王永華

(聊城市東昌府區(qū)水務(wù)局，山東 聊城 252000)

水是人類生產(chǎn)生活中必不可少的資源之一，但其自然存在的狀態(tài)并不完全符合人類的需要。因此為保證水資源能夠?yàn)槿祟愃茫藿ㄋこ淌侵匾e措。水利工程可以控制和調(diào)配自然界的地表水和地下水，防止洪澇災(zāi)害，達(dá)到除害興利目的，滿足人們生產(chǎn)生活需要[1]。施工是水利工程修建過(guò)程中重要的一個(gè)階段，在這一階段中，用到的施工技術(shù)有地基處理技術(shù)、施工導(dǎo)流與截流技術(shù)、水墜壩施工技術(shù)、混凝土壩施工技術(shù)。其中最后一項(xiàng)是水利工程施工中關(guān)鍵技術(shù)之一。但在混凝土大壩修筑過(guò)程中，經(jīng)常因各種原因?qū)е聣误w出現(xiàn)一些裂縫，對(duì)整個(gè)水利工程的修建質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，縮短工程使用壽命，影響人們正常用水活動(dòng)，增加水患災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。因此為避免或減少裂縫產(chǎn)生，改進(jìn)傳統(tǒng)混凝土壩施工技術(shù)必不可少[2]。混凝土裂縫控制理論下的水利工程施工技術(shù)以溫差裂縫控制為主要研究?jī)?nèi)容，分為兩步：一是確定混凝土內(nèi)部與外部環(huán)境之間的溫差，是整個(gè)技術(shù)中最難也是最復(fù)雜的一步，因此在文中重點(diǎn)介紹；二是根據(jù)確定的溫差，按照溫差標(biāo)準(zhǔn)，判斷是否會(huì)產(chǎn)生裂縫，如果產(chǎn)生裂縫，應(yīng)如何應(yīng)對(duì)。為驗(yàn)證混凝土裂縫控制理論下的水利工程施工技術(shù)的有效性，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：混凝土裂縫控制理論下的水利工程施工技術(shù)與傳統(tǒng)水利工程施工技術(shù)相比，裂縫控制效果更好。

1 混凝土壩裂縫產(chǎn)生的原因

(1)混凝土壩原料配置不合理或在攪拌過(guò)程中粗料厚度過(guò)大但振搗工作不充分、不均勻，造成沉降裂縫。

(2)混凝土在成壩變硬過(guò)程中，混凝土發(fā)生體積形變，而這股力量會(huì)與混凝土自身約束力相互抗衡造成收縮裂縫的產(chǎn)生[3]。

(3)在混凝土成形變硬過(guò)程中，混凝土?xí)恢本S持塑性收縮狀態(tài)，這時(shí)混凝土中較小、較輕粒子會(huì)逐漸向上移動(dòng)，較大、較重粒子會(huì)逐漸向下移動(dòng)。這種移動(dòng)過(guò)程在受到外部鋼筋或鋼板結(jié)構(gòu)約束時(shí)，產(chǎn)生塑性裂縫[4]。

(4)混凝土自身溫度與外部環(huán)境溫度很難達(dá)成一致，會(huì)有一定的誤差，造成混凝土內(nèi)部與外表熱脹冷縮程度不同，產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，在壩體表面產(chǎn)生裂縫。這種裂縫就是溫度裂縫。

(5)未按照嚴(yán)格施工標(biāo)準(zhǔn)施工而造成的裂縫。

前三種是混凝土自身因素造成的裂縫，后兩種是由于外部客觀因素造成的裂縫。

2 確定混凝土內(nèi)外部溫差

水利工程屬于大型工程建設(shè)，施工時(shí)間一般都比較緊張，任務(wù)重，因此不可避免地會(huì)在溫差比較大的季節(jié)進(jìn)行施工，如冬季，夏季，使得混凝土受氣溫影響，產(chǎn)生溫度裂縫[5]。這類裂縫是所有裂縫類型中最常見(jiàn)的一種，嚴(yán)重降低工程質(zhì)量。因此本文就以溫度裂縫為主要研究對(duì)象，對(duì)溫度裂縫控制進(jìn)行研究，優(yōu)化水利工程施工技術(shù)，提高混凝土壩施工質(zhì)量。

在水利工程混凝土壩施工中，為防止表面裂縫的產(chǎn)生，必須控制混凝土內(nèi)部與外部環(huán)境之間的溫差，這就需要進(jìn)行各種溫度的計(jì)算。

2.1 計(jì)算混凝土澆筑溫度

混凝土澆筑溫度是指混凝土經(jīng)過(guò)平倉(cāng)振搗后，在覆蓋上層混凝土前，測(cè)量在距離混凝土面下10cm深處的溫度[6]。

計(jì)算公式如下：

A=B+(C+B)·(D1+D2+…+Dn)

(1)

式中，A—混凝土澆筑溫度；B—混凝土攪拌過(guò)程中的溫度；C—混凝土澆筑時(shí)的室外環(huán)境溫度；(D1+D2+…+Dn)—溫度損失系數(shù)。

2.2 計(jì)算絕熱溫升

“絕熱升溫”是指處在絕對(duì)封閉條件下，即周圍無(wú)任何散熱條件時(shí)，混凝土中水泥在化熱過(guò)程中產(chǎn)生的熱量。

用數(shù)學(xué)公式表示為：

(2)

式中，E—某時(shí)刻時(shí)混凝土的絕熱升溫；F—最高溫度值；H—每千克水泥遇水轉(zhuǎn)化的熱量，取值見(jiàn)表1；I—每立方米的混凝土中水泥含量；J—混凝土比熱；ρ—混凝土密度；G—常數(shù)，常取為2.5345。

表1 H取值

2.3 估算混凝土內(nèi)部溫度

混凝土在根據(jù)設(shè)計(jì)好的建筑模型進(jìn)行澆筑后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)澆筑溫度，隨后受水泥水化熱影響，混凝土內(nèi)部溫度將逐漸上升，但又由于與周圍介質(zhì)不斷進(jìn)行熱交換，溫度時(shí)刻處在降低狀態(tài)下，因此混凝土內(nèi)部溫度有一個(gè)由低到高，又由高到低的過(guò)程[7]。因此要想計(jì)算準(zhǔn)確的混凝土內(nèi)部溫度是不現(xiàn)實(shí)的，但可以進(jìn)行大體估算，估算公式如下：

K=L+ζM

(3)

式中，K—某時(shí)刻內(nèi)混凝土內(nèi)部溫度；L—混凝土澆筑溫度；M—混凝土絕熱溫升；ζ—溫度降低系數(shù)。

2.4 估算混凝土表面溫度

計(jì)算公式為：

(4)

式中，N—某時(shí)刻內(nèi)混凝土表面溫度；O—周圍外部環(huán)境溫度；P—混凝土澆筑成形后的厚度；R—混凝土單面散熱時(shí)的虛厚度。

2.5 溫差計(jì)算

計(jì)算公式為：

Δ=K-N

(5)

式中，Δ—混凝土內(nèi)部與外部的溫差。根據(jù)大體積混凝土溫差標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)溫差大于±25℃，混凝土?xí)霈F(xiàn)溫度裂縫。

3 溫度裂縫控制措施

對(duì)混凝土的內(nèi)外溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；根據(jù)溫差確定保溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間；保持混凝土表面濕潤(rùn)；采用保溫性能良好的材料用于混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)，如塑料薄膜、草袋等；在混凝土壩工程拆模后，采取預(yù)防寒潮襲擊、突然降溫和劇裂干燥等措施防止溫差過(guò)大出現(xiàn)裂縫[8]。

4 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證新型混凝土裂縫控制理論下的水利工程施工技術(shù)的有效性，與傳統(tǒng)水利工程施工技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

在南方某地區(qū)要建立一個(gè)水電站工程攔河混凝土大壩，該壩高280m，拱頂弧長(zhǎng)698.00m，拱冠底部厚70.0m，壩體混凝土為685.6×104m3，工程規(guī)模和工程量十分巨大[9]。以該水電站大壩12號(hào)壩段混凝土為研究對(duì)象，對(duì)水利工程施工技術(shù)中的混凝土溫度裂縫控制效果進(jìn)行詳細(xì)探究。

該壩體混凝土參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 混凝土各成分用量參數(shù)

此外，混凝土壩在澆筑期問(wèn)，最高氣溫28.8 ℃，最低氣溫15.1℃，晝夜溫差在5～11℃之間[10]。

利用公式(5)計(jì)算混凝土壩內(nèi)部與外部環(huán)境的溫差為28℃，大于標(biāo)準(zhǔn)溫差25℃，說(shuō)明該壩體極有可能出現(xiàn)溫度裂縫。

其次，分別利用新型混凝土裂縫控制理論下的水利工程施工技術(shù)中的第二步和傳統(tǒng)水利工程施工技術(shù)對(duì)混凝土溫度裂縫進(jìn)行預(yù)防和控制?？刂平Y(jié)果如圖1所示[11]。

圖1 溫度裂縫控制效果

從圖1中可知，混凝土壩工程拆模后，發(fā)現(xiàn)利用混凝土裂縫控制理論下的水利工程施工技術(shù)對(duì)混凝土壩的溫度裂縫進(jìn)行控制之后，混凝土壩體表面沒(méi)有出現(xiàn)任何裂縫；而利用傳統(tǒng)水利工程施工技術(shù)對(duì)混凝土壩的溫度裂縫進(jìn)行控制之后，混凝土壩體表面出現(xiàn)一條大的、肉眼可見(jiàn)的裂縫。由此可見(jiàn)，前者技術(shù)要優(yōu)于后者技術(shù)，前者技術(shù)對(duì)混凝土裂縫控制效果更好，達(dá)到預(yù)期效果[12-13]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水利工程的修建是人類工程中最重要的舉措之一，例如三峽大壩的修建不僅調(diào)節(jié)了上下游水資源平衡，產(chǎn)生的電力也極大地方便了人們的生活。但是水利工程的修建并不容易，尤其是混凝土壩的建設(shè)施工?；炷翂螛O易受到溫度影響，出現(xiàn)溫度裂縫，影響工程質(zhì)量。因此文章對(duì)溫度裂縫控制技術(shù)進(jìn)行了研究。經(jīng)驗(yàn)證明該方法的控制效果極好，為水利工程施工中裂縫問(wèn)題的解決提供了重要的指導(dǎo)意義。但是本研究也存在一些不足之處，溫度取值受一些潛在因素的影響，取值可能存在一定誤差，對(duì)研究產(chǎn)生了一定的影響。