王新東

中國葛洲壩集團(tuán)第五工程有限公司

雙曲拱壩碾壓混凝土溫控防裂措施

王新東

中國葛洲壩集團(tuán)第五工程有限公司

結(jié)合水石門水庫工程雙曲拱壩混凝土施工，混凝土抗裂能力是受混凝土干縮、自生體積變形、彈模、徐變、線膨脹系數(shù)、澆筑溫度、水化熱溫升、抗拉強度(極限拉伸值)等諸多因素制約的一個綜合性指標(biāo)。從理論上講，混凝土干縮較小，自生體積變形不收縮或有微膨脹、混凝土彈模較低、徐變度較大、線膨脹系數(shù)較小、澆筑溫度和水化熱溫升較低、抗拉強度較高、施工質(zhì)量均勻性較好的混凝土，其抗裂能力就較高。然而實際上由于上述影響因素中有的互相制約，所以很難尋求到一種各項因素均最優(yōu)的混凝土，在施工中通常作法是結(jié)合具體工程和自然條件，盡量利用有利于混凝土抗裂能力的因素，避免或改變不利混凝土抗裂能力的因素，以求實際的混凝土抗裂能力滿足設(shè)計要求。

碾壓混凝土；最高溫度；裂縫；倉面設(shè)計

水石門工程大壩為對數(shù)螺旋線型雙曲拱壩，是一座空間變厚的對數(shù)螺旋線型的碾壓混凝土雙曲薄拱壩，最大壩高86.0m。拱壩壩頂沿拱圈中心線全長174.7m。拱壩頂層拱圈左拱端厚5.0m，拱冠處厚5.0m，右拱端厚5.0m；底層拱圈左拱端厚16.0m，拱冠處厚15.0m，右拱端厚16.0m。壩體結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的部位采用不同澆筑材料。大壩壩體從上游至下游采用C20混凝土澆筑，壩體混凝土分區(qū)分別為0.5m厚的二級配變態(tài)混凝土，標(biāo)號C9020W8F100、2.5～6.0m厚的防滲RCCⅡ，標(biāo)號C9020W8F100、RCCⅢ，標(biāo)號C9020W6F100和0.5m厚的三級配變態(tài)混凝土，標(biāo)號C9020W6F100。

混凝土抗裂能力是指大體積混凝土抵抗(防止)溫度裂縫的能力。水工大體積混凝土的施工過程主要可分為：原材料儲運——混凝土拌和——混凝土運輸——倉面作業(yè)(平倉、振搗等)——冷卻與養(yǎng)護(hù)——新澆混凝土再行上升。從大體積混凝土施工過程分析，影響混凝土質(zhì)量波動的因素有原材料、配合比、拌和、澆筑和養(yǎng)護(hù)等。

1 原材料的優(yōu)選

1.1 采用發(fā)熱量低的中熱水泥

混凝土的物理力學(xué)特性與使用的水泥品種及水泥強度有密切關(guān)系。在水石門大壩混凝土性能試驗研究階段，對于大壩混凝土試驗結(jié)果比較了采用中熱和普通水泥混凝土配合比方案，綜合考慮推薦采用52.5MPa中熱硅酸鹽水泥，降低水化熱，其物理性能指標(biāo)符合國標(biāo)有關(guān)規(guī)定。

1.2 摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰

粉煤灰作為摻合料在國內(nèi)外已廣泛得到應(yīng)用，在施工現(xiàn)場摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰除了能夠節(jié)約部分水泥外，更重要的是能夠改善混凝土的和易性，降低混凝土水化熱溫升，抑制堿骨料反應(yīng)，對混凝土起到改性作用。水石門大壩工程采用全人工骨料，混凝土采用了一級粉煤灰。一級粉煤灰與二級粉煤灰相比，混凝土單位用水量少10Kg/ m3左右，采用一級粉煤灰還可利用粉煤灰的減水作用減少膠凝材料用量以進(jìn)一步降低化熱溫升。

1.3 采用緩凝減水型外加劑

混凝土外加劑已發(fā)展成為混凝土材料不可缺少的一部分，外加劑一般具有減水、緩凝、引氣三大功能，外加劑品質(zhì)的優(yōu)劣直接影響混凝土的質(zhì)量?？紤]到工程采用全人工骨料和夏季澆筑混凝土的特點，水石門大壩混凝土采用的減水劑為JG-3型緩凝高效減水劑，減水率高為21.1%，有明顯的緩凝作用。考慮到混凝土耐久性要求，又選用了DH-9型引氣劑。

1.4 砂石骨料

混凝土理想骨料應(yīng)該是耐久、堅固、抗堿、不透水、尺寸穩(wěn)定的，應(yīng)盡可能采用符合最佳粒徑分布的大粒徑骨料。較大粒徑的骨料相連，較小骨料填充較大骨料之間的空隙，水泥漿填充它們之間所剩下的間隙；較大的骨料提供穩(wěn)定、堅實的骨架，一方面減少水泥漿體收縮，另一方面可阻擋裂縫發(fā)展。

2 混凝土最高溫度控制

混凝土最高溫度基本由混凝土澆筑溫度和混凝土水化熱溫升兩部分組成?？刂茐螇K實際最高溫度不超過壩體設(shè)計允許最高溫度，是防止基礎(chǔ)貫穿裂縫或深層裂縫的主要措施之一。

2.1 控制出機口溫度

控制混凝土原材料溫度和利用冰的融解熱可有效控制出機口溫度。砂石料用量占混凝土的權(quán)重最大，采用凈料堆存高度大于8m的措施，減少陽光直射的影響，使砂、石溫度趨近或略高于旬平均氣溫，采用從料堆底部地壟取料，在砂石供料線皮帶和轉(zhuǎn)料斗上方加蓋遮陽板，避免太陽的直射作用。

采用骨料預(yù)冷措施，對骨料進(jìn)行風(fēng)吹預(yù)冷。石子溫度下降1℃，可使混凝土出機口溫度下降0.6℃左右。加強加冰拌和措施，初步估算，每立方米混凝土加10kg冰，可使出機口溫度下降1℃左右。

2.2 控制低溫混凝土運輸途中溫度回升

選擇最短運輸路線，使混凝土快速達(dá)到澆筑部位。

2.3 控制倉面溫度回升

混凝土經(jīng)平倉、振搗到上坯混凝土覆蓋前的溫度回升稱為倉面溫度回升，倉面溫度回升對澆筑溫度的影響十分明顯。倉面坯間一般暴露時間小于2h，所以在高溫季節(jié)，采取加快入倉速度，盡量縮短混凝土坯間暴露時間，并輔以必要的倉面保溫覆蓋措施，以控制澆筑溫度。

在澆筑層內(nèi)埋設(shè)冷卻水管，利用冷卻水管內(nèi)流通的制冷水帶步大體積混凝土內(nèi)部積聚的水泥水化熱，起到削減澆筑層水化熱溫升的作用。冷卻水管蛇形布置，間距和層厚按1.5m(水平間距)×2.0m(澆筑層厚)控制，大壩混凝土采用短間歇均勻上升的澆筑方式，冷卻水管埋設(shè)在澆筑層的水平施工縫上。

3 合理安排倉位

倉位安排的原則是薄層、短間歇、連續(xù)均勻上升。

3.1 施工分層及層間間歇

澆筑層采用合理的層厚和混凝土層間間歇期，以充分利用澆筑層頂面向空氣散發(fā)大體積混凝土內(nèi)部積聚的水化熱。水石門大壩工程分層厚度一般為2.0m，層間間歇時間6～9d，一般控制在15d以內(nèi)。盡量避免長間歇壩塊。對于無法避免的長間歇壩塊，采取不間斷灑水養(yǎng)護(hù)措施。

3.2 高差控制

施工過程中，一般要求各壩塊均能合理地短間歇連續(xù)和均勻上升，并按跳倉澆筑的原則安排倉位，各壩塊高差交錯分布，形成錯落有致、井井有條的施工場面，各壩塊均勻上升，良性循環(huán)。必須控制相鄰壩塊之間的高差問題，主要目的一是為了防止縱縫鍵槽被擠壓，影響灌漿質(zhì)量；二是避免剪切變形對橫縫內(nèi)止水設(shè)備的不利影響；三是避免先澆塊混凝土長期暴露，因大氣溫度驟降而引起表面裂縫等。

4 合理安排澆筑時段

夏季混凝土施工溫控是溫控制工作的難點和重點，尤其是每年7月和8月的高溫季節(jié)，對倉位安排提出了更高的要求，基本的原則是避開中午最熱時段，在早晚或陰天施工，安排倉位時，隨時了解和跟蹤天氣預(yù)報，掌握天氣的趨勢走向，一有陰天或低溫時間，就抓住時機，搶澆快澆，平時避開上午10： 00至下午4： 00時段，在中班開倉，跨過零點班，早班10： 00前爭取收倉，與此相配套，在設(shè)備、人員等資源的各個環(huán)節(jié)認(rèn)真組織，加快澆筑速度，以減少溫度影響。

充分利用有利澆筑時段，抓住早、晚和夜間溫度相對較低的時機，搶陰雨天時段澆筑，關(guān)鍵在于施工管理上的合理安排。在高溫時段停止?jié)仓r，集中力量檢修各種設(shè)備，搞好備倉和各項澆筑準(zhǔn)備。一旦進(jìn)入有利的低溫時段，即組織高度入倉和快速澆筑，使混凝土施工一氣呵成，搶在下一高溫時段到來之前收倉。

5 混凝土養(yǎng)護(hù)與保溫

5.1 養(yǎng)護(hù)工藝

充分養(yǎng)護(hù)是保證混凝土強度等性能正常發(fā)展和防止干縮裂縫的重要措施。養(yǎng)護(hù)范圍包括各壩塊上下游面、左右側(cè)面、水平面；各孔口的側(cè)面、水平面。混凝土養(yǎng)護(hù)采用河水。混凝土澆筑完畢終凝后，對混凝土表面及所有側(cè)面及時灑水養(yǎng)護(hù)，以保持混凝土表面經(jīng)常濕潤狀態(tài)。對較大的倉位連續(xù)在兩個班以上的，對先澆的部位進(jìn)行灑水。

5.2 倉面覆蓋

在4～10月份澆筑混凝土?xí)r，為防止混凝土溫度回升過快，在澆筑過程中，對新入倉混凝土及澆筑臺階進(jìn)行覆蓋保溫。倉面保溫材料一般選擇保溫被，保溫被采用兩層1cm厚聚乙烯保溫卷材套塑料編制彩條布。

5.3 外露面保溫

大壩外露面保溫是大體積混凝土溫控防裂的重要手段之一，保護(hù)材料采用高發(fā)泡聚氯乙烯泡沫塑料被，其施工主要采用吊掛的方法，懸掛在永久暴露面上。

①對于永久暴露面，11月～次年4月份澆筑的混凝土，大壩上游下游面澆完拆模后立即用保溫被覆蓋，基礎(chǔ)約束區(qū)在澆筑完成其表面沖毛之后應(yīng)立即覆蓋保護(hù)層。

②每年入秋后，將廊道及其它所有孔洞進(jìn)出口進(jìn)行封堵保護(hù)，以防冷風(fēng)貫通產(chǎn)生混凝土表面裂縫。

③當(dāng)日平均氣溫在2～3d內(nèi)連續(xù)下降超過(含等于)6℃時28d齡期內(nèi)混凝土表面(頂、側(cè)面)覆蓋塑料被進(jìn)行表面保溫保護(hù)。

④氣溫驟降期間，適當(dāng)推遲拆模，尤其防止在傍晚氣溫下降時拆模。

6 結(jié)束語

混凝土抗裂能力是受混凝土干縮、自生體積變形、彈模、徐變、線膨脹系數(shù)、澆筑溫度、水化熱溫升、抗拉強度(極限拉伸值)等諸多因素制約的一個綜合性指標(biāo)。從理論上講，混凝土干縮較小，自生體積變形不收縮或有微膨脹、混凝土彈模較低、徐變度較大、線膨脹系數(shù)較小、澆筑溫度和水化熱溫升較低、抗拉強度較高、施工質(zhì)量均勻性較好的混凝土，其抗裂能力就較高。然而實際上由于上述影響因素中有的互相制約，所以很難尋求到一種各項因素均最優(yōu)的混凝土，在施工中通常作法是結(jié)合具體工程和自然條件，盡量利用有利于混凝土抗裂能力的因素，避免或改變不利混凝土抗裂能力的因素，以求實際的混凝土抗裂能力滿足設(shè)計要求。

溫度控制工作是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，除了從配合比設(shè)計、拌和、澆筑、冷卻通水、外露面保溫幾個環(huán)節(jié)做好工作外，合理安排倉位、科學(xué)配備資源、加快入倉速度、加強倉面保護(hù)等對混凝土溫控也有著極其重要的作用?；炷翜乜厥且豁椉夹g(shù)性強、涉及面廣的綜合工程，只有抓好各個環(huán)節(jié)的控制和管理，才能使整個壩體溫度得到有力的控制，才能避免危害大壩裂縫的出現(xiàn)。

混凝土施工期間，各項溫度指標(biāo)控制符合要求，經(jīng)過幾次對大壩外觀裂縫檢查，上下游面、廊道內(nèi)部均未發(fā)現(xiàn)任何裂縫，大壩外觀質(zhì)量良好。

[1]《水利水電工程施工組織設(shè)計手冊》 北京：中國水利水電出版社，2001年7月

[2]《水利水電施工技術(shù)》 北京：中國水利水電出版社，2002年1月

[3]《三峽工程施工技術(shù)》(二期工程卷) 北京：中國水利水電出版社，2003年12月