混凝土壩溫控防裂技術概述

摘 要: 混凝土壩溫控防裂主要反映在壩體分縫分塊、混凝土原材料優化和施工階段防裂措施等幾個方面，本文主要依據當前已建和在建的幾個大型工程，綜合分析和總結一般地區常態混凝土壩溫控防裂基本技術措施，并對目前溫控防裂技術措施進行了簡單的探討。

關鍵詞: 混凝土壩 溫控防裂技術 發展

1.概述

混凝土在現代工程建設，特別是水利水電工程中，占有重要地位。在水利水電工程中，大壩、廠房和隧洞襯砌混凝土都是溫控防裂關鍵部位，隨著不同壩型大壩的興建，混凝土溫度控制技術也在不斷發展，其發展特點主要體現在:①工程建設中，建設各方對混凝土溫控認知度、重視度的提高;②科研單位有限元溫控仿真計算分析水平的提高;③施工單位責任、措施到位;④合理優化了混凝土配合比，減少了水化熱溫升。

目前，混凝土壩溫控防裂已有了一套成熟的技術措施，其技術特點主要體現在:①有限元溫控仿真計算分析水平較高。現在很多科研單位都可以進行溫控仿真計算。②壩體混凝土內部最高溫度控制措施多。如控制水泥用量，摻粉煤灰;風冷骨料，加冰拌合;運輸過程中設遮陽蓬，控制溫度回升;埋管通制冷水，表面保溫等。③施工期溫度監測手段準確合理。施工期壩體混凝土溫度監測一般采用溫度計和光纖光纜測溫。④高標準、嚴要求，溫控措施實施管理水平高。

本文主要依據上述特點對當前混凝土壩(除特殊地區、特殊大壩外)溫控防裂技術作了簡單的概括和探討。

2.溫控防裂綜合措施

綜合目前國內已建和在建的水利水電工程，混凝土壩溫控防裂主要反映在壩體分縫分塊、混凝土原材料優化和施工階段防裂措施三個方面，具體分析如下。

(1)選擇合理壩型及合理的分縫分塊。

工程實踐經驗證明，大壩混凝土結構裂縫，絕大部分與溫度應力有關，壩型選擇時應考慮溫度對不同大壩壩型的影響，盡量根據壩址氣溫條件，選擇有利于大壩防裂的壩型，如寒冷、日溫差較大地區不宜修建薄拱壩，拱壩防裂關鍵問題之一就是防止表面裂縫，薄拱壩受外界氣溫影響較大，容易產生裂縫。另外，混凝土壩應進行合理的分縫分塊，分縫一般以橫縫和縱縫為主，分縫分塊應考慮壩址氣候條件、壩體結構與施工水平，并應進行有限元溫度應力的敏感性分析及溫控仿真分析。根據已有工程經驗，橫縫一般以20m左右為宜，縱縫以30m—50m為宜，縫面宜采用直縫。國內典型工程壩體分縫見表1。

(2)混凝土原材料優化。

①提高混凝土自身抗裂能力

混凝土自身抗裂能力的影響因素有干縮變形、自身體積變形、極限拉伸值、抗拉強度、彈性模量、水化熱溫升、施工均質性指標、強度保證率與骨料的線膨脹系數等，綜合各因素與混凝土抗裂能力的關系見表2，國內典型工程混凝土施工配合比見表3。

表2 混凝土抗裂能力與其影響因素關系表

表3 國內典型工程混凝土施工配合比

②控制混凝土水化熱

采用發熱量較低的水泥和減少單位水泥用量是降低混凝土水化熱的最有效措施。在當前水電工程中，減少單位水泥用量主要措施有改善骨料級配、采用低流態混凝土、摻粉煤灰和采用減水緩凝型外加劑。目前大壩混凝土單位水泥用量與上世紀八九十年代相比(參見表4)，單位水泥用量減少了30kg/m3左右，相應粉煤灰摻量提高了15kg/m3左右。

表4 國內典型工程混凝土材料水泥用量對比表

③控制混凝土自身體積變形

混凝土自身體積變形有收縮和膨脹，一般情況下膨脹作為混凝土抗裂能力的安全儲備，但混凝土自變為收縮時，溫控計算應考慮這一因素，在自變收縮較大情況，應優化混凝土性能，盡量采用微膨脹性混凝土(補償收縮混凝土)。目前采用推廣的微膨脹混凝土有兩種，即摻MgO混凝土或摻膨脹水泥混凝土。水利水電工程中一般在消力池、溢流面、大壩基礎、深槽及堵頭等部位采用補償收縮混凝土，且摻量一般為3%—5%，國內水電工程摻MgO實例見表5。

表5 國內水電工程采用補償收縮混凝土實例表

(3)施工防裂控制措施。

①合理安排施工程序及施工進度

合理地安排施工程序及施工進度是防止基礎貫穿裂縫、減少表面裂縫的主要措施之一。根據大壩混凝土溫度應力分布特點，基礎部位混凝土盡量安排在低溫季節施工，并不應出現薄層長間歇，而應在設計的間歇期內連續均勻上升。目前工程中影響基礎部位混凝土連續薄層上升的因素主要有固結灌漿和施工組織兩個方面，因此，合理地安排固灌和澆筑倉面的關系也是溫控防裂的重點之一。另外，各壩段、壩塊應在允許的高差下同步上升，避免出現過大的高差。

②控制壩體最高溫度

控制壩體最高溫度是壩體防裂關鍵技術之一，其控制措施主要有控制出機口溫度、減少混凝土運輸過程中溫度回升、通水冷卻與表面養護等。目前水利水電工程中，常態混凝土出機口溫度可控制在7℃左右，在混凝土運輸過程中一般采用遮陽棚保溫，通水冷卻水溫一般為8—10℃，流量為25—30L/min，表面養護采用流水或灑水養護。國內典型水電工程大壩基礎混凝土允許最高溫度統計見表6。

表6 國內典型水電工程大壩基礎部位混凝土允許最高溫度表

注:各工程大壩混凝土允許最高溫度均取較嚴部位。

③表面保護

實踐經驗證明，大體積混凝土所產生的裂縫大部分為表面裂縫，引起表面裂縫的原因主要是干縮和溫度應力。干縮裂縫的主要靠養護消除，氣溫驟降、溫差變化一般發生在低溫季節，氣溫驟降、溫差變化引起的溫度應力主要靠表面保護解決。表面保護一般在秋、冬季節交替之時和冬季進行，當前水電工程中表面保溫材料一般選用聚乙烯泡沫卷材和苯板。國內典型水電工程采用保溫材料及厚度統計見表7。

表7 國內典型水電工程采用保溫材料及厚度統計表

3.溫控技術發展探討

(1)混凝土原材料、配合比的研究。

從二十世紀七十年代的100m混凝土壩到現在的300m級混凝土壩，大壩混凝土材料技術取得了已經取得了一定的成就。目前我國水電開發逐漸邁向西北、西南等地質條件復雜、氣候條件惡劣的地區，對于混凝土及原材料又提出了新的課題。為保證我國水電資源的可持續性發展，應發動全行業技術力量，提早進行惡劣條件下的混凝土及原材料的研究。

(2)仿真系統與施工監測系統的擬合。

目前我國各科研單位都具備溫控仿真分析的條件，計算理論和程序模式都相差不大，但缺乏理論與實際的結合。目前溫控仿真分析主要在前期設計時進行，很少進行施工階段跟蹤反饋分析，且沒有跟施工期監測相掛鉤。混凝土溫控防裂應形成一套統一的系統，更具數字化控制與統計，使其能夠進行前期設計分析、現場預測、預警、復核及反饋分析等。

(3)出機口溫度、溫控標準簡化。

溫控設計時，出機口溫度、溫控標準應簡化。對大壩混凝土應設計兩種出機口溫度，即基礎約束區部位和脫離約束區，不宜設計過多出機口溫度標準，出機口溫度標準設計過多，會造成施工控制復雜、進度緩慢、影響施工質量等問題。另外，溫控標準也應進行適當簡化，不宜針對每個壩段提出相應的溫控標準，應根據大壩各壩段邊界條件相似性，制定統一溫控標準，如混凝土重力壩，提出河床壩段、岸坡壩段和特殊部位標準即可，溫控標準按最嚴部位(壩段)實施。由于受混凝土系統和溫控措施限制，即使針對不同壩段提出不同溫控標準，施工時也基本都是按統一標準實施的。

(4)增加溫控基本措施試驗。

目前水電工程中的現場混凝土試驗基本都沒有進行溫控防裂措施的前期試驗工作，應增加此部分試驗工作。混凝土澆筑前期可根據設計溫控標準與推薦溫控措施，進行溫控措施試驗，以便更好地指導混凝土施工，避免混凝土施工時溫控措施選用的盲目性。

參考文獻:

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