维普资讯 http://www.cqvip.com ・５０・ 黑龙江水利科技 Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ ２Ｏ０２年第３期 №３．２（ｘ】２ 文章编号：１￣１Ｙ７—７５９６（２００２）０３—００５０—０２ 碾压混凝土拱坝的发展方向及其问题的探讨 鲍庆芳 ，苏 俭 ，钟雪峰 （１牡丹江市铁岭镇水利站，黑龙江牡丹江 １５７０１４；２．延寿县山河灌区，黑龙江 延寿 １５（Ｋ１７０； ３．黑龙江省桩基础工程公司，哈尔滨 １５００３６） 摘 要 就碾压混凝土拱坝的现状，探讨了存在的问题及今后的发展趋势 关键词 碾压混凝土；常态混凝土；拱坝；配合比；应力；仿真分析 中图分类号：ＴＶ６４２．４ 文献标识码：Ａ 但值得注意的是，在与面板堆石坝进行坝型比较的争论 高峰期，中国水利发电工程学会碾压混凝土筑坝委员会在 １９９４年春天召开的“碾压混凝土材料研讨会”上，乐观地估计 了碾压混凝土的上述三方面的材料性质，促进了中低碾压混 凝土坝快速发展，使中国的碾压混凝土建设在坝型、坝高等 方面短期内不断攀登世界高峰，也使这一领域的科研工作水 平不断提高，进一步的碾压混凝土与试验表明，工程采用大 体积碾压混凝土材料与实验室用碾压混凝土材料性质差别 甚大，对大体积碾压混凝土的温度应力问题以及材料抗裂能 力应予以高度重视。 ３碾压混凝土拱坝设计与施工经验探讨 １概述 碾压混凝土拱坝从诞生到现在已经ｌ０年，但已建完的 工程不足ｌ０座，且主要分布在中国，其发展速度远不能与碾 压混凝土重力坝相比，这一方面说明工程师们的谨慎态度， 他们称当前条件下修建１００ｍ以上碾压混凝土拱坝为“ｓｔｅｐ ｉｎ ｔｈｅ ｄａｒｋ”０ ；另一方面也说明问题的复杂性及此种坝型的局 限性，主要表现在： １．１碾压混凝土的运输方式与密实方式使大坝混凝土物理 力学指标的均匀性受到。 １．２温度场及应力场的仿真分析虽能在宏观上探明大坝最 大应力、最高温度发生的部位和时间，但输入的环境温度和 施工参数与大坝实际施工时的温度和参数有较大的出入，且 我国目前离反馈设计的距离还很远。 １．３对温度应力问题的最佳解决办法存在着“材料方式、结 构方式、施工方式”等三种完全不同的观点。对中低碾压混 凝土拱坝，以“材料方式与施工方式”为主；对ｌｏｍ以上的高 碾压混凝土拱坝，主要依靠“结构方式”，且目前其可靠性处 在研究之中 。 １．４薄层连续施工的方法，很难使常态混凝土坝中应用非 常有效的温度控制方式，如骨料预冷等，在碾压混凝土拱坝 施工中得到应用。而早期被弃之不用的二次冷却系统是否 在碾压混凝土拱坝中加以应用，专家们意见不一。 ２碾压混凝土材料的主要特点 碾压混凝土是一种以碾压方式密实的干硬性混凝土。 高比例的粉煤灰掺量，一方面使混凝土具有良好的可碾性， 满足了连续、快速、高强的施工要求；另一方面使其温度特 性、变形特性、强度特性与常规混凝土有较大的不同。就温 度特性而言，大体积碾压混凝土早期温升较低，后期温升很 高，达到最高温度的时间及最高温度的持续时间均较长，所 以，碾压混凝土坝在施工期的散热量很小，依然存在温度裂 缝问题。就变形特性而言，其极限拉伸值比同标号的常规混 凝土的极限拉伸值略低，但其徐弹比只有常规混凝土的１／３ ２／３，这对混凝土抗裂分析不利。在水胶比相同的条件，碾 压混凝土的抗压、抗拉极限强度与常规混凝土相差不大，但 其软化特性差别较大，这对碾压混凝土后期的抗裂性质与有 较大的影响。 和以振岛方式密实的常规混凝土相比，碾压混凝土在材 料性质上的变化主要是因为粉煤灰的大量掺入、水泥用量明 显减小引起的，就大坝混凝土而言，不同比例的粉煤灰掺量 将得到不同品质的混凝土。文献［４］比较了“高掺、中掺、低 掺”粉煤灰混凝土对大坝防渗能力、应力水平及施工工艺的 影响，并且特别强调了碾压混凝土的后期强度。 ～自世界上第一座碾压混凝土重力坝——日本岛地川坝 竣工以来，坝工界迎来了人类筑坝史上的第二个里程碑，此 后的２０几年来，世界各国竞相修建碾压混凝土重力坝、碾压 混凝土重力拱坝、碾压混凝土拱坝等，工程师与科学家携手， 把碾压混凝土重力坝的高度提升到了２１６．５ｍ ，把碾压混凝 土拱坝的高度定位在１３２．０ｍ。相应地，各国在碾压混凝土材 料性质、设计方法、管理模式研究等，诸多方面硕果累累，有 关设计、施工方面经验如下： ３．１材料性质方面：配合比合适，施工措施得当的碾压混凝 土，其抗压强度、抗拉强度、密实性等均不低于同等条件下的 常态混凝土；石粉是改善碾压混凝土性能的重要成分，掺量 适当的石粉，可以提高碾压混凝土的均质性、密实性和抗渗 性；最大骨料粒径对碾压混凝土的整体质量影响很大，尤其 是影响碾压混凝土的均匀性，工程上以不超过８０ｍｍ为宜，碾 压混凝土的强度与变形与应力状态关系极大，其抗压弹性 比、抗压强度比略低于常规混凝土，其后期徐变弹性比也较 低，对其抗裂缝隙分析不利；碾压混凝土本体具有较好的抗 渗性，层间的渗漏亦不难处理，因此主体结构可以放弃“金包 银”模式，以二级配碾压混凝土取而代之 。 ３．２结构设计方面：整体式大仓面奶牙施工的混凝土拱坝 如能在一个低温季节浇注完毕，其结构设计将非常简单，止 水人工短缝即可以有效地分配温度荷载和水荷载；当浇注期 跨越高温季节，温降滞后的温度场将使大坝的运行期遭遇各 种不利的应力状态，因此需要在不同部位采取不同结构措 施；诱导缝和横缝的单独使用或联合使用，可以处理不同地 域、不同高度的碾压混凝土拱坝的应力问题；有关横缝和诱 导缝的构造 应以可靠、方便为原则，因地制宜。 ３．３施工措施方面：碾压混凝土的生命力在于快速、经济： 符合标准的碾压？昆凝土的原材料费用与加工费用大约为同 等级常态混凝土费用的８０％～８５％ ；其薄层连续上升的施 工方法一般可使总工期提前１年以上；对于正常情况下需要 收稿日期：２００２—０４—１９ 作者简介：鲍庆芳（１９７２一），女，助工 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年第３期 Ｎｏ３，２ＯＯ２ 黑龙江水利科技 Ｈｅｉｌｏｎｇｉｉａｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖｎｃｙａ ・５ｌ・ 文章编号：１００７—７５９６（２０ｏ２）０３—００５１—０４ 有限厚度带键槽接缝单元及 接缝对混凝土坝应力的影响 张 明 ，邹 祺。 （１．黑龙江省水利水电工程五处，黑龙江 绥化 １５２０００；２．黑龙江省水利工程四处） 摘 要 给出了有限厚度的带键槽三维实体接缝单元，它可以较好地反映接缝附近的应力和接触条件。文中分析了接缝的初始间 隙问题，分析结果表明，经过灌浆以后，由于浆体收缩而产生的初始间隙是很小的，一般可以忽略。另外还分析了灌浆质量 对坝体应力的影响，结果表明，只要浆体灌进了接缝，虽然浆体质量差一些，带有键槽的接缝对坝体应力和变形的影响是很 小的。最后分析了横缝不抗拉对拱坝应力的影响，结果表明这个问题与横缝受拉深度ａ和横缝间距Ｌ的比值ａ／Ｌ有关，ａ／Ｌ 越大，横缝不抗拉对坝体应力的影响越大，此外，还与坝体厚度及气候条件有关。 关键词 混凝土坝；接缝单元；键槽；初始间隙；灌浆质量；横灌不抗拉 中图分类号：ＴＶ３２ 文献标识码：Ａ 在混凝土坝施工中，经常用带键槽的纵、横接缝把坝体 分割成柱状浇筑块，当坝体冷却到规定的温度后，进行接缝 灌浆，使大坝形成整体。这种施工方法对坝体应力的影ｎｉｎｏｎ 何，是一个重要而又比较复杂的问题，牵涉到的因素比较多。 本文首先给出了有限厚度带键槽的三维实体接缝单元，它可 以较好地反映接缝附近的应力和接触条件，从而有利于用有 限单元法进行仿真分析，然后对人们所关心的接缝初始间 隙、接缝灌浆质量及横缝不抗拉等因素的影响进行分析，得 出了相应的结论。 ｌ有限厚度带键槽的三维接缝单元 法显然是最好的方法岔暂 缝孽警 混凝土坝应力和变形的影响，有限单元 ． 图１有限厚度三维接缝单元 制。 。 一＋一＋一＋一＋一＋．－－＋－一＋－＋一＋－＋－＋．－－＋－．－４－．－４－ 跨年度浇注的碾压混凝土，采用强化施工措施，确保主体混 凝土在低温季节浇注，既是温度控制的上策，又是解决结构 设计问题的有效途径之一。因此，碾压混凝土拱坝的施工技 术应在普通碾压混凝土坝施工技术的基础上，重点解决连续 拌和与皮带运输的配套问题，解决大落差人仓的分离问题， 进一步提高上坝强度。 ４碾压混凝土拱坝的发展趋势 ４．１更加重视材料配合比的研究，开发强度高、弹性低、极 限拉伸值大的碾压混凝土品种，其中包括水泥品种、骨料品 种、外加剂品种、粉煤灰合理掺量等的研究，提高碾压混凝土 的抗裂能力。 ４．２加强施工组织管理，对施工过程进行仿真分析，在施工 过程的每一环节控制混凝土的质量，以克服碾压混凝土质量 离散性大的顽疾。 ４．３ ｌＯＯｍ以下的碾压混凝土拱坝将迅速发展。这类大坝比 常规混凝土拱坝略厚，常能在一个低温季节碾压完毕且坝体 各部位的应力水平也较低，即使开裂，也不会影响大坝的安 全。相反地，ｌＯＯｍ以上的碾压混凝土拱坝的发展将受到限 ４．４更加系统、准确地收集和处理施工过程、施工环境的参 数，充分考虑温度场及温度应力的仿真计算成果，使坝体从 施工的第一天起，各部分的应力和温度都处于受控状态，发 挥仿真分析和反馈设计的优势，彻底解决高坝碾压混凝土拱 坝的结构设计问题。 参考文献 １ Ｃｏｎｆｒｅｎｃｅ Ｒｅｐｏｒｔ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ ＲＣＣ ｄａｍｓ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｄａｍ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，１９９２（２）：１０～１１． ２张严明．我国碾压混凝土筑坝技术的应用与发展［Ｊ］．水力发电， １９９１（７）：１２～１７． ３ Ｊａｎｅｔ Ｄａｎｓｉｅ．Ｒｅａｄｙ ｔｏ ｒｏｌｌ ａｔ Ｌｏｎｇｔａｎ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｄａｍ Ｃｏｎ— ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，１９９５（３）：２４～２５． ４王宏硕．论ＲＣＣ筑坝技术中的几个关系性问题［Ｊ］．水利发电学 报，１９９５（１）：７７～８５． ５朱伯芳．碾压混凝土拱坝的温度控制与接缝设计［Ｊ］．水力发电， １９９２（９）：ｌｌ～ｌ７． ６刘光廷，张国新，刘志辉．含灌浆横缝碾压混凝土拱坝仿真应力 和双轴强度判别［Ｊ］．清华大学学报，１９９６（１）：１３ １９． 收稿日期：２００２—０５一１０ 作者简介：张明（１９７０一），男，助理工程师
