雙曲拱壩與碾壓混凝土組合施工技術的應用分析

摘""要：以論述雙曲拱壩與碾壓混凝土組合施工技術的應用為目的，結合實際工程案例，從施工準備、拱壩施工、碾壓混凝土施工、地基處理等幾個方面分析闡述了具體的工藝過程。重點分析了如何進行材料的選擇，并基于材料力學、壓實理論、防滲等技術提高結構穩定性，有效控制溫度裂縫問題，保證工程整體質量，以期為后續大型水利工程的施工與應用提供新的建議。

關鍵詞：雙曲拱壩""碾壓混凝土""優化設計""組合施工技術

中圖分類號：TV544.921

Application"of"Combined"Construction"Technology"of"Hyperbolic"Arch"Dam"and"Roller"Compacted"Concrete

YANG"Hao

Xinjiang"Herun"Hydraulic"New"Technology"Co.，"Ltd.，"Urumqi，"Xinjiang"Uyghur"Autonomous"Region，"830000"China

Abstract："With"the"purpose"of"discussing"the"application"of"the"combined"construction"technology"of"hyperbolic"arch"dam"and"roller"compacted"concrete，"and"combining"practical"engineering"cases，"this"article"analyzes"and"expounds"the"specific"process"from"several"aspects"such"as"construction"preparation，"roller"compacted"concrete"technology，"arch"dam"construction，"and"foundation"treatment."It"focuses"on"analyzing"how"to"select"materials，"and"based"on"technologies"such"as"material"mechanics，"compaction"theory，"and"anti-seepage，"it"improves"structural"stability，"effectively"controls"temperature"cracking"problems，"and"ensures"overall"project"quality，"hoping"to"provide"new"suggestions"for"the"construction"and"application"of"large-scale"water"conservancy"projects"in"the"future.

Key"Words："Hyperbolic"arch"dam;"Roller"compacted"concrete;"Optimize"design;"Combination"construction"technology

雙曲拱壩與碾壓混凝土組合施工技術在大型水利工程中的應用日益廣泛。前人研究主要集中在3個方面：一是拱壩體型優化設計，如楊博等人[1]提出的體型誤差自動化獲取方案；二是碾壓混凝土材料性能改進，如張鵬[2]對超高拱壩應力進行了有限元復核分析；三是溫度控制和防滲技術，如馬富強等人[3]深入研究了高碾壓混凝土拱壩裂縫成因及處理方法。然而，復雜地質條件下的施工質量控制和結構穩定性問題仍需深入探討。本研究以實際工程為例，探討該技術在施工準備、拱壩施工、碾壓混凝土施工及地基處理等環節的應用。研究結果表明，通過優化設計和精細化施工，可有效提高工程質量和結構穩定性。這一研究對于提升大型水利工程施工技術水平具有重要意義，為未來更復雜地質條件下的水利工程建設提供了新的思路和技術支持。

1""工程概況

本工程位于復雜地質條件下，采用雙曲拱壩與碾壓混凝土組合施工技術。拱壩軸線全長230"m，最大壩高85"m，壩體厚度從壩頂3"m逐漸增至壩基30"m。大壩總庫容為6"284萬m3，年發電量約5"137.6"kW·h。施工中嚴格控制碾壓層厚度和速度以保證混凝土密實度。溫控設計結合工程實際，壩頂封拱溫度設為18"℃，中部逐步降至17"℃，壩基為16"℃，通過冷卻水管和分層澆筑控制內外溫差，有效防止溫度裂縫，確保壩體安全與耐久性。

2""雙曲拱壩與碾壓混凝土組合施工技術

2.1""施工準備

針對拱壩體型的選擇與優化設計，拱壩體型設計基于詳細的地質勘察與水力分析，結合實際工程需求進行優化。首先，利用三維地質模型確定巖基承載力和地應力分布，明確斷層及裂隙的位置，并通過水力模型精確計算各高程段的水壓力。針對這些數據，使用ANSYS進行有限元分析，對不同曲率半徑與厚度方案進行受力模擬。在優化設計中，壩頂曲率半徑定為200"m，以減小內力集中；壩肩區域曲率半徑縮小至120"m，提高抗滑移能力。厚度設計根據受力情況調整，壩頂厚度為3"m，逐漸增至壩基的30"m，以應對更大的水壓力和地應力。

針對混凝土材料配比的選擇，為保證碾壓混凝土材料選擇配比符合工程要求，研究進行實驗室測試，結果如表1。材料選擇上，采用P.O42.5高強度硅酸鹽水泥，配以20%的I級粉煤灰和10%的S95級礦粉，以提升混凝土的抗滲性和耐久性。水灰比經過多次調整，最終確定為0.32，在保持良好密實度和工作性的同時，實現了低孔隙率和優異的抗滲性。骨料選用5～20"mm的碎石，最大粒徑控制在40"mm，通過篩分試驗優化了細骨料級配。實驗還針對復合型外加劑的摻量進行了測試，最終確定1.2%為最佳摻量，延長初凝時間至5.5"h以上，確保施工過程中的操作性和混凝土后期強度。

2.2""拱壩施工工藝

2.2.1""拱壩模板支護與拆除技術

在雙曲拱壩施工中，模板支護與拆除技術需要高度精確，以確保拱壩結構的完整性和穩定性。此次施工模板采用10"mm厚的高強度Q345B鋼板，經過數控機床加工，以匹配雙曲面結構。支撐系統由直徑48"mm、壁厚3.5"mm的高強度鋼管腳手架和可調節支撐桿組成，支撐點間距為1.5"m，采用M16高強度螺栓連接，螺栓預緊力為120"N·m。支撐系統設計承受的側壓力為60"kPa，支撐布置通過有限元分析（Finite"Element"Analysis，"FEA）驗證，確保穩定性。

模板安裝時，使用全站儀和激光定位系統確保位置誤差在±2"mm以內。拼接采用凸凹槽結構，拼縫處使用5"mm厚的EPDM橡膠密封條密封，確保密閉性和表面平整度。安裝完成后進行預加壓測試，使用液壓千斤頂將壓力加至設計側壓力的1.2倍（72"kPa），監測系統無明顯位移或變形。當混凝土強度達到設計強度的75%時，開始按“自上而下、分段拆除”原則進行模板拆除。使用液壓拆模器，控制操作力在150"N以內，避免損傷混凝土表面。拆除的模板和支撐系統組件清理后，進行防銹處理，分類存放。

2.2.2""拱壩的混凝土澆筑與成型控制

針對此工程拱壩混凝土澆筑與成型控制階段，采用分層連續工藝，每層厚度控制在35"cm以內，布料機通過軌道系統移動，布料半徑為10"m，移動速度控制在2"m/min。為確保混凝土的密實度，使用50"Hz高頻振動器進行振搗，振搗時間為25"s，振搗點覆蓋面積不超過1"m2。混凝土的坍落度控制在180～200"mm，水灰比為0.32，粉煤灰摻量為20%，外加劑摻量為1.2%，以確保混凝土的強度和密實度。成型控制中，模板內表面均勻涂覆0.1～0.15"mm厚的水基型脫模劑，拆模時使用液壓拆模器，拆模力控制在150"N以內，確保表面光滑無缺陷。澆筑完成后，混凝土表面覆蓋濕麻袋保持濕潤，養護時間不少于14"d。內部冷卻水管系統布置間距為1.5"m，冷卻水流速控制在0.5"m/s，確保內部溫差控制在20"℃以內，以防止溫度裂縫的形成。整個澆筑過程由全站儀實時監控，確保壩體幾何形狀誤差控制在±5"mm以內，確保施工質量和結構穩定性。

2.3""碾壓混凝土施工工藝

2.3.1""碾壓層的厚度與施工速度控制

針對碾壓混凝土施工，碾壓層厚度和施工速度的控制基于材料力學和壓實理論。厚度控制采用Boussinesq理論計算壓實應力的傳遞，公式為：

式（1）中：為深度處的垂直應力；為壓實機械施加的力；為距離壓實中心的水平距離；為壓實深度（即碾壓層厚度）。此次設計碾壓層厚度控制在30"cm，確保底層有效應力達到設計要求。

式（2）中：為施工長度；為初凝時間；實際壓實時間，確保在初凝前完成壓實。結合現場實際情況，初凝時間確定為5.5"h，為碾壓操作預留足夠時間窗口，根據工程施工長度與實際壓實時間，施工速度確定為1.8"m/h。

碾壓混凝土施工過程中，首先在拌合站按設計配比拌制混凝土，攪拌時間控制在90～120"s，混凝土通過運輸車運至現場，運輸時間不超過30"min，以防離析。在施工現場，使用履帶式攤鋪機將混凝土均勻鋪設至30"cm厚，操作員利用激光水平儀實時監控厚度，確保均勻一致。采用12"t級振動碾進行碾壓，按“先邊緣、后中間，先輕碾、后重碾”的順序進行4～6遍碾壓，確保混凝土密實度達標。層間處理時，重點關注結合部位，使用振搗器二次振搗，防止冷縫形成。每層完成后，進行壓實度檢測，確保孔隙率小于2%，并立即進行養護，覆蓋濕麻袋并灑水，養護時間為7～14"d，確保表面不開裂，強度達標。

2.3.2""溫控措施

碾壓混凝土施工溫控設計中，選用內徑32"mm、外徑40"mm、壁厚4"mm的高密度聚乙烯（HDPE）冷卻水管，具有良好的熱導性和高拉伸屈服強度，確保在施工中可靠使用。冷卻水管按1.5"m"×"1.5"m的網格間距布置，蛇形布局，單根長度控制在250"m以內，以保證水流的冷卻效率和覆蓋范圍。溫控系統通過預埋溫度傳感器實時監測混凝土溫度，調節水流速度和溫度，確保內外溫差不超過5"℃。各高程段的溫控目標分別設定為：壩頂18～19"℃，中部17～18"℃，壩基16～17"℃。冷卻水系統與混凝土澆筑同步啟動，并分階段調整冷卻水溫度，確保溫度控制在設計范圍內。澆筑完成后，混凝土表面覆蓋濕麻袋或泡沫塑料板，防止外界溫度影響混凝土溫度，確保溫差均衡，避免裂縫產生。以上溫控措施有效保障了混凝土施工質量和結構的長期穩定性[4]。

2.4"地基處理與防滲措施

在此次工程中進行雙曲拱壩與碾壓混凝土組合施工時還需對地基進行加固與防滲處理，地基處理采用高壓旋噴注漿技術，注漿壓力控制在2.0～2.5"MPa，使用水泥-水玻璃雙液漿，水灰比為0.8，以增強地基承載力和抗滲性。地基表層進行開挖換填，挖除軟弱土層后，回填級配良好的砂礫石，分層壓實，每層厚度控制在20"cm，壓實度達到95%以上。防滲措施在壩基和壩肩處采用槽孔灌漿法施工防滲墻，墻體材料為1.2"m厚的高塑性黏土，灌漿壓力控制在3.0～3.5"MPa，確保墻體密實[5]。防滲墻外側布設0.5"mm厚的復合土工膜，進一步防止地下水滲透。地基處理完成后，采用核子密度儀和孔隙水壓力計檢測整體防滲效果，確保密實度和抗滲性能達到設計要求。

3""結語

雙曲拱壩與碾壓混凝土組合施工技術的應用，通過高精度的結構優化設計與嚴格的施工工藝控制，保障工程安全性，提高結構穩定性。研究表明，通過合理的拱壩體型設計與材料配比控制，結合精細的溫度參數與施工工藝參數設計，能夠有效規避施工風險，避免溫度裂縫、結構缺陷等問題的發生。

參考文獻

[1]楊博，曹南，楊新海，等.雙曲拱壩體型誤差自動化獲取方案研究[J].地理空間信息，2023，21（4）：93-95.

[2]張鵬.烏東德雙曲拱壩泄洪中孔牛腿施工測量技術[J].云南水力發電，2023，39（4）：193-195.

[3]馬富強，張笮娜，李海波.極窄峽谷超高拱壩有限元應力復核研究分析[J].水利科技與經濟，2023，29（1）：14-17，39.

[4]邵紅艷.高碾壓混凝土拱壩裂縫成因分析及處理[J].水利技術監督，2020（5）：202-205.

[5]松進.碾壓混凝土雙曲拱壩施工技術的研究與應用[J].水利科技與經濟，2023，29（8）：158-162.