水利水电工程前沿讲座

碾压砼是近几十年发展起来的一种新型砼。

它具有独特的性能，未凝固前碾压砼的性能与常规砼的性能完全不同，而凝固后与常规砼的性能非常相近。

碾压砼是将土石方施工机械容量大、速度快、大面积作业的优点和砼强度高、耐久性强的特点融合到一体，从而达到快速经济施工的目的。

为了使土石方施工机械能在砼面上作业，碾压砼稠度要求很干，干到足以使平仓机、振动碾、自卸汽车不下陷。

比干硬性砼还要干，是一种坍落度为零的超干硬性砼。

用维勃仪来进行测定，即：碾压砼在一定频率的维勃仪上震动，达到液化所需要的时间，定义为碾压砼的稠度，又称碾压砼的工作度即VC值，单位为：秒（S）。

经过振动碾碾压的砼，只有压实到接近密实容重，才具有结构设计所要求的强度、抗渗性和抗冻性。

1 碾压砼(RCC)的组成材料水泥、掺和料、砂、石子、水、外加剂为了适应碾压施工，碾压砼属于超干硬性拌和物。

其粘聚性较差，施工过程中粗骨料易发生分离，为减少以至避免粗骨料分离现象，一般都限制粗骨料最大粒径不大于80mm，且适当减少最大粒径级粗骨料所占的比例。

普通水泥砼(PCC) 存在施工周期长，水泥用量多，水泥水化热大，模板使用多，施工进度慢等问题。

碾压砼(RCC)是近几十年发展起来的新型砼材料，它是一种含水率低，通过振动碾压工艺成型，达到高密实度的砼。

2 RCC材料组成设计方法有绝对体积法、填充包裹法、经验法、递推渐近法、试算法、最大密度近似法1)绝对体积法绝对体积法的原理是砼拌合物的体积等于各组成材料绝对体积之和。

绝对体积法计算RCC 材料组成是由水灰比、混合材料掺量和砂率及每方混合料各种材料的绝对体积等4个条件，建立4个方程式。

求解后可得每方RCC的组成材料，包括水泥、细集料、粗集料及粉煤灰的用量。

其中用水量需在解方程前根据经验或通过试验分析确定。

2)填充包裹法该法设想RCC由液相变为固相有两个条件：一是细集料空隙恰好被水泥灰浆填充；二是粗集料的空隙又被水泥砂浆所填充。

3)经验法此法是根据水泥胶砂弯拉强度与RCC试配强度经验公式算出灰水比；砂率由经验而定；通过对灰水比、砂率和VC值的修正算出初估用水量；水泥用量根据经验或参数规限定围而得；当RCC的各种材料确定后，尚需对初估用水量进行修正(其中含混合材料的用水量)；最后可分别得出RCC材料组成用量。

4)递推渐近法先根据经验确定水泥与水的用量及砂率，拌制出满足设计要求和施工条件允许的RCC初步配合比。

然后固定水和水泥用量以等间距增减砂率，找出与最大压实率对应的砂率为最佳砂率。

在确定最佳砂率和固定水的用量后以等间距增减不同水泥用量，寻找最大压实率所对应的水泥用量为最佳水泥用量。

在找出最佳砂率、水泥用量后以等间距增减不同用水量，用同样方法寻找最佳用水量。

由上述求出的最佳水泥量与用水量作为中值建立灰水比与28dRCC弯拉强度的关系曲线，最后得出满足强度、和易性和经济性要求的灰水比。

5)试算法这种方法是设计沥青混合料的惯用方法。

当用几种集料配成一定级配的RCC混合料时，在决定各组成集料在混合料中所占的比例之前，先假定混合料中某种粒径的颗粒在某粒级材料中占优势，然后根据该粒径计算不同粒级围粗、细集料在混合料中的比例。

根据经验或规规定围预估用水量和水泥用量，通过试拌和强度验证优选出满足要求的水泥用量和用水量。

6)最大密度近似法此法先固定水灰比制备水泥砂浆，寻找最大容重时细集料体积。

根据要求的RCC弯拉强度选择水灰比，通过试验确定RCC拌合物最大容重时粗、细集料的体积。

美国对该法积累了较多的试验数据，并已汇集成图表，当设计材料组成时，可查图表确定各种材料用量。

绝对体积法是普通水泥砼材料组成设计所采用的一种方法，计算简单，但没有考虑RCC 的特性，不能直接用于RCC材料组成设计。

填充包裹法是水利部门用于大坝RCC材料组成设计的方法，计算麻烦，裕度系数αβ需进行大量试验才能确定。

经验法是是针对路面RCC材料组成设计提出的一种方法。

由于该法的用水量修正系数值是通过部份试验或经验确定，而且全国各地材料差异较大，故不宜直接广泛应用。

递推渐近法为日本RCC路面技术指南提出的方法，有其特色，但试验工作量太大，不便应用。

试算法是设计沥青混合料的惯用方法，RCC材料组成设计的原则与其相似，该方法有些原则可以利用，但它不能确定水泥和水的用量。

最大密度法设计的原则与其它设计方法有共同之处，该法汇集的经验图表是美国特定条件下得到的，只能参考不能直接套用。

3 碾压砼的配合比设计参数(1)水胶比－W/ (C+F)用水量与胶凝材料的质量比。

根据已建35座碾压砼坝的统计，绝大多数在0.40～0.65围，0.50～0.59围占多数。

(2)掺合料掺量－F/(C+F)指胶凝材料中掺合料所占的比例。

中国碾压砼的掺合料掺量绝大多数在30%～65%围，50%～65%围占大多数。

永久建筑物碾压砼的胶凝材料用量不宜底于130kg/m3。

(3)单位用水量可根据碾压砼的VC值、骨料种类、最大粒径、砂率、掺和料和外加剂等选定，一般为95～135kg/m3。

(4)浆砂比－(C＋F＋W)/S胶凝材料浆(水泥、掺合材料和水)与砂的质量比。

已建35座碾压砼坝的浆砂比绝大多数在0.30～0.49围，0.30～0.39围占大多数。

(5)砂率－S/(S+G)中国碾压砼的砂率绝大多数在25%～40%围，30%～34%围占多数。

规建议：使用天然粗骨料时，三级配碾压砼砂率28%～32%，二级配为32%～37%。

使用人工粗骨料时，砂率应增加3%～6%。

碾压砼主要类型有：胶凝材料浆固结砂砾石碾压砼、干贫碾压砼、高粉煤灰掺量碾压砼。

碾压砼的施工性：可由工作度、可塑性、稳定性、易密性表示通过与国外碾压砼配合比进行比较，我国碾压砼具有较高的抗渗性和较优越的抗冻性能，可以满足各种碾压砼结构的技术性能要求，各种技术性能指标已经达到国际先进水平。

表碾压砼坝中浆体各组分用量2 碾压砼施工技术砼坝传统施工方法－柱状分块浇筑法如何突破传统施工方法？是提高砼坝同土石坝竞争能力的一个途径1964年意大利建成阿尔卑吉拉重力坝，当时设计时尝试采用类似土坝的施工方法，高速度浇筑砼需要研究解决的问题：必须改变从一个坝段到另一个坝段的浇筑方法必须用自卸汽车代替起重机的浇筑方法必须提供足够大的工作面，取消收缩缝的模板，以免防碍运输必须解决新浇砼能否承受运输汽车所产生的应力问题阿尔卑吉拉重力坝的砼浇筑：是在左岸斜坡上设斜面轨道，用装有6m3料罐的转运车行驶在轨道上，装运车在上端受料，沿轨道下滑到接近仓面，卸料到转料漏斗，再由转料漏斗卸入仓面上的自卸汽车运到浇筑地点。

平仓用推土机，振捣用推土机配带的振动器组。

浇筑层厚为70厘米（松料为80厘米）取消了横缝模板，但仍保留了横缝。

办法是：在砼浇筑完毕，经过大约12小时即进行冲毛，同时用特制的切缝机切成横缝（收缩缝）。

切缝机类似于筑路用的切缝机，刀片长3m、高1m、厚4cm，可切锯70cm厚的砼。

经过近20年的研究和建设实践，我国已经形成适合国情的碾压砼设计规、碾压砼试验规程、碾压砼施工规及验收规程等文件。

碾压砼坝的坝型已从重力坝逐渐扩展到重力拱坝和薄拱坝。

已建成的普定坝是当时世界上已建成的最高碾压砼重力拱坝；已建成的沙牌坝是目前世界上已建成的最高碾压砼重力拱坝；已建成的龙首坝是目前世界上已建成的最高碾压砼薄拱坝;正在建的龙滩坝是当今世界上最高的碾压砼重力拱坝；我国的碾压砼筑坝技术已被世界同行专家认为具有世界领先水平。

碾压砼坝可在各种不同气候条件下修建在高气温地区，阿尔及利亚的贝利哈罗恩坝(坝高121m,碾压砼量169万m3)，所处地区最高气温可达43℃。

在低气温地区，美国的上静水坝(Upper Stillwater)(坝高91m,碾压砼量110万m3)和加拿大的拉克罗伯森坝(坝高40m,碾压砼量2.8万m3)，两坝所处地区冬季最低气温可达-37.5℃以下。

在多雨地区，智利的戈坝(Pangue)(坝高113mm，碾压砼量66万m3)，在13个月的施工期总降水量达4436mm，最集中时3个月的降水量就达3130mm。

碾压砼材料与筑坝技术在发展中相互促进早期的碾压砼坝多采用低胶凝材料用量的贫浆碾压砼，而从目前较为稳定的发展趋势看，当今的碾压砼坝多采用高胶凝材料用量的富浆碾压砼。

自1992年以来采用不同胶凝材料用量修建的碾压砼坝占总数的比例，稳定在以下的围：富浆碾压砼坝(胶凝材料用量150kg/m3以上)占(45±2)%；中等胶凝材料用量碾压砼坝(胶凝材料用量100-149 kg/m3)占(23±2)%；(日本)RCD坝占(16±2)%；贫浆碾压砼坝(胶凝材料用量低于99 kg/m3)占(12.54±1.5)%。

我国碾压砼坝从一开始就采用了高掺粉煤灰、少用水泥，以减少产生水化热，从而缩小温差，防止出现裂缝。

根据多年研究结果，粉煤灰的掺量可以达到2/3。

通过各工程的实践，证实外加剂可以提高碾压砼的性能和耐久性，并以复合外加剂最为有效，已在如普定、大朝山、棉花滩等许多工程中采用，证明是合理的，而且应进一步发展。

由于40多座坝的实践，通过大量的室外试验成果，已经有条件建立碾压砼配合比的数据库，并通过优选在具体工程条件下，预选比较合适的配合比，仅用少量的室试验，即可取得合适的配比，大大减少试验工作量和时间。

碾压砼筑坝技术日趋完善(1)改性砼由于常态砼与碾压砼的工艺不同，施工时常互相干扰，同时在材料制备、分缝、温控等方面也各有不同，增加了出现裂缝的可能性，因此目前在设计施工中尽量减少使用常态砼的可能。

如基础垫层常态砼最好尽量减薄，并迅速覆盖碾压砼；与两岸坝肩、电梯井、通气孔、廊道连接部位过去都用常态砼，现在都改用改性砼。

采用这种方法可将碾压砼改性，形成平整的外部表面和良好的部结合面，有效地避免了在紧靠上、下游坝面模板附近及靠近两岸坝肩地段，碾压砼不容易被振实的现象出现。

改性砼的最大优点是对于靠近坝肩及紧靠上、下游模板的地段不需再用常态砼进行浇筑，而仅对碾压砼进行铺洒胶浆改性即可。

根据工程实践经验，铺洒灰浆的碾压砼的铺层厚度可以与平仓厚度相同，以简化改性砼的施工工艺。

(2)碾压砼坝的层面处理碾压砼坝的主要特点之一是具有很大的铺筑层面，特别是高坝。

若层面处理不善，不仅会影响到坝身的整体强度和防渗效果，对施工进度也有影响，层面抗剪强度过低甚至会影响到大坝安全。

碾压砼层面是否需要处理及其处理方式，与层面的状态有关，而层面的状态又与很多因素有关，其中最重要的因素是铺筑层之间的间隔时间、碾压砼材料的性质、铺筑层的铺筑方法、施工期的环境条件等。

层间间隔时间指的是从下层砼拌合物拌和加水时起至上层砼碾压完毕为止的历时。

(3)砼面墙模板技术与传统的施工模板相比，混凝土面墙技术具有能够适应碾压混凝土重力坝快速施工等优点，已在美国上静水坝、泰国科隆塔丹坝等工程中成功使用。