大坝碾压混凝土的温控与防裂关键技术

孙培培 王作强

（山东临沂水利工程总公司，山东 临沂 276000）

经过工程施工方与多个参与方的综合讨论后发现，目前大坝工程项目碾压混凝土仍存在下述两个方面的问题：（1）仓面浇筑范围与浇筑量较大，尽管在施工中已经在材料中掺入了大量粉煤灰材料，以此控制水泥的实际用量，但由于浇筑面的覆盖速度较快，而仓内作业环境的散热性能较大，导致混凝土温升并未能实现快速下降。（2）通常情况下，碾压混凝土不设置横缝，仅设置纵缝，且混凝土的特点是早期强度低，这些特点导致混凝土在后期极易受到自身性能的影响，从而出现裂缝。为解决此种问题，本文将重点置于混凝土的温控研究中，并提出对应的混凝土防裂技术[1]。

1 工程概况

本文此次研究的大坝碾压混凝土工程为龙滩大坝，此大坝是我国目前在建的碾压重力坝，工程现场如图1。

图1 大坝碾压混凝土施工作业现场

在此基础上，获取与此工程项目相关的概况信息，如表1。大坝沿着高程高度共存在三个主要分区，划分坝体高程的界限分别为235m 与350m，其中建基面的高程高度约为1950m。目前，此大坝工程的两岸位置已完成坝顶高程375m 的浇筑施工，河床溢流段已经进行到高程345m 的浇筑施工，目前，正在现场进行溢流面的施工作业[2]。工程项目所在地属于亚热带地区，根据地方气象台统计的数据可知，此工程项目所在地的年均气温约为20摄氏度，最高气温可以达到39 摄氏度，水域温度平均为22 摄氏度，大气环境的相对湿度为78%，年均降雨量约为1357.14 毫米，根据数年的统计可知，该地区年均降雨天数约为155 天。此大坝工程项目在施工中具有下述几个方面的特点，具体阐述内容如下：项目所在地的每日早晚温度差较大，平均温度差在20 摄氏度及以上。在每年的雨季，场地暴雨次数发生较多，且无论是在冬季或是在夏季，所在地的太阳光照都较为强烈[3]。同时，场地施工仓较大，平均每个坝段的施工仓面积可以达到3800m2。由此可见，针对此项目的施工强度较高[4]。为满足工程现场的现场施工需要，要求施工方在施工作业时严格遵循《地方水利水电站可行性研究报告》等相关参照性文件部署工程计划。并要求大坝工程在进行混凝土时段，需要经历3 个冬季阶段与2 个夏季阶段，因此，建设的成果应当满足不同环境与极端气候的考验。为满足此工程项目连续降雨、高温等恶劣环境下的连续浇筑施工需求，保证最终成果不发生裂缝，下述将对混凝土的温控与防裂等关键技术展开研究。

表1 大坝碾压混凝土工程项目概况信息

2 确定混凝土温控分区及标准

混凝土上的裂缝分为宏观和微观两种类型，其中宏观裂缝是在微观裂缝基础上进一步扩展而来的。将宏观层面裂缝类型进行划分，分为：表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝三种，如图2 所示。

图2 三种裂缝结构示意图

在明确裂缝具体类型后，对其温控进行分区，在分区时还需要结合混凝土的施工规范要求，将大坝坝体的温控区域划分为以下三个分区：I 区（强约束区）：包含距离基岩0.25L 以内的混凝土区，其中L 为浇筑块边长；II 区（一般约束区）：包含距离基岩0.25L～0.45L 内的混凝土区，L 同上；III 区（非约束区）：包含距离基岩0.45L 以外的所有混凝土区，L 同上。再对混凝土各个温控区域的标准进行制定，得到如表2 所示的内容。

表2 大坝碾压混凝土温控分区标准

对于大坝强约束区其温控需要严格按照表2 中规定标准完成，对于其他两个区域其温控标准可根据实际情况放宽±2.5°C。

3 混凝土温控与防裂措施

在明确上述混凝土温控分区及标准后，针对具体混凝土碾压施工中各工序采取合理的温控与防裂措施，下述将针对拌和及出机、混凝土运输、仓内等各个方面分别提出相应的温控防裂措施。

3.1 拌和及出机温控

在对混凝土拌和前，需要对原材料的温度进行合理控制。在混凝土原材料以及运输皮带上，分别设置遮阳。防雨的棚结构，同时在堆放材料时，要求堆放高度不得小于5m。在对混凝土进行拌和时，所选择的材料品质必须符合大坝碾压施工的规定要求。对于原材料的控制需要从控制部、物资部、实验室等部门共同负责完成实施。对于外加剂的配制，必须按照实验室签发的比例进行添加，并由实验室完成对配制结果的检查和试验。

3.2 混凝土运输温控

对于混凝土的运输温控，需要在规定的具体月份中完成浇筑，一般情况下浇筑时间规定范围在3 月～11 月之间。在施工过程中，需要对混凝土的运输进行统一调度，确保运输车辆与缆机之间的相互配合，进而缩短混凝土在运输和卸料时的时间。同时，对于运输车辆的选择上，不采用尾气设置在车厢中的车辆类型，对于运输车辆车厢的冲洗时间不得超过2h。除此之外，在运输时需要结合各种防护措施，保证混凝土材料在运输开始到结束时回升温度不超过5°C，以此确保混凝土运输环节实现对其温度控制，避免回升使混凝土出现裂缝。

在温控过程中，还需要结合热平衡原理，确定混凝土材料出机口位置的温度，其公式为：

公式中T 为出机口温度；W 为原材料重量；C 为比热值；q 为机械热。

3.3 仓内温控

针对浇筑仓当中的混凝土温控，若仓内温度超过25°C时，可采用仓内喷雾的方式，营造一个小范围内的气候环境。可使用喷雾枪在仓内上空以及附近喷洒水雾，以此能够有效降低浇筑位置局部的温度，从而避免热量倒灌现象产生，避免混凝土结构上产生裂缝[5]。对于高温天气，在完成对混凝土的振捣密实处理后，应当立即覆盖具有等效交换系数的保温材料，并在进行混凝土铺料时逐层揭开。需要将混凝土覆盖的时间严格控制在5 个小时以上，8 个小时以下。

3.4 温度检测

4 混凝土分期冷却

在明确混凝土温控与防裂措施后，还需要对混凝土进行分期冷却处理，将其划分为一期阶段、中期阶段和后期阶段。下述将分别针对上述各阶段进行详细说明：

一期阶段：优化混凝土的配合比，水泥可采用硅酸盐水泥，并向其中添加水泥量二级粉煤灰以及缓凝高效减水剂，以此能够达到降低水泥水化热的效果，从而避免混凝土在制备过程中出现温度升高的问题。为降低混凝土浇筑过程中的温度，可采用一次风冷与二次风冷相结合的方式，对原材料进行降温处理，降低混凝土出机口的温度。中期阶段：针对中期冷却的区域进行划分，将温度超过32°C 的区域划分为I 区；将温度在29°C～32°C 的区域划分为II 区；将温度在26°C～29°C 的区域划分为III 区。针对不同区域通过调节区域周边管路通水流量的方式，减少相邻两个区域坝体冷却降温差异，从而达到对其温度控制。在中期冷却阶段，需要严格按照温度梯度的方式进行对混凝头的降温冷却处理，并在这一过程中做到均衡降温，以此能够保证中期阶段的合理冷却，并且不会使混凝土内部出现温差过大的问题。后期阶段：结合以往经验，大坝在蓄水初期上游和下游位置上极易出现裂缝。为了避免这一问题产生，对大坝上游和下游20m 范围内进行通水降温处理，从而达到内外温差降低的效果，实现对其温度控制。

5 工程检测试验

按照上文设计的温控与防裂方法，对本文研究的大坝碾压混凝土工程项目进行施工。将冷却后不同仓面在养护时间内出现的混凝土裂缝数量作为测试结果。统计试验结果：

A 仓面在养护周期内均未出现混凝土裂缝。

B 仓面同上。

C 仓面同上。

D 仓面同上。

E 仓面在养护1～5 天内均未出现混凝土裂缝。在养护的第6 天出现了细微裂缝，但在对此裂缝进行持续观察后发现，裂缝并未出现延伸与发展等趋势。

F 仓面在养护周期内均未出现混凝土裂缝。

G 仓面在养护1～7 天内均未出现混凝土裂缝。在养护的第8 天出现了细微裂缝，裂缝在第9 天出现了细微延展，但并未对大坝主体结构安全造成影响。

H 仓面在养护周期内均未出现混凝土裂缝。

通过上述对A～H，8 个仓面的裂缝统计可以看出，本文此次研究设计的方法在实际应用中具有一定的可靠性，可以起到整体防裂效果。

完成上述对设计方法防裂性能的检测后，随机选择某一个仓面，对其进行压实试验，检测仓面的透水率，通过此种方式，掌握仓面的透水率。此次压力试验供选择4 个测孔，对测孔进行编号，分别为：YSK-1、YSK-2、YSK-3、YSK-4，对测孔进行透水率计算，计算公式如下：

上述计算公式中：Z 为测孔透水率，计算单位设定为Lu，Q 为测孔在最大压力下的流量，计算单位设定为L/min，L 为测孔所在侧段的长度，计算单位设定为m，P 为压实试验中的最大压力值，计算单位设定为MPa。统计实验中相关参数，计算实验结果，见表3。

表3 压水试验结果

从上述表3 测试得到的实验结果可以看出，YSK-1、YSK-2、YSK-3、YSK-4 测孔的透水率均在0.1Lu 范围内，说明本文此次设计的方法不仅可以起到防裂效果，同时也可以起到缓解大坝碾压混凝土渗漏的问题。综合上述实验，得出以下结论：应用本文设计的技术进行大坝碾压混凝土工程项目的施工作业，不仅可以实现对混凝土结构的裂缝有效控制，同时也可以解决混凝土坝体的渗漏问题，通过此种方式，全面提升工程项目的质量。

结束语

本文以大坝碾压混凝土工程为例，开展了此次研究，尽管此次研究成果经过实际检验后证明了其可行性，但在后续的施工中，仍不能对此项工程松懈，还需要结合项目的实际情况，从不同角度考虑混凝土在浇筑中的应力问题，通过此种方式，进一步提升施工行为的规范性，保证所建设的项目在市场内可以发挥其应用的价值。