RCC壩最新發(fā)展動(dòng)態(tài)

［英國(guó)］M.R.H.頓斯坦

1991 年在北京召開的第一屆RCC 大壩會(huì)議上提交了一份由令人尊敬的已故博士沈崇剛撰寫的論文《世界RCC 大壩的發(fā)展》。1995 年桑坦德會(huì)議上提交了一份名為《世界RCC 大壩的發(fā)展與當(dāng)前采用的筑壩方法》的綜合報(bào)告。1999 年成都會(huì)議上提交了名為《RCC 大壩最新進(jìn)展》的綜合報(bào)告。2003 年馬德里會(huì)議上作了題為《2003 年RCC 壩發(fā)展?fàn)顩r》的演講，它也是國(guó)際大壩委員會(huì)(ICOLD)125 號(hào)公告的最新內(nèi)容。2007 年貴陽會(huì)議上作了題為《2006 年RCC大壩發(fā)展概覽》的演講。本文在RCC 壩MD＆A 數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，對(duì)上述系列論文成果作了一定的拓展與完善。

1 RCC 壩在全球的分布情況

1991 年北京RCC 大會(huì)召開時(shí)，只有15 個(gè)國(guó)家建成RCC 壩，其中建有5 座以上RCC 大壩的國(guó)家僅占1/3:美國(guó)13 座，日本7 座，南非9 座，中國(guó)7座，西班牙6 座，其中中國(guó)與西班牙是RCC 會(huì)議的主辦國(guó)。當(dāng)時(shí)30%的RCC 壩分布在亞洲，20%分布在北美，不到20%分布在非洲及歐洲。經(jīng)過20 a 的發(fā)展，情形發(fā)生了根本的變化，全球50%的RCC 壩分布在亞洲，而北美所占比例下降到略大于10%，基本與非洲和歐洲持平。在此期間，中美及南美RCC 壩所占比例出現(xiàn)了顯著增長(zhǎng)，從1990 年的稍大于5%增長(zhǎng)到2012 年的近14%，主要?dú)w因于巴西RCC 壩的急速增加。

目前RCC 壩建設(shè)處于領(lǐng)先地位的前6 個(gè)國(guó)家是中國(guó)、日本、巴西、美國(guó)、西班牙及摩洛哥。其中，中國(guó)已建及在建的RCC 大壩有165 座，數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他國(guó)家;日本、巴西和美國(guó)各有大約50 座;西班牙與摩洛哥各有約25 座。有趣的是，1990 年處于領(lǐng)先地位的5 個(gè)國(guó)家中有4 個(gè)仍然位于2012 年的前6 個(gè)國(guó)家之中。該現(xiàn)象似乎表明，一旦某國(guó)開始建設(shè)RCC 壩，該國(guó)就會(huì)開發(fā)興建更多。自從1990年以來，世界上RCC 壩的總數(shù)一直呈現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

越南自山蘿(Son La)電站取得巨大成功后，開始大量修建RCC 壩，數(shù)量從2006 年僅有的一座增長(zhǎng)到2012 年的18 座(包括在建的)。印度在成功修建加特哈爾(Ghatghar)電站后，又開始修建中瓦塔納(Middle Vaitarna)電站，預(yù)計(jì)不久的將來RCC壩的數(shù)量也會(huì)增加。

2 RCC 壩設(shè)計(jì)理念

20 a 以來，RCC 壩在實(shí)際建設(shè)中采用了不同的設(shè)計(jì)理念。RCD 壩所占比例約為15% ±2.5。貧RCC 壩的情況類似，其所占比例略低于RCD，約為14% ± 2.5。該時(shí)期雖然出現(xiàn)了硬填筑壩(或稱CSG 壩)，但其數(shù)量仍然較少，只占RCC 壩總數(shù)的3%。這一時(shí)期主要變化為高灰漿RCC 壩的數(shù)量增加，其所占比例從38%上升到46%;而同期中等灰漿含量RCC 壩數(shù)量相應(yīng)減少，所占比例從35%下降到23%。然而，如果考慮RCC 壩澆筑體積的話，上述數(shù)據(jù)會(huì)略有不同，迄今為止，62.5%的RCC 為高灰漿RCC(包括擬建或在建RCC 壩)。表1 示出了各種RCC 平均配合比。

表1 不同設(shè)計(jì)理念下RCC 平均配合比

3 RCC 壩膠凝材料

自1990 年以來，用于RCC 壩中各種組合的膠凝材料(普通水泥及火山灰)所占比例一直在變化。雖然火山灰所占比例從頂峰時(shí)期的67.5%下降到目前的62%，但石灰含量低的飛灰是至今RCC 壩中最普遍使用的火山灰。不用火山灰(僅用硅酸鹽水泥)的RCC 壩所占比例一直保持相對(duì)穩(wěn)定，為13%上下。而在這20 a 間使用天然火山灰的RCC 壩所占比例呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢(shì)，從約10%上升到14%。這或許與人們?cè)诓牧闲阅?實(shí)用性)認(rèn)識(shí)方面所取得的巨大進(jìn)步有關(guān)，抑或與RCC 壩規(guī)模日益擴(kuò)大以及膠凝材料輸送速度不斷提高有關(guān)。膠凝材料的輸送速度常常超過火電站的有效容量。此外，粉煤灰作為硅酸鹽水泥的“摻合料”已開始廣泛使用。其他所有膠凝材料組合在實(shí)際應(yīng)用中遠(yuǎn)低于上述3 種材料，采用其他膠凝材料的壩不到RCC 壩總數(shù)的5%。

4 RCC 壩護(hù)面

4.1 上游護(hù)面

過去20 a 來RCC 壩上游面鋪筑方法已發(fā)生了變化。1990 年，大多數(shù)(63.3%)上游面板是采用架立模板澆筑常規(guī)混凝土護(hù)面層而形成的，另外約占10%的RCC 壩采用預(yù)制混凝板護(hù)面。但不久大量RCC 壩上游面采用緊靠上游模板直接壓實(shí)RCC 的方法完成，該方法不需要任何其他形式的上游面防滲膜，直接澆筑RCC 充當(dāng)防滲層，從而增強(qiáng)了大壩迎水面防滲的可靠性。隨后引入了GEVR(富漿振搗RCC，將漿料攤鋪在前一層RCC 的頂面然后用插入式振搗器振搗)和GE－RCC(富漿RCC，將漿料倒入新澆的碾壓混凝土表面，用振動(dòng)器使其浸入該層碾壓混凝土中)，完全改變了形成RCC 壩上游面板的方法?；蛟S在幾年內(nèi)，GEVR/GE－RCC 將會(huì)成為RCC 壩最流行的護(hù)面方式。

4.2 下游護(hù)面

隨著GEVR/GE－RCC 在上游護(hù)面中的應(yīng)用，下游面采用常規(guī)混凝土的大壩數(shù)量雖然略有減少，但對(duì)緊靠模板的RCC 直接壓實(shí)的大壩數(shù)量大幅增加(增長(zhǎng)2 倍)。下游面采用預(yù)制混凝土砌塊護(hù)面是這一時(shí)期的較大特征。該方法為中國(guó)發(fā)明的斜層鋪筑方法。

盡管一些業(yè)內(nèi)人士已開始對(duì)某些RCC 壩中采用GEVR/GE－RCC 護(hù)面的光潔度及耐久性表示擔(dān)憂，但如果RCC 配比得當(dāng)，精心施工，則其表面光潔度應(yīng)該與常規(guī)護(hù)面混凝土的效果一樣，因?yàn)閮煞N混凝土的最終配合比應(yīng)該接近。

4.3 溢洪道護(hù)面

RCC 壩溢洪道護(hù)面方法主要有兩種:模板下澆常規(guī)混凝土護(hù)面和壩體頂層設(shè)置加筋混凝土。其中，單寬流量高的大型RCC 壩主要以第2 種方法護(hù)面。

5 主要的RCC 壩

5.1 最高、最大、施工速度最快的RCC 壩

表2～4 分別顯示了10 座已建成的最高、最大(指RCC 體積)及施工速度最快的RCC 壩。

從表2 和表3 中可看出絕大多數(shù)高壩及大型壩主要集中在亞洲。這兩個(gè)表中的15 座中，有5 座大壩同時(shí)出現(xiàn)在這兩個(gè)表中，有12 座在亞洲，2 座在南美洲，1 座在北美洲。其中，10 座為高灰漿RCC壩，2 座為RCD 壩，2 座為硬填筑壩，1 座的膠凝材料含量是變化的，從高灰漿經(jīng)過中等灰漿最終變?yōu)樨殱{RCC。其中11 座的膠凝材料摻合料為低石灰含量的粉煤灰，2 座的摻合料為天然火山灰，1 座不含火山灰。雖然這些配合比符合當(dāng)今世界的要求，但總體來看還是略顯極端。

表2 世界10 座已建的最高RCC 壩

表3 世界10 座已建的RCC 體積最大的壩

加快施工速度是RCC 壩技術(shù)的最初目的之一。表4 顯示了10 座平均施工速度最快的RCC 壩。其中，8 座為高灰漿RCC 壩，2 座為硬填筑壩。在澆筑速率方面，硬填筑壩與高灰漿RCC 壩是不可相比的，原因是硬填筑壩在層間水平縫處所要求的現(xiàn)場(chǎng)性能遠(yuǎn)低于RCC 重力壩。因此其質(zhì)量控制要求也不太嚴(yán)格。自從第一座硬填筑RCC 壩建成以來，其填筑速度一直是其優(yōu)點(diǎn)之一并得到人們的認(rèn)可。當(dāng)然，這種施工方式在當(dāng)時(shí)只是解決某個(gè)問題的一種方案(薄弱壩基加上幾乎全壩長(zhǎng)范圍為溢流堰)，而并沒有人稱之為硬填筑壩。

表4 中值得一提的可能要屬印度的中瓦塔納壩。該壩的承包商首次承建RCC 壩，施工條件艱苦，交通運(yùn)輸及物資供應(yīng)均有問題。盡管混凝土攪拌廠相對(duì)較小(表4 所有壩中規(guī)模最小)，大壩仍然于2012 年雨季之前建成，為后來能及時(shí)蓄水供給嚴(yán)重缺水的孟買創(chuàng)造了條件。該壩不僅完工及時(shí)，而且建筑質(zhì)量?jī)?yōu)異，到目前為止，大壩沒出現(xiàn)任何滲漏現(xiàn)象。其成功的理由之一就是大壩及施工方法都被設(shè)計(jì)成盡可能簡(jiǎn)單，以減小RCC 快速鋪筑的各種障礙。

表4 世界10 座已建的澆筑速度最快的RCC 壩

5.2 現(xiàn)場(chǎng)性能

表5 中示出了10 座已建成的現(xiàn)場(chǎng)性能最好的RCC 壩?？梢钥隙ǖ氖牵欢ㄟ€有其他RCC 壩的現(xiàn)場(chǎng)性能至少屬優(yōu)良，只不過尚未報(bào)道而已。表中顯示了RCC 壩水平縫現(xiàn)場(chǎng)垂直靜態(tài)直接抗拉強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果。由于非直接抗拉試驗(yàn)幾乎不可能確定水平縫的抗拉強(qiáng)度，因此間接拉伸試驗(yàn)的任何結(jié)果均不予考慮。

表中顯示的性能指標(biāo)滿足一座300 m 高的RCC壩通常會(huì)綽綽有余，實(shí)際上，這些性能比世界上最高的混凝土重力壩，即瑞士運(yùn)行了50 a、高285 m 的大迪克桑斯(Grande Dixence)壩優(yōu)良。

6 前 景

如今，大多數(shù)的RCC 壩還沒有達(dá)到表4 中所顯示的澆筑速度。任何一座大型RCC 壩應(yīng)該達(dá)到的澆筑速度為:平均月澆筑量超過10 萬m3，最大月澆筑量達(dá)到約20 萬m3，最大日澆筑量達(dá)到1 萬m3。

建議RCC 壩筑壩時(shí)要回到一個(gè)基本簡(jiǎn)單的原始概念上來。因?yàn)楹?jiǎn)單能加快施工速度，從而提高質(zhì)量(各層間的間歇時(shí)間減少)并帶來經(jīng)濟(jì)效益。此外，大壩業(yè)主會(huì)提前獲得他的投資回報(bào)。GOMID 的總工程師希爾克先生在2007 年貴陽RCC 會(huì)議上對(duì)RCC 壩的經(jīng)濟(jì)效益作了明確的闡述:“選擇RCC 壩代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土壩或砌石壩使某項(xiàng)目提前3 a 投產(chǎn)，從而生產(chǎn)電力13.5億GW·h，帶來52 億盧比的經(jīng)濟(jì)效益，約等于該項(xiàng)目成本的一半。這就清楚地說明了RCC 壩的成功經(jīng)歷及其在水電項(xiàng)目中的地位?！?/p>