仓面碾压混凝土斜层平推铺筑法以江垭为中间试验依托工程，研究并提出了高碾压混凝土重力坝斜层铺筑法的原理和工艺，及其在高气温和多雨环境条件下连续施工中的作用。实际应用证明，采用斜层平推铺筑法新工艺，用较小的浇筑强度覆盖较大的坝体浇筑面积，减少了坝体分块面积过小带来的影响和模板工程量，可进行大面积连续浇筑，加快施工进度。由于采用斜层平推铺筑法，碾压混凝土的层间间隔时间大大缩短，显著改善了混凝土层面之间的结合质量，特别适用于碾压混凝土的夏季施工。

　　2.5高气温和多雨条件下碾压混凝土施工技术通过场地模拟试验，系统地研究了夏季施工中气温、相对湿度、日晒（太阳幅射）风速等环境因素对碾压混凝土连续施工的影响，以及太阳幅射对于气温和混凝土表面湿度影响的计算分析方法。根据龙滩碾压混凝土材料的配合比和性能，建立了成熟度（仓面气温和层间间隔时间的乘积）温度和层面抗剪断参数的经验关系式。为龙滩碾压混凝土坝夏季施工设计和现场工程决策，提供了重要的依一一，2.6碾压混凝土拱坝接缝重复灌浆技术通过试验研究，提出了一套适用于碾压混凝土拱坝的单回路重复灌浆系统，橡胶套阀重复出浆盒以及可灌注细缝的改性超细水泥浆材等灌浆技术。

　　在碾压混凝土拱坝接缝重复灌浆技术方面取得的这一重要成果己在沙牌工程中应用。

　　和以往工程采用设置两套灌浆系统和采用化学灌浆材料相比，这种单回路、改性超细水泥浆材重复灌浆技术既能节约工程投资，又对保护环境有利。

　　7碾压混凝土拱坝埋管降温措施根据沙牌碾压混凝土拱坝坝高、工程量大，及全年连续施工的要求，除在坝体结构上合理分缝外，还研究了在高温季节浇筑的、温度拉应力超过规定的坝体部位，埋设高强度聚乙烯冷却水管，利用当地河水温度较低的有利条件，通水削减混凝土的高温升。试验研究和工程实践表明降温效果较好，对碾压混凝土的仓面施工干扰不大，具有施工简便，成本较低的优点。

　　8碾压混凝土拱坝现场快速质量检测技术采用电动势微分法测试水泥的初凝时间，而不是传统采用的以测量物理量的突变点确定初凝时间。

　　提出电阻微分法测定水泥的初凝时间，比传统采用的电阻的突变点确定初凝时间准确。多数情况下，电阻过程曲线在初凝时间处无突变点。

　　研制了测试碾压混凝土初凝时间的电动势法传感器和电阻微分法传感器。

　　研制了碾压混凝土层面多参数测试仪。

　　上述各项技术研究，是在“八五”攻关的基础上进行的。对龙滩碾压混凝土重力坝，“八五”攻关成果回答了碾压混凝土在龙滩高坝上可以应用的问题，即龙滩高坝应用碾压混凝土筑坝是可行的。但遗留了坝体上游面防渗结构、大仓面碾压混凝土施工、高气温多雨条件下碾压混凝土的施工等重大技术问题，这些关键技术问题在“九五”攻关中进行了充分研究，得到了补充和完善，为龙滩工程的开工建设奠定了比较充分的技术条件。

　　在“八五”期间对沙牌碾压混凝土拱坝进行了部分研究工作，同时还有普定碾压混凝土拱坝的建设经验可以借鉴。但普定碾压混凝土工程的建坝材料（石料）、气候条件、施工场地等均优于沙牌，因此普定的研究成果和经验在沙牌不尽可行。沙牌需要解决如何使用当地弹强比较低的混凝土骨料、高拱坝分缝技术、混凝土内部降温、接缝的重复灌浆、施工高峰期的碾压混凝土搅拌设备等一系列关键技术问题。这些问题在本项研究中得到了较好解决。通过应用本项目取得的成果，沙牌拱坝的建设正在比较顺利地进行。

　　3成果应用情况及取得的经济效益200m级高碾压混凝土重力坝研究，以龙滩碾压混凝土重力坝为依托工程，研究成果己用于龙滩水电站工程设计中，其中的重力坝承载能力稳定性理论分析计算新方法和混凝土重力坝坝基岩体分级专家系统，己推广应用到向家坝工程设计中。有关施工方面的研究，依托江垭、涌溪碾压混凝土坝进行了中间试验，其成果不仅己应用于中间试验工程，而且不少成果，如斜层平推铺筑法，己在棉花滩、汾河二库、大朝山等碾压混凝土坝体推广应用。1⑴m以上高碾压混凝土拱坝研究取得的成果，包括材料、分缝设计理论与方法，施工技术与原型观测技术等，己全部用于沙牌工程设计和施工。200m3/h双卧连续强制式碾压混凝土搅拌系统设备，在沙牌投入运行后己生产了10多万m3混凝土，这套设备不仅可以搅拌碾压混凝土料，也可搅拌常态混凝土料，是一套用于大型混凝土工程的通用性搅拌设备，其推广应用前景非常广阔。

　　用于设计和施工，成果转化率达到90.5.己取得直接经济效益约17 000万元，如计入缩短工期、提前发电等收益，间接经济效益将更加显著。

　　4结语在项目组织部门下，两个课题由水电水利规划设计总院负责组织管理。参加本项目攻关研究的单位共23个，其中：设计单位4个，工程单位4个，高等院校9个，科研院所3个，其他单位3个。参加攻关的科技人员579人，其中具有职称的通过本项科技攻关，形成的两项配套技：术一项成套设备，五项突破性成果，不仅解决了龙滩、沙牌碾压混凝土工程中存在的关键技术问题，为这两个工程建设的顺利实施提供了技术保障，也为其他在建的碾压混凝土工程提供了经验；同时这批高水平的攻关成果，丰富了我国的坝工建设理论和经验，积累了系统的碾压混凝土筑坝技术储备，对我国今后高碾压混凝土坝的建设，特别是开发西部水电将产生重大影响。

　　本项目己于2000年12月通过了国家科学技术部组织的专家验收，经评审，项目研究成果总体达到国际先进水平，部分达到国际水平。

　　表彰大会召开bookmark13科技部、财政部、国家计委、国家经贸委于2001年5月15日召开会议隆重表彰“九五”国家重点科技攻关优秀科技成果和先进个人。国家电力公司水电水利规划设计总院共承担了“九五”国家重点科技攻关水电两个项目中5个课题23个专题的管理工作、中国水利水电科学研宄院承担了两个课题6个专题的管理工作。

　　研宄解决100m级碾压混凝土拱坝、200m级碾压混凝土重力坝、200m级混凝土面板堆石坝、300m级高拱坝的关键技术作出重大贡献。这次受表彰的优秀成果有中南勘测设计研宄院等单位承担的‘龙滩碾压混凝土重力坝设计配套技术“、成都勘测设计研宄院等单位承担的”沙牌碾压混凝土拱坝筑坝配套技术“、水规总院和清江公司、水科院、长委会等单位承担的m级高混凝土面板堆石坝配套技术”，水科院等单位承担的“300m高拱坝抗震技术研宄'受表彰的先进个人有水规总院的卢立生、昆明勘测设计研宄院的傅树红和水科院的朱耀泉。

　　水电水利规划设计总院科技处