第二章 3 重力坝---RCC

1、CH2.9 碾压混凝土坝碾压混凝土坝 roller compacted concrete dam（RCCD） 一、基本技术一、基本技术 RCC：使用硅酸盐水泥、火山灰质掺和料、水、外加剂、使用硅酸盐水泥、火山灰质掺和料、水、外加剂、 砂和分级控制的粗骨料拌制成无塌落度的干硬性混凝土，砂和分级控制的粗骨料拌制成无塌落度的干硬性混凝土， 采用与土石坝施工相同的运输及铺筑设备，用振动碾分层采用与土石坝施工相同的运输及铺筑设备，用振动碾分层 压实。压实。 从根本上改革常规的大坝混凝土浇捣施工方法，采用水泥从根本上改革常规的大坝混凝土浇捣施工方法，采用水泥 含量低的含量低的超干硬性混凝土熟料超干硬性混凝

2、土熟料，由现代施工机械和碾压设，由现代施工机械和碾压设 备实施运料、通仓铺筑、逐层碾压而成。备实施运料、通仓铺筑、逐层碾压而成。 RCCD是近是近30年迅速发展起来的新型大体积混凝土坝。年迅速发展起来的新型大体积混凝土坝。 RCCD特点特点 (1) 构造简单（通仓浇筑、不分缝）构造简单（通仓浇筑、不分缝） (2) 水泥和模板用量省（超干硬性混凝土）水泥和模板用量省（超干硬性混凝土） (3) 施工速度快（连续浇筑）施工速度快（连续浇筑） (4) 工程造价低工程造价低 碾压混凝土坝既具有混凝土体积小、强度高、防渗性能好、碾压混凝土坝既具有混凝土体积小、强度高、防渗性能好、 坝身可溢流等特点，又具有

3、土石坝施工程序简单、快速、坝身可溢流等特点，又具有土石坝施工程序简单、快速、 经济、可使用大型通用机械的优点。经济、可使用大型通用机械的优点。 碾压混凝土与常规混凝土的造价比碾压混凝土与常规混凝土的造价比 美国资料：两种混凝土单价的差价随混凝土总方量加大而有所减小，美国资料：两种混凝土单价的差价随混凝土总方量加大而有所减小， 但碾压混凝土节省的造价，很突出。但碾压混凝土节省的造价，很突出。 二、发展二、发展 1962年，台湾用于塞门坝施工围堰的防渗心墙（最早）年，台湾用于塞门坝施工围堰的防渗心墙（最早） 1965年，加拿大用于年，加拿大用于18m高大坝的坝体内部混凝土高大坝的坝体内部混凝土 1

4、975年，美国陆军工程师团，首次大规模使用年，美国陆军工程师团，首次大规模使用RCC（38.2万万 m3），巴基斯坦塔贝拉（），巴基斯坦塔贝拉（Tabela）水电站泄洪洞进口段的）水电站泄洪洞进口段的 修复工程修复工程 1982年，美国建成世界上第一座全年，美国建成世界上第一座全RCCD，威洛克里克，威洛克里克 （Willow Creek）坝，高）坝，高49m（31.3万万m3） 世界上共有世界上共有100多座多座RCCD ，最高的是，最高的是日本宫濑坝日本宫濑坝，高，高155m。 中国中国 碾压混凝土筑坝技术在我国起步较晚，但发展很快。碾压混凝土筑坝技术在我国起步较晚，但发展很快。 1978

5、年年 开始对开始对RCC进行试验研究，进行试验研究，1986年建成福建大田县年建成福建大田县坑口重坑口重 力坝力坝（高（高56.8m，第一座，第一座RCCD）和）和铜街子副坝铜街子副坝（高（高 27.5m）。）。 目前，已建成和在建的目前，已建成和在建的RCCD有有37座以上，均为全断面碾压座以上，均为全断面碾压 混凝土。利用碾压混凝土做临时性工程效益更加明显，岩混凝土。利用碾压混凝土做临时性工程效益更加明显，岩 滩、隔河岩、万安、水口、大朝山等工程都采用碾压混凝滩、隔河岩、万安、水口、大朝山等工程都采用碾压混凝 土围堰，总方量达土围堰，总方量达280万万m3。 正在修建的正在修建的龙滩龙滩大

6、坝大坝，高，高192192m m( (远期远期216.5216.5m m) ) ，将是世界最高，将是世界最高 的碾压混凝土坝的碾压混凝土坝，装机装机容量容量4204200MW=70MW=7600MW600MW（远期远期 5405400MW=0MW=9 9600MW600MW），），总库容总库容162.1162.1亿亿m m3 3( (远期远期272.7272.7亿亿m m3 3) )， 防洪库容防洪库容5050亿亿m m3 3( (远期远期7070亿亿m m3 3) ) 三、施工要点三、施工要点 (1) 将原材料按既定配合比和水胶比拌和将原材料按既定配合比和水胶比拌和 自落式拌合机或强制式拌合

7、机自落式拌合机或强制式拌合机 (2) 熟料由子卸卡车或皮带运输机送上坝熟料由子卸卡车或皮带运输机送上坝 (3) 通仓薄层连续填筑，层厚为通仓薄层连续填筑，层厚为 高粉煤灰参量：高粉煤灰参量：25cm 低粉煤灰参量：低粉煤灰参量：25cm以上以上 由推土机推平，无振碾压由推土机推平，无振碾压2遍，振动碾压遍，振动碾压68遍遍 (4) 层面凿毛处理，铺一层砂浆或小骨料富配合比的层面凿毛处理，铺一层砂浆或小骨料富配合比的RCC， 然后进行上一层浇筑然后进行上一层浇筑 (5) 养护养护3周以上，宜采用喷雾养护，降雨强度超过周以上，宜采用喷雾养护，降雨强度超过5mm/h时时 停止浇筑停止浇筑 四、设计四

8、、设计 原则上讲，碾压混凝土适用于各种大体积混凝土坝型。但原则上讲，碾压混凝土适用于各种大体积混凝土坝型。但 已建的多为碾压混凝土实体重力坝（少数为碾压混凝土拱已建的多为碾压混凝土实体重力坝（少数为碾压混凝土拱 坝），既有非溢流坝，也有溢流坝。按照碾压混凝土在坝坝），既有非溢流坝，也有溢流坝。按照碾压混凝土在坝 身的位置以及是否采用常规混凝土和如何采用，碾压混凝身的位置以及是否采用常规混凝土和如何采用，碾压混凝 土重力坝剖面设计可考虑三种典型布置及相应的填筑方法。土重力坝剖面设计可考虑三种典型布置及相应的填筑方法。 一般而言，碾压混凝土坝的设计应尽量简化结构。一般而言，碾压混凝土坝的设计应尽量

9、简化结构。 在既定剖面布置、材料分区、强度指标以及坝与地基之间在既定剖面布置、材料分区、强度指标以及坝与地基之间 连结方式和防渗措施的前提下，应力分析、强度和稳定校连结方式和防渗措施的前提下，应力分析、强度和稳定校 核等设计计算的具体方法与常规混凝土坝完全一样。但是，核等设计计算的具体方法与常规混凝土坝完全一样。但是， 采用的强度指标较常规混凝土坝低，实用的抗滑稳定安全采用的强度指标较常规混凝土坝低，实用的抗滑稳定安全 系数较大。系数较大。 在坝体与基岩和两岸的连接部位设常规混凝土垫座；在坝顶和上下游坝面在坝体与基岩和两岸的连接部位设常规混凝土垫座；在坝顶和上下游坝面 设常规混凝土保护层；坝体

10、内部，除廊道和管道周围按强度要求，设置一设常规混凝土保护层；坝体内部，除廊道和管道周围按强度要求，设置一 定厚度的、低含含钢筋率的钢筋混凝土外，其余全部为碾压混凝土。采用定厚度的、低含含钢筋率的钢筋混凝土外，其余全部为碾压混凝土。采用 低粉煤灰掺量（胶凝材料的低粉煤灰掺量（胶凝材料的30%），碾压分层较厚（），碾压分层较厚（75100cm，层面处，层面处 理），坝体设横缝（永久缝）。理），坝体设横缝（永久缝）。 典型布置一（金包银典型布置一（金包银RCD）：）： 特点：防渗、防裂和特点：防渗、防裂和 防冻性能较好；水泥防冻性能较好；水泥 用量大，是供干扰大，用量大，是供干扰大， 工期和造价方面

11、的效工期和造价方面的效 益较差。如，日本的益较差。如，日本的 玉川坝玉川坝 全剖面均为碾压混凝土，只利用常规混凝土作模板和坝面防护层。采用高全剖面均为碾压混凝土，只利用常规混凝土作模板和坝面防护层。采用高 粉煤灰掺量（占胶凝材料的粉煤灰掺量（占胶凝材料的70%），碾压分层薄（连续碾压，层面不处），碾压分层薄（连续碾压，层面不处 理），坝体不设横缝（永久缝）。理），坝体不设横缝（永久缝）。 典型布置二（全断面典型布置二（全断面RCC）：）： 特点：构造简单，施特点：构造简单，施 工方便，建造速度快，工方便，建造速度快， 经济效益好；但坝体经济效益好；但坝体 防渗、防裂和防冻性防渗、防裂和防冻性

12、能较差。如，美国的能较差。如，美国的 威洛克里克（威洛克里克（Willow Creek）坝坝、中福克、中福克 （Middle Fork）坝、）坝、 上静水（上静水（Upper Stillwater）坝。）坝。 剖面的绝大部分为碾压混凝土，粉煤灰掺量高，采用分层连续碾压，层面剖面的绝大部分为碾压混凝土，粉煤灰掺量高，采用分层连续碾压，层面 不处理。坝的上游面有专门的防渗设施。不处理。坝的上游面有专门的防渗设施。 典型布置三：典型布置三： 特点：构造简单，施特点：构造简单，施 工方便。如，中国的工方便。如，中国的 坑口坑口坝坝。 五、存在和争论的问题五、存在和争论的问题 （1）横向收缩缝的必要性）

13、横向收缩缝的必要性 （2）上下游坝面的处理问题）上下游坝面的处理问题 （3）碾压层厚度和层间水平施工缝的处理）碾压层厚度和层间水平施工缝的处理 （4）合适的骨料组成与混凝土配合比问题）合适的骨料组成与混凝土配合比问题 （5）坝身排水设施和是否设廊道问题）坝身排水设施和是否设廊道问题 （6）裂缝的发生和分析问题）裂缝的发生和分析问题 例：江垭碾压混凝土坝施工技术和特点例：江垭碾压混凝土坝施工技术和特点 江垭水利枢纽位于江垭水利枢纽位于湖南省澧水支流娄水中游湖南省澧水支流娄水中游，距张家界市江，距张家界市江 垭镇垭镇5km，是澧水流域上第一个关键性防洪控制工程，工程，是澧水流域上第一个关键性防洪控

14、制工程，工程 以防洪为主，兼有发电、灌溉、航运、供水和旅游等综合效以防洪为主，兼有发电、灌溉、航运、供水和旅游等综合效 益。水库总库容益。水库总库容18.5亿亿m3，其中正常水位以下防洪库容，其中正常水位以下防洪库容7.4 亿亿m3；电站装机容量；电站装机容量3100MW，年发电量，年发电量7.56亿亿kWh。 江垭工程由碾压混凝土拦河坝、右岸地下厂房、地面升压江垭工程由碾压混凝土拦河坝、右岸地下厂房、地面升压 站和左岸升船机等建筑物组成。主体工程于站和左岸升船机等建筑物组成。主体工程于1995年年7月月2日日 正式开工，正式开工，1998年年10月月18日下闸蓄水，日下闸蓄水，1999年年5

15、月月18日第日第 一台机组并网发电，一台机组并网发电，1999年底整个工程基本完工。年底整个工程基本完工。 江垭大坝建基面高程为江垭大坝建基面高程为114m，坝高坝高131m，是目前已建的，是目前已建的 最高全断面最高全断面RCCD。坝体断面碾压混凝土分两区，上游部位坝体断面碾压混凝土分两区，上游部位 为为 I 区，为二级配富浆区，为二级配富浆RCC，主要用于坝体防渗，下游部位，主要用于坝体防渗，下游部位 为为 II 区，大坝主体，为三级配区，大坝主体，为三级配RCC。坝体混凝土总量为坝体混凝土总量为137 万万m3，其中碾压混凝土为，其中碾压混凝土为110万万m3。 1、主要施工技术、主要施

16、工技术 江垭大坝施工通过国际竞争性招标，由辽宁省水利水电工程江垭大坝施工通过国际竞争性招标，由辽宁省水利水电工程 局和意大利孔多特公司组成的联营体中标。在碾压混凝土施局和意大利孔多特公司组成的联营体中标。在碾压混凝土施 工中注重解决工中注重解决两个问题两个问题： (1)把碾压混凝土层间间隔时间控制在混凝土初凝时间以内，把碾压混凝土层间间隔时间控制在混凝土初凝时间以内， 以保证层间结合质量；以保证层间结合质量； (2)加快施工速度，提高施工效率，以充分发挥碾压混凝土施加快施工速度，提高施工效率，以充分发挥碾压混凝土施 工优势。工优势。 (1)大坝混凝土运输大坝混凝土运输 江垭坝址位于高山峡谷之中

17、，两岸山势陡峻，开挖后的左右坝肩综合坡江垭坝址位于高山峡谷之中，两岸山势陡峻，开挖后的左右坝肩综合坡 角分别为角分别为68.3度和度和67.4度。因此，低部位的混凝土通过修建道路用的自度。因此，低部位的混凝土通过修建道路用的自 卸汽车来运输，中、上部的混凝土运输采用深槽式高速皮带机和负压溜卸汽车来运输，中、上部的混凝土运输采用深槽式高速皮带机和负压溜 槽联合输送系统来解决（首次应用）。槽联合输送系统来解决（首次应用）。 皮带机两套（每座混凝土拌和楼一套），带宽皮带机两套（每座混凝土拌和楼一套），带宽650mm，带速，带速3.4m/s， 承担从拌和楼到负压溜之间的水平运输，总水平输送距离承担从拌

18、和楼到负压溜之间的水平运输，总水平输送距离258m；负压溜；负压溜 槽断面槽断面(半圆形半圆形)半径半径325mm，溜槽下滑倾角，溜槽下滑倾角47，承担从顶部到坝面的，承担从顶部到坝面的 垂直运输，垂直高差达垂直运输，垂直高差达83m，分两级布置，从大坝，分两级布置，从大坝161m高程开始由该联高程开始由该联 合系统独立承担大坝混凝土运输，至高程合系统独立承担大坝混凝土运输，至高程221m，联合输送系统共输送混，联合输送系统共输送混 凝土凝土72.9万万m3。优点优点： 经济经济。投资远小于缆机方案和修路由自卸汽车入仓方案。该系统混凝。投资远小于缆机方案和修路由自卸汽车入仓方案。该系统混凝 土

19、运输单价为土运输单价为12.4元元/m3（其中含坝面自卸汽车运输（其中含坝面自卸汽车运输8.5元元/m3），比），比 161m高程以下采用自卸汽车运输混凝土的单价高程以下采用自卸汽车运输混凝土的单价20.6元元/m3经济得多。经济得多。 快速快速。采用联合输送系统，混凝土从拌和楼出机口输送至坝面的时间。采用联合输送系统，混凝土从拌和楼出机口输送至坝面的时间 约约10min，而由自卸汽车从出机口运到坝面约，而由自卸汽车从出机口运到坝面约20min。运输造成的骨料。运输造成的骨料 分离比较轻微。分离比较轻微。 此外，此外，系统结构简单、占地少、安装快，适用于狭谷地区碾压混凝土系统结构简单、占地少、

20、安装快，适用于狭谷地区碾压混凝土 和常态混凝土的运输和常态混凝土的运输，可加快施工速度、缩短工期。，可加快施工速度、缩短工期。 (2)大坝碾压混凝土铺筑大坝碾压混凝土铺筑 碾压混凝土质量的一个碾压混凝土质量的一个关键问题是层间接合问题，层间间隔关键问题是层间接合问题，层间间隔 时间越短，则层面接合质量越好，间隔时间长可能导致层面时间越短，则层面接合质量越好，间隔时间长可能导致层面 接合不良、抗剪能力低和顺层面的渗漏接合不良、抗剪能力低和顺层面的渗漏。江垭大坝高程。江垭大坝高程 164m以下采用传统的通仓薄层连续浇筑法以下采用传统的通仓薄层连续浇筑法(平层铺筑法平层铺筑法)，但，但 这种方法存在

21、浇筑能力小与仓面面积大的矛盾，层间间隔时这种方法存在浇筑能力小与仓面面积大的矛盾，层间间隔时 间很难大幅度缩短。分仓浇筑解决了这个矛盾，但降低了施间很难大幅度缩短。分仓浇筑解决了这个矛盾，但降低了施 工规模，增加了中间环节，施工效率受到了制约。于是江垭工规模，增加了中间环节，施工效率受到了制约。于是江垭 大坝承包商提出采用碾压混凝土施工新技术大坝承包商提出采用碾压混凝土施工新技术斜层平推铺斜层平推铺 筑法筑法，使质量、经济、效率三方面均得到兼顾。这种方法的，使质量、经济、效率三方面均得到兼顾。这种方法的 主要特征是碾压层面与浇筑块的顶面和底面相交主要特征是碾压层面与浇筑块的顶面和底面相交，操作

22、工艺，操作工艺 则和通仓薄层铺筑法基本相同。则和通仓薄层铺筑法基本相同。 斜层平推铺筑法斜层平推铺筑法 斜层坡度、升程高度和碾压层厚度斜层坡度、升程高度和碾压层厚度是斜层平推铺筑法的三个是斜层平推铺筑法的三个 主要参数，通过选择合适的参数，达到层间间隔时间控制在主要参数，通过选择合适的参数，达到层间间隔时间控制在 碾压混凝土初凝时间之内的目的。在江垭工程中，碾压层的碾压混凝土初凝时间之内的目的。在江垭工程中，碾压层的 倾斜坡度在倾斜坡度在1：101：20之间，一次连续浇筑高度为之间，一次连续浇筑高度为3m， 碾压层厚度为碾压层厚度为30cm；斜层平推的方向平行坝轴线，从右岸；斜层平推的方向平行

23、坝轴线，从右岸 到左岸进行斜层浇筑。大坝到左岸进行斜层浇筑。大坝164m至至176m高程正式采用斜层高程正式采用斜层 浇筑法，浇筑法，176m至至191m高程之间为中孔部位，仓面很小，使高程之间为中孔部位，仓面很小，使 用斜层浇筑法的优势并不明显，同时专家反对，于是中孔部用斜层浇筑法的优势并不明显，同时专家反对，于是中孔部 位仍采用通仓薄层浇筑法。后经对采用斜层浇筑法浇筑的碾位仍采用通仓薄层浇筑法。后经对采用斜层浇筑法浇筑的碾 压混凝土进行了钻芯取样和压水试验，并将检测和试验成果压混凝土进行了钻芯取样和压水试验，并将检测和试验成果 与通仓薄层浇筑法进行了比较，发现斜层浇筑法与平层浇筑与通仓薄层

24、浇筑法进行了比较，发现斜层浇筑法与平层浇筑 法浇筑的碾压混凝土施工质量总体上处于同一水平，某些指法浇筑的碾压混凝土施工质量总体上处于同一水平，某些指 标优于平层浇筑法。故在大坝高程标优于平层浇筑法。故在大坝高程191m以上继续采用斜层以上继续采用斜层 铺筑法。铺筑法。 斜层平推铺筑法的优点斜层平推铺筑法的优点 (1) 可以大大缩短碾压混凝土层间间隔时间，由原来的可以大大缩短碾压混凝土层间间隔时间，由原来的46小时减少小时减少 到到24小时，彻底解决了碾压层面接合问题，施工质量与传统方法相比小时，彻底解决了碾压层面接合问题，施工质量与传统方法相比 达到了同等水平，有些方面更优。达到了同等水平，有

25、些方面更优。 (2) 可以用较小的浇筑强度覆盖较大的坝体浇筑面积，从而减少浇筑可以用较小的浇筑强度覆盖较大的坝体浇筑面积，从而减少浇筑 能力配置难度，全面降低了设备投入和临建工程费用，从而节省工程投能力配置难度，全面降低了设备投入和临建工程费用，从而节省工程投 资。资。 (3) 可以从一岸到另一岸或从下游至上游进行大规模的循环流水作业，可以从一岸到另一岸或从下游至上游进行大规模的循环流水作业， 减少浇筑分块面积过小的影响和模板工程量，在不增加浇筑强度的前提减少浇筑分块面积过小的影响和模板工程量，在不增加浇筑强度的前提 下提高施工效率，加快工程进度。在相同条件下，完成一个全坝下提高施工效率，加快

26、工程进度。在相同条件下，完成一个全坝3m的的 升程升程(混凝土方量混凝土方量3.5万万m3左右左右)，通仓薄层铺筑法一般需要，通仓薄层铺筑法一般需要15天，而斜天，而斜 层平推铺筑法仅层平推铺筑法仅8天。天。 (4) 由于层面间隔时间大大缩短，上层混凝土覆盖快，能减少预冷后由于层面间隔时间大大缩短，上层混凝土覆盖快，能减少预冷后 混凝土的温度回升，且因浇筑面积小，仓面喷雾保温等措施容易实施，混凝土的温度回升，且因浇筑面积小，仓面喷雾保温等措施容易实施， 因而对高温季节施工具有良好的适应性。因而对高温季节施工具有良好的适应性。 (5) 在多雨地区，由于斜面便于排水，浇筑面积小便于处理，从而降在多

27、雨地区，由于斜面便于排水，浇筑面积小便于处理，从而降 低了降雨的影响范围和程度，故也适合在多雨天气施工。低了降雨的影响范围和程度，故也适合在多雨天气施工。 (3)变态混凝土技术的推广应用变态混凝土技术的推广应用 变态混凝土是我国创造的碾压混凝土细部结构施工新技术，于变态混凝土是我国创造的碾压混凝土细部结构施工新技术，于1989年年 在岩滩碾压混凝土围堰施工中首次应用。变态混凝土的机理是：在碾压混在岩滩碾压混凝土围堰施工中首次应用。变态混凝土的机理是：在碾压混 凝土摊铺表面上喷洒水泥浆，使该处的碾压混凝土变成具有坍落度的常态凝土摊铺表面上喷洒水泥浆，使该处的碾压混凝土变成具有坍落度的常态 混凝土

28、，用插入式振捣器振捣，使之密实，主要用于贴近模板等不便于碾混凝土，用插入式振捣器振捣，使之密实，主要用于贴近模板等不便于碾 压的部位。在江垭大坝施工中，设计允许变态混凝土的应用范围是压的部位。在江垭大坝施工中，设计允许变态混凝土的应用范围是“模板、模板、 电梯井、埋设件等周边混凝土电梯井、埋设件等周边混凝土”。 设计规定大坝岸坡处必须有设计规定大坝岸坡处必须有1m厚的常态混凝土，止水片周边也必须用厚的常态混凝土，止水片周边也必须用 常态混凝土。根据常态混凝土。根据水工碾压混凝土施工规范水工碾压混凝土施工规范 SL53-94的规定，靠岸坡的规定，靠岸坡 岩面的常态混凝土垫层应与主体碾压混凝土同步进行浇筑，以保证两种混岩面的常态混凝土垫层应与主体碾压混凝土同步进行浇筑，以保证两种混 凝土交界面的接合质量。实际施工中，由于不能及时变换混凝土品种，常凝土交界面的接合质量。实际施工中，由于不能及时变换混凝土品种，常 常是先浇筑碾压混凝土，留出空位后再浇常态混凝土，造成两种混凝土的常是先浇筑碾压混凝土，留出空位后再浇常态混凝土，造成两种混凝