高海拔高寒地區混凝土溫控防裂設計分析

李生才

摘 要：對高海拔高寒地區混凝土溫控防裂設計進行探究。具體是在概述高海拔高寒區域氣候特點的基礎上，對該類型地域混凝土溫控特點與要點進行論述，最后對高海拔高寒地區混凝土溫控防裂設計具體內容進行探究。希望在相關設計方案的協助下，高海拔高寒地區水電站工程混凝土大壩建設質量有所提升。

關鍵詞：高海拔高寒地區 混凝土 水電站工程 溫控防裂技術

中圖分類號：TU755 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（c）-0041-02

大規模混凝土結構在溫度的作用下，經常會有裂縫現象出現，這也是溫控防裂技術演變成混凝土筑壩過程中主要技術類型之一。新時期下國內水電站已在四川、西藏等高海拔地域有所建設，藏木水電站、加查水電站均是典型代表。高海拔區域對混凝土堤壩溫度設計與施工工藝提出新興標準。積極對惡劣氣候中混凝土溫控規定、溫控防裂技術進行探究是極為必要的。基于此本文做出如下論述內容。

1 高海拔高寒地區氣候特點

一是年平均氣溫與海拔高度存在一定的關系，具體是指平均溫度越高海拔越低，一年中低溫時間較長且氣溫多數在較低水平上，一年中0℃以上氣溫天數不到百天；年平均河道水溫度伴隨著隨海拔提高二降低，部分地段河流冬季有100d以上是冰凍期[1]。

二是與低海拔地區氣溫年差較大的情況存在反差，具體使指高海拔地段的氣溫年較差（一年中最高月平均氣溫與最低月平均氣溫兩者的差值）伴隨著海拔上升而有不同程度的減縮；河道水溫年較差也與上述情況一致。

三是太陽輻射強度和海拔高度之間存在正比例關系，所以，伴隨海拔高度的上升，晝夜溫差值也隨之變大。通常情況下，水電站運行期上游年均庫水溫度要小于年均氣溫，但是在高海拔區域狀況存在反差。

2 高海拔地區混凝土溫度控制的特點及關鍵

混凝土的溫度應力水平高低，與約束、材料性能和溫差3個因素有關。

高海拔高寒區域混凝土結構溫度管控有如下特征：一是從約束視域分析國內已經建成、正在建設或計劃建設的高海拔區域混凝大壩中，有很多壩址以堅固的花崗巖為主導，巖體致密性等同，地基彈性模量較大，致使對混凝土壩體產生較大的束縛。二是從材料的視域出發。高海拔地區鞏固壩體環節中通常選用抗凍標號較高的混凝土，水泥投入量較大，水化熱產出量也相對較高，對管控混凝土溫度造成一定的負面影響，此外基于高海拔區域混凝土初期強度發展較遲緩，所以，水電站工程建設期間應該對初期溫度應力進行嚴格把關。三是從溫差的視域分析。高海拔地區氣溫相對較低，所以，大壩（準）穩定溫度場水平低也是必然的事實，致使基礎溫差的初始點低，難以管控，并且高海拔地區冬季漫長，施工中冬季停工對混凝土上下層結構造成的溫差隱患將加大。

當對高海拔高寒區域水電站工程堤壩混凝土結構特征有一定認識以后，應該深度探究混凝土溫度管控的要點：一是從結構約束的視域出發，高海拔地域混凝土壩澆筑塊的最大規格最好小于60m，橫縫距離低于5m，相應混凝土壩最高值低于150m；二是從材料性能視域分析，最好選用碾壓混凝土（重力壩），在骨料的選取上最好選擇線膨脹系數較低的灰巖，同時研究微膨脹混凝土筑壩技術在高海拔地區的使用效果；三是當混凝土壩結構與材料明確以后，可以把多樣化對策整合在一起以達到減縮混凝土的溫差（基礎溫差、內外溫差和上下層溫差）的目標。四是對于高海拔地區冬季是否停工的問題，應對工程項目性質有全面認識的基礎上在做決定。若確定要連續施工，最好應用以暖棚法為主導的綜合蓄熱法。

3 高海拔高寒地區混凝土溫控防裂設計分析

3.1 基礎溫差和溫度控制標準

水電站大壩關鍵性的溫度邊界條件為水庫水溫，它也影響著大壩溫度應力大小與溫度控制水平，上游水庫水溫排布情況對大壩運行期穩定溫度場運行狀況產生一定影響，水庫的形態、水文氣象狀況、水庫運轉狀況以及水庫原始儲水條件等因素均會影響水庫水溫[2]。對藏木水電站混凝土大壩溫控設計過程中，通常應用水庫水溫數值預測方法，對電站運行期壩前水庫水溫排布情況有一定的預測，將其設置為邊界條件，測算大壩穩定溫度場，以此為依據，使堤壩的接縫灌漿溫度、基礎溫差和與最高溫度管控標準明確化。

3.2 混凝土大壩表層保溫措施

敏感性分析表面維護可以被視為高海拔高寒區域混凝土溫度管控的首選對策，具體是減縮結構內外溫差，從而實現規避裂痕現象的目標。藏木大壩表層養護對策研討進程中，發現強化混凝土結構表層保溫力度舉措的實施有助于提升大壩混凝土表面的溫度，壓縮內外溫差數值，最終實現大幅度降低混凝土表層應力的目標。基于藏木區域晝夜溫差大這一實況，所以，對于水電站工程基礎強制約地段、高溫季節澆筑的混凝土位置、孔口區域與施工構造等關鍵性位置，盡量增大表層保溫力度，借此途徑實現提升表層混凝土的抗裂安全系數，壓縮裂縫問題出現概率的共性目標。

3.3 溫度控制措施

參照高海拔地區混凝土溫度管控要點與藏木地區氣候特征，混凝土重力壩建設進程中溫度裂縫控制對策有以下幾種類型。

一是科學分縫分塊。一般情況下壩段橫縫間距低于20m。混凝土結構澆筑期間，在（壩）適當方位打通一縱縫，使得澆筑塊規則最大數值低于55m。

二是對澆筑溫度中重點把關。對高海拔區域混凝土結構澆筑溫度管控工作而言，側重點在于冬季使其表皮溫度高于5℃～6℃。春秋季經常會使用自然入倉方法，夏季溫度在14℃～16℃范疇內取值。

三是通水冷卻。通水冷卻布置原理可以做出如下闡述：一是面對大壩需進行接縫灌漿位置（涵蓋縱縫頂端上方9m）的混凝土，均需安置冷卻水管；二是對于大壩沒有接縫灌漿的位置，3月中旬至10月澆筑的約束地段混凝土需安設管，其他時段可參照具體實況決定是否安裝冷卻水管。

四是表層保養。眾所周知藏木壩區域常年晝夜溫差較大，混凝土結構澆筑進程中應長期使用保溫材料對其結構完整性進行保養[3]。具體內容如下：（1）低溫時節（11月至次年3月上旬）澆筑混凝土，應用鋼模板內貼保溫材料，并將保溫材質粘貼在鋼模板外端、固定，使混凝土表面放熱系數低于6.30kJ/m·h℃，模具拆除以后，內貼保溫材料不從混凝土表面去除；（2）其他節氣，均應用鋼模板外貼保溫材料；（3）掌握天氣預報信息，備足遮蓋防雨布；（4）備好作業面振搗器連接電源箱及夜間施工電源，以及插入式振搗棒。

4 結語

綜合全文論述的內容，了解到高海拔區域混凝土溫度控制的常用方法為降低澆筑溫度、通水冷卻和表面保護等。施工人員在實踐中應該不斷總結經驗，從而使高海拔區域水電站工程建設質量有所保障。

參考文獻

[1] 徐佰林，練迪，黃耀英，等.基于基礎容許溫差的高寒地區大體積混凝土溫控措施研究[J].中國農村水利水電，2014（4）：129-131，136.

[2] 劉俊，李紅葉，黃瑋，等.基于溫控防裂的西藏高寒地區摻石灰石粉混凝土應用研究[J].水電站設計，2016（4）：55-58，67.

[3] 王曉峰，王洪軍，王飛，等.果多水電站大壩碾壓混凝土溫控防裂措施[J].紅水河，2016（4）：6-11.