双曲拱坝碾压混凝土温控防裂措施

王新东

中国葛洲坝集团第五工程有限公司

双曲拱坝碾压混凝土温控防裂措施

王新东

中国葛洲坝集团第五工程有限公司

结合水石门水库工程双曲拱坝混凝土施工，混凝土抗裂能力是受混凝土干缩、自生体积变形、弹模、徐变、线膨胀系数、浇筑温度、水化热温升、抗拉强度(极限拉伸值)等诸多因素制约的一个综合性指标。从理论上讲，混凝土干缩较小，自生体积变形不收缩或有微膨胀、混凝土弹模较低、徐变度较大、线膨胀系数较小、浇筑温度和水化热温升较低、抗拉强度较高、施工质量均匀性较好的混凝土，其抗裂能力就较高。然而实际上由于上述影响因素中有的互相制约，所以很难寻求到一种各项因素均最优的混凝土，在施工中通常作法是结合具体工程和自然条件，尽量利用有利于混凝土抗裂能力的因素，避免或改变不利混凝土抗裂能力的因素，以求实际的混凝土抗裂能力满足设计要求。

碾压混凝土；最高温度；裂缝；仓面设计

水石门工程大坝为对数螺旋线型双曲拱坝，是一座空间变厚的对数螺旋线型的碾压混凝土双曲薄拱坝，最大坝高86.0m。拱坝坝顶沿拱圈中心线全长174.7m。拱坝顶层拱圈左拱端厚5.0m，拱冠处厚5.0m，右拱端厚5.0m；底层拱圈左拱端厚16.0m，拱冠处厚15.0m，右拱端厚16.0m。坝体结构根据不同的部位采用不同浇筑材料。大坝坝体从上游至下游采用C20混凝土浇筑，坝体混凝土分区分别为0.5m厚的二级配变态混凝土，标号C9020W8F100、2.5～6.0m厚的防渗RCCⅡ，标号C9020W8F100、RCCⅢ，标号C9020W6F100和0.5m厚的三级配变态混凝土，标号C9020W6F100。

混凝土抗裂能力是指大体积混凝土抵抗(防止)温度裂缝的能力。水工大体积混凝土的施工过程主要可分为：原材料储运——混凝土拌和——混凝土运输——仓面作业(平仓、振捣等)——冷却与养护——新浇混凝土再行上升。从大体积混凝土施工过程分析，影响混凝土质量波动的因素有原材料、配合比、拌和、浇筑和养护等。

1 原材料的优选

1.1 采用发热量低的中热水泥

混凝土的物理力学特性与使用的水泥品种及水泥强度有密切关系。在水石门大坝混凝土性能试验研究阶段，对于大坝混凝土试验结果比较了采用中热和普通水泥混凝土配合比方案，综合考虑推荐采用52.5MPa中热硅酸盐水泥，降低水化热，其物理性能指标符合国标有关规定。

1.2 掺加优质粉煤灰

粉煤灰作为掺合料在国内外已广泛得到应用，在施工现场掺加优质粉煤灰除了能够节约部分水泥外，更重要的是能够改善混凝土的和易性，降低混凝土水化热温升，抑制碱骨料反应，对混凝土起到改性作用。水石门大坝工程采用全人工骨料，混凝土采用了一级粉煤灰。一级粉煤灰与二级粉煤灰相比，混凝土单位用水量少10Kg/ m3左右，采用一级粉煤灰还可利用粉煤灰的减水作用减少胶凝材料用量以进一步降低化热温升。

1.3 采用缓凝减水型外加剂

混凝土外加剂已发展成为混凝土材料不可缺少的一部分，外加剂一般具有减水、缓凝、引气三大功能，外加剂品质的优劣直接影响混凝土的质量。考虑到工程采用全人工骨料和夏季浇筑混凝土的特点，水石门大坝混凝土采用的减水剂为JG-3型缓凝高效减水剂，减水率高为21.1%，有明显的缓凝作用。考虑到混凝土耐久性要求，又选用了DH-9型引气剂。

1.4 砂石骨料

混凝土理想骨料应该是耐久、坚固、抗碱、不透水、尺寸稳定的，应尽可能采用符合最佳粒径分布的大粒径骨料。较大粒径的骨料相连，较小骨料填充较大骨料之间的空隙，水泥浆填充它们之间所剩下的间隙；较大的骨料提供稳定、坚实的骨架，一方面减少水泥浆体收缩，另一方面可阻挡裂缝发展。

2 混凝土最高温度控制

混凝土最高温度基本由混凝土浇筑温度和混凝土水化热温升两部分组成。控制坝块实际最高温度不超过坝体设计允许最高温度，是防止基础贯穿裂缝或深层裂缝的主要措施之一。

2.1 控制出机口温度

控制混凝土原材料温度和利用冰的融解热可有效控制出机口温度。砂石料用量占混凝土的权重最大，采用净料堆存高度大于8m的措施，减少阳光直射的影响，使砂、石温度趋近或略高于旬平均气温，采用从料堆底部地垄取料，在砂石供料线皮带和转料斗上方加盖遮阳板，避免太阳的直射作用。

采用骨料预冷措施，对骨料进行风吹预冷。石子温度下降1℃，可使混凝土出机口温度下降0.6℃左右。加强加冰拌和措施，初步估算，每立方米混凝土加10kg冰，可使出机口温度下降1℃左右。

2.2 控制低温混凝土运输途中温度回升

选择最短运输路线，使混凝土快速达到浇筑部位。

2.3 控制仓面温度回升

混凝土经平仓、振捣到上坯混凝土覆盖前的温度回升称为仓面温度回升，仓面温度回升对浇筑温度的影响十分明显。仓面坯间一般暴露时间小于2h，所以在高温季节，采取加快入仓速度，尽量缩短混凝土坯间暴露时间，并辅以必要的仓面保温覆盖措施，以控制浇筑温度。

在浇筑层内埋设冷却水管，利用冷却水管内流通的制冷水带步大体积混凝土内部积聚的水泥水化热，起到削减浇筑层水化热温升的作用。冷却水管蛇形布置，间距和层厚按1.5m(水平间距)×2.0m(浇筑层厚)控制，大坝混凝土采用短间歇均匀上升的浇筑方式，冷却水管埋设在浇筑层的水平施工缝上。

3 合理安排仓位

仓位安排的原则是薄层、短间歇、连续均匀上升。

3.1 施工分层及层间间歇

浇筑层采用合理的层厚和混凝土层间间歇期，以充分利用浇筑层顶面向空气散发大体积混凝土内部积聚的水化热。水石门大坝工程分层厚度一般为2.0m，层间间歇时间6～9d，一般控制在15d以内。尽量避免长间歇坝块。对于无法避免的长间歇坝块，采取不间断洒水养护措施。

3.2 高差控制

施工过程中，一般要求各坝块均能合理地短间歇连续和均匀上升，并按跳仓浇筑的原则安排仓位，各坝块高差交错分布，形成错落有致、井井有条的施工场面，各坝块均匀上升，良性循环。必须控制相邻坝块之间的高差问题，主要目的一是为了防止纵缝键槽被挤压，影响灌浆质量；二是避免剪切变形对横缝内止水设备的不利影响；三是避免先浇块混凝土长期暴露，因大气温度骤降而引起表面裂缝等。

4 合理安排浇筑时段

夏季混凝土施工温控是温控制工作的难点和重点，尤其是每年7月和8月的高温季节，对仓位安排提出了更高的要求，基本的原则是避开中午最热时段，在早晚或阴天施工，安排仓位时，随时了解和跟踪天气预报，掌握天气的趋势走向，一有阴天或低温时间，就抓住时机，抢浇快浇，平时避开上午10： 00至下午4： 00时段，在中班开仓，跨过零点班，早班10： 00前争取收仓，与此相配套，在设备、人员等资源的各个环节认真组织，加快浇筑速度，以减少温度影响。

充分利用有利浇筑时段，抓住早、晚和夜间温度相对较低的时机，抢阴雨天时段浇筑，关键在于施工管理上的合理安排。在高温时段停止浇筑时，集中力量检修各种设备，搞好备仓和各项浇筑准备。一旦进入有利的低温时段，即组织高度入仓和快速浇筑，使混凝土施工一气呵成，抢在下一高温时段到来之前收仓。

5 混凝土养护与保温

5.1 养护工艺

充分养护是保证混凝土强度等性能正常发展和防止干缩裂缝的重要措施。养护范围包括各坝块上下游面、左右侧面、水平面；各孔口的侧面、水平面。混凝土养护采用河水。混凝土浇筑完毕终凝后，对混凝土表面及所有侧面及时洒水养护，以保持混凝土表面经常湿润状态。对较大的仓位连续在两个班以上的，对先浇的部位进行洒水。

5.2 仓面覆盖

在4～10月份浇筑混凝土时，为防止混凝土温度回升过快，在浇筑过程中，对新入仓混凝土及浇筑台阶进行覆盖保温。仓面保温材料一般选择保温被，保温被采用两层1cm厚聚乙烯保温卷材套塑料编制彩条布。

5.3 外露面保温

大坝外露面保温是大体积混凝土温控防裂的重要手段之一，保护材料采用高发泡聚氯乙烯泡沫塑料被，其施工主要采用吊挂的方法，悬挂在永久暴露面上。

①对于永久暴露面，11月～次年4月份浇筑的混凝土，大坝上游下游面浇完拆模后立即用保温被覆盖，基础约束区在浇筑完成其表面冲毛之后应立即覆盖保护层。

②每年入秋后，将廊道及其它所有孔洞进出口进行封堵保护，以防冷风贯通产生混凝土表面裂缝。

③当日平均气温在2～3d内连续下降超过(含等于)6℃时28d龄期内混凝土表面(顶、侧面)覆盖塑料被进行表面保温保护。

④气温骤降期间，适当推迟拆模，尤其防止在傍晚气温下降时拆模。

6 结束语

混凝土抗裂能力是受混凝土干缩、自生体积变形、弹模、徐变、线膨胀系数、浇筑温度、水化热温升、抗拉强度(极限拉伸值)等诸多因素制约的一个综合性指标。从理论上讲，混凝土干缩较小，自生体积变形不收缩或有微膨胀、混凝土弹模较低、徐变度较大、线膨胀系数较小、浇筑温度和水化热温升较低、抗拉强度较高、施工质量均匀性较好的混凝土，其抗裂能力就较高。然而实际上由于上述影响因素中有的互相制约，所以很难寻求到一种各项因素均最优的混凝土，在施工中通常作法是结合具体工程和自然条件，尽量利用有利于混凝土抗裂能力的因素，避免或改变不利混凝土抗裂能力的因素，以求实际的混凝土抗裂能力满足设计要求。

温度控制工作是一项复杂的系统工程，除了从配合比设计、拌和、浇筑、冷却通水、外露面保温几个环节做好工作外，合理安排仓位、科学配备资源、加快入仓速度、加强仓面保护等对混凝土温控也有着极其重要的作用。混凝土温控是一项技术性强、涉及面广的综合工程，只有抓好各个环节的控制和管理，才能使整个坝体温度得到有力的控制，才能避免危害大坝裂缝的出现。

混凝土施工期间，各项温度指标控制符合要求，经过几次对大坝外观裂缝检查，上下游面、廊道内部均未发现任何裂缝，大坝外观质量良好。

[1]《水利水电工程施工组织设计手册》 北京：中国水利水电出版社，2001年7月

[2]《水利水电施工技术》 北京：中国水利水电出版社，2002年1月

[3]《三峡工程施工技术》(二期工程卷) 北京：中国水利水电出版社，2003年12月