青山水庫溢洪道混凝土溫控防裂措施

楊 林

（葫蘆島市青山水庫工程建設管理局，遼寧葫蘆島125000）

青山水庫溢洪道混凝土溫控防裂措施

楊 林

（葫蘆島市青山水庫工程建設管理局，遼寧葫蘆島125000）

青山水庫位于遼寧省葫蘆島市，是一座以防洪供水為主綜合利用的大（2）型水利工程。其溢洪道閘墩及底板等屬于大體積混凝土，本文主要介紹其混凝土設計及針對大體積混凝土所采取的溫控防裂措施，旨在為本工程建設提供理論依據，為同類工程建設提供參考與借鑒。

溢洪道；混凝土；溫控；防裂

1 基本概況

青山水庫工程最大庫容6.61億m3。溢洪道位于主壩右岸，距壩頭約350m的一天然山溝內。溢洪道工程包括進口引渠、堰體控制段、陡槽及出口明渠段和出口防護工程五部分組成。我國在《普通混凝土配合比設計規范》（J G J/T 55）中對大體積混凝土的定義為“混凝土結構物中實體最小尺寸不小于或等于1m，或易引起裂縫的混凝土”。本工程溢洪道的閘墩、閘底板、上游翼墻等均為大體積混凝土。

2 溢洪道布置

為改善溢洪道進出口水流條件及減少開挖量，溢洪道軸線選在進出口山溝的中線，堰體段布置在埡口最窄處，最大開挖深度21.4m，開挖巖石大部分為強風化巖及粘土夾碎石。溢洪道的軸線在平面圖上如下布置∶進口引渠為半徑500m的轉彎段及直線明挖段，與控制段相連，控制段下游側與60m長陡槽襯砌段相連，其后為半徑等于500m圓弧及直線明挖段。

3 溢洪道混凝土設計

混凝土強度等級及齡期采用28d齡期的設計強度。

抗滲等級。混凝土抗滲等級采用W6。

抗凍等級。本壩址最冷月平均氣溫-7.7℃，低于-3℃，高于-10℃，屬寒冷地區。對混凝土提出如下抗凍等級要求∶上游鋪蓋、上游導墻、箱型混凝土、閘墩、閘底板、下游陡槽、下游護坡抗凍等級定為F 200。

混凝土的抗沖刷要求。為減少本工程泄洪設施高速水流對混凝土的沖刷磨損，對閘墩、閘底板采用高強度等級的抗沖耐磨混凝土。

抗侵蝕性。根據壩區河水水質分析成果的結論，用河水對各種水泥拌合成的水工建筑物混凝土，均無一般性溶出性、酸性、碳酸性等侵蝕性。

混凝土配合比。本工程溢洪道混凝土包括以下部分∶閘墩、閘底板、上游翼墻、上游鋪蓋、上游護坡、下游陡槽、下游護坡，溢洪道的不同部位，不同的工作條件，要求采用不同特性的混凝土；混凝土應滿足強度、抗滲、抗凍、抗侵蝕、抗沖刷、低熱、抗裂等性能的要求。考慮上述條件，通過工程類比確定不同部位混凝土配合比及分區混凝土設計指標要求，詳見表1與表2。

表1 混凝土的設計指標要求及使用部位

表2 不同部位混凝土配合比建議值

4 大體積混凝土產生裂縫的主要原因

4.1水泥水化熱

大體積混凝土結構斷面較厚，表面系數相對較小，而水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量，發生的熱量聚集在結構內部不易散失。這樣混凝土內部的水化熱無法及時發散出去，越積越高，使內外溫差增大。混凝土單位體積中水泥品種和水泥用量決定單位時間混凝土釋放的水泥水化熱，并隨混凝土的齡期的增長而增長。由于混凝土結構表面可以自然冷卻，混凝土內部的最高溫度主要是在澆筑后的最初3～5d。

4.2混凝土收縮

水分的蒸發是混凝土體積收縮的主要原因，混凝土水泥硬化需要約20%的水分，別外80%的水分都是要蒸發的。如果混凝土失水收縮后，再使混凝土處于水飽和狀態，還可以恢復膨脹并達到原有的體積。混凝土養護期間干濕交替的環境會引起混凝土體積的反復變化。同時，混凝土配合比、水泥品種、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝等對混凝土收縮有重要的影響。

4.3外界氣溫變化

施工階段的大體積混凝土，澆筑溫度隨著外界氣溫改變而變化。特別是氣溫突然降低，內外層混凝土溫差就會大增，這對大體積混凝土是十分不利的。溫差引起溫度變形造成了溫度應力，溫度應力隨著溫差變大而變大。同時，在高溫條件下，混凝土內部的最高溫度可達到60～65℃，延續時間較長，而且大體積混凝土極其不易散熱。因此，應采取控制溫度措施，防止因內外溫度變化引起混凝土的溫度應力增大。

5 溫度控制及防裂措施

5.1溫度控制標準

（1）基礎溫差的選定

基礎溫差的概念是指建基面0.4L（L為澆筑塊長邊尺寸）高度范圍內，基礎約束區內混凝土的最高溫度和該部位穩定溫度之差。根據本工程的具體情況，選定了閘室段的基礎約束區混凝土允許溫差為0～0.2L（6.2m）高度范圍為17℃，＞0.2L（6.2m）高度范圍為20℃。根據青山水庫當地的氣象資料，工程所在地多年平均氣溫為8～9℃，在計算中可以取多年平均氣溫作為穩定溫度，所以本工程基礎區的穩定溫度取為8℃。根據選定的基礎允許溫差和穩定溫度，經計算，約束區內混凝土最高允許溫度∶0～0.2L（6.2m）高度范圍為25℃，＞0.2L（6.2m）高度范圍為28℃。

（2）上下層溫差控制

結合本工程的實際情況，確定混凝土面上下層溫差不能超過17℃。

（3）越冬面混凝土保溫標準

本工程所在地區最冷月平均氣溫為-7.7℃，為寒冷地區。工程當地多年平均氣溫為8～9℃，晝夜溫差浮動很大，氣溫年內變幅也較大。致使混凝土表面裂縫的主要原因是較大的內表溫差，為控制混凝土內表溫差，減少混凝土表面裂縫，必須對混凝土表面進行保溫的防護。保溫材料厚度計算按照以下公式進行∶

式中∶h—保溫材料厚度，m；

λs—保溫材料導熱系數，kJ/m·h·℃；

β0—不保溫時混凝土表面放熱系數，kJ/m2· h·℃；

k1—風速修正系數；

k2—潮濕程度修正系數，潮濕材料取3～5，干燥材料取1，這里取1。

根據上述公式進行保溫層厚度計算，計算結果為∶苯板47m m，棉被75m m，草墊子177m m。從計算結果得知，所需保溫材料厚度還是比較薄。從遼寧省的施工經驗看，所采用的保溫材料厚度對抗裂要求不能夠完全滿足。所以，為確保水庫溢洪道的過冬安全，同時參照其他工程經驗，本階段保溫材料厚度標準采用100m m厚苯板。

5.2溫度控制及防裂措施

對大體積混凝土選用水化熱較低的低熱水泥，外摻適當比例粉煤灰，用以降低混凝土的水化熱溫升。在混凝土拌合過程中采取以下工程措施∶4℃冷水拌合混凝土；加冰屑拌合混凝土；用風冷粗骨料。在混凝土配合比設計中，對閘墩、底板、上游翼墻、上游鋪蓋、等混凝土采用了三級配，最大骨料粒經為80m m，可有效降低混凝土的絕熱溫升。混凝土表面流水養生，可降低混凝土最高溫度，同時減少混凝土干縮應力和裂縫。在施工過程中必須合理安排工期，宜安排低溫季節澆筑基礎約束區混凝土，基礎約束區應短間歇均勻上升，不能出現薄層長間歇的狀況。高溫季節可利用夜間澆筑，冬季時節澆筑混凝土時，應嚴格按照冬季施工要求進行；施工中必須嚴格控制層間間歇期和澆筑層厚，在基礎約束區部位控制混凝土澆筑層厚不超過1.0m，層間間歇控制在7d左右，如長時間間歇，應做好表面保護，加強養生；高溫季節施工時，在新澆的混凝土達到終凝后，應采取對整個倉面進行薄層流水養生的措施，可有效降低壩體混凝土溫度。在施工完成后的第一個冬季，混凝土過冬期間，應嚴格按照設計提出的保溫標準進行混凝土表面防護，有條件的部位應進行長期保溫。經后期觀測表明效果顯著。

6 結語

通過對青山水庫溢洪道混凝土設計與溫度控制及防裂措施的詳細分析，混凝土設計能夠滿足施工要求，并且為水庫溢洪道修建提供了可靠數據依據，混凝土設計與溫度控制及防裂措施在工程建設中切實可行。

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T V 431

：B

：1672-2469（2016）05-0086-03

D0I∶10.3969/j.i s s n.1672-2469.2016.05.032

2015-01-26

楊 林（1973年—），男，高級工程師。