碾压混凝土坝（RCCD）的防渗性 朱明政 摘要：RCCD自问世以来，发展十分迅速，但其防渗性一直是人们关注的焦点。RCCD的防渗性主要包括两个方面：碾压混凝土（RCC）本体的防渗性和层间结合面的防渗性。其本体的防渗性可以满足水工建筑物的要求，但其层面防渗性较差，必须要进行层面处理。 自1981年3月日本建成世界上第一座RCC重力坝——坝高89m的岛地川坝，接着1982年美国建成了世界上第一座全RCC坝——坝高52m的柳溪坝以来，RCC筑坝技术在世界各国被广泛采用，发展十分迅速，截止到1998年底，全世界已建、在建的RCCD已达209座；它和混凝土面板堆石坝被称为当今坝工界的两大流行坝体。 虽然RCCD的发展十分迅速，但其防渗性一直是制约其发展的主要因素之一。人们兴建坝体的目的就是挡水蓄水，而RCCD所采用的混凝土由于水泥用量少，拌和用水少，材料之间粘结力小，能否具有足够的密实度和粘结强度以抵抗水流的渗透，以及薄层铺料薄层碾压的混凝土施工方法所带来的众多的层间结合面，是否具有足够的抗渗性，都将直接影响到坝体的安全及运行。因此，研究RCCD的防渗性是十分有必要的。 RCCD的防渗性主要涉及两个方面：一是RCC本体的防渗性；另一是RCC层间结合面的防渗性。本文将就此两个方面来讨论RCCD的防渗性。 1 RCC本体的防渗性 随着RCC的问世其本体的防渗性就为人们所提出。早期的一些RCCD一般为贫浆RCCD，现在多采用富浆RCCD，其胶凝材料（水泥＋火山灰、粉煤灰等活性材料）用量一般大于150kg/m3。表1中列出了4个国家的RCCD的胶凝材料用量表。RCC的抗渗性与胶凝材料用量之间的关系在国际大坝会议上明确指出：RCC的现场抗渗性要达到象常态混凝土一样的要求，胶凝材料用量应不小于150kg/m3。 表1 4个国家的RCCD胶凝材料用量表
在胶凝材料用量不小于150kg/m3的前提下，只要配合比设计合理，施工方法正确，施工质量有保证，RCC本体的抗渗性能是良好的，其抗渗等级一般不小于S6～S8，能够满足水工建筑物的防渗要求，这一点已为绝大多数碾压混凝土坝其中也包括三峡工程RCC纵向围堰所证实（三峡工程RCC纵向围堰的室内和现场防渗性试验成果如表2所示）。 表2 三峡工程RCC纵向围堰施工配合比及其抗渗等级
同时，许多RCC工程渗漏量的观测资料也显示渗漏量是随蓄水时间的延伸而减少的，即RCCD的渗透系数是随时间的延长而下降的（即所谓的“自密实”作用）。产生这种现象的原因有以下几个方面：首先，渗透水或混凝土孔隙中的气泡在压力作用下体积缩小随水向压力小的方向迁移，由于压力逐渐减小，气泡膨胀堵塞孔隙阻碍水的流动；其次，水流经毛细孔时，新生成物被蒙上吸附水而膨胀，减小了有效渗透孔径；第三，胶凝材料，尤其是RCC中大量未水化的粉煤灰不断水化，生成的水化产物或水中夹杂的各种粒子堵塞了渗水连通孔道，使渗透系数下降。 由此可见，RCC的自愈性对降低RCCD的渗透量、提高RCC本体的抗渗性会产生有利影响。 2 层间结合面的防渗性 事实上，人们对RCCD防渗性的担心更多集中于层间结合面的防渗性。因为每0.3 m RCC就有一个层间结合面，加之每一升程内的各碾压层之间基本上不做任何处理，而是直接碾压，只是在升程之间的层面做类似于常态混凝土的处理，人们有理由对RCCD的层面结合质量提出质疑。 2.1 层面水平缝的分类 层面水平缝在一些欧洲国家被分成“热缝”（不必处理）和“冷缝”（必须处理）两种型式。 对冷、热缝的确定有专门的标准，其方法之一就是用硬化度（M·F）即以“度时”乘积而定，即层的表面量测出摄氏度乘以两层之间覆盖间隔小时数。 T（h）×t（℃）= M·F（℃×h） 在西班牙，许多RCCD中M·F规定为150～250（℃×h）之间。 层间的M·F小于规定值的缝面为“热缝”，若表面没有被破坏，无需进行处理，只简单用汽车上的吸尘器将水和碎屑除去即可；当层间的M·F大于规定值时的缝面是“冷缝”，其处理方法与常态混凝土相同，砂浆用高压水冲洗，用扫帚和吸尘器清除杂物再铺薄层砂浆。 这个参数可能在80到300之间变化，很少具有代表性。每座坝都有自己的M·F的实践，根据自己温度湿度状态环境条件而改变。最后通过试验块来决定M·F做为施工过程中的控制数。 2.2 层间结合面的防渗性及其处理措施 上述依据硬化度M·F来划分冷、热缝从而确定缝面是否需要进行层面处理的方法，由于硬化度M·F本身无严格的界定范围，弹性很大，可信度不高，故往往很难作为施工的标准，但上述方法至少给我们进行缝面处理提供了一种思路：那就是并非所有的缝面都需要进行缝面处理，而是应根据初凝时间、层间间隔时间、外界环境条件等情况区分对待。那么，什么样的缝面必须处理，什么样的缝面又可以不处理呢？许多大中型RCC工程在此方面做了一些尝试，以研究层面防渗性及其处理措施。 2.2.1室内模拟试验 为了探讨RCC适宜的层间间隔时间、层间（冷缝、塑性缝）防渗性能及其处理方法而进行的室内模拟试验，其试验成果如表3所示。室内试验表明：RCC本身的抗渗标号一般达S6～S8，均能满足设计要求。但是层面抗渗标号一般低于其本身抗渗标号的50%以上。 表3 RCC不同间隔时间的层面抗渗标号
目前RCC的层面处理多采用刷毛后铺砂浆或喷水泥浆的方法，为寻求合理的层面处理措施，进行了表4所列的试验。结果表明： （1）连续铺筑RCC时，层间结合时间宜控制在初凝时间内； 2.2.2 天生桥二级坝体抗渗试验及层面处理方法 天生桥二级电站进行了RCC的现场碾压试验研究。试验采用了三种不同的层面处理方式。具体方法如下： (1)连续碾压（下层混凝土仍处于初凝前）的塑性混凝土结合层面（简称塑性缝面）； 表4 不同处理措施的层间抗渗标号
对两个试验块进行压水试验（分段通过不同层面），根据单位吸水量ω（L/dm）和岩芯获得率的资料表明：在RCC不出现架空、骨料分离和混凝土初凝的情况下，连续碾压施工的混凝土层面结合是良好的，塑性缝与混凝土本体的抗渗性能相比并不逊色；间歇施工，层面经过处理的结合面的抗渗性能也是可取的，但从提高抗渗性能考虑，塑性缝优于砂浆缝，不经处理的冷缝是不可取的。 2.2.3 三峡工程RCC纵向围堰层面抗渗性试验 三峡工程纵向围堰的RCC防渗性试验，其RCC的层面防渗性室内试验成果如表5所示： 表5 三峡工程RCC不同层面间隔时间的抗渗性
上述试验表明:层面抗渗性能随层面间隔时间的延长而降低,在初凝时间(8h左右)以内基本一没有变化,初凝后不经处理的层面抗渗性能将显著下降。未经处理的层面，间隔时间愈长，其透水性愈大。如果层面间隔时间足够短（初凝时间以内），则其抗渗性能接近于RCC本体的抗渗性能。 超过初凝时间的层面，工程上常用铺设层间垫层的方法来改善其抗渗性。为了寻求适合本工程特点的层面处理方法，三峡工程进行了不同层面处理方法的抗渗性能室内成型试验，试验成果如表7所示。 表6 三峡工程RCC不同处理方法的层面抗渗性能
试验表明：如果层面间隔时间太长（超过初凝时间），采用层面刷毛铺水泥浆或水泥砂浆的处理方式是十分有效的，也是十分必要的。现场取样室内试验也表明铺设水泥浆处理的层面，如果控制适当，经处理后的层面抗渗性也是有保证的；而铺水泥砂浆对提高层面的抗拉、抗剪强度是十分有益的，它可以提高层面的结合强度，但对抗渗性能的改善并不明显。 3 结论 在上述的室内试验及现场试验的成果中，尽管某些试验数据不太吻合（可能与试验材料、试验设备、试验方法、试验环境及操作者的不同有关），但大的趋势和总的规律是基本相同的： （1） RCC本体的防渗性在正常情况下可以达到S6～S8，能够满足水工建筑物的防渗要求。 （2）对于间隔时间在初凝时间以内（即所谓的“热缝”或“塑性缝”）的层间结合面，在不架空、不出现骨料分离等问题的正常情况下，其抗渗性能基本上可以达到或基本接近RCC本体的抗渗性能，一般不需要进行单独的处理。这也正是同一升程内各个碾压层面之间可以连续铺筑而不必进行层面处理的原因。 （3）对于间隔时间超过初凝时间（即所谓“冷缝”）的层间结合面，必须进行层面处理，否则层面抗渗性大大降低（且其层间抗拉、抗剪强度也不能达到设计标准）。其处理措施，不宜采用层面喷、涂缓凝剂的方法，层面设置键槽的方式也不可取；采用层面刨毛，铺水泥砂浆的处理方法，对改善层面的结合强度十分有益，但对层面抗渗性能的改善并不明显；采用层面刨毛、喷水泥浆的层面处理方法，对层面结合面的抗拉、抗剪强度（即层面结合强度）及抗渗性能都有很大的提高和改善。 由于RCC的层面抗渗性能远远不及RCC本体的抗渗性能，它往往依赖于施工环境、施工方法、施工组织等外部条件，而我们在工程上采用RCC的原因之一就在于它快速、经济的施工特点，如果过分依赖于外部条件，势必会增加施工程序，使施工繁琐、费用增加，而且，对于层面众多的RCCD而言，很难保证每一层面都能做到始终如一、万无一失，因此，把主体RCC仅仅作为一个支撑体，而在上游迎水面设置单独的防渗体，对于绝大多数RCCD来说可能是必要的。
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