1.4 碾压混凝土筑坝关键技术发展与展望
碾压混凝土筑坝技术发展至今取得了丰硕的成果，日趋成熟，但仍有较多技术难题有待探讨和发展，从以下几方面总结目前碾压混凝土筑坝关键技术发展和展望。
1.碾压混凝土坝结构设计关键技术
碾压混凝土坝结构设计与常态混凝土坝的体型尺寸设计基本相同，但仍有较小差别，主要有三方面的不同：① 碾压混凝土重力坝需要核算沿层面的抗滑稳定极限承载能力，碾压混凝土特高拱坝尤其需重视此问题，影响到碾压混凝土建坝高度规模；② 坝体防渗体系不同，影响到碾压混凝土建坝高度规模；③ 防裂型式不同。
（1）碾压混凝土层间结合问题。高碾压混凝土重力坝的碾压层面结合黏结力对坝体的抗滑稳定至关重要，为了提高碾压层面结合性能，应注意以下三点：
1）尽可能逐层连续铺筑、及时碾压或覆盖，混凝土从拌和楼至碾压时间不超过2h为宜，上一层碾压混凝土铺筑覆盖时间控制4～8h以内为宜，当超过以上时间应根据浇筑时碾压混凝土初凝特性、气象特点等进行适当处理。
2）碾压混凝土含足够的胶浆含量，对胶浆含量影响较大的是粉煤灰、砂中粒径小于0.16mm的石粉含量，确保拌和物有较好的和易性，实践中应根据工程特点开展大量的室内配合比和现场生产性试验加以论证确定粉煤灰掺量、石粉含量，既满足混凝土强度等级要求、抗裂要求，又有较好可碾性。
3）选择合理高效外加剂，增加碾压混凝土初凝时间、可碾性。
碾压混凝土以碾压时层面能泛出适当量的浆体来层间胶结能力进行现场质量控制，采用钻孔芯样分析碾压层面的折断率、层间表观和抗剪断检测试验进行评价。
国内大量工程试验、实践证明，碾压混凝土层面完全满足100～200m级碾压混凝土重力坝层间抗滑稳定、碾压混凝土拱坝层间抗剪断能力要求，目前建成的200m级龙滩、光照碾压混凝土重力坝，150m级大花水碾压混凝土拱坝运行良好。而250m、300m级及以上碾压混凝土重力坝和200m、250m、300m级及以上碾压混凝土拱坝的层间结合是否能满足要求，还需要广大设计技术人员进一步试验、论证、实践。
（2）坝体防渗体系。早期修建碾压混凝土坝，坑口首次采用沥青混凝土防渗，其他较多工程采用常态混凝土作为防渗体，所谓“金包银”，但在施工中出现常态混凝土与碾压结合胶结不良现象，同时施工极为复杂。在普定拱坝首次采用了变态混凝土与富胶凝材料二级配碾压混凝土组合式防渗体，通常变态混凝土位于上游坝面，一般为30～80cm，二级配富胶凝材料碾压混凝土厚度为坝高的1/15～1/20。从建成的工程经验来看，目前组合防渗体防渗能力能达到W9～W12，完全满足200m级高特高坝的要求，对于更高规模的大坝防渗体系仍需进一步研究。
同时，组合式防渗体仍有不足之处，如二级配富胶凝材料碾压混凝土与下游大体积三级配碾压混凝土，仍有拌和楼转换频繁、施工车辆必须严格区分运料、仓面分区控制困难等问题，在洗马河赛珠电站（高68m）首次采用了坝体全断面采用2.5级配碾压混凝土防渗取得了良好效果；同时，在索风营、光照大坝上部50m以内采用了三级配防渗，取得了一定试验数据及经验，在马马崖100m级高重力坝得到了应用。所以在中、高坝采用更高级配的碾压混凝土防渗是下一步的研究方向。
（3）大坝防裂设计。碾压混凝土坝一般不设纵缝，视地形地质条件、坝体结构、温度控制、坝体应力、施工条件等因素设置横缝。缝面成型办法一般有分区浇筑、切割机造缝、预埋分缝器。是否采用分区浇筑、分多少区涉及因素较多，总体来说对于碾压混凝土坝尽量少分区、不分区，但对于切割机造缝、预埋分缝器成缝的情况，需要根据工程结构、气象特点，选择合理的分缝间距、缝面断开比例（指某条缝切割机造缝、预埋分缝器成缝的面积与整个缝面的面积比），必要时还根据不同高程结构、浇筑时段气象特点选择缝面断开比例。碾压混凝土重力坝分缝间距考虑满足温度控制、施工干扰小，一般在30～50m，碾压混凝土拱坝分缝间距一般在40～60m，必要时可提高但需要采取其他必要的温控措施。
2.碾压混凝土温度控制关键技术
从热学性能、温控标准、温控措施三个方面介绍碾压混凝土温度控制关键技术。
（1）碾压混凝土热学性能特点。
1）碾压混凝土水泥用量少、粉煤灰掺量高，其绝热温升比常规混凝土少，最高温度常发生于数周乃至数月后，晚于常规混凝土，其温度分布较为均匀。
2）碾压混凝土胶凝材料少，与常态混凝土相比，徐变度一般要小，不利于温度应力与防裂。
3）碾压混凝土极限拉伸值90d龄期一般在（0.6～0.8）×10-4，一般比常态混凝土略低，混凝土抗拉能力低。
从以上可以看出，碾压混凝土热学性能有绝热温升低有利的条件，同时有徐变度、极限拉伸值相对较低不利条件，在进行温控标准、温控措施确定时要充分考虑这一点。
（2）温控标准。温控标准一般控制混凝土的基础温差、内外温差、上下层温差，中低坝温控标准确定时可依据规范规定，综合考虑碾压混凝土横缝布置及结构、热学性能指标（极限拉伸值）等特点，高坝应采用三维有限元仿真分析确定。
（3）温控措施。大坝碾压混凝土施工采取的温控措施主要有原材料选取及优化混凝土配合比、控制混凝土施工层间间隔时间及层厚、降低混凝土出机口温度、控制混凝土运输及浇筑过程中的温度回升、表面养护与保护、通水冷却等。
3.碾压混凝土原材料及配合比关键技术
碾压混凝土配合比设计特点：低水泥用量、高掺掺合料、中胶凝材料、高石粉含量、掺缓凝减水剂和引起剂，采用合理VC值的技术路线，改善碾压混凝土拌和物性能使可碾性、液化泛浆、层间结合、密实性、抗渗等性能满足设计、施工要求。
（1）碾压混凝土水胶比。根据统计表明国内碾压混凝土坝内部三级配碾压混凝土水胶比一般在0.47～0.60，二级配防渗区一般在0.42～0.55。水胶比与混凝土设计指标（抗压、抗冻、抗渗等）、极限拉伸值和原材料的品质有关。
根据统计表明国内碾压混凝土坝单位用水量一般在三级配75～106kg/m3，二级配83～110kg/m。用水量与骨料种类、颗粒级配、石粉含量、掺合料品质、VC值等有关。
胶凝材料的水泥一般采普通硅酸盐和中热硅酸盐水泥，三级配胶凝材料一般为150～190kg/m3，二级配为190～220kg/m3。据统计，国内碾压混凝土坝胶凝材料的用量为173kg/m3，其中包括水泥79kg/m3和粉煤灰79kg/m3。胶凝材料用量与设计指标（抗冻等级、极限拉伸值）、骨料种类、掺合料品质等因素有关。
（2）砂石料。碾压混凝土砂石料可以是天然料、人工开采料；岩性方面灰岩、玄武岩、花岗岩、砂岩、板岩、流纹岩、辉绿岩等均得到了工程实践应用。
（3）砂率。砂率的大小直接影响碾压混凝土的施工性能、强度剂耐久性，人工骨料三级配碾压混凝土砂率一般在32%～34%，二级配碾压混凝土砂率在36%～38%。影响砂率主要因素包括骨料种类与品质，颗粒级配、粒型、石粉含量。
（4）掺合料。碾压混凝土掺合料一般采用粉煤灰，三级配碾压混凝土掺量一般在55%～65%范围，二级配碾压混凝土一般在50%～55%范围，粉煤灰掺量主要与粉煤灰品质、碾压混凝土设计指标（含设计龄期）有关。对于温控问题突出、粉煤灰采购成本低的工程，粉煤灰仍有继续提高掺量的研究和实践，如贵州芙蓉江的沙阡重力坝（粉煤灰掺量70%）、北盘江马马崖一级重力坝（粉煤灰掺量70%）等。
目前国内少数工程采用了磷矿渣与凝灰岩混磨掺合料、锰铁矿渣与石粉掺合料、矿渣与石粉掺合料等，对于部分工程与生产粉煤灰厂家距离远、价格高情况，选择这些掺合料也是一种较为经济合理的方法。
（5）外加剂。外加剂是改善混凝土也是最重要的措施之一，可以有效地改善混凝土的和易性和施工性能，降低单位用水量，减小胶凝材料，有利于温控和提高耐久性能，一般以萘系高效缓凝减水剂和引气剂为主。
（6）石粉含量。碾压混凝土存在一定比例的石粉可明显改善可碾性和层间结合，能发挥微集料作用充填骨料，通过大量工程试验表明，石粉含量占砂的17%～22%为最有优，特别是0.08mm以下的微颗粒能够有效增加活性胶凝材料在混凝土骨料层面的分布，充分发挥活性胶凝材料的胶结作用，使碾压混凝土碾压密实泛浆良好，改善混凝土的微观结构。当砂石骨料石粉含量不足时，可外掺石粉、粉煤灰替代或调整砂率。但是要注意石粉含量过高，会对混凝土的干缩性能产生不利影响。
（7）VC值。VC值的大小对碾压混凝土可碾性、层间结合性能有显著的影响，根据工程实践证明，出机口VC值一般控制在1～5s，仓面VC值一般控制在3～8s。根据大量试验结果表明，如果采用改变用水量来调整VC值，则VC值每增减1s，用水量相应增加约1.5kg/m3，显然增加用水量可能造成胶凝材料增加、泌水等情况，既不经济也对混凝土质量控制不利，所以VC值的控制应重点采用动态调整外加剂掺量比例。
4.碾压混凝土施工关键技术
碾压混凝土一个重要的优点就是全断面整体、快速上升，坝体混凝土动辄几十、几百万方，工期紧，为了达到碾压混凝土连续、高强度、快速施工的目的和满足质量要求，必须从原材料供应、碾压混凝土生产、运输、入仓及碾压工艺等环节作科学统筹安排，针对工程特点采取合理的施工技术。主要包括以下几个方面：①合理的拌和楼选型及科学高效生产运行管理；②碾压混凝土运输及入仓技术；③碾压混凝土仓面组织及碾压工艺技术；④特殊条件下碾压混凝土施工技术。
（1）合理的拌和楼生产能力及科学高效生产运行管理。碾压混凝土生产拌和楼（站）生产能力往往由浇筑强度、仓面面积、预冷混凝土所占比例控制，另外往往还要承担常态混凝土拌制，都要充分考虑。目前国内混凝土（包括碾压、常态混凝土）月生产、浇筑能力达32万m3，最大仓面面积2万余m2。
碾压混凝土拌和楼系统由搅拌主机、物料称量系统、物料输送系统、物料储存系统和控制系统等5大系统和其他附属设施组成，必须科学、精心组织确保各系统高效生产运行才能保证拌和楼的生产能力，国内水电工程由于拌和系统某些环节设计缺陷、运行故障等原因造成拌和能力不足，影响整个工程进度屡见不鲜。
（2）碾压混凝土运输及入仓技术。碾压混凝土运输及入仓技术包括直接入仓和组合式入仓，直接入仓主要有汽车、皮带布料机、塔带机，组合式入仓有汽车（或皮带机、塔带机）+负压溜槽（或满管溜筒）等。
碾压混凝土运输入仓方案选择受坝址处岸坡的地形地质条件、枢纽布置特点、坝高及施工布置、施工成本等多个因素的影响。因此合理选择碾压混凝土坝施工的运输入仓方式，充分发挥碾压混凝土快速、高强度施工的特点，具有重要意义。
（3）碾压混凝土碾压工艺技术。碾压混凝土碾压工艺技术包括卸料和平仓，变态混凝土施工，碾压和振动，层间结合，造缝等。
碾压混凝土按条带铺料，卸料采用一车一点的方式，卸料高度控制为1.2m。铺料厚度一般为35cm，压实后30cm，采用退铺法依次卸料，铺筑方向与坝轴线平行。平仓做到随卸料随平仓，平仓时铲刀从料堆一侧浅插推料，依次将料堆摊平，以减少骨料分离。
摊铺好的条带及时进行碾压，碾压方向平行于坝轴线。碾压遍数一般按无振2遍+有振6～8 遍+无振2遍进行碾压，有振碾压遍数通过试验确定。振动碾行走速度控制在1～1.5km/h。碾压作业条带清楚，走偏误差控制在20cm范围内，相邻碾压条带必须重叠15～20cm；同一条带分段碾压时，接头部位重叠碾压2.4～3m；2条碾压条带间因作业形成的高差，采用无振慢速碾压1～3遍做压平处理。每次碾压作业开始，对局部粗骨料集中的仓面，及时派人分散粗骨料，或采用小型反铲分2次摊铺，1次碾压，以消除局部骨料集中和架空。
随着四级配碾压混凝土的应用和加快碾压混凝土快速施工要求，碾压混凝土碾压层厚需要由目前较为成熟的30cm向50cm、80cm甚至100cm发展，但需要解决选择合适的碾压设备（振动频率、振幅、激振力、自重等参数）满足碾压混凝土密实度、层间结合等要求，还需要大量的试验、工程实践去摸索研究。
变态混凝土有拌和楼机拌法和现场注浆法。变态混凝土入仓或注浆完成后，立即用高频振捣器插入振捣，振捣器插入深度大于50cm，以保证振捣器插入下层混凝土深度不小于15cm，确保层间结合质量。
坝体设置的横缝，一般重力坝采用切缝机切制或人工打孔，拱坝采用成缝器成缝。切缝机切制采用先碾后再切的方式成缝；人工打孔在混凝土碾压层完毕后立即进行或在层间间歇内完成。成缝器由成对的诱导板连接而成，在规定设置横缝的位置，将诱导板成对地捆在一起，埋在碾压混凝土层内，利用成对诱导板之间的缝隙形成薄弱环节，当发生较大的拉应力时，在此薄弱处开裂，形成有规则的裂缝。诱导缝细部结构主要由止浆片、镀锌铁皮、诱导板、灌浆管路系统和排气管组成。
（4）特殊气象条件下碾压混凝土施工技术。碾压混凝土施工特殊气象条件一般指高温或降雨，我国《水工碾压混凝土施工规范》（DL/T 5112—2000）规定：在降雨强度小于3mm/h的条件下，可采取措施继续施工；当降雨强度达到超过3mm/h时，应停止拌和，并迅速完成尚未进行的卸料、平仓和碾压作业，刚碾完的仓面应采取防雨保护和排水措施。恢复施工前，应严格处理已损失灰浆的碾压混凝土，并按对丁进行层、缝面处理。当日平均气温高于25℃时，应大幅削减层间间隔实践，采取防高温、防日晒和调节仓面局部小气候等措施，以防止混凝土在运输、摊铺和碾压时，表面水分迅速蒸发散失。
1）高温高寒条件下碾压混凝土施工措施。采取措施一般有以下4个方面：原材料、制冷（高寒时，加热）系统采取更为严格温控措施；改善和延长混凝土拌和物的初凝时间；采用斜层平推铺筑法或台阶浇筑法新工艺；对碾压混凝土的仓面进行覆盖或喷雾（高寒时，搭暖棚）。
2）降雨条件下碾压混凝土施工措施。调整碾压混凝土拌和物用水量，减小降雨对可碾性的影响，当降雨强度超过8mm/h时，应停止施工，因为此时的雨滴粒径一般都大于3mm，使得表明包裹的砂浆剥离；施工各环节如运输、平仓、碾压，下一工序尚未开始前采用防雨设施；当降雨停止碾压施工的仓面恢复施工时，应排除仓内积水，根据间隔时间采取相应的层面处理措施处理。
5.碾压混凝土质量控制关键技术
大坝碾压混凝土质量控制主要包括原材料控制、施工动态过程控制、质量检查三个方面。
（1）碾压混凝土原材料主要包括选择优质水泥、粉煤灰、骨料，高效减水缓凝剂，合理的配合比等。
粉煤灰的各项质量指标中，特别注意对烧失量的检测和控制，烧失量是粉煤灰在混凝土中的有害成分，烧失量大时会明显提高粉煤灰的需水比，同时其吸附作用会降低引气效果，并对混凝土的微观力学结构不利。
在骨料中石粉含量是必测指标，根据检测含量动态调整碾压混凝土的砂率，以保证混凝土的和易性不受影响。
（2）混凝土出机口拌和物VC良好的碾压混凝土工作性能表现为骨料分离少，具有较好的稠度和可碾性，碾压后能够充分泛浆，达到良好的层间结合效果。机口混凝土生产质量控制人员与仓面施工现场之间建立了有效的联络机制，随时关注环境温度、天气状况、施工方法、仓面情况等的改变，及时调整机口混凝土的VC值。
（3）混凝土的外观是对混凝土拌和物的整体评价，包括混凝土的分离、骨料的级配、混凝土的颜色，骨料裹浆情况、和易性的粗略判断。
（4）控制碾压混凝土的摊铺碾压层间间隔时间，确保在下一层覆盖时已碾压完成未初凝保证结合良好。一旦超过了层间覆盖控制时间，就采取铺一层水泥净浆或砂浆等进行处理，然后才能铺筑上一层混凝土并应及时碾压。
目前针对碾压混凝土施工全过程动态质量控制系统随着信息采集、管理等科学技术发展必将取得更快的发展。对混凝土从原材料、配合比确定、拌和系统、运输及入仓、碾压施工、质量检测等进行全程控制，提供各方面的数据和信息，确保各环节中、工序不出现严重问题，一旦有偏差在下一环节或工序中必须调整纠偏，为达到较为理想的碾压混凝土施工质量控制提供了科学的决策依据。
我国碾压混凝土筑坝技术的发展方兴未艾，以其节省工程投资、加快施工进度、节能环保等优点发挥其卓越作用，广大水电工程建设者有必要从工程实践中总结创新，继续将其发扬光大，为我国水电建设乃至国民经济建设作出更大的贡献。