低溫條件下碾壓混凝土筑壩技術

羅小剛 田四海 紀德林

(江蘇淮源工程建設監理有限公司, 江蘇 淮安 223001)

低溫條件下碾壓混凝土筑壩技術

羅小剛 田四海 紀德林

(江蘇淮源工程建設監理有限公司, 江蘇 淮安 223001)

本文針對低溫條件下碾壓混凝土筑壩技術展開研究。首先梳理分析低溫條件下壩體溫度控制及防裂特性，其次對中國低溫條件下碾壓混凝土筑壩方面取得的突破性技術進行總結，最后探究在低溫地區碾壓混凝土筑壩施工過程中遇到的難題，并指出未來低溫地區推行碾壓混凝土筑壩技術應該著重發展的方向及相關技術攻研方向。系統介紹低溫條件下碾壓混凝土筑壩技術施工中的難點、注意事項，為其后續研究提供思路，為實踐應用提供理論依據。

低溫條件； 碾壓混凝土筑壩； 溫控防裂； 永久保溫

1 引 言

碾壓混凝土筑壩技術自20世紀開始，各相關學者開始關注，展開廣泛研究。中國在碾壓混凝土筑壩技術取得很大成就，尤其是在碾壓混凝土材料熱力學性能、施工工藝、壩體分縫、溫控防裂等方面。多處水利施工受到期限限制，在低溫條件下施工概率逐漸增大。研究低溫條件下碾壓混凝土筑壩技術，為未來施工提供理論參考。

中國相關水利施工者就嚴寒地區碾壓混凝土筑壩技術及后期溫控防裂方面做出很大努力。申茂夏[1]等人重點歸納總結中國30多年碾壓混凝土筑壩技術取得成就，涉及混凝土配合比、大壩澆筑入倉手段、填筑工藝、層面控制、溫控防裂、壩體防滲等方面進展。涂懷健[2]等人結合碾壓混凝土筑壩技術方面的新工藝新進展，重點研究碾壓混凝土材料、壩體防滲、壩體分縫、入倉工藝、模板和施工工藝的突破。楊海嬌[3]借助ANSYS有限元軟件，針對筑壩施工期間、施工周圍因素的影響，仿真幾種溫控措施對碾壓混凝土拱壩的具體效果，分析各種措施的優缺點。孫啟冀[4]運用ANSYS 平臺探究寒冷干旱地區碾壓混凝土重力壩施工期、投入使用期溫度場和溫度徐變應力場時空分布規律，并提出相應溫控防裂措施。鄧銘江[5]針對嚴寒地區的碾壓混凝土壩澆筑及后期養護進行研究，提出施工中及溫控防護中的問題，并提出相應建議。鐘登華[6]等人借助系統仿真技術、實時監控技術、數據庫技術和可視化技術，對碾壓混凝土壩倉面施工展開研究，建立相應仿真模型，對施工進度實時掌握。

本文針對低溫條件下碾壓混凝土筑壩技術展開研究。首先梳理分析低溫條件下壩體溫度控制及防裂特性，其次總結中國在低溫條件下碾壓混凝土筑壩方面取得技術突破，最后探究在低溫地區碾壓混凝土筑壩施工過程中遇到的難題(層間有效結合問題、壩體冷卻水管二次降溫問題、施工溫度控制及后期養護溫度把控問題)。指出未來低溫地區推行碾壓混凝土筑壩技術應該著重發展的方向及相關技術，為其后續研究提供思路，為實踐應用提供理論依據。

2 低溫條件下壩體溫度控制及防裂特性

在中國部分地區由于氣候條件惡劣，冬季低溫寒潮，夏季干燥少雨，春秋季節大風，晝夜溫差大，凍融循環現象明顯，溫控防裂是低溫條件下壩體的關鍵點。國內外在低溫條件下修筑的著名碾壓混凝土壩體見下表。

國內外低溫條件下修筑的碾壓混凝土壩表

近幾年，中國西部水利施工建設者對低溫條件下碾壓混凝土筑壩技術展開研究，其主要關注點在壩體結構研究、混凝土配合比、溫控保溫等方面。在低溫條件下碾壓混凝土壩溫控防裂尤為重要，其難處主要體現在如下兩個方面：?在低溫條件下不利于防裂，主要是基礎溫差低，上下層溫差、壩體內外溫差大造成的；?壩體在低溫條件下，對保溫材料的性能提出很高的要求，施工單位考慮保溫成本必須選用耐久性好、價格低的保溫材料。

3 已經取得成功技術

中國對于低溫條件下碾壓混凝土筑壩技術方面取得一定成果，并應用于實踐，主要表現在如下三個方面：

a.適當外摻石灰石粉及粉煤灰在低溫條件下碾壓混凝土筑壩取得成效。在相關學者對石灰石粉、粉煤灰等礦物外摻料對碾壓混凝土的抗壓性能、抗滲性能等通過大量試驗進行系統研究，同時設定其碾壓混凝土的配合比變化范圍，不僅提升施工進度，而且大幅度降低施工成本。合理運用雙摻礦料，甚至三摻礦料，應用到新疆筑建KLSK壩體施工中，取得良好施工效果。

b.構建柔性拱，這種新壩型適用于各種軟弱地基上采用碾壓混凝土筑壩技術施工，其結構是雙曲薄壁拱壩。在低溫地區澆筑薄壁碾壓混凝土拱壩，尤其是在軟地基條件下，會增大壩體結構所承受的重力，極易造成壩體失穩，甚至坍塌。為了優化壩體受力情況，最新研究出來的方法是設置壩體應力釋放結構——構建雙曲薄壁柔性拱壩。在石門子水利施工中得到有效應用，現在投入使用，壩體良好。

c.低溫條件下，混凝土溫度場變化規律探究，保溫技術研究及運用。通過大量試驗樣本分析及理論探討，擬合構造低溫條件下碾壓混凝土溫度場變化規律的數學計算公式，提出溫控溫度范圍，為保溫技術研究提供了參考。在新疆筑建KLSK壩體施工中得到有效運用，后期溫度監控數據表明，壩體溫度恒定，保溫技術良好。

4 存在的問題

4.1 難點探討

a.低溫地區層間結合問題。在低溫地區進行水利施工中，尤其是壩體澆筑期間，為了保證施工質量，常常會選擇停工處理。停工期間，即使做好相應的保溫等措施，當再次進行澆筑時，層間結合性達不到理想效果，壩體開裂現象時有發生。

b.壩體內冷卻水管二次降溫。在低溫地區，碾壓混凝土壩為了對混凝土水化熱實施消峰與降低壩體溫度，常常選用鋪設冷卻水管。在冬季低溫條件下，冷卻水管對壩體內部溫度的下降不是很理想。所以對于壩體內鋪設冷卻水管仍需考證或者相應的鋪設方式，并且通水時機、水溫范圍等相關參數仍需進一步標定分析。

c.施工溫度不宜控制。在施工工程中，常常施工年限較長，經歷春夏秋冬四季。在實踐中，常根據經驗或者人體感官判斷溫度高低，采取保溫、降溫措施。但其采取措施的時機常滯后或提前，導致整個壩體溫度變化較大，壩體開裂現象時有發生。

d.后期養護溫度不宜控制。碾壓混凝土壩體后期養護中，永久保溫問題是主要需要解決的問題。現在常用的保溫材料抗老化能力、抗冰凍性能、粘貼牢固性都較低，后期維護成本高，不利于后期養護溫度的控制。

4.2 施工技術研究

4.2.1 礦物外摻料對碾壓混凝土的耐久性影響

近幾年礦物外摻料在碾壓混凝土壩中逐漸被應用，并取得一定的效果，尤其對層間抗壓性、防滲性有很好的改善。但由于國內碾壓混凝土壩的建設較晚，真正投入時間期限較短，在低溫環境下外摻礦物料對碾壓混凝土壩的耐久性不能僅通過試驗來獲得，必須加強后期性能跟蹤測試。除此之外，在超低溫條件下碾壓混凝土壩施工，礦物外摻料的性能是否能夠維持穩定也是后期關注的問題。

4.2.2 基礎溫差控制標準的適用性

在大壩建成后，一般在低溫條件下應進行永久保溫。大壩后期投入使用中壩體混凝土降溫是一個緩慢溫和的過程。在低溫地區碾壓混凝土壩基礎溫差允許適當放寬，但在各個不同低溫范圍內具體其合適的溫差允許范圍仍需大量試驗及實踐跟蹤測定來確定明確的計算方法。

4.2.3 低溫條件下碾壓混凝土壩型的成本考慮

在常年低溫或者全年溫差很大的地區選用碾壓混凝土壩一直存在反對意見，其主要是與傳統的混凝土面板壩、瀝青混凝土壩對比，碾壓混凝土壩不僅施工成本高，而且在后期投入使用中永久保溫成本也需要大量的資金投入。在常年低溫地區推行碾壓混凝土壩首要問題是大幅度降低施工成本及后期運營成本。

4.2.4 筑壩技術的數字化、智慧化

自進入21世紀以來，科技發展迅速，尤其是物聯網、互聯網、計算機仿真技術、云計算、大數據等高新技術的推廣，必將促進中國施工建設技術的革新。在水利施工方面，大壩建設的發展前景逐漸向數字化、智慧化發展，尤其在施工管理過程及后期運營服務方面。所以今后水利施工建設及科研工作者應加強數字化、智慧化大壩建設的基礎理論、關鍵技術與管理運行體系等方面的學習與研究，并不斷嘗試應用于實踐中。

5 結 論

本文針對低溫條件下碾壓混凝土筑壩技術展開研究。首先梳理分析低溫條件下壩體溫度控制及防裂特性，其次對中國在低溫條件下碾壓混凝土筑壩方面取得技術突破進行總結，最后探究在低溫地區碾壓混凝土筑壩施工過程中遇到的難題，并且指出未來低溫地區推行碾壓混凝土筑壩技術應該著重發展的方向及相關技術。系統介紹低溫條件下碾壓混凝土筑壩技術施工中的難點、注意事項，為其后續研究提供思路，為實踐應用提供理論依據。

[1] 申茂夏,吳旭,黃巍,等.碾壓混凝土筑壩技術[J].水利水電施工,2006(4):69-78.

[2] 涂懷健,黃巍.碾壓混凝土筑壩施工技術綜述[J].水利學報,2007(S1):36-42.

[3] 楊海嬌.碾壓混凝土拱壩溫控仿真研究[D].楊凌：西北農林科技大學,2014.

[4] 孫啟冀.寒冷干旱地區高碾壓混凝土壩溫控防裂研究[D].烏魯木齊:新疆農業大學,2014.

[5] 鄧銘江.嚴寒地區碾壓混凝土筑壩技術及工程實踐[J].水力發電學報,2016(9):111-120.

[6] 鐘登華,張元坤,吳斌平，等.基于實時監控的碾壓混凝土壩倉面施工仿真可視化分析[J].河海大學學報(自然科學版),2016(5):377-385.

RCC dam building technique at low temperature

LUO Xiaogang, TIAN Sihai, JI Delin

(Jiangsu Huaiyuan Engineering Construction Supervision Co., Ltd., Huai’an 223001, China)

In the paper, RCC dam building technique at low temperature is studied. Firstly, dam temperature control and anti-cracking features at low temperature are sorted and analyzed. Secondly, the breakthrough technologies of RCC dam building at low temperature in China are summarized. Finally, difficulties in the RCC dam building process at low temperature regions are explored. Main development direction and related technology research direction of RCC dam building technique at low temperature regions in the future are proposed. Difficulties and precautions in RCC dam building technique construction at low temperature are introduced systematically, thereby providing thoughts for future studies, and theoretical basis for practice application.

low temperature conditions; RCC dam building; temperature control anti-cracking; permanent heat preservation

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.08.007

TV642.2

B

1005-4774(2017)08- 0023- 03