唐光雯

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰，611830)

0 引言

古瓦水電站位于四川省甘孜州鄉(xiāng)城縣境內(nèi)，是碩曲河干流鄉(xiāng)城、得榮段“一庫六級(jí)”梯級(jí)開發(fā)方案的“龍頭水庫”電站，首部樞紐為面板堆石壩，壩頂高程3402.00m，最大壩高139.0m，壩頂長313.16m，面板混凝土工程量2.1萬m3，是已建成的海拔最高的150m級(jí)面板堆石壩。中國水利水電第十工程局有限公司作為土建承包商承建了該工程。

古瓦大壩工程區(qū)位于高海拔地區(qū)，氣候寒冷，晝夜溫差大，混凝土施工環(huán)境復(fù)雜，對(duì)面板混凝土施工有諸多不利影響。本文對(duì)高海拔地區(qū)面板混凝土存在的問題進(jìn)行分析，提出了應(yīng)對(duì)方案，并通過實(shí)驗(yàn)和施工進(jìn)行了驗(yàn)證和研究，驗(yàn)證了相關(guān)措施的有效性，并將相關(guān)研究成果用于指導(dǎo)施工，取得了良好效果。

1 高寒高海拔地區(qū)大壩面板混凝土容易出現(xiàn)的問題

1.1 溫度裂縫

溫度應(yīng)力是高寒高海拔地區(qū)混凝土面板裂縫的主要因素，混凝土在澆筑后，由于水化熱產(chǎn)生溫度上升，并造成混凝土體積膨脹，混凝土初期處于塑性狀態(tài)，其彈性模量較低，這種膨脹不會(huì)在初期產(chǎn)生應(yīng)力；當(dāng)混凝土溫度達(dá)到高峰后，其水化和硬化雖然還在繼續(xù)，但其彈性模量已經(jīng)升高，硬化后的混凝土溫度會(huì)有一個(gè)逐漸冷卻的過程，溫度逐步回歸到環(huán)境溫度，這個(gè)過程中，混凝土溫度降低體積縮小，在外界約束下就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。

同時(shí)，在高海拔地區(qū)，水位附近的混凝土面板位于空氣與水的交界面上，在冬季低溫時(shí)水面以上面板混凝土溫度較低，而在水位以下受庫水溫度影響，面板混凝土溫度相對(duì)較高，則在交界面上面板混凝土的溫度梯度較大，從而容易產(chǎn)生較大的溫度拉應(yīng)力。當(dāng)氣溫很低或者受到強(qiáng)烈寒潮影響時(shí)，該處的溫度梯度顯著增大，溫度拉應(yīng)力也隨著增加，易發(fā)生面板混凝土開裂的現(xiàn)象[1]。

古瓦大壩工程區(qū)位于海拔3400m的高海拔地區(qū)，冬季極端低溫達(dá)到-20℃以下，無論上述哪種情況，都容易產(chǎn)生溫度應(yīng)力，造成面板開裂。

1.2 干縮裂縫和溫度裂縫

干縮是高寒高海拔地區(qū)混凝土裂縫的另一主要原因。高海拔地區(qū)，水的沸點(diǎn)顯著降低，蒸發(fā)加快，混凝土表面可能產(chǎn)生收縮。早期混凝土水分的蒸發(fā)超過泌水上升到表面的速度，容易引起混凝土固、液、氣三項(xiàng)的體積變化，三項(xiàng)體積的改變通常會(huì)引起收縮，產(chǎn)生表面拉應(yīng)力，由于早期混凝土抗拉強(qiáng)度幾乎為零[2]，這種干縮引起的拉應(yīng)力通常造成表面裂縫。

古瓦大壩工程區(qū)附近沸點(diǎn)較低，在87℃～88℃，蒸發(fā)快，風(fēng)速高，空氣濕度小，且面板混凝土采用C30F300W12，混凝土的水灰比小于0.4，水泥用量大，混凝土水化熱總量高，容易造成水分蒸發(fā)而引起干縮裂縫。干縮裂縫在高海報(bào)地區(qū)容易放大和加劇凍融破壞，對(duì)面板混凝土耐久度造成極大影響。

2 問題的應(yīng)對(duì)方案

2.1 使用中熱水泥

中熱水泥相比普通水泥，其水化熱總量降低，水化熱釋放更為平緩，能有效降低終凝前的混凝土溫度，減少混凝土中水分的蒸發(fā)，降低水分損失，有效避免或減少表面干縮裂縫。同時(shí)降低水化熱有利于控制混凝土的最高溫度，防止混凝土內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生裂縫。

2.2 摻入粉煤灰

由于項(xiàng)目抗凍等級(jí)采用F300，面板混凝土中膠凝材料用量較大，混凝土中摻入25%粉煤灰能有效降低混凝土水化熱和改善混凝土和易性。

摻入粉煤灰后，一般情況下會(huì)降低混凝土的抗凍性，但在摻入引氣劑達(dá)到一定含量的條件下，混凝土仍能滿足抗凍性設(shè)計(jì)要求，同時(shí)摻入粉煤灰后混凝土早期強(qiáng)度較低，需要加強(qiáng)早期的養(yǎng)護(hù)。

2.3 添加聚丙烯纖維

在混凝土中摻入聚丙烯纖維后，其早期防裂效果隨著摻量的增加而顯著增加，當(dāng)纖維摻入量達(dá)到0．6kg/m3時(shí)，其防裂效果已經(jīng)表現(xiàn)得很明顯；當(dāng)纖維摻入量達(dá)到0．9kg/m3時(shí)，其防裂效果很顯著[3]。混凝土的極限拉升值也可以提高5%至10%。摻聚丙烯纖維使混凝土抗裂能力有一定提高，阻止裂縫擴(kuò)展的能力增長顯著。[4]

2.4 選擇施工時(shí)段

根據(jù)研究，古瓦大壩面板混凝土施工的最佳溫度在22℃，結(jié)合大壩防汛，將面板分期進(jìn)行施工，選擇在4-5月和9-10月進(jìn)行混凝土施工，既能避免夏季高溫引起混凝土表面裂縫，又能避免冬季低溫引起混凝土早凍。

2.5 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)

收面結(jié)束后及時(shí)采用薄膜覆蓋，進(jìn)行保水養(yǎng)護(hù)，防止新澆混凝土表面水分損失過快，避免因?yàn)檎舭l(fā)而產(chǎn)生干縮裂縫。終凝后，在混凝土表面覆蓋無紡布進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，可以很好地保持混凝土表面濕度，減少裂縫產(chǎn)生。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證聚丙烯纖維對(duì)混凝土抗裂性能的影響

在研究過程中，對(duì)面板混凝土添加聚丙烯纖維的混凝土力學(xué)性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)合混凝土面板施工的實(shí)際情況，選取C30F300W12常態(tài)混凝土和泵送混凝土兩個(gè)標(biāo)號(hào)，分別進(jìn)行了添加聚丙烯纖維物理指標(biāo)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 混凝土物理指標(biāo)實(shí)驗(yàn)成果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，添加聚丙烯纖維0.9kg后，可以顯著改善混凝土抗拉物理性能，其抗拉強(qiáng)度可以提高5%至10%，其抗裂系數(shù)可以提高30%左右。

3.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證摻加粉煤灰對(duì)抗凍性和抗?jié)B的影響

表2 混凝土抗凍實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，適量加入引氣劑的情況下，摻加粉煤灰不會(huì)造成混凝土抗凍性能和抗?jié)B性能不滿足質(zhì)量要求的情況。

4 古瓦大壩施工中的質(zhì)量控制

古瓦大壩混凝土面板在2019年至2020年份兩期完成了施工，混凝土摻加聚丙烯纖維、采用中(低)熱水泥、摻加高品質(zhì)粉煤灰進(jìn)行混凝土配合比拌制，通過以上三種措施對(duì)混凝土性能進(jìn)行改善，聚丙烯纖維摻量為0.9kg/m3，膠泥材料控制在350kg/m3，粉煤灰摻量控制在25%。

混凝土面板采用無軌滑模跳倉澆筑，攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸，半封閉式溜槽入倉，滑模上升速度控制在1.2m/h。混凝土開倉澆筑前，要對(duì)拌和用水相應(yīng)的加溫實(shí)際情況、拌和站相關(guān)升溫設(shè)施以及骨料加熱狀況等實(shí)施檢查，動(dòng)態(tài)控制，有效保障混凝土實(shí)際入倉溫度高于低溫季節(jié)施工相應(yīng)的最低入倉溫度。

澆筑過程中，根據(jù)面板高程對(duì)混凝土塌落度進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，保證混凝土順利入倉，避免骨料分離?；炷寥雮}后及時(shí)平倉振搗，混凝土每上升30cm，滑模兩側(cè)的10t卷揚(yáng)機(jī)控制滑模上升一次，下料強(qiáng)度保證脫模時(shí)間保持良好的適應(yīng)性。脫模后的混凝土及時(shí)收面，當(dāng)平整度超過5mm，進(jìn)行二次收面保證混凝土外觀質(zhì)量。

混凝土澆筑后，立即用PE膜進(jìn)行覆蓋，確保覆蓋嚴(yán)密性，防止水分大量蒸發(fā)。收面完成后用無紡?fù)凉げ紝?duì)面板表面進(jìn)行覆蓋，保溫保濕養(yǎng)護(hù)。

養(yǎng)護(hù)完成后，通過超聲波雷達(dá)檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)脫空跡象，混凝土澆筑密實(shí)。古瓦水電站于2020年11月通驗(yàn)收并下閘蓄水。

5 結(jié)論

通過研究及過程中的試驗(yàn)驗(yàn)證、施工后的質(zhì)量檢測(cè)，得到了以下結(jié)論：

(1)摻加聚丙烯纖維對(duì)改善面板混凝土抗裂性能效果明顯，極為有利；

(2)通過使用中熱水泥和摻加粉煤灰，能夠改善面板混凝土的熱力學(xué)性能，避免產(chǎn)生溫度裂縫和干縮裂縫，有利于高海拔地區(qū)面板混凝土抗裂；

(3)摻加粉煤灰的同時(shí)合理地使用引氣劑，面板混凝土可以滿足抗凍性能和防滲性能要求。