关键技术在水利工程施工中的应用

曲林彧

摘 要：导截流施工作为水利工程施工的先行工作内容，直接影响着施工工作环境，进而影响着整个水利工程的施工质量和施工进度以及工程造价。同时，大体积混凝土温度控制直接影响着整个水工坝体的整体稳定性，进而影响着整个水利工程的耐久性和安全性。文章重点从水利工程导截流施工和水工坝体混凝土温度控制进行研究分析，借此给水利工程的同行一些参考依据。

关键词：水利工程；导截流；大体积混凝土；温度控制；整体稳定性

中图分类号：TV52 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）01-0179-02

Abstract： Diversion and closure construction， as the advance work of water conservancy project construction， directly affects the construction working environment， and then affects the construction quality， construction schedule and project cost of the whole water conservancy project. At the same time， mass concrete temperature control directly affects the overall stability of the whole hydraulic dam， and then it affects the durability and security of the entire water conservancy project. This paper mainly studies and analyzes the construction of diversion and closure of water conservancy project and the temperature control of the concrete of hydraulic dam body， so as to provide some reference basis for the colleagues of water conservancy project.

Keywords： hydraulic engineering； diversion and closure； mass concrete； temperature control； overall stability

1 概述

我国水系众多，水域面积辽阔。由于水利自古以来，都是历朝历代的。水利工程是我们国家的重点基础工程项目，关系国计民生，为我们国家的农业、工业和电力发展做出了巨大贡献。导截流施工作为水利工程施工的先行工作内容，直接影响着施工工作环境，进而影响着整个水利工程的施工质量和施工进度以及工程造价。同时，大体积混凝土温度控制直接影响着整个水工坝体的整体稳定性，进而影响着整个水利工程的耐久性和安全性。研究水利工程导截流和大体积混凝土坝体温度控制具有重要意义。

2 水利工程导截流施工

导截流构筑物服务于水工建（构）筑物施工的整个施工过程，是水工总设计的前期关键设计工作内容，也是重要的参考依据，直接影响到施工程序和施工总进度计划以及枢纽布置、永久性建（构）筑物形式的总体设计。因此，必须科学正确分析研究施工场地自然条件和工程特性，科学合理的选择导流方案，做好施工导流设计和施工。并通过技术经济比较，选择一个最经济合理的导流方案。

（1）导截流工作原理。施工导截流的目的是为整个水利工程施工过程中创造良好的干地施工条件（无水作业工作面），主要是先将河道中上游的流水按照设计需要按预设的方式导向下游，然后在河床中修筑围堰以围护基坑，以创造无水作业工作面。导截流施工技术通过引导水流向下游河流宣泄，保证水利工程施工现场不受水流积聚、渗漏的影响，从而保证施工进度和施工质量。（2）导截流施工方法。导截流施工基本原则就是先导后截，通过导流明渠、导流隧洞、导流涵洞进行疏导水流，然后通过围堰在河床上对河流进行分段截流或者全段一次性截流。导截流施工方法总体上有明渠导流、隧洞导流、涵洞导流、围堰施工[2]。a.导流明渠。明渠导流通俗的讲就是在河岸上开挖一条渠道，将水引导到渠道进行泄水，然后在河道的下游进行围堰施工。明渠导流法主要适用宽广滩地和岸坡平缓的河道水利工程施工场地条件，如平原河道。明渠导流的适用前提有：河道水流量较大，水利工程泄水建筑物要有良好的排水功能，对有通航要求的河道，明渠要有足够的通航能力，河道宽广、岸坡平缓的工程场地。选线放样时，尽量利用垭口、溪沟、旧河道等有利地形，明渠底板施工盡可能保证上下游水流通畅，防止冲刷并做好防止渗漏。此外，必须严格根据上下游水流量，通航、过木要求等条件合理确定进出口高程。b.隧洞导流。隧洞导流是通过在河道库岸山体内修建水工隧洞，以此进行引导水流，但可引导的流量相对较小，可修建多条隧洞并列工作，但成本较高。隧洞导流适用于山体坚硬的山区河流、两岸地形险峻、河谷狭窄的河流等地质条件复杂的山区地段。隧洞导流法的选择应充分利用地形条件，尽量缩短洞线长度。重点做好上游流水的流通顺畅，以防底部冲刷和淤泥淤积以及进出口高程的设计工作，对流量大或流速快的导流隧洞，可通过出口消能措施保证隧洞安全稳定工作。c.涵洞导流。涵洞导流一般应用于中小型土石坝工程、水闸工程施工中，具体来说就是在河流的下游建筑挡水围堰，然后将水流引向涵洞进行下游倾泻的导流过程。涵洞既可依山布置或置于表露的岩滩上，又可在坝下的基岩中开出沟槽形成涵洞。当涵洞无法避免穿过坝体心墙或斜墙时，必须做好防渗工作。对一些不良地基情况，涵洞设计时应布置在较硬的土层上，同时做好因土层不均匀沉降引起的涵管破坏问题。同时，涵洞设计应尽可能的布置成直线，使水流流通顺畅，避免淤泥淤积和空蚀，还有出口消能要可靠。d.围堰施工。围堰法是最为常见的一种导截流施工方法，适用于不同类型水利工程施工，主要应用于水利工程闸门和坝体的建筑。根据工程情况可将围堰法分为全段围堰法和分段围堰法。其中分段围堰法的应用原理在于利用围堰多段对水流进行划分，待多段分期完成时导流施工作业也就完成了，分段围堰法的应用范围较广，主要应用于该工期长、河床宽、水流量大等水利工程施工中；全段围堰法的应用原理则是利用围堰建设将河道一次性地截断，使水流被引入其他灌水建筑物，从而形成分流的施工过程，如果遇到向下流的水流则改成倾泻，该方法应用于水利工程施工时，需要考虑到泄水建筑物实际、河道水量及流向等因素，以保证分流的合理性及科学性。全段围堰法又包括了明渠导流和隧洞导流，故能够应用于很多大型及小型水利工程施工中[3]。

3 大体积混凝土温度缝控制

水利工程坝体根据力学设计角度有重力坝、拱坝、支墩坝，坝体混凝土工程根据施工工艺有常态混凝土和碾压混凝土，由于水利工程坝体体积大，所用的混凝土工程量大，归结起来，水利工程坝体混凝土工程属于大体积混凝土工程。混凝土抗压强度高，主要承受压力作用，属于脆性材料，抗拉强度低。大体积混凝土工程在混凝土浇筑过程中会产生大量的水化热，温度急剧上升，在温度应力作用下会产生大量的拉裂缝，进而还会影响到混凝土重力坝的整体性、稳定性及抗渗性能。水利工程混凝土重力坝的温度裂缝控制主要是从改善混凝土自身性能和混凝土施工这两个方面进行控制，如使用低水化热的水泥，添加外加剂、加筋等，改善施工工艺保证混凝土施工质量以及通过对坝体进行分缝分块，设置纵缝、横缝、诱导缝及一些短缝等进行裂缝控制[4，5]。

（1）改善混凝土自身材料。大体积混凝土裂缝主要是由于水泥水化反应产生的水化热和混凝土浇筑现场的外界温度产生的温度应力引起大体积混凝土拉裂。所以避免混凝土温度应力的关键在于降低混凝土内部温度。工程应用上主要是选用低水化热的硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥，或者在混凝土搅拌过程中掺入粉煤灰等。在保证混凝土强度的前提下，科学选取合适的骨料级配，选用尺寸稳定、坚固、耐久的大粒径粗骨料，以增大骨料与胶凝材料间的接触面积，同时还可减小混凝土内部孔隙率，以此减小混凝土拉裂缝，同时由于混凝土的水泥用量和水用量的减少，水化热也因此降低，温度应力减小。实验证明，适当地掺加减水剂和缓凝剂等外加剂，不仅可以减小水灰比和降低水化热或者延缓水化热以有更多的时间进行散热，同时也能保证混凝土满足强度要求。从混凝土自生体积变形特点出发，掺加适量的MgO等微膨胀剂减小温降引起的收缩变形[4，5]。通过MgO等膨胀剂的微膨胀作用，抵消混凝土因温度降低引起的冷缩变形。还可以提高提高混凝土的抗拉性能，如加筋混凝土、钢纤维混凝土，以此提高混凝土抗拉强度。（2）改善施工工艺和施工质量。混凝土施工控制主要是通过对混凝土结构坝体进行分缝、分块，如用作释放部分拉应力的纵缝、横缝、周边缝、诱导缝[5]以及人工短缝等，减小混凝土间的约束作用。分缝分块设置的纵缝和横缝主要是考虑混凝土施工工艺和减小混凝土温度应力要求。根据工程实践经验，坝体分缝分块浇筑能很好的减少温度裂缝的开展。然而，分缝、分块严重破坏了坝体的整体性，整体强度降低。尤其是对以拱作用承受载荷的拱坝，一般而言，设计上，拱坝不设置纵缝，但由于施工工艺和温度缝要求，设置的横缝必须通过灌浆以达到拱坝的整体性。诱导缝主要是通过实验和工程实践研究得出的切实可行的人为诱导设置的缝。其施工工艺主要是预设诱导板，在混凝土内部形成抗拉强度很低的薄弱面，并在诱导板上预留灌浆系统，以便后期裂缝开展后进行灌浆处理。目前诱导缝的研究还不是非常完善，对于诱导缝的设置形式还有待深入研究。周边缝是拱坝施工过程中，在坝体和垫座之间设置的缝。周边缝静力状态和抗震性能好而且能很好的适应不利地形地质条件；同时还可减少温度应力。但由于要事先在基础上浇筑一层混凝土垫座，而后在垫座上浇筑坝体，其结构工艺复杂，且施工质量很难控制。人工短缝是清华大学刘光廷教授等人通过实验研究发明的一种在拱坝拉力区人为设置的一种构造缝，以此释放温度应力。

混凝土制作是一系列复杂的化学反应过程，除了受混凝土拌合材料自身性能影响外，还受到外界环境的多方面因素的影响，这无形中会增加我们的控制难度。但我们还是可以通过从混凝土施工工艺上进行控制。降低混凝土内部温度，如对骨料进行预冷处理，在混凝土内部加入冰块或者使用冰水；根据施工进度计划，合理安排混凝土浇注时间，尽可能在合适温度条件下进行红黏土浇筑，在不可避免的高温天气下，采用加冰或者冰水以及骨料的預冷。混凝土浇筑完成后及时采取养护措施，根据混凝土养护规范和混凝土施工所处的天气环境适时进行洒水养护，降低混凝土内外温度，防止混凝土温度裂缝。

4 结束语

我国的水利工程施工技术中，有很多的关键施工技术需要我们在实际的施工红给予重视。根据上文的阐述我们能够发现，水利工程中的每一项施工技术都非常重要和关键，只有将水利工程施工中的每一项施工都完全按照施工要求进行，才能够保障水利工程的最终施工质量。水利工程工作内容繁重，技术难度大，工期长，导截流的科学施工至关重要。同时，大体积混凝土温度控制决定了坝体的整体稳定性以及耐久性和安全性。水利工程的科学施工直接关系国计民生，意义重大。

参考文献：

[1]李兆海.施工导流和围堰技术在水利水电施工中的应用[J].工程技术研究，2016（7）：27-28.

[2]邵荣开，张道全.新技术在水利工程施工中的应用探析[J].科技风，2015（22）：177.

[3]李栋.水利施工中围堰技术的运用与施工技术要点研究[J].冶金丛刊，2017（5）：41-42.

[4]罗小青，张国新，金峰，等.外掺MgO混凝土不分横缝快速筑拱坝仿真分析[J].水力发电学报，2003（02）：80-87.

[5]顾爱军，王向东，徐道远，等.碾压混凝土拱坝诱导缝的作用探讨[J].扬州大学学报（自然科学版），2003，6（1）：66-70.