[德國]

B.施塔貝爾 等

張國新　　楊會(huì)臣　　馬貴生　譯

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碾壓混凝土拱壩施工新技術(shù)

[德國]

B.施塔貝爾 等

摘要：目前碾壓混凝土重力壩技術(shù)已廣泛應(yīng)用于世界各地，但在壩工界，用于拱壩填筑仍是一項(xiàng)復(fù)雜而艱巨的任務(wù)。在過去30 a里，通過基礎(chǔ)研究、試驗(yàn)和實(shí)踐，大壩建設(shè)者成功探索出碾壓混凝土拱壩填筑的新方法，開發(fā)出的多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)已成功應(yīng)用于碾壓混凝土拱壩工程建設(shè)中。回顧了近年來碾壓混凝土拱壩填筑技術(shù)的發(fā)展，從拱結(jié)構(gòu)和性能方面對(duì)比了碾壓混凝土拱壩和傳統(tǒng)混凝土拱壩的不同特性，總結(jié)出碾壓混凝土拱壩建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)和施工程序。以巴基斯坦高133 m的高瑪贊碾壓混凝土拱壩為例，討論了包括橫向收縮縫的設(shè)置和灌漿、碾壓混凝土壩的后冷卻、 壩肩陡坡碾壓混凝土的澆筑等關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)在碾壓混凝土拱壩建設(shè)中是必不可少的。

關(guān)鍵詞：碾壓混凝土；碾壓混凝土拱壩；收縮縫；橫向縫灌漿；混凝土冷卻

在世界范圍內(nèi)，碾壓混凝土(RCC)在大壩修建方面的應(yīng)用正飛速增長，但主要用于修建重力壩，而修建拱壩(包括重力拱壩)仍然面臨挑戰(zhàn)。截止2013年底，全世界建成的637座RCC壩中，只有35座是拱壩，這主要是由RCC材料的固有性質(zhì)、施工方法和環(huán)境條件決定的。除了常規(guī)拱壩的基本要求以外，RCC拱壩還需要特殊的工藝和施工方法。

30 a以來，研究設(shè)計(jì)人員和承包商都在積極探索RCC拱壩澆筑方法，通過不懈努力、創(chuàng)新與合作，解決了許多問題，開發(fā)出許多新技術(shù)和施工方法，新技術(shù)如雨后春筍般涌現(xiàn)。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，RCC拱壩將拓展大壩建設(shè)的新前景，并開啟了大壩建設(shè)的新紀(jì)元。

1RCC拱壩發(fā)展

RCC技術(shù)在拱壩建設(shè)方面的應(yīng)用和發(fā)展可追溯到20世紀(jì)80年代，盡管當(dāng)時(shí)RCC重力壩的發(fā)展尚處于初級(jí)階段，但一經(jīng)問世便受到廣泛關(guān)注，其施工技術(shù)也在不斷推陳出新。第1座RCC拱壩為重力壩，于20世紀(jì)80年代末誕生于南非，高70 m的沃維丹斯(Wolwedans)壩和50 m高的克涅布特(Knellpoort)壩是RCC重力拱壩建設(shè)的先驅(qū)。

此后，一些國家和組織也對(duì)RCC拱壩進(jìn)行了技術(shù)研發(fā)。巴基斯坦高133 m的高瑪贊(Gomal Zam)和老撾高99 m的南俄5(Nam Ngum 5) RCC重力拱壩就是實(shí)例。另外，2013年底完工的波圖格斯(Portugues)RCC拱壩也是一個(gè)重要里程碑，標(biāo)志著RCC技術(shù)進(jìn)入美國拱壩領(lǐng)域。

這些研究與實(shí)踐深化了人們對(duì)RCC材料性能和RCC拱壩特性的理解，促進(jìn)了技術(shù)創(chuàng)新和施工方法的革新，大壩業(yè)主也漸漸認(rèn)識(shí)到這種壩型的優(yōu)勢(shì)。迄今為止，RCC已應(yīng)用于包括重力拱壩和雙曲薄拱壩等所有類型的拱壩中。

2RCC拱壩特性

拱壩是呈拱形彎曲的壩，利用拱效應(yīng)和壩體材料強(qiáng)度來支撐作用于其上的荷載。拱壩最適合也最常修建于狹窄陡峭的峽谷，要求有穩(wěn)定的巖體來支撐上部結(jié)構(gòu)和傳下來的應(yīng)力。拱壩的拱效應(yīng)將荷載傳至壩基和壩肩，因此要求拱壩壩體結(jié)構(gòu)的完整性要好。

傳統(tǒng)混凝土拱壩通常分段修建，水庫初次蓄水前，需對(duì)壩段間的收縮縫進(jìn)行灌漿，為此，需要使用后冷卻技術(shù)，將壩段冷卻至最終穩(wěn)定溫度。灌漿后，壩段相互結(jié)合成為整體結(jié)構(gòu)，獲得必要的拱效應(yīng)。冷卻和灌漿的另一作用是迫使兩側(cè)壩端與峽谷巖壁緊密接觸。

RCC拱壩在原理上類似于傳統(tǒng)混凝土拱壩，不同之處是施工方法。RCC拱壩作為一個(gè)單一整體結(jié)構(gòu)而建設(shè)，即壩頂以大概一致的速度加高，而不是分段加高。與RCC施工技術(shù)一樣，收縮縫和接縫灌漿的設(shè)計(jì)和施工以及大壩后冷卻技術(shù)也需要研發(fā)和應(yīng)用。此外，由于施工差異，RCC拱壩與傳統(tǒng)混凝土拱壩的應(yīng)力分布也不同。

對(duì)于只有誘導(dǎo)縫的RCC拱壩，在誘導(dǎo)縫開啟前不會(huì)進(jìn)行灌漿，因此后冷卻系統(tǒng)并非絕對(duì)必要。由于這種RCC拱壩均勻升高，沒有明顯的收縮縫，隨著施工的進(jìn)程，拱不斷升高，最終達(dá)到壩頂高程，拱效應(yīng)從一開始就在發(fā)揮作用，且混凝土的強(qiáng)度和彈性模量都會(huì)隨著時(shí)間而發(fā)展，拱效應(yīng)也會(huì)增長。

對(duì)于有傳統(tǒng)全橫向收縮縫的RCC拱壩，收縮縫條件分兩種情況：

(1) 收縮縫起始高程以下的壩體，拱效應(yīng)在施工過程中就已形成，與設(shè)誘導(dǎo)縫且誘導(dǎo)縫開啟前相同，如前文所述。

(2) 收縮縫起始高程以上的壩體，在RCC填筑時(shí)先形成拱并獲得拱效應(yīng)，但在水庫蓄水前，通過后冷卻技術(shù)使壩體冷卻至最終恒溫時(shí)，收縮縫張開，最初形成的拱效應(yīng)隨之消失。只有在對(duì)收縮縫進(jìn)行灌漿后，整個(gè)大壩的拱效應(yīng)才重新形成，之后RCC拱壩收縮縫的工作原理與傳統(tǒng)混凝土拱壩無異。然而，RCC拱壩收縮縫的形成、灌漿系統(tǒng)以及后冷卻系統(tǒng)與傳統(tǒng)混凝土拱壩完全不同，由于RCC使用推土機(jī)和振動(dòng)壓路機(jī)快速施工、薄層澆筑，這些工作必須與RCC澆筑同步進(jìn)行。

由于RCC拱壩的施工步驟和拱形成機(jī)制，混凝土溫度變化和自體積變化產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)殘留在壩體內(nèi)，并在壩體中不斷積累，而混凝土自重產(chǎn)生的應(yīng)力并非線性分布。拱壩中的剩余應(yīng)力與鋼結(jié)構(gòu)焊接過程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力有些類似。因此，必須進(jìn)行詳細(xì)的有限元分析，模擬逐層施工的全過程，才能正確評(píng)估RCC拱壩中的應(yīng)力。由于拱壩依靠拱效應(yīng)和壩體材料的強(qiáng)度來承擔(dān)負(fù)荷，拱壩的應(yīng)力水平通常高于重力壩，因此常需要高強(qiáng)度的RCC，這就導(dǎo)致水泥含量較高。此外，在壩肩陡坡上澆筑RCC混合料也是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。為克服這一困難，人們已在RCC拱壩的施工過程中開發(fā)出各種施工方法。

實(shí)際上，RCC拱壩與傳統(tǒng)混凝土拱壩在性能和運(yùn)行方面具有相同的優(yōu)點(diǎn)，如果地形地質(zhì)條件允許，RCC拱壩往往優(yōu)于重力壩和傳統(tǒng)混凝土拱壩。首先，拱壩所用的混凝土體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于重力壩，其次RCC施工通?？煊趥鹘y(tǒng)混凝土澆筑。這就決定了RCC拱壩可在1～2個(gè)低溫季節(jié)完成施工，施工快、工時(shí)短，還能簡(jiǎn)化導(dǎo)流工程，使項(xiàng)目更早投產(chǎn)。這些因素均能顯著降低項(xiàng)目成本。

3收縮縫形成技術(shù)

3.1橫向收縮縫的類型和間隔

與RCC重力壩不同，RCC拱壩橫向收縮縫的 形成需要與施工步驟和所使用的灌漿系統(tǒng)一同考慮和設(shè)置。收縮縫技術(shù)多種多樣，對(duì)收縮縫的類型和設(shè)置技術(shù)已進(jìn)行過深入研究，并成功應(yīng)用于RCC拱壩建設(shè)中。技術(shù)總結(jié)如下：誘導(dǎo)橫向收縮縫、傳統(tǒng)橫向收縮縫、短結(jié)構(gòu)縫和鉸鏈縫。其中，誘導(dǎo)橫向收縮縫和傳統(tǒng)橫向收縮縫最常用于RCC拱壩，即可單設(shè)一種，也可二者相結(jié)合設(shè)置。下文將詳細(xì)討論這兩種收縮縫。

眾所周知，拱壩容易受不規(guī)則裂縫的損害。無灌漿的橫向收縮縫可能會(huì)破壞拱結(jié)構(gòu)的整體性，削弱拱效應(yīng)的發(fā)揮，進(jìn)而影響大壩穩(wěn)定性。因此，在RCC拱壩設(shè)計(jì)和施工中，控制裂縫的發(fā)生是首要任務(wù)。橫向收縮縫是人為安置在壩體中的可控裂縫，旨在防止不規(guī)則裂縫的產(chǎn)生。

研究和經(jīng)驗(yàn)表明，混凝土溫度變化和自身體積變化產(chǎn)生的應(yīng)力是收縮縫布置和類型選擇中的關(guān)鍵因素。當(dāng)壩高不超過70 m的RCC拱壩不布置傳統(tǒng)收縮縫時(shí)，此類應(yīng)力不會(huì)影響其穩(wěn)定性；但當(dāng)壩高超過70 m時(shí)，為避免超應(yīng)力現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)布置傳統(tǒng)收縮縫或者使之與誘導(dǎo)縫結(jié)合布置，以確保壩體的整體性。

原則上，為降低施工成本，RCC拱壩的橫向收縮縫數(shù)量應(yīng)控制為最少，距離建基面的起始高程應(yīng)盡量高，因?yàn)槭湛s縫的施工會(huì)與RCC施工相干擾。換言之，橫向收縮縫的間距應(yīng)盡可能大，無橫向收縮縫的壩體下部應(yīng)盡可能填筑得高一點(diǎn)。因此，RCC填筑應(yīng)安排在低溫季節(jié)開始，從而增加建基面上無收縮縫壩體的高度。

應(yīng)通過詳細(xì)的壩體熱力學(xué)分析之后分別確定收縮縫的間距和起始高程，對(duì)已建RCC拱壩調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)收縮縫和傳統(tǒng)收縮縫的間距分別為10～40 m和30～70 m。值得注意的是，收縮縫間距常根據(jù)溫控措施、施工程序和規(guī)定的施工進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整。此外，RCC拱壩不需要設(shè)置縱縫。

3.2誘導(dǎo)橫向收縮縫

誘導(dǎo)縫的定義是，在預(yù)定的位置設(shè)置防黏結(jié)材料而形成的弱面，可減少壩體的有效橫截面面積。與周圍混凝土相比而言，沿該弱面的抗拉強(qiáng)度明顯低很多，當(dāng)拉應(yīng)力超過弱面混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，沿弱面將出現(xiàn)裂縫。在弱面被拉斷之前，含有弱面的混凝土結(jié)構(gòu)可照常傳遞力。一旦弱面張開，其他壩體混凝土中的應(yīng)力得到釋放，從而避免形成不規(guī)則裂縫。

經(jīng)驗(yàn)表明，誘導(dǎo)縫應(yīng)布置在拉應(yīng)力較集中的區(qū)域，在這些區(qū)域內(nèi)如果不設(shè)置誘導(dǎo)縫釋放應(yīng)力，則可能出現(xiàn)裂縫。一般而言，誘導(dǎo)縫處的橫截面應(yīng)比全截面面積縮小約1/6至1/3。在RCC拱壩的發(fā)展歷程中，開發(fā)出了多種誘導(dǎo)縫施工工藝。

在沃維丹斯RCC重力拱壩中，設(shè)置了誘導(dǎo)縫，灌漿管、回漿管由高密度聚乙烯片材和管材制成，如圖1所示。一個(gè)灌漿艙包含8層厚25 cm的RCC，其中3層設(shè)置有誘導(dǎo)縫，垂直間隔為50 cm(2層)。灌漿系統(tǒng)布置在下面兩層誘導(dǎo)縫下端。在上游和下游飾面混凝土中，在聚氯乙烯止水帶兩側(cè)布置寬150 mm、厚2 mm的高密度聚乙烯片材，確保誘導(dǎo)縫可穿過止水帶中心。橫截面面積約減少35%。

誘導(dǎo)縫一旦張開，就應(yīng)進(jìn)行接觸灌漿。在大壩的運(yùn)行過程中，誘導(dǎo)縫可能再次張開，因此應(yīng)進(jìn)行二次灌漿。實(shí)踐證明，RCC拱壩的大部分誘導(dǎo)縫都未張開，但也可能在沒有布置誘導(dǎo)縫的部位出現(xiàn)裂縫，而誘導(dǎo)縫卻保持閉合狀態(tài)，在誘導(dǎo)縫間距過大時(shí)可能出現(xiàn)這種情況。

3.3傳統(tǒng)橫向收縮縫

“傳統(tǒng)橫向收縮縫”是指RCC拱壩中完全斷開的縫，其功能與在傳統(tǒng)混凝土拱壩中相同，一般認(rèn)為壩高超過70～100 m的大型RCC拱壩必須使用傳統(tǒng)收縮縫。

有學(xué)者提出了1種使用預(yù)制混凝土塊設(shè)置收縮縫的方法。使用2種預(yù)制混凝土塊(A和B型)設(shè)置收縮縫，預(yù)制混凝土塊長1 m、高0.3 m(等于RCC單層厚度)、底寬0.3 m，后側(cè)設(shè)置的“齒槽”可增強(qiáng)與RCC的結(jié)合。A型預(yù)制混凝土塊還設(shè)置有灌漿管和通氣管。兩種預(yù)制混凝土塊交替安置，將混凝土塊對(duì)齊，分塊用鋼筋綁牢固定，每5～6層布置1層A型混凝土塊，其他層使用B型混凝土塊，將收縮縫對(duì)齊，如圖2(a)(b)所示。

混凝土塊下鋪墊層砂漿，以提高其粘結(jié)效果和抗?jié)B性。灌漿管在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝，之后進(jìn)行RCC澆筑。與傳統(tǒng)混凝土拱壩一樣，RCC拱壩的傳統(tǒng)收縮縫應(yīng)在水庫初次蓄水前進(jìn)行灌漿。為此，通常需要后冷卻系統(tǒng)。

4收縮縫灌漿技術(shù)

收縮縫灌漿旨在均勻地填充橫向收縮縫，從而使拱壩形成整體結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮大壩的拱效應(yīng)。在RCC拱壩的發(fā)展歷程中，開發(fā)出許多策略和方法。必要時(shí)，主要使用以下3種方法：①后冷卻一次性灌漿；②雙灌漿; ③二次灌漿。原則上，如果RCC拱壩中安裝有后冷卻系統(tǒng)，傳統(tǒng)收縮縫可能僅需要一次性灌漿。RCC拱壩的灌漿規(guī)定和步驟與傳統(tǒng)混凝土拱壩相似。

誘導(dǎo)縫應(yīng)安裝雙灌漿或二次灌漿系統(tǒng)，應(yīng)謹(jǐn)慎使用傳統(tǒng)收縮縫。顧名思義，雙灌漿系統(tǒng)指在1條收縮縫內(nèi)安裝2套獨(dú)立的灌漿系統(tǒng)，第1套用于首次灌漿，如果需要時(shí)第2套可用于以后的灌漿。目前，有國家已開發(fā)出1種新型二次灌漿系統(tǒng)，專門用于RCC拱壩橫向收縮縫的灌漿，這種灌漿系統(tǒng)可多次用于收縮縫灌漿，其原理與歐洲使用的二次灌漿系統(tǒng)類似。

如圖3所示，二次灌漿系統(tǒng)的關(guān)鍵部件為出漿口，包括1個(gè)橡膠套筒、1根穿孔鋼管以及鋼管兩端的套管接頭。套管接頭的作用是將沿著收縮縫安置的穿孔鋼管連接起來，并與一系列灌漿/返漿管連接，形成灌漿系統(tǒng)。高彈性橡膠套筒緊密地包裹在鋼管周圍，其作用相當(dāng)于逆止閥，防止灌漿管外部的水或其他物質(zhì)進(jìn)入。只有當(dāng)灌漿管內(nèi)部壓力超過約60～150 kN/m2時(shí)，橡膠套筒才與穿孔鋼管斷開，形成連通的通道，灌漿管內(nèi)的漿液能夠通過出漿口進(jìn)入收縮縫。灌漿后，用低壓水清洗灌漿管，以備下次使用。開口為0.2 mm或更寬的收縮縫是可灌的。橫向收縮縫的灌漿應(yīng)當(dāng)在水庫開始蓄水前1個(gè)月完成。

在高瑪贊RCC重力拱壩中，設(shè)置了4條傳統(tǒng)橫向收縮縫，其中2條位于中心部分的收縮縫進(jìn)行了灌漿，而另外2條位于壩肩較高的收縮縫一直保持打開狀態(tài)，以減少部分拱效應(yīng)，從而增加重力作用，以平衡壩踵處的超垂直拉應(yīng)力。每個(gè)灌漿艙高6.0 m，含20層單層厚0.3 m混凝土預(yù)制塊，止?jié){片形成灌漿艙的邊界。

5RCC壩后冷卻

RCC壩采用循環(huán)冷卻水來進(jìn)行后冷卻，實(shí)踐證明，在預(yù)埋水管時(shí)比傳統(tǒng)混凝土壩難度更大，主要有如下2個(gè)難點(diǎn)。

(1) 在RCC施工期間，安裝冷卻水管不應(yīng)影響RCC的快速澆筑；

(2) 在RCC填筑過程中，壓路機(jī)或其他重型機(jī)械不能損壞埋入的薄壁管。

最近，在RCC施工的研究和實(shí)踐中取得了新進(jìn)展，可以做到通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)、施工管理以及冷卻管選材來滿足上述先決條件，下面詳細(xì)說明后冷卻技術(shù)在高瑪贊RCC重力拱壩施工中的成功應(yīng)用。

5.1管材選擇

由于鋼管有零配件、彎管和接頭等許多部件，連接起來費(fèi)工費(fèi)時(shí)，不適宜選作冷卻管，因此應(yīng)選擇高密度聚乙烯(HDPE)管，具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1) 重量輕。HDPE管的比重僅為860～1 000 kg/m3，因此1根長200 m的HDPE管僅35～40 kg，便于運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)快速安裝。

(2) 柔軟可盤繞。HDPE管的最小彎曲半徑為20～25 cm，完全可以滿足冷卻管柔韌度的要求。

(3) 單管長度大。1卷HDPE管長約200～250 m，若非必要冷卻管不需要接頭。

(4) 高強(qiáng)度。HDPE冷卻管具有相當(dāng)高的抗拉伸強(qiáng)度，斷裂強(qiáng)度超過20～25 MPa，馬倫爆裂強(qiáng)度高達(dá)3 ～10 MPa。

(5) 高拉伸性。拉伸率至少達(dá)到200%才能拉斷。

(6) 性價(jià)比高。HDPE管價(jià)格比鋼管便宜得多。

5.2施工區(qū)域及艙室布置

平面上，整個(gè)RCC填筑區(qū)域至少應(yīng)分為2個(gè)單元(見圖4)，這樣就可在1個(gè)單元安裝冷卻管，同時(shí)在另1個(gè)單元填筑RCC，使冷卻管的安裝不會(huì)影響RCC施工。第2單元RCC填筑面應(yīng)保持比第1單元的高2～3層，便于冷卻管安裝和RCC施工。

施工單元應(yīng)被分為幾個(gè)冷卻艙室，如圖4所示，這樣每個(gè)冷卻艙室內(nèi)冷卻管總長度不會(huì)超過1卷HDPE管的長度(高瑪贊壩為240 m)，冷卻管的鋪設(shè)無需接頭，安裝時(shí)間會(huì)大大縮短。此外，當(dāng)使用過長的冷卻管時(shí)，冷卻效果不會(huì)受到影響。

配水管與供/回水管的連接是將三通(Tee)鋼管插入到3根管子的端頭內(nèi)，HDPE管端頭可使用噴燈首先加熱，然后使用鋼絲將軟化的管端頭固定在三通管上。此外，應(yīng)使用聚四氟乙烯(PTFE)接頭密封帶，將接頭部位包裹若干層。

5.3冷卻管安裝、覆蓋及冷卻運(yùn)行

安裝前和覆蓋1層RCC混合料(30 cm厚)之后，均應(yīng)檢查HDPE管是否漏水，方法是向管內(nèi)灌0.1 MPa壓力的水或空氣，若有漏水應(yīng)修復(fù)。高瑪贊壩冷卻系統(tǒng)的1個(gè)接頭發(fā)生了漏水，造成混凝土輕微損傷，對(duì)接頭方法進(jìn)行了改良。

在剛剛碾壓但還未凝固的RCC表面上，人工鋪設(shè)冷卻管，用直徑4～6mm的U形鋼筋將冷卻管固定在RCC表面，直管段間距2～4 m，彎管段用3件U形鋼筋固定。

冷卻管安裝完成后，覆蓋1層厚度不小于25～30 cm的RCC，RCC應(yīng)從冷卻管網(wǎng)的一側(cè)開始澆筑。推土機(jī)、卡車和壓路機(jī)等重型機(jī)械不能直接壓在裸露的冷卻管上，RCC澆筑后才能在其上作業(yè)。這一點(diǎn)非常重要，關(guān)系到RCC壩中使用冷卻管的成敗。如果RCC覆蓋前使用重型機(jī)械，可能導(dǎo)致冷卻管產(chǎn)生嚴(yán)重的塑性變形，使冷卻水泄漏或管路堵塞。

在高瑪贊壩，冷卻管的水平和垂直間距為1.5 m×1.5 m。冷卻管不僅用在水平面上，由于使用了傾斜層法澆筑RCC，在傾斜面上安裝冷卻管也沒有絲毫困難。大壩混凝土的后冷卻使用2種典型冷卻管，外徑32 mm、壁厚2.0 mm的管材用作配水管，外徑40 mm、壁厚3.0 mm的管材用作供/回水管。

在高瑪贊壩，RCC層填筑6 h后開始冷卻，溫度14 ℃的冷卻水在冷卻管網(wǎng)中循環(huán)14 d。在橫向收縮縫灌漿前至少1個(gè)月，實(shí)施后冷卻的最后階段，使RCC溫度降低至指定的封閉溫度。在某些區(qū)域，也可在中秋季節(jié)使用冷卻系統(tǒng)，加速RCC的冷卻，從而降低內(nèi)部混凝土和飾面混凝土之間的溫度差，降低壩內(nèi)部的熱應(yīng)力，同時(shí)保持RCC較低的彈性模量。此外，冷卻后冷卻水可在冷卻管內(nèi)滯留時(shí)日，充分利用水的殘余冷卻效果。

單個(gè)管道內(nèi)冷卻水的流速約0.8～1.2 m3/h，每12或24 h，將水流方向反向調(diào)整，從而降低每層RCC內(nèi)的溫度梯度。24 h溫度下降允許幅度不應(yīng)超過1 ℃，RCC和管內(nèi)冷卻水間的溫度差不應(yīng)超過25 ℃，減少接觸冷卻管混凝土產(chǎn)生所謂的熱振。不過，目前尚無證據(jù)證明這種效應(yīng)會(huì)對(duì)混凝土造成損害。

6陡峭壩肩上RCC混合料的運(yùn)輸

6.1RCC混合料的特殊運(yùn)輸方法

由于拱壩常建于兩岸陡峭的峽谷，在壩肩陡坡上運(yùn)輸RCC混合料是建設(shè)者面臨的難題之一。迄今為止，與RCC重力壩一樣，在RCC拱壩修建中，將RCC混合料從混凝土配料機(jī)運(yùn)至填筑地點(diǎn)的主要工具仍然是自卸車，并常和其他運(yùn)輸工具聯(lián)合使用，如各種皮帶輸送系統(tǒng)、緩降象鼻管、真空溜槽、全管導(dǎo)管、M-Y箱和M-Y箱管系統(tǒng)。從原理上講，緩降象鼻管、真空溜槽、全管導(dǎo)管，M-Y箱和M-Y箱管系統(tǒng)均依靠重力運(yùn)送混凝土混合料，所消耗的能量少，運(yùn)送成本較低。所有這些運(yùn)送方法都要依賴于當(dāng)?shù)貤l件而定，且各有優(yōu)缺點(diǎn)。選擇運(yùn)送方法和設(shè)備的重要標(biāo)準(zhǔn)是，RCC混合料的離析應(yīng)降至最低，運(yùn)送應(yīng)快速、可靠、有效，成本最低。

壩址地形是影響運(yùn)送方法選擇的關(guān)鍵因素。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，卡車通?？蓪CC混合料運(yùn)至壩的下部。當(dāng)壩肩不是很陡(即坡度不超過約40°)時(shí)，可將壩座上、下游削成斜坡，從而使用卡車和/或傳送帶將RCC混合料運(yùn)送到不同高程。

緩降象鼻管是一種柔性橡膠軟管，可安裝在傳送帶的出口端，從而垂直運(yùn)送RCC混合料，但運(yùn)送高度限定在15～20 m以下。當(dāng)壩肩坡度介于40°～70°時(shí)(理想坡度為45°～55°)，真空溜槽或全管導(dǎo)管可能是最佳選擇，而M-Y箱或M-Y箱管系統(tǒng)可用于坡度為60°以上的陡峭壩肩?？傊琑CC拱壩往往使用各種設(shè)施相配合的綜合性運(yùn)送方法。

6.2M-Y箱和M-Y箱管系統(tǒng)

M-Y箱又名M-Y攪拌機(jī)，是一種垂直降落衰減攪拌箱，由日本研發(fā)并首先用作持續(xù)攪拌和運(yùn)送混凝土混合料的攪拌機(jī)和運(yùn)送裝置，由2排扭曲的箱體組成。M-Y箱的每個(gè)箱體有2個(gè)平行垂直入口和2個(gè)平行水平出口，由鋼板隔開。從入口到出口，橫截面的垂直尺寸逐漸減小，而水平尺寸以相同的比例逐漸增加，從而使全程的橫截面面積相等。當(dāng)混合料灌入箱體后，在穿過各個(gè)箱單元時(shí)，M-Y箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使得混合料受到重力的揉搓，從而在非常陡峭甚至垂直的斜坡上運(yùn)送混凝土混合料時(shí)能夠持續(xù)攪拌，同時(shí)混凝土混合料的下落速度逐漸降低。

M-Y箱管系統(tǒng)是M-Y箱的改良版，專門用于垂直運(yùn)送混凝土混合料，一系列M-Y箱和長6～15 m的鋼管串聯(lián)起來，其長度取決于斜坡坡度。穿過M-Y箱的混凝土混合料互相摩擦，重復(fù)拌合，下降速度減緩并能防止離析，然后穿過鋼管。在混凝土混合料的運(yùn)送過程中，這一過程不斷重復(fù)，直至混合料到達(dá)出口。M-Y箱和M-Y箱管系統(tǒng)現(xiàn)已越來越多地用于傳統(tǒng)混凝土混合料、RCC混合料、水泥土或水泥砂石的垂直運(yùn)送，施工實(shí)踐證明了其具有良好的適用性和卓越的性能，并具有性價(jià)比高、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。有人認(rèn)為，在狹谷修建RCC拱壩，M-Y箱或M-Y箱管系統(tǒng)是在壩肩陡坡上運(yùn)送RCC/混凝土混合料的最佳選擇。

6.3真空溜槽和全管導(dǎo)管

真空溜槽是1種封閉的半圓形導(dǎo)管系統(tǒng)，主要包括下列必要配件(見圖5)。

(1) 帶徑向閥的進(jìn)料斗。料斗體積通常為6～10 m3，可存放RCC混合料，并調(diào)節(jié)混合料運(yùn)送強(qiáng)度；

(2) 過渡段。過渡段不受柔性蓋的限制，以加速RCC混合料的拌合;

(3) 帶柔性蓋的溜槽體。真空溜槽的主體，在運(yùn)輸RCC混合料的過程中形成真空;

(4) 出口彎管。其功能是改變RCC混合料的運(yùn)送方向，降低運(yùn)送速度，使RCC混合料能夠排放至卡車上。

真空溜槽系統(tǒng)由剛性的鋼桁架支撐，如圖5所示。首先，將RCC混合料傾倒至料斗中；然后打開徑向閥，使RCC混合料在重力作用下向下滑動(dòng)到過渡段，混合料的運(yùn)送速度加快；當(dāng)混合料進(jìn)入帶有柔性蓋的溜槽，其速度會(huì)因重力而進(jìn)一步加快，同時(shí)封閉溜槽內(nèi)的壓力下降，形成真空。反之，溜槽內(nèi)、外的壓力差會(huì)阻礙混合料的運(yùn)動(dòng)，降低混合料的運(yùn)送速度。當(dāng)RCC混合料沿溜槽向下滑動(dòng)時(shí)，該過程重復(fù)進(jìn)行，產(chǎn)生一種類似波狀運(yùn)動(dòng)，從而使RCC混合料的下降速度控制在合理范圍內(nèi)(通常為10～15 m/s)?？赏ㄟ^調(diào)整閥門開度來調(diào)節(jié)真空度和混合料運(yùn)動(dòng)速度。使用真空溜槽來運(yùn)送RCC混合料，可避免混合料離析。真空溜槽垂直運(yùn)送RCC混合料的效率很高，運(yùn)送能力可達(dá)200～550 m3/h。此外，其制造成本較低，便于使用和維護(hù)。

全管導(dǎo)管(full-tube duct)也稱為整倉系統(tǒng)，也是從真空溜槽改良而來。與真空溜槽類似，全管導(dǎo)管由進(jìn)料斗、全管導(dǎo)管主體、徑向閥和出口彎管構(gòu)成，由鋼桁架支撐在斜坡上。全管導(dǎo)管主體橫截面呈方形或圓形，尺寸為40 cm×40 cm ～80 cm×80 cm或 直徑為40～80 cm。與真空溜槽不同，徑向閥安裝在溜槽末端出口附近，控制混合料運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)送過程中，管中完全充滿混凝土混合料，通過調(diào)節(jié)徑向閥的開度來調(diào)節(jié)混凝土混合料的運(yùn)送速度，下降速度逐漸變慢可防止混合料離析。全管導(dǎo)管的應(yīng)用條件與真空溜槽相同，在垂直運(yùn)送混凝土混合料方面效率較高，廣泛應(yīng)用于RCC壩壩肩陡坡的澆筑。

6.4實(shí)例分析

高瑪贊RCC重力拱壩高133 m，建基面高程630.0 m，壩頂高程763.0 m，壩頂長231 m，壩底最大寬度達(dá)78 m。河床壩段布置4孔溢洪道，每孔長17.5 m，兩側(cè)為非溢流壩段。在壩中心高程680.0 m建有沖沙底孔，直徑3.0 m。大壩位于長800 m的克久里(Khajuri)峽谷段，壩址處峽谷呈對(duì)稱的“V”形，谷底寬25～40 m，兩岸邊坡上緩下陡，左、右岸下部谷坡平均坡度分別為75°、65°，上部平均坡度40°～45°。該壩RCC澆筑總方量為40.9萬m3，另外，還澆筑了8.5萬 m3的傳統(tǒng)混凝土。

在高瑪贊RCC重力拱壩建設(shè)過程中，成功運(yùn)用了多種運(yùn)送混凝土混合料的方法。

(1) 從建基面高程630.0 m～696.6 m，使用自卸卡車運(yùn)送混凝土混合料。

(2) 高程696.6～736.0 m，從混凝土配料機(jī)至真空溜槽，以及在大壩澆筑區(qū)，使用卡車水平運(yùn)送混凝土混合料，而長54 m的真空溜槽和出口彎管下接的長10 m的緩解象鼻管用于垂直運(yùn)送混凝土混合料。真空溜槽傾斜70°，運(yùn)送的RCC混合料總量達(dá)125 000 m3。

(3) 從高程736.0 m至壩頂，使用皮帶運(yùn)輸機(jī)和卡車運(yùn)送混凝土混合料，以克服溢洪道部分的障礙。

(4) 通過塔式起重機(jī)和混凝土泵輸送傳統(tǒng)混凝土。

7結(jié)語

RCC拱壩的成功建設(shè)實(shí)踐證明，RCC是建設(shè)拱壩的合適材料和技術(shù)，不僅成本低，而且建設(shè)工期短。關(guān)鍵技術(shù)主要包括：橫向收縮縫的設(shè)置與灌漿、使用后冷卻技術(shù)進(jìn)行溫控、在壩肩陡坡上運(yùn)送RCC混合料、在壩址施工場(chǎng)地狹小的特定環(huán)境條件下施工管理。本文總結(jié)了最先進(jìn)RCC施工經(jīng)驗(yàn)和最實(shí)用的技術(shù)，為RCC拱壩技術(shù)的擴(kuò)展應(yīng)用鋪平了道路，可以預(yù)見，隨著技術(shù)創(chuàng)新的不斷涌現(xiàn)，RCC技術(shù)在拱壩建設(shè)中的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。

張國新楊會(huì)臣馬貴生譯

(編輯：唐湘茜)

收稿日期：2015-11-06

文章編號(hào)：1006-0081(2016)05-0013-07

中圖法分類號(hào)：TV642.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A