雙曲拱壩與碾壓混凝土組合施工技術(shù)的應(yīng)用分析

摘""要：以論述雙曲拱壩與碾壓混凝土組合施工技術(shù)的應(yīng)用為目的，結(jié)合實(shí)際工程案例，從施工準(zhǔn)備、拱壩施工、碾壓混凝土施工、地基處理等幾個(gè)方面分析闡述了具體的工藝過程。重點(diǎn)分析了如何進(jìn)行材料的選擇，并基于材料力學(xué)、壓實(shí)理論、防滲等技術(shù)提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有效控制溫度裂縫問題，保證工程整體質(zhì)量，以期為后續(xù)大型水利工程的施工與應(yīng)用提供新的建議。

關(guān)鍵詞：雙曲拱壩""碾壓混凝土""優(yōu)化設(shè)計(jì)""組合施工技術(shù)

中圖分類號：TV544.921

Application"of"Combined"Construction"Technology"of"Hyperbolic"Arch"Dam"and"Roller"Compacted"Concrete

YANG"Hao

Xinjiang"Herun"Hydraulic"New"Technology"Co.，"Ltd.，"Urumqi，"Xinjiang"Uyghur"Autonomous"Region，"830000"China

Abstract："With"the"purpose"of"discussing"the"application"of"the"combined"construction"technology"of"hyperbolic"arch"dam"and"roller"compacted"concrete，"and"combining"practical"engineering"cases，"this"article"analyzes"and"expounds"the"specific"process"from"several"aspects"such"as"construction"preparation，"roller"compacted"concrete"technology，"arch"dam"construction，"and"foundation"treatment."It"focuses"on"analyzing"how"to"select"materials，"and"based"on"technologies"such"as"material"mechanics，"compaction"theory，"and"anti-seepage，"it"improves"structural"stability，"effectively"controls"temperature"cracking"problems，"and"ensures"overall"project"quality，"hoping"to"provide"new"suggestions"for"the"construction"and"application"of"large-scale"water"conservancy"projects"in"the"future.

Key"Words："Hyperbolic"arch"dam;"Roller"compacted"concrete;"Optimize"design;"Combination"construction"technology

雙曲拱壩與碾壓混凝土組合施工技術(shù)在大型水利工程中的應(yīng)用日益廣泛。前人研究主要集中在3個(gè)方面：一是拱壩體型優(yōu)化設(shè)計(jì)，如楊博等人[1]提出的體型誤差自動(dòng)化獲取方案；二是碾壓混凝土材料性能改進(jìn)，如張鵬[2]對超高拱壩應(yīng)力進(jìn)行了有限元復(fù)核分析；三是溫度控制和防滲技術(shù)，如馬富強(qiáng)等人[3]深入研究了高碾壓混凝土拱壩裂縫成因及處理方法。然而，復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工質(zhì)量控制和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題仍需深入探討。本研究以實(shí)際工程為例，探討該技術(shù)在施工準(zhǔn)備、拱壩施工、碾壓混凝土施工及地基處理等環(huán)節(jié)的應(yīng)用。研究結(jié)果表明，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和精細(xì)化施工，可有效提高工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這一研究對于提升大型水利工程施工技術(shù)水平具有重要意義，為未來更復(fù)雜地質(zhì)條件下的水利工程建設(shè)提供了新的思路和技術(shù)支持。

1""工程概況

本工程位于復(fù)雜地質(zhì)條件下，采用雙曲拱壩與碾壓混凝土組合施工技術(shù)。拱壩軸線全長230"m，最大壩高85"m，壩體厚度從壩頂3"m逐漸增至壩基30"m。大壩總庫容為6"284萬m3，年發(fā)電量約5"137.6"kW·h。施工中嚴(yán)格控制碾壓層厚度和速度以保證混凝土密實(shí)度。溫控設(shè)計(jì)結(jié)合工程實(shí)際，壩頂封拱溫度設(shè)為18"℃，中部逐步降至17"℃，壩基為16"℃，通過冷卻水管和分層澆筑控制內(nèi)外溫差，有效防止溫度裂縫，確保壩體安全與耐久性。

2""雙曲拱壩與碾壓混凝土組合施工技術(shù)

2.1""施工準(zhǔn)備

針對拱壩體型的選擇與優(yōu)化設(shè)計(jì)，拱壩體型設(shè)計(jì)基于詳細(xì)的地質(zhì)勘察與水力分析，結(jié)合實(shí)際工程需求進(jìn)行優(yōu)化。首先，利用三維地質(zhì)模型確定巖基承載力和地應(yīng)力分布，明確斷層及裂隙的位置，并通過水力模型精確計(jì)算各高程段的水壓力。針對這些數(shù)據(jù)，使用ANSYS進(jìn)行有限元分析，對不同曲率半徑與厚度方案進(jìn)行受力模擬。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，壩頂曲率半徑定為200"m，以減小內(nèi)力集中；壩肩區(qū)域曲率半徑縮小至120"m，提高抗滑移能力。厚度設(shè)計(jì)根據(jù)受力情況調(diào)整，壩頂厚度為3"m，逐漸增至壩基的30"m，以應(yīng)對更大的水壓力和地應(yīng)力。

針對混凝土材料配比的選擇，為保證碾壓混凝土材料選擇配比符合工程要求，研究進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測試，結(jié)果如表1。材料選擇上，采用P.O42.5高強(qiáng)度硅酸鹽水泥，配以20%的I級粉煤灰和10%的S95級礦粉，以提升混凝土的抗?jié)B性和耐久性。水灰比經(jīng)過多次調(diào)整，最終確定為0.32，在保持良好密實(shí)度和工作性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了低孔隙率和優(yōu)異的抗?jié)B性。骨料選用5～20"mm的碎石，最大粒徑控制在40"mm，通過篩分試驗(yàn)優(yōu)化了細(xì)骨料級配。實(shí)驗(yàn)還針對復(fù)合型外加劑的摻量進(jìn)行了測試，最終確定1.2%為最佳摻量，延長初凝時(shí)間至5.5"h以上，確保施工過程中的操作性和混凝土后期強(qiáng)度。

2.2""拱壩施工工藝

2.2.1""拱壩模板支護(hù)與拆除技術(shù)

在雙曲拱壩施工中，模板支護(hù)與拆除技術(shù)需要高度精確，以確保拱壩結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性。此次施工模板采用10"mm厚的高強(qiáng)度Q345B鋼板，經(jīng)過數(shù)控機(jī)床加工，以匹配雙曲面結(jié)構(gòu)。支撐系統(tǒng)由直徑48"mm、壁厚3.5"mm的高強(qiáng)度鋼管腳手架和可調(diào)節(jié)支撐桿組成，支撐點(diǎn)間距為1.5"m，采用M16高強(qiáng)度螺栓連接，螺栓預(yù)緊力為120"N·m。支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)承受的側(cè)壓力為60"kPa，支撐布置通過有限元分析（Finite"Element"Analysis，"FEA）驗(yàn)證，確保穩(wěn)定性。

模板安裝時(shí)，使用全站儀和激光定位系統(tǒng)確保位置誤差在±2"mm以內(nèi)。拼接采用凸凹槽結(jié)構(gòu)，拼縫處使用5"mm厚的EPDM橡膠密封條密封，確保密閉性和表面平整度。安裝完成后進(jìn)行預(yù)加壓測試，使用液壓千斤頂將壓力加至設(shè)計(jì)側(cè)壓力的1.2倍（72"kPa），監(jiān)測系統(tǒng)無明顯位移或變形。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時(shí)，開始按“自上而下、分段拆除”原則進(jìn)行模板拆除。使用液壓拆模器，控制操作力在150"N以內(nèi)，避免損傷混凝土表面。拆除的模板和支撐系統(tǒng)組件清理后，進(jìn)行防銹處理，分類存放。

2.2.2""拱壩的混凝土澆筑與成型控制

針對此工程拱壩混凝土澆筑與成型控制階段，采用分層連續(xù)工藝，每層厚度控制在35"cm以內(nèi)，布料機(jī)通過軌道系統(tǒng)移動(dòng)，布料半徑為10"m，移動(dòng)速度控制在2"m/min。為確保混凝土的密實(shí)度，使用50"Hz高頻振動(dòng)器進(jìn)行振搗，振搗時(shí)間為25"s，振搗點(diǎn)覆蓋面積不超過1"m2?；炷恋奶涠瓤刂圃?80～200"mm，水灰比為0.32，粉煤灰摻量為20%，外加劑摻量為1.2%，以確?；炷恋膹?qiáng)度和密實(shí)度。成型控制中，模板內(nèi)表面均勻涂覆0.1～0.15"mm厚的水基型脫模劑，拆模時(shí)使用液壓拆模器，拆模力控制在150"N以內(nèi)，確保表面光滑無缺陷。澆筑完成后，混凝土表面覆蓋濕麻袋保持濕潤，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14"d。內(nèi)部冷卻水管系統(tǒng)布置間距為1.5"m，冷卻水流速控制在0.5"m/s，確保內(nèi)部溫差控制在20"℃以內(nèi)，以防止溫度裂縫的形成。整個(gè)澆筑過程由全站儀實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保壩體幾何形狀誤差控制在±5"mm以內(nèi)，確保施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.3""碾壓混凝土施工工藝

2.3.1""碾壓層的厚度與施工速度控制

針對碾壓混凝土施工，碾壓層厚度和施工速度的控制基于材料力學(xué)和壓實(shí)理論。厚度控制采用Boussinesq理論計(jì)算壓實(shí)應(yīng)力的傳遞，公式為：

式（1）中：為深度處的垂直應(yīng)力；為壓實(shí)機(jī)械施加的力；為距離壓實(shí)中心的水平距離；為壓實(shí)深度（即碾壓層厚度）。此次設(shè)計(jì)碾壓層厚度控制在30"cm，確保底層有效應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

式（2）中：為施工長度；為初凝時(shí)間；實(shí)際壓實(shí)時(shí)間，確保在初凝前完成壓實(shí)。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，初凝時(shí)間確定為5.5"h，為碾壓操作預(yù)留足夠時(shí)間窗口，根據(jù)工程施工長度與實(shí)際壓實(shí)時(shí)間，施工速度確定為1.8"m/h。

碾壓混凝土施工過程中，首先在拌合站按設(shè)計(jì)配比拌制混凝土，攪拌時(shí)間控制在90～120"s，混凝土通過運(yùn)輸車運(yùn)至現(xiàn)場，運(yùn)輸時(shí)間不超過30"min，以防離析。在施工現(xiàn)場，使用履帶式攤鋪機(jī)將混凝土均勻鋪設(shè)至30"cm厚，操作員利用激光水平儀實(shí)時(shí)監(jiān)控厚度，確保均勻一致。采用12"t級振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓，按“先邊緣、后中間，先輕碾、后重碾”的順序進(jìn)行4～6遍碾壓，確?；炷撩軐?shí)度達(dá)標(biāo)。層間處理時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注結(jié)合部位，使用振搗器二次振搗，防止冷縫形成。每層完成后，進(jìn)行壓實(shí)度檢測，確?？紫堵市∮?%，并立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，覆蓋濕麻袋并灑水，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7～14"d，確保表面不開裂，強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。

2.3.2""溫控措施

碾壓混凝土施工溫控設(shè)計(jì)中，選用內(nèi)徑32"mm、外徑40"mm、壁厚4"mm的高密度聚乙烯（HDPE）冷卻水管，具有良好的熱導(dǎo)性和高拉伸屈服強(qiáng)度，確保在施工中可靠使用。冷卻水管按1.5"m"×"1.5"m的網(wǎng)格間距布置，蛇形布局，單根長度控制在250"m以內(nèi)，以保證水流的冷卻效率和覆蓋范圍。溫控系統(tǒng)通過預(yù)埋溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測混凝土溫度，調(diào)節(jié)水流速度和溫度，確保內(nèi)外溫差不超過5"℃。各高程段的溫控目標(biāo)分別設(shè)定為：壩頂18～19"℃，中部17～18"℃，壩基16～17"℃。冷卻水系統(tǒng)與混凝土澆筑同步啟動(dòng)，并分階段調(diào)整冷卻水溫度，確保溫度控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。澆筑完成后，混凝土表面覆蓋濕麻袋或泡沫塑料板，防止外界溫度影響混凝土溫度，確保溫差均衡，避免裂縫產(chǎn)生。以上溫控措施有效保障了混凝土施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性[4]。

2.4"地基處理與防滲措施

在此次工程中進(jìn)行雙曲拱壩與碾壓混凝土組合施工時(shí)還需對地基進(jìn)行加固與防滲處理，地基處理采用高壓旋噴注漿技術(shù)，注漿壓力控制在2.0～2.5"MPa，使用水泥-水玻璃雙液漿，水灰比為0.8，以增強(qiáng)地基承載力和抗?jié)B性。地基表層進(jìn)行開挖換填，挖除軟弱土層后，回填級配良好的砂礫石，分層壓實(shí)，每層厚度控制在20"cm，壓實(shí)度達(dá)到95%以上。防滲措施在壩基和壩肩處采用槽孔灌漿法施工防滲墻，墻體材料為1.2"m厚的高塑性黏土，灌漿壓力控制在3.0～3.5"MPa，確保墻體密實(shí)[5]。防滲墻外側(cè)布設(shè)0.5"mm厚的復(fù)合土工膜，進(jìn)一步防止地下水滲透。地基處理完成后，采用核子密度儀和孔隙水壓力計(jì)檢測整體防滲效果，確保密實(shí)度和抗?jié)B性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3""結(jié)語

雙曲拱壩與碾壓混凝土組合施工技術(shù)的應(yīng)用，通過高精度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與嚴(yán)格的施工工藝控制，保障工程安全性，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。研究表明，通過合理的拱壩體型設(shè)計(jì)與材料配比控制，結(jié)合精細(xì)的溫度參數(shù)與施工工藝參數(shù)設(shè)計(jì)，能夠有效規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)，避免溫度裂縫、結(jié)構(gòu)缺陷等問題的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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[3]馬富強(qiáng)，張?bào)心?，李海?極窄峽谷超高拱壩有限元應(yīng)力復(fù)核研究分析[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2023，29（1）：14-17，39.

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