碾压混凝土坝温度应力研究

王复元

摘 要：本文从碾压混凝土的材料特性、施工特定、温度场温度应力变化特点出发，对其仿真方法、目前进展及具体要求和应注意的问题进行介绍，结合工程总结了碾压混凝土重力坝、拱坝的分缝方式，降低浇筑温度、水管冷却、表面保温和斜层碾压等温控措施，采用微膨胀混凝土，提高材料抗裂性能的温控防裂措施。

关键词：碾压混凝土；仿真分析；温控

中图分类号： TV5 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）16-92-2

0 引言

在混凝土坝设计施工的过程中，防裂是主要的一项措施，因为混凝土中存在着温度应力，如果处理不当，极容易导致裂缝的产生，要想在源头上对裂缝进行防范，就要做好温度的控制工作，对结构措施进行采用，从而达到控制温度应力的目的，这种混凝土坝和传统混凝土比起来，其材料参数和施工程序等都不具有相似性。需要有针对性的对其温度应力采用温控措施。

1 碾压混凝土坝的温度和应力的特点

1.1 材料性质的影响

第一是绝热温升，因为在施工过程中，水泥遇水会生成一定的热量，其热量之大非粉煤灰所能比拟，所以跟常规的混凝土对比，碾压混凝土需要使用的水泥数量非常小，保证其绝热温升低于常规混凝土，在对碾压混凝土进行使用的过程中要对粉煤灰进行应用，所以一定要添加，之所以这样做，因为粉煤灰和水泥相比，其发热比具有极大延迟的特点，将其应用到碾压混凝土中后，水化热过程中，温度提高非常慢，后期温度也会具有非常高的提升，所以在很多情况下，在完成混凝土浇筑后，温度升高问题还是普遍存在的，第二是徐变度，其主要受到重要材料影响，因为材料的性质不同，容易对温度应力产生影响，在徐变过程中，温度应力会存在松弛情况，因为其成分中胶凝材料还比较少，胶凝材料主要是硬性混凝土，这和其他混凝土比起来，具有非常小的徐变力，所以裂缝问题更加容易产生。第三是极限拉伸，因为在施工过程中，碾压混凝土容易受到配合比和施工方法的影响，所以和常态混凝土相比，它的极限拉伸参数比较低，最近，虽然混凝土在配合过程中应用了较新型的技术，在实验过程中其精度也能在一定程度上得到增长，碾压混凝土在极限拉伸参数上对比过去，有了显著的增长，在实验情况下，部分碾压混凝土极限拉伸的数值和其他普通混凝土相比，还是特别高的。但是在大多数情况下，三个月后的碾压混凝土比起其他相同材料的混凝土来极限拉伸非常低，钻孔取芯实测值也较低，所以，碾压混凝土和其他常规混凝土比起来，其抗拉能力非常低，裂缝也会因此更加容易出现。

1.2 具体施工方式的影响

在常态混凝土浇筑过程中最重要的温控措施是降低冷却温度和通水冷却，但是这两种方法在碾压混凝土中却难以使用，因为工序繁多，会给整个工程带来难度，而且温控效果不佳。所以对碾压混凝土坝不进行二期水冷，主要靠其后期散热或者自身散热，这种散热方法非常缓慢，需要花费大量的时间，有些大坝要冷却一百年才能保证内部温度达到稳定温度，因为冷却的时间太长，其内部温度长时间居高不下，这就导致了每逢寒冷季节，碾压混凝土坝会因为内外温差大出现裂缝现象。

1.3 温度应力和温度的特点

碾压混凝土及其施工方法具有一定的特殊性，这就导致了它的温度和应力也有一些特点，首先是在对大坝进行降温的时候，其速度较慢，温度很难降下来，其次，在控制温差的过程中，内外温差是最主要的，上下层温差是其次，在对顺河向应力的作用中，基础温差最弱。再次，碾压混凝土坝其坝上游面中的强约束区很容易遭受内外和基础两大温差的影响，这就更加增加了劈头裂缝出现的可能，然后是在分层之间，其强度较低，因为内外温差的影响，裂缝极其容易出现。接着是在上游面的混凝土中有一定的防渗层，其产生拉应力较大，而且出现概率非常高。最后是在混凝土的基础垫层中，其超标拉应力出现概率也容易增加。

2 温度应力仿真分析研究

碾压混凝土温度应力仿真分析和其他混凝土相比具有相似性，它们具有非常相似的基本方程，然而相比起来，碾压混凝土其薄层碾压特点更加突出，因此对施工温度应力保证其模拟合理性非常必要，碾压层能够用两个单元进行显示，对大坝进行三维仿真分析，其计算规模较大，现在的计算机技术还无法满足其操作目的。所以采用并层解法和分区异步长算法对于仿真分析具有必要性和实用性。并层解法的含义是在刚完成浇筑的混凝土中采用薄层精细单元技术，从而对温度控制工作，碾压层厚度的方向也会被应用，在模拟的过程中，其分布更加具有梯度化，厚度超过阈值之后，温度梯度逐渐减少，单元完成合并工作，分层积分，并层求解，在混凝土早期工作中，因为水化会散发出大量的热量，随着时间的推移，温度会具有显著的变化，到了后期温度变化会逐渐平和，对时间步长的使用要有针对性，如果在早期，时间步长要小，用计算机就可以进行百万自由度的仿真分析问题。仿真分析需要的对三个问题进行回答，分别是温度和应力的最大值、最大值和超标值出现的部位和范围，第三是最大值出现的时间，通过这三个问题进行解答，有针对性的采取措施，对温度和应力进行控制。

3 碾压混凝土的分缝

分缝是防止碾压混凝土裂缝的主要措施，常规混凝土的横缝间距不能超过二十米，而碾压混凝土因为所用水泥少，水化热温升低，针对分缝有自己独特的措施。第一是重力坝，国内外在之前都层采用不设横缝的方法，然而通过实践，如果坝段之间距离比较宽，裂缝问题非常容易产生，从而造成了坝段被无形之中分裂成了很多段，进行仿真分析之后，可以得出相对结果，在坝段宽度大于三十米的时候，在高温天气进行浇筑的混凝土，其上游坝面的坝轴向拉应力往往较大，其上游面也会更加容易出现竖向的裂缝，在蓄水的情况下，劈头裂缝出现的概率也急剧增加，因此在对横缝间距进行处理的过程中，要保证间距为二十米，沿着河流方向采用通仓浇筑的方法，在仿真之后，可以发现拱坝厚度比较小，其厚度一般在十六到三十米之间，游面散热比较好，如果坝内温度很高，温差内外较小，在它表面的拉应力也会比较低。因为内外温度在回落时候，温差变小，在蓄水的私活，坝内温度会显著降低，重力坝其冷击效果较差，在拱作用下，蓄水的压力拱向中完成压应力，竖直向裂缝产生概率也极大减少，如果坝中间其坝段较宽，过水缺口会出现，局部产生较高的应力，在缺口位置裂缝更加容易产生，通过对仿真分析进行应用，对地质、水文、材料等条件进行参照，其宽度会适时放宽。宽度能够达到一百米，拱坝连杆坝段横缝之间的距离要进行缩减，按照仿真结果对宽度进行设定。

4 温度控制措施

对温度进行控制，并进行简化工作，最后停止对温度进行控制，这是碾压混凝土相比其他混凝土不具备的优点，如果高坝体积较大，另外施工的过程中温度较高，对温度进行控制在所难免，采用的方法主要是对骨料进行预冷，添加冰块进行拌合，在仓面进行喷雾，并对仓面进行保温，做好通水工作进行充分冷却，对斜层进行碾压。

第一是对浇筑温度进行降低，这主要是对加冰方法进行充分应用，这样机口温度能够有效降低，如果温度比较高，在对混凝固土进行浇筑的时候，采用的方式主要是薄层碾压，这种方式其入仓的部分，温度上升比较快，对喷雾和覆膜方式进行应用，能降低浇筑时候的温度。

第二是仓面保温，在表面覆盖一层1.5厘米的聚乙烯保温被。

第三是水管冷却，不在赘述。第四是采用微膨胀混凝土，可以采用MgO作为辅助原料，保证其具有微膨胀性，对温度进行控制，降低约束区和拉应力，能防止裂缝产生。

参 考 文 献

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