高温季节碾压混凝土重力坝施工工艺探讨

2018-02-14刘红玉

建材与装饰 2018年39期

刘红玉

（中国水利水电第四工程局有限公司青海西宁 810000）

在当前来看，我国的水坝类型已经从传统的类型转变为碾压混凝土类型，其低耗能、低胶凝材料用量、能够快速施工的优点越来越凸显，特备是在提倡环保节能的新型建筑工程理念的大趋势下，越来越多的工程选择这类混凝土筑坝形式。但是该类大坝对于施工过程工艺要求更严，在不同的地域、不同的工程建筑环境、不同的地质条件、不同的用途下，其施工复杂性和独立性更强，需要针对不同的问题提出不同的解决思路和方案。高温季节对碾压混凝土施工的影响是工程设计与施工方重点解决的一项问题，并总结了很多经验，本文从以下几个方面做一个总结。

1 碾压混凝土重力坝与常态混凝土重力坝的差异

碾压混凝土重力坝是经济适用的坝型，其自身的优势相对于其他形式的坝型而言非常明显。具体与常态混凝土重力坝的差异如下：

（1）碾压混凝土配合比水泥用量较少，掺用大量粉煤灰，水化热较常态混凝土小，但因主要采用通仓薄层快速浇筑方式，其坝块体积较大，坝体内部热量不易散失，沿浇筑层高度方向温差大，恒温时间很长，例如某坝高140m的碾压混凝土重力坝经仿真分析，温度场稳定时间需在30年以上，所以同样温差条件下碾压混凝土重力坝内部温度应力比常态混凝土大。

（2）碾压混凝土水泥含量少，抗拉强度和徐变较小，所以其抗裂能力较弱，再加上一般不设置纵缝和未埋设冷却水管，施工期间易出现表面裂缝和其他形式的裂缝。

（3）碾压混凝土重力坝在坝基上通常会浇筑1.5～3m厚的常态混凝土面板，具备一定强度要求后进行基岩固结灌浆，该面板常出现贯穿性裂缝，并会向上扩展到碾压混凝土层，即使跨裂缝布设骑缝钢筋也难以避免。以上特点决定了碾压混凝土重力坝温控设计思路与常态混凝土重力坝不同。

2 碾压混凝土重力坝施工期温度控制思路

碾压混凝土重力坝其本身的综合施工难度非常高，受外界干扰也较多，其中最为重要的就是在夏季施工中温度的干扰。在当前来看，碾压混凝土重力坝施工期间对于温度的控制思路一般如下：

①优化混凝土配合比，协调温度应力与混凝土抗拉强度关系。在满足混凝土强度、极限拉伸值、抗渗、抗冻等指标基础上，配制线膨胀系数小、弹性模量低、浇筑性能好、抗拉强度高的混凝土，例如增加Ⅰ级粉煤灰掺量，掺加高效缓凝减水剂和引气剂，以降低水胶比。合理选择的骨料级配，例如采用四级配混凝土，石子骨料按特大石：大石：中石：小石=2：3：3：2（最大粒径控制在 120mm）配制；或按照大石：中石：小石=3：4：3 的配制，减少胶凝材料用量，可以简化温控措施，提高施工进度。②温控措施应结合混凝土浇筑计划，根据混凝土浇筑时的温度变化、浇筑部位等情况采取相应的温控措施。年度温差变化较大的地区，碾压混凝土温度应力更大，所以应采取更严格的温控措施，反之则可采取较为宽松的温控措施。在大坝强约束和温度降幅大的部位，应采取更严格的温控措施，而在大坝次要部位和温度降幅小的部位，可采取相对宽松的温控措施。③温控措施应结合温控标准和温控对象。施工期混凝土约束应力主要呈现广泛分布状态，对混凝土自身缺陷较为敏感，所以温控标准要求更高，温控措施更加严格。同时针对不同的温控对象要有相应的温控措施，例如水闸底板闸墩以限裂设计为主导，而大坝引水进水口框架以抗裂设计为主导，这些情况不应等同于混凝土重力坝。④鉴于碾压混凝土重力坝施工期温度变化效应的复杂性，应结合大坝结构、施工过程、计算能力与精度要求，并且同时考虑温度、徐变、水压力和大坝自重、自身体积变形和干缩变形等负荷，采用有限元法计算大坝温度应力。

3 大坝结构型式

在碾压混凝土大坝施工中，其本身的工艺特点决定大坝的结构形式一般相对简单。这样的做法在当前来看，主要有如下几个好处：

①能够提高施工效率。碾压混凝土重力坝的施工本身是相当复杂的。如果大坝的结构形式又非常复杂的话，就会给施工人员造成困扰。特备是不利于振动碾及平仓机快速施工，而且施工混凝土重力坝中，对于施工速度是有着一定要求的。如果施工的速度过慢，就会导致混凝土层间胚层结合和温度出现问题，因此大坝设计需要简单的结构。②能够提高碾压混凝土重力坝的稳固性。在大坝结构的设计中，一般来说在不考虑特殊用途的情况下都是越简单的形态，其稳固性越高。除非是地形特殊，或者是有着特殊的用途，才需要进行增加内部结构密集的设计。③从经济价值的考虑。在进行大坝的建设中，其自身使用的材料和人工都是非常多的。在这何种情况下，造价自然非常高昂。为了能够更好的进行大坝的建造，就需要采用简单的设计。这样能够最大限度的节省工艺和人工的费用，符合可持续发展战略。

4 大坝上游面温度缝的设置

大坝上游面温度缝（多的兼顾结构诱导缝）的设计也是碾压混凝土重力坝施工工艺中最为重要的部分。在夏季施工中，碾压混凝土重力坝中的温度会非常难以控制。而上游面的温度缝就是一项较好的温度控制措施。其主要的用途是温度变化过程中减少温度应力对碾压混凝土整体性的破坏。上游面的温度值所以难以控制，主要的原因就是气候的变化所导致，施工期主要解决混凝土内外温差产生应力集中释放的问题。在工程运营阶段主要解决库区调节水位内部全年水温差对大坝整体温度应力的影响，减小后期出现不规则裂缝，进而导致水力侵蚀破坏等情况发生。

5 冷却水管通水及其他施工阶段解决措施

碾压混凝土重力坝中内部温度的控制，冷却水管的设置是常用的一种措施。如果上游面温度缝的设置是针对日后碾压混凝土重力坝运营而设计的防止措施，那么冷却水管的设置则是施工中采取的措施。其中主要是为了防止水化热过高，产生内外温差过大的温度裂缝。水利水电工程的建设项目，其地理位置多处在雨水较多的地区，气候阴凉与潮湿，施工环境多变。当施工环境温度和湿度下降过快，会加快碾压混凝土内部热度散发的速度，最终造成碾压混凝土内部温度与表面温度出现较大温差。除此之外，对于已经浇筑好的碾压混凝土来说，如果没有及时采取科学合理的养护工作，在导致碾压混凝土表面出现裂缝问题的同时，严重影响碾压混凝土浇筑的质量，因此就需要进行冷却管设置，解决温度差问题。

碾压混凝土重力坝中冷却水管的设置在碾压混凝土技术应用中是饱受争议的一个环节，冷却水管固然能够解决混凝土成型期间水化热温升过快的问题，将混凝土在浇筑完一段时间内降到设计稳定温度的要求。但冷却水管通水过程中的渗漏可能会破坏碾压混凝土最薄弱的浇筑层间接合面，产生沿着整个碾压胚层面的通仓渗漏通道，给大坝留下很大的安全隐患。同时，冷却水管的通水时机和时长均对混凝土质量产生影响，温度降幅过快或过慢都会产生一定的危害。也有全坝混凝土采用外掺Mg0技术，利用其微膨胀特性抵消温降收缩，取消传统的温控措施，实现快速筑坝，取得良好的社会经济效益。

在施工过程中，为了更好的降低混凝土内部最高温升，对混凝土原材料在拌和系统中进行拌制前的预冷，通过制冷技术将骨料预冷到一定温度（可做到3～5℃以下），再通过将拌和用的水进行冷却，在混凝土内进行加冰等措施降低混凝土初始温度，进而降低混凝土最高温度，减小温度应力差。该项措施与常态混凝土无太大区别，本文不多做赘述。

6 浇筑层厚与间歇时间的设置

碾压混凝土重力坝浇筑最为重要的两个注意事项就是浇筑层厚和间歇时间。①浇筑层厚与其热量传导到内部的时间和散热的时间有着明显的关系。越厚的浇筑层其导热的时间就越长，储存热量的时间也就越长。在夏季施工的时候，如果热量储存的时间过长，那么很容易导致温度裂缝。因此就要格外的注意浇筑层的厚度，从而控制热量的散发。②间歇时间。在浇筑的时候通常不是一次成型。所以间歇时间非常的重要。如果间歇时间过短，那么就很容易导致混凝土成型强度不足，从而引发浇筑质量问题。而如果间歇时间过长，那么就会导致表面拉应力集中，沿混凝土深度方向递增梯度越大，产生裂缝的风险就越大。