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摘要：施工期温度变化效应是碾压混凝土重力坝的主要荷载形式之一，一般人们会注意到这一点，但所选择的温控措施却不尽相同，甚至大相径庭，这也让该坝型的温控设计存在争议，因此本文对有关问题进行了探讨。
关键词：施工期；温度变化效应；碾压混凝土重力坝；设计
碾压混凝土重力坝是上世纪80年代发展起来的，采用干硬混凝土碾压施工筑成的实体重力坝，与常态混凝土重力坝相比，由于具有施工快、省水泥、造价低、工期短等优势，所以该坝型得到迅速推广应用，目前最大坝高已超过200m[1，2]。在碾压混凝土重力坝设计时，施工期温度变化效应是人们关注的焦点之一，因为混凝土导热性能较差，若集聚在混凝土内部的水泥水化热不加控制，那么温度应力就会超过混凝土允许变形的能力而引起开裂，因此施工期温度控制就成为碾压混凝土重力坝设计中的重要问题，本文对此进行了研究和探讨。
1 考虑施工期温度变化效应的碾压混凝土重力坝的设计思路
1.1 碾压混凝土重力坝与常态混凝土重力坝的差异
目前，针对常态混凝土重力坝施工期温度变化效应的研究比较成熟，但由于碾压混凝土重力坝出现时间并不长，研究的系统性、深度相对不足，于是很多人习惯于采用常态混凝土重力坝的观点和方法来考虑碾压混凝土重力坝的设计问题，这就难免产生偏差，实际上碾压混凝土重力坝与常态混凝土重力坝在施工期温度变化效应方面有明显的差别，主要表现在以下3个方面：（1）碾压混凝土配用水泥较少，掺用大量粉煤灰，水化热较常态混凝土少，这是事实，但因主要采用通仓薄层快速浇筑方式，坝体内部热量不易散失，沿浇筑层高度方向温差大，恒温时间很长，例如某坝高140m的碾压混凝土重力坝经仿真分析，温度场稳定时间需在30年以上，所以同样温差条件下碾压混凝土重力坝内部温度应力比常态混凝土大。（2）碾压混凝土水泥含量少，抗拉强度和徐变较小，所以其抗裂能力较弱，再加上一般不设置纵缝和埋设冷却水管，施工期间更易出现表面裂缝和上游面劈头裂缝。（3）碾压混凝土重力坝在坝基上通常会浇筑2m厚的常态混凝土面板，以便停歇一段时间（如2个月）后进行基岩固结灌浆，该面板常出现贯穿性裂缝，并会向上扩展到碾压混凝土层，即使跨裂缝布设骑缝钢筋也难以避免。以上特点决定了碾压混凝土重力坝温控设计思路与常态混凝土重力坝不同。
1.2 碾压混凝土重力坝施工期温度控制思路
基于碾压混凝土重力坝施工期温度变化效应，提出以下设计思路：（1）优化混凝土配合比，协调温度应力与混凝土抗拉强度关系[3]。在满足混凝土强度、极限拉伸值、抗渗、抗冻等指标基础上，配制线膨胀系数小、弹性模量低、浇筑性能好、抗拉强度高的混凝土，例如增加Ⅰ级粉煤灰掺量，掺加高效缓凝减水剂和引气剂，以降低水胶比。合理选择的骨料级配，例如采用四级配混凝土，石子骨料按特大石：大石：中石：小石=2：3：3：2（最大粒径控制在120mm）配制，减少胶凝材料用量，可以简化温控措施，提高碾压层厚（采用50cm）和施工进度[4]。（2）温控措施应结合混凝土浇筑计划，也就是根据混凝土浇筑时的温度变化、浇筑部位等情况采取相应的温控措施。年温变化较大的地区，碾压混凝土温度应力更大，所以应采取更严格的温控措施，反之则可采取较为宽松的温控措施。在大坝强约束和温度降幅大的部位，应采取更严格的温控措施，而在大坝次要部位和温度降幅小的部位，可采取相对宽松的温控措施。（3）温控措施应结合温控标准和温控对象。施工期混凝土约束应力主要呈现广泛分布状态，对混凝土自身缺陷较为敏感，所以温控标准要求更高，温控措施更加严格。同时针对不同的温控对象要有相应的温控措施，例如水闸底板闸墩以限裂设计为主导，而厂房进水口框架以抗裂设计为主导，这些情况不应等同于混凝土重力坝。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（4）鉴于碾压混凝土重力坝施工期温度变化效应的复杂性，应结合大坝结构、施工过程、计算能力与精度要求，并且同时考虑温度、水压力和大坝自重三种负荷，采用有限元法计算大坝温度应力。
2 基于施工期温度变化效应的碾压混凝土重力坝的其他设计问题讨论
2.1 大坝结构型式
大量实践和理论研究证实，坝体受到约束越强，例如体型复杂、孔洞较多、基础不平整等情况，越容易开裂，因为这些型式和部位容易形成应力集中，开裂的可能性也就较大，因此对于碾压混凝土重力坝来说，为避免坝体中产生贯穿性裂缝，就应该改善坝体体型和结构，大坝外形应尽可能平顺，减少突然的转折，内部孔洞设置也应尽量减少，基础面尽量整平。
2.2 大坝上游面温度缝的设置
目前，对于碾压混凝土重力坝是否分缝有两种不同的做法：一种主张不分缝，其理由是不分缝的坝体具有类似拱坝的超静定结构特征，不仅超载能力强，兼具施工简便、坝体工程量减少、施工工期短等特点，而且对于防渗要求不高的二类坝来说坝体开裂漏水也不影响运行；另一种主张分缝，按20～30m间距设置横缝。设置适当的温度缝可以减少开裂并无争议，对防渗要求较高的一类坝宜根据坝体结构在应力集中的部位设置横缝。温度缝和横缝宜采用诱导缝型式，不影响大仓面浇筑施工。可在大坝上游面设置温度缝，缝深距上游面3m，并应采用止缝孔结构，因为槽钢止缝仍会影响仓面施工。
2.3 冷却水管的设置
一般来说，在混凝土结构内部埋设水管，可以降低混凝土温度，控制混凝土内外温差和减少温升幅度，但也许不是所有情况都是合适的。据某工程现场测试，浇筑层每层敷设水管占用2.5～4h时间，但这段时间混凝土浇筑温度最大升高了约10℃，也就是说为了降低混凝土温度而不得不增加仓面覆盖时间的做法，反而更易引起混凝土温度升高，因此从施工质量控制、施工费用控制角度来讲都不够合理[5]。但如前所述，碾压混凝土重力坝体积很大，内部温度降低十分缓慢，往往在运行后要经过数十年乃至上百年才能达到稳定状态，在冬季低温和寒潮来袭下，上游面易出现劈头裂缝，对于高碾压混凝土坝还是应该采取通冷却水的措施，因为不能只注重施工期的温度控制而不顾运行期的裂缝控制。
2.4 浇筑层厚与间歇时间的设置
碾压混凝土浇筑一般采取薄层短间歇连续浇筑方式，但近来倾向于厚层短间歇连续浇筑方法，前者不设冷却水管，但因为浇筑层数多，易受到下雨等不利天气的影响，并在高温季节易受到热量倒灌影响，后者需配置通水冷却等仓面保护措施，但温控成本比前者更低[5]，这种变化值得设计人员注意。
3 结语
施工期温度变化效应是碾压混凝土重力坝设计工作中关键问题之一，而温控措施主要基于成本、质量、进度三方面考虑，然而无论采取哪种措施，各种措施的综合协调运用都是最重要的，只有综合坝型、材料、施工、环境等条件采取最有利的做法，才能确保大坝安全运行。
参考文献：
[1] 雷声军，陈毅峰，陈能平，等. 光照高碾压混凝土坝的设计理念与实践总结[J]. 水力发电，2014，40（7）：45-48.
[2] 周建平，党林才. 水工设计手册. 第5卷，混凝土坝[J]. 2版. 北京：中国水利水电出版社，2011.
[3] 王焰驹. 碾压混凝土重力坝工程温度控制施工技术[J]. 水利技术监督，2014（2）：60-62.
[4] 张海超，姚元成，罗洪波，等. 四级配碾压混凝土在沙沱水电站中的设计及应用[J]. 贵州水力发电，2012，26（1）：28-31，45.
[5] 陈康德. 乐昌峡碾压混凝土重力坝的实用设计与施工[J]. 广东水利水电，2012（12）：9-11，16.
论文作者:梁嘉辉
论文发表刊物:《基层建设》2015年30期
论文发表时间:2016/8/10
标签：混凝土论文; 重力坝论文; 施工期论文; 温度论文; 大坝论文; 措施论文; 常态论文; 《基层建设》2015年30期论文;