碾壓混凝土壩防滲方法綜述

摘 ?要：碾壓混凝土壩施工工藝簡(jiǎn)單、工期短、造價(jià)低、適應(yīng)性強(qiáng)，在壩工界得到廣泛應(yīng)用。但碾壓混凝土自身防滲較差，不能滿足防滲要求，需要專門防滲結(jié)構(gòu)。文章通過(guò)對(duì)碾壓混凝土壩防滲分析，介紹了常用的幾種防滲結(jié)構(gòu)，分析了各自的特點(diǎn)，為碾壓混凝土壩防滲設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：碾壓混凝土壩;防滲;方法

中圖分類號(hào)：TV223.4 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2016）26-0156-02

1 ?碾壓混凝土筑壩技術(shù)概況

碾壓混凝土是一種干硬性貧水泥無(wú)坍落度的混凝土，施工時(shí)則采用和土石壩相同的運(yùn)輸及鋪筑設(shè)備，用振動(dòng)碾分層壓實(shí)而成的一種壩型。碾壓混凝土壩以其造價(jià)低、施工簡(jiǎn)便、工期短等優(yōu)點(diǎn)，引起全世界壩工界的高度關(guān)注。

從1980年日本建成的世界上第一座碾壓混凝土重力壩—島地川碾壓混凝土重力壩到我國(guó)1986年建成的國(guó)內(nèi)第一座碾壓混凝土壩—福建坑口壩以來(lái)，在這三十幾年的發(fā)展歷程中，碾壓混凝土筑壩技術(shù)日臻完善，碾壓混凝土壩亦成為目前世界上各國(guó)爭(zhēng)相選用的壩型。

2 ?碾壓混凝土壩防滲分析

雖然碾壓混凝土有諸多的優(yōu)點(diǎn)，但是碾壓混凝土施工時(shí)也需要注意很多問(wèn)題。碾壓混凝土中水及膠凝材料用量少，屬超干硬性無(wú)坍落度混凝土，幾乎沒(méi)有流動(dòng)性，施工時(shí)靠振動(dòng)碾壓機(jī)碾壓而成，養(yǎng)護(hù)成型后比普通混凝土孔隙率更大，密實(shí)度更低。工程中攤鋪碾壓采用的厚度一般為30～50 mm，施工時(shí)需要等到下層混凝土達(dá)到一定的強(qiáng)度后才能攤鋪上層混凝土，上下層混凝土有一定的時(shí)間間隔，層與層之間產(chǎn)生的層面，這種層面易形成水平施工縫，形成滲流通道，影響壩體的安全穩(wěn)定

在我國(guó)北方寒冷地區(qū)還會(huì)由于凍融區(qū)層面積水損傷壩體表面，因此，控制碾壓混凝土壩的防滲，提高壩體抗?jié)B能力，在碾壓混凝土壩施工中就顯得尤為重要。

3 ?碾壓混凝土防滲方法分析

3.1 ?“金包銀”結(jié)構(gòu)型式

“金”指的是常態(tài)混凝土，“銀”指的是碾壓混凝土，這種防滲處理是在碾壓混凝土壩體與壩基之間澆筑一層常態(tài)混凝土墊層，同時(shí)在壩體擋水面和背水面包裹一層1.5～3 m厚的常態(tài)混凝土，施工時(shí)上下游常態(tài)混凝土和壩體碾壓混凝土同步搭接澆筑上升，主要依靠常態(tài)混凝土來(lái)防滲。

金包銀是碾壓混凝土中最早采用的一種防滲形式，是日本廣泛應(yīng)用的一種防滲形式，我國(guó)在銅街了、巖灘等工程中也有應(yīng)用，至今均未出現(xiàn)明顯滲漏，防滲效果良好。但是由于常態(tài)混凝土和碾壓混凝土施工工藝完全不同，整個(gè)壩體施工工藝復(fù)雜，復(fù)雜程度甚至超過(guò)了常態(tài)混凝土壩，難以充分發(fā)揮碾壓混凝土壩大倉(cāng)面通倉(cāng)澆筑的優(yōu)勢(shì)，另外常態(tài)混凝土和碾壓混凝土彈性模量、水化熱、溫度線膨脹系數(shù)等都不一樣，就會(huì)導(dǎo)致二者結(jié)合不佳，易產(chǎn)生貫穿性裂縫，影響壩體的安全穩(wěn)定。

3.2 ?常態(tài)混凝土薄層防滲

常態(tài)混凝土薄層防滲是歐美國(guó)家常采用的一種防滲型式，其防滲原理類似“金包銀”防滲結(jié)構(gòu)，只不過(guò)這種防滲只是在壩體上游面敷設(shè)，背水面不鋪設(shè)，通常常態(tài)混凝土的澆筑厚度為0.3～1.0 m，在其后約1～3 m的地方鋪設(shè)細(xì)骨料常態(tài)混凝土或者水泥砂漿作為墊層，實(shí)踐表明。

這種防滲由于薄層混凝土抗裂性能較差，易出現(xiàn)貫穿性裂縫，壓力水很容易滲漏到壩體內(nèi)部，影響壩體的安全性，如銅川壩、中叉壩、蓋爾斯威壩等在施工過(guò)程中都出現(xiàn)過(guò)不同程度的裂縫，防滲效果不是很理想。

3.3 ?碾壓混凝土自身防滲

這種防滲型式主要依靠碾壓混凝土自身防滲，不用再做專門防滲處理，便于施工，能充分發(fā)揮碾壓混凝土壩的特點(diǎn)。

碾壓混凝土自身防滲很差，施工時(shí)在壩體上游面一定范圍內(nèi)選擇防滲性能較好的一級(jí)配或者二級(jí)配碾壓混凝土，增加膠凝材料的用量，以提高其防滲性能，比如早期的柳溪壩，壩體內(nèi)部膠凝材料用量為66 kg/m3，而防滲區(qū)膠凝材料用量提高到104 kg/m3，防滲效果仍不理想，后來(lái)在上靜水壩中防滲區(qū)的膠凝材料用量增加到303 kg/m3，抗?jié)B性提高了很多，但是溫控不理想，形成了12條貫穿性裂縫，效果一般。

因此，現(xiàn)在工程上一般多采用以碾壓混凝土自身防滲為基礎(chǔ)的聯(lián)合防滲結(jié)構(gòu)形式，在壩體上游面再設(shè)變態(tài)混凝土或PVC、薄膜或?yàn)r青混合料等輔助防滲。

3.4 ?變態(tài)混凝土防滲

碾壓混凝土壩上下游面由于在邊緣，一般主要由小型振動(dòng)碾碾壓，難以碾壓密實(shí)，壩面難以達(dá)到光潔效果，如果摻加常態(tài)混凝土，會(huì)干擾碾壓混凝土的正常施工，而且異種混凝土之間的接觸難以達(dá)到良好效果，加大施工難度，于是，介于常態(tài)混凝土與碾壓混凝土之間的一種混凝土—變態(tài)混凝土問(wèn)世了，并試點(diǎn)應(yīng)用于江埡等幾個(gè)碾壓混凝土壩之中，獲得較好的效果。

變態(tài)混凝土是一種在碾壓混凝土中現(xiàn)場(chǎng)摻入水泥漿液，使之從干硬性變?yōu)閬喠鲬B(tài)性并具有一定的坍落度，采用插入式振搗器施工的混凝土。在攤鋪好的碾壓混凝土上澆筑灰漿，可將碾壓混凝土改性，增加其流動(dòng)性，再使用振搗器振搗，不僅能增加混凝土的密實(shí)度，提高表面的光滑程度，還能提高其強(qiáng)度和抗?jié)B性，此法施工簡(jiǎn)單，基本不影響碾壓混凝土的施工，實(shí)用性強(qiáng)。在江埡大壩上游面和下游面及澆筑塊側(cè)部，采用變態(tài)混凝土，變態(tài)混凝土處理寬度為距模板邊界30～50 mm，取芯樣表明，變態(tài)混凝土表面非常光滑，幾乎沒(méi)有蜂窩、麻面等缺陷，幾乎很難看出層面結(jié)合處，其耐久性和抗?jié)B性均很好，質(zhì)量?jī)?yōu)良。

隨著變態(tài)混凝土的問(wèn)世，其施工的方便性和良好的防滲效果立刻引起壩工界的高度重視，試驗(yàn)表明，變態(tài)混凝土的防滲性能幾乎達(dá)到了常態(tài)混凝土的水平，越來(lái)越多的碾壓混凝土壩采用變態(tài)混凝土防滲，其在碾壓混凝土壩中的應(yīng)用前景將非常廣闊。

3.5 ?瀝青混凝土防滲

瀝青屬有機(jī)材料類，具備有機(jī)材料的共性，能溶解于多種有機(jī)溶劑之中，不溶于水，憎水性強(qiáng)，本身具有膠凝性，可用作防水材料，拌制的瀝青混合料具有粘、彈、塑等特性，具有適應(yīng)壩體變形和裂縫自愈能力，已廣泛應(yīng)用于土石壩防滲心墻中。

在碾壓混凝土壩中也可作為防滲材料，例如在我國(guó)福建坑口碾壓混凝土重力壩中，就采用了在鋼筋混凝土面板后加6 cm厚的瀝青砂漿，自1986年7月蓄水以來(lái)，最大滲流量為4.27 L/s，正常運(yùn)行情況下的滲流量為1.5 L/s，完全滿足設(shè)計(jì)要求，而且滲流呈現(xiàn)逐年減少的趨勢(shì)，通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)滲流主要發(fā)生在壩體內(nèi)部的結(jié)合處和繞壩滲流，瀝青砂漿防滲層基本沒(méi)有水滲透，防滲情況良好。

從工程應(yīng)用及施工方面綜合來(lái)看，瀝青混凝土防滲效果很好，施工中對(duì)主壩體影響不大。但是瀝青混合料的親水性差，影響到邊坡與壩基的結(jié)合，還有防滲體自身施工工序復(fù)雜，熱拌熱鋪，需要專門的拌和施工機(jī)械，機(jī)械化程度要求較高，另外瀝青混合料的老化問(wèn)題尚未得到充分的論證，對(duì)其防滲結(jié)構(gòu)的耐久性還需要進(jìn)一步論證。

3.6 ?薄膜防滲

薄膜防滲就是在壩體上游面貼防滲薄膜。常用的防滲材料有聚氯乙烯、人工無(wú)紡布、土工織物等，也有現(xiàn)場(chǎng)制備的合成材料橡膠模，或者由幾種材料貼合而成的合成防滲薄膜等，按照施工方法分為內(nèi)貼和外貼兩種，內(nèi)貼防滲薄膜貼于外層預(yù)制混凝土面板和壩體之間，外貼防滲薄膜則是將防滲薄膜用金屬肋和錨筋等直接固定于大壩表面或通過(guò)噴涂、刷涂、刮涂等方式將合成樹(shù)脂或合成橡膠等涂敷于壩體上游面，固化后形成防滲層。

實(shí)踐表明新鮮薄膜的防滲效果是比較好的，其有良好的拉伸性能，能適應(yīng)壩體的變形，內(nèi)貼薄膜防滲在外層面板的保護(hù)下不易破壞，耐久性好，但預(yù)制面板的造價(jià)較高。

整體來(lái)看薄膜防滲效果很好，但是薄膜的耐久性尚待進(jìn)一步研究，而且薄膜與岸坡和壩基之間的連接也是施工的難點(diǎn)，這就限制了這種防滲結(jié)構(gòu)在大壩中作為主防滲結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

4 ?結(jié) ?語(yǔ)

碾壓混凝土作為筑壩材料以其巨大的優(yōu)勢(shì)引起壩工界的高度重視，從最開(kāi)始在圍堰的應(yīng)用到碾壓混凝土重力壩，再到現(xiàn)今大量采用的碾壓混凝土拱壩，都說(shuō)明碾壓混凝土壩是現(xiàn)今乃至未來(lái)大力發(fā)展的壩型。

但是碾壓混凝土壩的防滲和溫控一直是其施工中要解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。筆者總結(jié)分析了工程中幾種常見(jiàn)的防滲方法，包括“金包銀”處理、常態(tài)混凝土防滲、碾壓混凝土自身防滲、摻加變態(tài)混凝土、瀝青及薄膜防滲等處理方法，指出其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為碾壓混凝土壩防滲方法的選擇提供一定的參考和借鑒。

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