寒冷地区碾压混凝土重力坝温控防裂研究.pdf

四 川 水 利 寒冷地区碾压混凝土重力坝温控防裂研究刘秀军(新疆额尔齐斯河投资开发(集团)有限公司乌鲁木齐)【摘 要】文章结合某碾压混凝土重力坝工程实例根据现场气候条件总结重力坝施工中的温度控制难点探讨混凝土裂缝的成因根据高质量的建设目标提出了适应于寒冷地区的温控防裂措施包括混凝土配合比的优化、温度的控制、制冷工艺的应用等有效保证碾压混凝土重力坝的施工质量 实践表明温控防裂措施具有可行性可供参考【关键词】碾压混凝土重力坝 温度控制 配合比 工艺优化 中图分类号:文献标志码:文章编号:()碾压混凝土坝因具有水泥用量少、施工高效等特点而深受工程人员的青睐且建设规模逐步扩大 碾压混凝土坝施工中可能出现坝面裂缝为规避此类问题需在施工中加强对温度的控制尤其是寒冷地区或其他温度极端地区以此来保证碾压混凝土重力坝施工作业的有效进行 工程概况 气气候候条条件件某碾压混凝土重力坝工程现场多年平均气温低冬季长达 个月极端最低气温 月平均气温 夏季温度高极端最高气温 月平均气温 如何在寒冷地区有效建设碾压混凝土重力坝并保证坝体的正常使用是值得探讨的技术课题 原原材材料料选选取取混凝土拌制所用的原材料为:级中热硅酸盐水泥、级粉煤灰、天然砂砾石料(骨料)、工程地河水(要求水中不含有影响混凝土性能的杂物)、型缓凝高效减水剂和 型引气剂(外加剂)碾压混凝土重力坝的坝体结构如图 所示图 坝体结构示意 碾压混凝土重力坝的温度控制难点()工程所在地区的气候条件恶劣属于东北高寒地区 月中下旬至次年 月为严寒天气各月平均气温均为负温 受极端低温的影响此时段不具备施工条件伴随较长的越冬间歇期间可能出现部分混凝土开裂的异常状况防裂难度高()碾压混凝土重力坝所用的水泥量少但绝热温升易在短时间内快速上升面层散热有限由于热量无法得到散失而出现坝体最高温度偏大 四 川 水 利的问题 并且碾压混凝土的抗拉性能略差防裂难度高()通仓浇筑混凝土不设置纵缝单体结构的尺寸大不利于温度控制 坝体浇筑块较长其中溢流坝段、挡水坝段、厂房坝段的长度分别达到、内外温差、基础温差易出现异常从而存在强烈的温度应力如何在此特殊条件下防控裂缝是本工程的重难点 碾压混凝土重力坝裂缝的原因分析各坝段在基础强约束区、越冬面上层混凝土的上下游表面、引水钢管外部下游面薄层周边等多个部分的混凝土均伴随强烈的拉应力此部分力的作用明显超出混凝土可承受的拉应力极限混凝土结构的抗裂效果差 同时工程地处东北严寒地区由于寒潮的存在导致现场气温偏低随着环境温度的大幅度变化混凝土表面产生强烈的温度拉应力此力的作用较强也将加速混凝土表面裂缝的出现与发展()环境温度下降时基础强约束区受到底部基岩约束此部位的受力表现出应力集中的特点伴随明显的应力作用基础强约束区有开裂的可能()越冬面上方的混凝土结构受到较强的应力作用其中最为明显的是越冬面的上、下游侧项目地处高寒地区受温度条件的限制每年 月至次年 月无法进行混凝土浇筑施工进入 月环境温度较高时才可恢复此时底部原本存在的混凝土仍处于低温状态具有较大的弹性模量而新浇部分的高温较高底部既有混凝土产生的约束作用较强使得此区域应力明显集中()夏季环境温度较高坝体内部温度变化缓慢而表面温度由于气温的升高而发生明显的变化内外部温差大由于温度的差异引起应力的激增甚至超出许可范围()混凝土施工期间遇到寒潮环境温度急剧下降新旧混凝土的温度降低产生强烈的应力作用 相比之下新浇部分的抗拉强度偏低在寒潮特殊天气环境中更易产生裂缝 碾压混凝土重力坝的温控防裂措施从混凝土配合比的优化、浇筑层厚度的控制、制冷工艺的应用、降温、加强养护等方面着手实现对混凝土温度的有效控制以便混凝土在合理的温度条件下有效成型避免裂缝的产生 注注重重配配合合比比的的优优化化 提提升升混混凝凝土土抗抗裂裂性性能能混凝土原材料的用量发生改变后强度、抗裂性能、温升等方面均随之变化因此合理选择原材料并控制各类材料的用量尤为关键 混凝土配合比设计需要基于设计结果进行采用低热大坝水泥适当增加粉煤灰掺量用于取代部分水泥拌制后的混凝土应具有水化热温升低、抗拉强度高的特性在施工过程中无异常的水化热温升问题使成型混凝土结构具有完整性混凝土配合比设计是一项系统性的工作除了考虑混凝土标号、抗渗、抗冻等关键的指标外还需做好均质性指标的控制工作 混凝土质量管控贯穿至施工全流程中例如拌合、运输、浇筑阶段均不可出现混凝土质量异常状况 妥妥善善规规划划施施工工时时间间 合合理理设设计计浇浇筑筑层层厚厚度度由于浇筑时间、边界条件、约束程度的不同大坝各部位混凝土的温度应力存在差异妥善规划施工时间是控制温度应力的关键举措在应力得到有效控制后避免表面裂缝、贯穿性裂缝的出现 在本工程中将混凝土浇筑时间段集中规划在每年的 月 月和 月 月此阶段的温度适中适宜浇筑混凝土 月 月的环境温度高优先安排在阴天、早晚时段施工禁止在高温季节及即将进入越冬期浇筑基础垫层混凝土 根据前述规划本工程每年的施工时间仅为 个月而为了满足工期要求不得已在 月 月高温季节施工此时加强对温度的监测与控制必须将温度稳定在合理范围内连续、均匀浇筑碾压混凝土优先采取薄层、短间歇的方法 基础约束区、脱离基础约束区的浇筑层厚度分别按 、控制保证各层厚度的均匀性遇廊道或其他特殊部位时视结构特点适当调整浇筑层的厚度 应应用用制制冷冷工工艺艺 降降低低混混凝凝土土浇浇筑筑温温度度出机口温度、运输环节及仓面浇筑期间的温度均属于重点控制对象具体做如下分析 出出机机口口温温度度的的控控制制夏季环境温度较高混凝土出机口的温度无法满足现场浇筑的要求因此联合采取堆场初冷、冷水拌合、风冷粗骨料的方法将混凝土出机口的温度稳定在合理范围内刘秀军:寒冷地区碾压混凝土重力坝温控防裂研究 仓仓面面浇浇筑筑时时混混凝凝土土温温度度的的控控制制尽可能缩短浇筑层覆盖前的暴露时间在不影响施工质量的前提下尽快完成混凝土入仓作业针对浇筑的混凝土做碾压处理提升密实性随即覆盖保温材料 为优化仓内小环境采取仓内喷雾的方法适度提高仓内的湿度 布布设设冷冷却却水水管管 通通水水冷冷却却降降温温溢流坝段基础强约束区按水平间距 、层间距 布设冷却水管挡水坝段和发电引水坝段基础强约束区按照水平间距 、层间距 布设冷却水管其他部位冷却水管的水平间距和层间距均取 冷却水管布设到位后在新浇筑混凝土时通水利用冷水降低混凝土的温度 冬季环境温度较低尽可能减小混凝土的内外部温差对于 月 月高温季节浇筑的混凝土在 月下旬至 月上旬做二次通水冷却减小混凝土内外部温差保证混凝土安全过冬 水管通水流量/通水冷却水温稳定在 每 互换一次进出水方向通水时间持续 加加强强混混凝凝土土内内外外温温差差控控制制 有有效效防防护护混混凝凝土土表表面面 临临时时保保温温大坝施工遇到寒潮恶劣环境对混凝土结构产生严重的影响施工时覆盖 的聚氨酯保温被减小低温环境对混凝土结构的影响 永永久久保保温温重点针对坝体的上、下游表面采取永久保温措施 上游面的保温采用聚氨酯防渗涂层板防腐面漆的综合方案下游面保温采用 板涂抹预裂聚合物砂浆耐碱网格布的方案引水坝段下游面引水钢管外部有薄层混凝土此部分结构存在较强的拉应力作用受力的影响易产生表面裂缝 从结构的组成来看以钢筋和混凝土为主缺乏足够的抗裂能力为使结构有效成型建议采取永久保温措施 考虑到雨水、冰雪融水可能侵蚀结构内部的情况在表面涂刷防护材料主动减小水对结构的侵蚀作用 越越冬冬面面的的保保温温越冬面采用等效放热系数为 /()的 板厚度控制在 首先向越冬面铺设 的塑料薄膜再于上方设置 板最后于外侧设三防帆布 由于风力作用较强越冬面的保温材料可能被吹散因此保温后采取防风加固措施至于何时揭开越冬面保温层是寒冷地区大坝工程施工中的重难点 若揭开时环境温度偏低将导致混凝土与环境产生明显的温差外界环境中“冷击”作用影响混凝土尤其是表面可见越冬顶面出现裂缝若揭开时间偏迟此时环境温度较高混凝土温度与环境温度的差值得到有效的控制但施工工期延长对于工期本就吃紧的项目而言并不具有可行性 因此以适中的原则控制越冬面保温层的揭开时间宜在环境温度等于或高于越冬顶面混凝土温度时进行此项操作此时在减小环境“冷击”作用的同时还能够缩短工期兼顾工程质量和效率的要求 结语综上所述碾压混凝土坝的施工重难点丰富项目建设在高寒地区时由于环境因素的影响工程难度随之增加 在寒冷地区施工碾压混凝土重力坝时施工单位需明确环境特征做好温度控制和防裂工作建设质量可靠的碾压混凝土重力坝经过本文有关工程实例的分析提出一些温控防裂措施希望对同仁有参考作用参 考 文 献相昆山.寒冷地区碾压混凝土重力坝温控防裂仿真研究.大连理工大学():.司 政牛芙蓉李守义等.严寒地区碾压混凝土坝越冬层面温控防裂研究.应用力学学报():.隋春来.碾压混凝土在公路建设中的应用.中国高新区():.王 鹏.玻璃钢管承插式接头局部水头损失系数探究.黑龙江水利科技():.薛一峰王 琳张晓飞等.碾压混凝土坝小温差的中后期通水冷却.水利与建筑工程学报():.作者简介:刘秀军()汉高级工程师学士从事水利工程运行管理工作: