高溫季節(jié)碾壓混凝土重力壩施工工藝探討

劉紅玉

（中國(guó)水利水電第四工程局有限公司 青海西寧 810000）

在當(dāng)前來(lái)看，我國(guó)的水壩類型已經(jīng)從傳統(tǒng)的類型轉(zhuǎn)變?yōu)槟雺夯炷令愋停涞秃哪?、低膠凝材料用量、能夠快速施工的優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越凸顯，特備是在提倡環(huán)保節(jié)能的新型建筑工程理念的大趨勢(shì)下，越來(lái)越多的工程選擇這類混凝土筑壩形式。但是該類大壩對(duì)于施工過(guò)程工藝要求更嚴(yán)，在不同的地域、不同的工程建筑環(huán)境、不同的地質(zhì)條件、不同的用途下，其施工復(fù)雜性和獨(dú)立性更強(qiáng)，需要針對(duì)不同的問(wèn)題提出不同的解決思路和方案。高溫季節(jié)對(duì)碾壓混凝土施工的影響是工程設(shè)計(jì)與施工方重點(diǎn)解決的一項(xiàng)問(wèn)題，并總結(jié)了很多經(jīng)驗(yàn)，本文從以下幾個(gè)方面做一個(gè)總結(jié)。

1 碾壓混凝土重力壩與常態(tài)混凝土重力壩的差異

碾壓混凝土重力壩是經(jīng)濟(jì)適用的壩型，其自身的優(yōu)勢(shì)相對(duì)于其他形式的壩型而言非常明顯。具體與常態(tài)混凝土重力壩的差異如下：

（1）碾壓混凝土配合比水泥用量較少，摻用大量粉煤灰，水化熱較常態(tài)混凝土小，但因主要采用通倉(cāng)薄層快速澆筑方式，其壩塊體積較大，壩體內(nèi)部熱量不易散失，沿澆筑層高度方向溫差大，恒溫時(shí)間很長(zhǎng)，例如某壩高140m的碾壓混凝土重力壩經(jīng)仿真分析，溫度場(chǎng)穩(wěn)定時(shí)間需在30年以上，所以同樣溫差條件下碾壓混凝土重力壩內(nèi)部溫度應(yīng)力比常態(tài)混凝土大。

（2）碾壓混凝土水泥含量少，抗拉強(qiáng)度和徐變較小，所以其抗裂能力較弱，再加上一般不設(shè)置縱縫和未埋設(shè)冷卻水管，施工期間易出現(xiàn)表面裂縫和其他形式的裂縫。

（3）碾壓混凝土重力壩在壩基上通常會(huì)澆筑1.5～3m厚的常態(tài)混凝土面板，具備一定強(qiáng)度要求后進(jìn)行基巖固結(jié)灌漿，該面板常出現(xiàn)貫穿性裂縫，并會(huì)向上擴(kuò)展到碾壓混凝土層，即使跨裂縫布設(shè)騎縫鋼筋也難以避免。以上特點(diǎn)決定了碾壓混凝土重力壩溫控設(shè)計(jì)思路與常態(tài)混凝土重力壩不同。

2 碾壓混凝土重力壩施工期溫度控制思路

碾壓混凝土重力壩其本身的綜合施工難度非常高，受外界干擾也較多，其中最為重要的就是在夏季施工中溫度的干擾。在當(dāng)前來(lái)看，碾壓混凝土重力壩施工期間對(duì)于溫度的控制思路一般如下：

①優(yōu)化混凝土配合比，協(xié)調(diào)溫度應(yīng)力與混凝土抗拉強(qiáng)度關(guān)系。在滿足混凝土強(qiáng)度、極限拉伸值、抗?jié)B、抗凍等指標(biāo)基礎(chǔ)上，配制線膨脹系數(shù)小、彈性模量低、澆筑性能好、抗拉強(qiáng)度高的混凝土，例如增加Ⅰ級(jí)粉煤灰摻量，摻加高效緩凝減水劑和引氣劑，以降低水膠比。合理選擇的骨料級(jí)配，例如采用四級(jí)配混凝土，石子骨料按特大石：大石：中石：小石=2：3：3：2（最大粒徑控制在 120mm）配制；或按照大石：中石：小石=3：4：3 的配制，減少膠凝材料用量，可以簡(jiǎn)化溫控措施，提高施工進(jìn)度。②溫控措施應(yīng)結(jié)合混凝土澆筑計(jì)劃，根據(jù)混凝土澆筑時(shí)的溫度變化、澆筑部位等情況采取相應(yīng)的溫控措施。年度溫差變化較大的地區(qū)，碾壓混凝土溫度應(yīng)力更大，所以應(yīng)采取更嚴(yán)格的溫控措施，反之則可采取較為寬松的溫控措施。在大壩強(qiáng)約束和溫度降幅大的部位，應(yīng)采取更嚴(yán)格的溫控措施，而在大壩次要部位和溫度降幅小的部位，可采取相對(duì)寬松的溫控措施。③溫控措施應(yīng)結(jié)合溫控標(biāo)準(zhǔn)和溫控對(duì)象。施工期混凝土約束應(yīng)力主要呈現(xiàn)廣泛分布狀態(tài)，對(duì)混凝土自身缺陷較為敏感，所以溫控標(biāo)準(zhǔn)要求更高，溫控措施更加嚴(yán)格。同時(shí)針對(duì)不同的溫控對(duì)象要有相應(yīng)的溫控措施，例如水閘底板閘墩以限裂設(shè)計(jì)為主導(dǎo)，而大壩引水進(jìn)水口框架以抗裂設(shè)計(jì)為主導(dǎo)，這些情況不應(yīng)等同于混凝土重力壩。④鑒于碾壓混凝土重力壩施工期溫度變化效應(yīng)的復(fù)雜性，應(yīng)結(jié)合大壩結(jié)構(gòu)、施工過(guò)程、計(jì)算能力與精度要求，并且同時(shí)考慮溫度、徐變、水壓力和大壩自重、自身體積變形和干縮變形等負(fù)荷，采用有限元法計(jì)算大壩溫度應(yīng)力。

3 大壩結(jié)構(gòu)型式

在碾壓混凝土大壩施工中，其本身的工藝特點(diǎn)決定大壩的結(jié)構(gòu)形式一般相對(duì)簡(jiǎn)單。這樣的做法在當(dāng)前來(lái)看，主要有如下幾個(gè)好處：

①能夠提高施工效率。碾壓混凝土重力壩的施工本身是相當(dāng)復(fù)雜的。如果大壩的結(jié)構(gòu)形式又非常復(fù)雜的話，就會(huì)給施工人員造成困擾。特備是不利于振動(dòng)碾及平倉(cāng)機(jī)快速施工，而且施工混凝土重力壩中，對(duì)于施工速度是有著一定要求的。如果施工的速度過(guò)慢，就會(huì)導(dǎo)致混凝土層間胚層結(jié)合和溫度出現(xiàn)問(wèn)題，因此大壩設(shè)計(jì)需要簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。②能夠提高碾壓混凝土重力壩的穩(wěn)固性。在大壩結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，一般來(lái)說(shuō)在不考慮特殊用途的情況下都是越簡(jiǎn)單的形態(tài)，其穩(wěn)固性越高。除非是地形特殊，或者是有著特殊的用途，才需要進(jìn)行增加內(nèi)部結(jié)構(gòu)密集的設(shè)計(jì)。③從經(jīng)濟(jì)價(jià)值的考慮。在進(jìn)行大壩的建設(shè)中，其自身使用的材料和人工都是非常多的。在這何種情況下，造價(jià)自然非常高昂。為了能夠更好的進(jìn)行大壩的建造，就需要采用簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。這樣能夠最大限度的節(jié)省工藝和人工的費(fèi)用，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

4 大壩上游面溫度縫的設(shè)置

大壩上游面溫度縫（多的兼顧結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫）的設(shè)計(jì)也是碾壓混凝土重力壩施工工藝中最為重要的部分。在夏季施工中，碾壓混凝土重力壩中的溫度會(huì)非常難以控制。而上游面的溫度縫就是一項(xiàng)較好的溫度控制措施。其主要的用途是溫度變化過(guò)程中減少溫度應(yīng)力對(duì)碾壓混凝土整體性的破壞。上游面的溫度值所以難以控制，主要的原因就是氣候的變化所導(dǎo)致，施工期主要解決混凝土內(nèi)外溫差產(chǎn)生應(yīng)力集中釋放的問(wèn)題。在工程運(yùn)營(yíng)階段主要解決庫(kù)區(qū)調(diào)節(jié)水位內(nèi)部全年水溫差對(duì)大壩整體溫度應(yīng)力的影響，減小后期出現(xiàn)不規(guī)則裂縫，進(jìn)而導(dǎo)致水力侵蝕破壞等情況發(fā)生。

5 冷卻水管通水及其他施工階段解決措施

碾壓混凝土重力壩中內(nèi)部溫度的控制，冷卻水管的設(shè)置是常用的一種措施。如果上游面溫度縫的設(shè)置是針對(duì)日后碾壓混凝土重力壩運(yùn)營(yíng)而設(shè)計(jì)的防止措施，那么冷卻水管的設(shè)置則是施工中采取的措施。其中主要是為了防止水化熱過(guò)高，產(chǎn)生內(nèi)外溫差過(guò)大的溫度裂縫。水利水電工程的建設(shè)項(xiàng)目，其地理位置多處在雨水較多的地區(qū)，氣候陰涼與潮濕，施工環(huán)境多變。當(dāng)施工環(huán)境溫度和濕度下降過(guò)快，會(huì)加快碾壓混凝土內(nèi)部熱度散發(fā)的速度，最終造成碾壓混凝土內(nèi)部溫度與表面溫度出現(xiàn)較大溫差。除此之外，對(duì)于已經(jīng)澆筑好的碾壓混凝土來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有及時(shí)采取科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)工作，在導(dǎo)致碾壓混凝土表面出現(xiàn)裂縫問(wèn)題的同時(shí)，嚴(yán)重影響碾壓混凝土澆筑的質(zhì)量，因此就需要進(jìn)行冷卻管設(shè)置，解決溫度差問(wèn)題。

碾壓混凝土重力壩中冷卻水管的設(shè)置在碾壓混凝土技術(shù)應(yīng)用中是飽受爭(zhēng)議的一個(gè)環(huán)節(jié)，冷卻水管固然能夠解決混凝土成型期間水化熱溫升過(guò)快的問(wèn)題，將混凝土在澆筑完一段時(shí)間內(nèi)降到設(shè)計(jì)穩(wěn)定溫度的要求。但冷卻水管通水過(guò)程中的滲漏可能會(huì)破壞碾壓混凝土最薄弱的澆筑層間接合面，產(chǎn)生沿著整個(gè)碾壓胚層面的通倉(cāng)滲漏通道，給大壩留下很大的安全隱患。同時(shí)，冷卻水管的通水時(shí)機(jī)和時(shí)長(zhǎng)均對(duì)混凝土質(zhì)量產(chǎn)生影響，溫度降幅過(guò)快或過(guò)慢都會(huì)產(chǎn)生一定的危害。也有全壩混凝土采用外摻Mg0技術(shù)，利用其微膨脹特性抵消溫降收縮，取消傳統(tǒng)的溫控措施，實(shí)現(xiàn)快速筑壩，取得良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

在施工過(guò)程中，為了更好的降低混凝土內(nèi)部最高溫升，對(duì)混凝土原材料在拌和系統(tǒng)中進(jìn)行拌制前的預(yù)冷，通過(guò)制冷技術(shù)將骨料預(yù)冷到一定溫度（可做到3～5℃以下），再通過(guò)將拌和用的水進(jìn)行冷卻，在混凝土內(nèi)進(jìn)行加冰等措施降低混凝土初始溫度，進(jìn)而降低混凝土最高溫度，減小溫度應(yīng)力差。該項(xiàng)措施與常態(tài)混凝土無(wú)太大區(qū)別，本文不多做贅述。

6 澆筑層厚與間歇時(shí)間的設(shè)置

碾壓混凝土重力壩澆筑最為重要的兩個(gè)注意事項(xiàng)就是澆筑層厚和間歇時(shí)間。①澆筑層厚與其熱量傳導(dǎo)到內(nèi)部的時(shí)間和散熱的時(shí)間有著明顯的關(guān)系。越厚的澆筑層其導(dǎo)熱的時(shí)間就越長(zhǎng)，儲(chǔ)存熱量的時(shí)間也就越長(zhǎng)。在夏季施工的時(shí)候，如果熱量?jī)?chǔ)存的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，那么很容易導(dǎo)致溫度裂縫。因此就要格外的注意澆筑層的厚度，從而控制熱量的散發(fā)。②間歇時(shí)間。在澆筑的時(shí)候通常不是一次成型。所以間歇時(shí)間非常的重要。如果間歇時(shí)間過(guò)短，那么就很容易導(dǎo)致混凝土成型強(qiáng)度不足，從而引發(fā)澆筑質(zhì)量問(wèn)題。而如果間歇時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，那么就會(huì)導(dǎo)致表面拉應(yīng)力集中，沿混凝土深度方向遞增梯度越大，產(chǎn)生裂縫的風(fēng)險(xiǎn)就越大。

7 總結(jié)

碾壓混凝土重力壩的施工在當(dāng)前來(lái)看是我國(guó)水利水電工程中選用最為普遍的一種壩型，高溫季節(jié)施工是不可避免的外界干擾因素，其重要性將關(guān)系到大壩的永久壽命安全問(wèn)題，不容忽視。因此在夏季施工的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)格外注意其自身出現(xiàn)的溫度危害問(wèn)題，這樣才能夠保證碾壓混凝土重力壩工程圓滿完工。