严寒地区混凝土大坝设计与施工的特殊性分析.pdf

严寒地区混凝土大坝 设计与施工的特殊性分析 白正 红 ( 延安市水利水电工程勘测设计 院 陕西 延安7 1 6 0 ( ) ( ) ) 摘 要 本 文针对严寒地 区混凝土 大坝 的设计与施工 ， 分析 了混凝土大坝冬季施工温度应如何控制和低温 对混凝土大坝的危害处理等问题 ， 找 出了影响混凝土大坝 的一些特殊性 因素， 并针对其设计 与施工 实施 阶段的实际进行 了比较， 以严寒地 区的冻融破坏 为例提 出 了减轻冻 融破坏的几点措施。 关键词 严寒地 区； 混凝土 大坝 ； 冻融破坏 中图分类号 ： T V 5 2 1 文献标识码 ： B 1大坝设 计 的特 殊性 研 究 本文分析的严寒地区巾的混凝土 大坝 主要为重力坝 ，这 种坝型是靠 自身重量 来 维持整体稳 定 ， 结构作用清楚 ， 设计 的方 法 比较 简单。坝体的稳定情 况使用刚体极 限 平衡核算 ， 其安全度容易判断和对比。而且 重力 坝即使 发生事故 ，也 不易引起连锁 反 应 而导致 出现 全跨 的局面 ， 比较容易抢修 。 严寒地 区的重力坝易 于实现 温度控制和混 凝土 防裂，降低 了内外温差 引起 裂缝 的概 率。 在运行期间 ， 严寒地区使用重力坝还可 以防止坝体 的温度有过大 变化 ，避免 了在 运行期间的温度应 力和裂缝 。另外 ， 重 力坝 坝体断面 比较厚 ，裂缝不容 易贯穿整个坝 体 ， 危害性较小 ， 虽然其使用 的混 凝土量较 大 ， 但是其模板量 小 ， 水 泥用量 小 ， 施 T起 来方便 ， 经济上一般都是可行的 。 重 力坝坝体 的基本 剖面常 为三角 形 ， 随着水 压的增加 而增加 = 三 角形 的面积 ， 并 使力的作用点集中在底板i分点 以内。混 凝土重力坝坝 基面的垂 直正应力在 运行期 间 ， 要保 证坝基 面所 承受 的垂 直正 应力小 于坝基允 许的压应 力 ， 且垂 直最小 的正应 力大于零 。施工期 间 ， 在坝体 的下 游面可 容许不大于 2 k m 的主应力 ，坝体的任 何 截面上 的主压 应力不大于混凝土 的容许 压应力 。 混 凝土重力坝的细部结构设计 是大坝 设计 中的一个关键环节 ，许多重要 的设计 意 图都需要 有完善 的细部 结构 才能实 现。 我 国常用 的横缝 间距一般 为 l 5 m1 8 m， 这 个距离 主要是 根据布置需要而设定 的。在 严寒地 区 ，除 了根据 温度应力计算横 缝间 距外 ，还可 以采用坝顶 和上游面超 冷灌浆 防裂 。冬季上游 面和坝顶一般都可借 自然 降温到达冬季 天然来 水的温度 ，此 时上游 面和坝顶 的横缝 开度 均大于人工冷却 降温 至稳定温度时 的开度 。当冬 季温度低 于零 度时 ，水泥浆液 中可掺人少 量的食盐或 者 氯化钙 。经验表明 ， 在 混凝土温 度 一 7 左 右进行纵横负温灌 浆， 取得 的效果很好 。 2大坝施工的特殊性研究 2 1 混凝土的施工 混凝 土施 丁 ，首先需要设计 合理的配 合 比 ，因为设计 对于坝体不 同部 位提出的 技术要求是不同的 。 例如 白山大坝 其坝体 内部 的混 凝土 技术 要求 是 R 9 0 2 0 0 S 4 D 5 0 ， 其上 游 3 7 0 m高程 以下 及基础部 位的技 术 要求是 R 9 0 2 5 0 S 8 D5 0 。根据设计要求 的不 同 ，施 _ I 时就需要 对组 成混凝土 的材料 进 行选择和试验 ，并进行混 凝土的配合 比设 计和试验。 白山大坝施T时 ，为了满足冬夏混 凝 土施T的需要 ， 在 3 0 2 7 m高程处设置集 中 供热 锅炉 房一座 ，三 台锅 炉 总蒸 汽 量 为 3 0 d h ；在 3 1 2 I n高 程处拌 和楼附近 布置外 加剂车 间和木钙 处理 车间 ( 在混凝 土拌 和 中掺外加剂 ， 可以提高混凝土 的抗冻性 、 和 易性 ) 。 混凝土大坝基础开挖验 收以后 ，还需 要进 行清撬 、 清洗 ， 验收合格后方 可浇筑基 ( 2) 混凝土的加热养护方法和时 间等 。 检查结果应分别记入混凝土lT程施 丁记 录 和温度检查记 录。 ( 3 ) 骨料 和拌和水 装入搅 拌机 时的 温 度 、混凝土 自搅拌 机倾出时的温度及浇筑 时的温度 。每一工作班应至少检查 3次 。 ( 4) 混凝 土养护期 间需要 测定室 内外 环境温度 ， 每昼夜定时定点 4次。 ( 5 ) 混凝土冬 季施T 时， 除预留标准养 护试件外 ，还应制取相 同数量 与结构同条 件养护的试块 。 5 质量通 病 的预 防 5 1 预控麻面 模板面清理干净 ，无杂物 。木模板在浇 筑前应用清水充分湿润 ， 拼缝严 密 ， 防止漏 浆。 钢模板则要刷脱模剂。 保证模板平整， 无 积水现象。另外 ， 混凝土需要振捣密实且无 漏振 ， 至气泡排除为止 ， 以防止分层 。 5 - 2 预控露筋 浇筑砼前应检查钢筋位置和保护层厚度 是否正确， 发现问题及时纠正。 钢筋密集时进 择合适的石子粒径 ，石子最大粒径尺寸不超 过结构截面尺寸小边的 1 4 ， 同时不得大于钢 筋净距的 3 4 。振捣时， 严禁振捣棒撞击钢筋。 混凝土 自由倾落高度超过 2 m时 ， 用溜槽或串 筒等工具下料 。操作时不得踩踏钢筋， 如发现 有踩弯和脱扣的钢筋应 及时修正。 5 3预控蜂窝 严格控制砼配合 比。砼拌 和时注意均 匀， 控制好搅拌 时间 ，砼下料高度一般不超 过 2 m，开始 浇筑 前 底部 应 先填 5 0 mm l O O mm与浇筑砼相同品种的水泥砂浆 。另 外 砼坍落度应严格 控制 。浇筑时应分段 ， 柱子每段高度不超过 3 5 m，墙每段高度不 大于 3 m。施 1 过程中经常观察模板 、 支架 、 堵缝等情况。 5 4预控孔洞 采用正确的振捣方法 严防漏振 。在钢 筋密集 处， 机械 振捣有 困难时 ， 可采 用人 ： 捣固配合 。控制好下料 ， 防止砂 、 石 中混有 粘土块或冰块等杂物 ，预 留 L 洞处则应在 两侧同时下料 ，并采用在侧 面开 口浇筑 的 方法 ， 振 捣密实后再封好模板 6结 语 内蒙古大石门水电站位于高 寒 、高干 燥地 区， 施工条件极其恶劣。该T程 昆凝土 施 T从 原材料 、 混凝 士拌制 、 运输 、 浇 筑 、 温 控 、 质量通 病预防等环节层层把关 ， 保 证冬 季混凝土施工质量与结构安全耐 久 ，缩短 工期 提高了效益 。上文对该 T程 的混凝土 旌 工进 行了总结 ，为混凝土的冬 季施 T提 供 了参考 。陕西 水 利 ( 责任编辑 ： 黄灵芝 ) o C J 、 J 、 、 ( J o 红石电站浆砌石坝渗漏水处理技术浅析 隋科 张艳宁 ! ( 1 湖北白莲河抽 水蓄能电站西北监理 中心 湖北 黄 冈4 3 8 2 1 8 ； 2 中国水利水 电第一工程局有限公司基础 工程分局 辽 宁 大连 1 1 6 0 4 1 ) 摘 要 本文 以红石 电站浆砌石坝为例， 分析该工程 的渗漏现状， 重点阐述 了浆砌石 大坝 渗漏 的处 理技 术， 并总结 了一套 完整 的浆砌石大坝渗漏处理施工方 案。 关键词 浆砌石大坝； 渗漏处理 ； 措施技 术 中图分类号 ： T V 6 4 1 3 + 2 文献标识码 ： B 1工程概况 红石 水电站位于吉林 省敦 化市牡丹 江上 游 ， 电站 河谷 是不对称 “ u” 型谷 ， 有 岸河漫滩 发 育 ， 两岸为玄武岩地 层。 该电站大坝 除溢 流 坝体外 ， 其 他 为浆 砌石 坝体 ， 坝 长 2 1 2 5 0 m， 坝高 3 5 m， 共分 9个坝段 ， l 9 9 9年投 产发 电。 坝体 设有混凝土芯墙 防渗 止水 ，坝基设有 基 础 廊道 ， 并进行过帷幕灌浆 。电站建成后 ， 4 # 坝 段 ( 厂房坝段 ) 出现漏 水情况 ， 坝基 岩石 和 两坝 肩绕 渗也 比较严重 。基础廊 道排水孑 L 涌 水 量约 1 3 9 m3 h ； 4 坝段 渗漏 量约 6 m3 tl ， 渗 漏部 位距 地面 6 m左 右。水位稍高时 ， 水 流呈 喷射 状 ， 冬季结成体积 巨大的冰壶 ， 严重威 胁 坝 体运行安全。 2处理措施技术分析 该工程右岸河漫滩发育 ， 两岸为玄武岩地 层 。根据实体工程的情况分析 ， 主要设计了四 种方 案来处理浆砌石坝渗漏 ， 即在原坝基岩石 础第一层混凝土。白山大坝浇筑最大仓 面， 挡 水坝段为 6 4 0 m ，溢流坝段 8 0 0 m ，扩机坝段 7 8 0 m 。柱状混凝土浇筑采用 l O 3 0 t 门式机 为 主， 2 0 t 缆式 起重机为辅 的栈桥施 T方案 缆 式起重机作业塔首 轨顶 高程 4 8 5 1 6 m， 右岸塔 尾顶 高程 4 6 1 2 1 n l ， 有效 长为 1 7 0 m， 平顶位置 基本 可以控 制全坝 ，配合 门式机 浇筑挡水坝 段 、 扩机 坝段 、 高 孑 L 、 深孑 L 坝段 的高部 位混凝 土和大坝金属结构安装 。混凝土大坝施 工中， 由于河岸部 位浇筑 与两岸 坝基开 挖 的干扰 ， 以及施 T栈桥修建时间较 长 ，每辆可供浇筑 的坝段较 少 ， 约为全坝段 的一 半 ， 因而全施 工 期混凝 土浇筑强度较低 ，最高 年浇筑强度 为 2 4 0 7万 m ， 月最高强度 为 4 0万 in 。 严寒地 区混凝土大坝 的温榨 措施是最重 要 的 ， 其温控的 主要措施也 有多种 。例如 ， 选 用 低热高强水泥 ，坝体混凝 土全部使用硅 酸 盐水 泥 ； 基础部位薄层 的浇筑 ， 靠近基础面连 续浇筑 3层 1 5 m厚薄层 ， 每层每隔时 间 5 d 7 c 1 ， 最 多不能超 过 1 5 d ， 以减 少水化 热温升 和 减 少基础约束应力 ；对基 础混凝土浇筑块 尺 寸进行限制 ， 并在坝 体低高程设施 l 纵缝 ； 在 仓 面埋冷 却水 管冷却 ， 埋设 间距 1 5 m1 5 m， 削减混凝土 内部的初始温度 。 2 2预应力锚索的施工 预应力锚索在水利水电工程中已经得到 了广泛的应用 ， 据不 完全统计 ， 世界各 国已经 有 6 O余 座大坝 ， 成功 的应 用了预应力锚索 加 同技术。在严寒地 区的丰满大坝中 ， 预应力锚 索 的应用取得 了良好 的效 果。丰满大坝 的 3 4 号 3 6号坝段 ，由于坝基为一个大断层破碎 带 ， 地 基与坝底混凝土接触 面抗剪强度低 ， 使 大 坝抗 滑稳定安全度不够 。因此存基础灌浆 廊道往基岩深部钻孔 ， 先将锚索锚固在深层地 基 中 ， 然后对锚索加预应力 ， 以增加坝体的竖 向 力。具体设计 为坝体 内部设计两排锚 索， 从坝顶往 下坝内钻孑 L ， 锚索深埋 在坝体下部 ， 在坝顶对锚索施加预应力 ， 来增加坝体层问的 混凝土的抗剪 断强度 。 2 3混凝土坝冬季施工的问题 根 据混 凝 土 的施 工规 范 ， 日均 温 度在 5 ， 最低温度在 一 5 c c即为混凝 土的冬季施 工 时期 。但是在严寒地 区， 混凝土和成堆的骨料 的温度不是仅和当地气温有关 ， 它的温度一般 都滞后 于气温。入冬时气温虽然 降到 了冻结 温度 ， 但是料堆 内部骨料温度的却较气温高一 些 。 一般可采用 5 o C8 的混凝土覆盖温度， 即用 散热 系数为 13= l 2的保 温模板 。在这 种覆盖温度下 ， 当浇筑块高 1 5 m时 ， 混凝 土由 于外 界温度低 ， 散热量 大， 其内部温度最高 达 2 O 左右 ，混凝 土硬化后产生 的内外温差在 1 7 左右 ， 混凝 土没有产生裂缝 。 一 般季节 ， 水坝清基都采用 的是水冲洗 ， 但是冬季用水浇有水温要求 ， 因而采暖保温量 最大 。当气 温在 一 1 5 以上时， 浇混凝 土不用 搭 暖棚 ， 但是用水清基就必须 搭暖棚 ， 否则水 就会结冰 ， 对施工造成很大影响 。实际施工中 进行 l压缩空气清基 的试验 ， 效果很好 ， 与 混 凝土结合的强度较高， 但是其在暖棚内的灰尘 不容易清除， 就需要吸尘设备做辅助。 3严寒地 区大坝 的特 殊破坏 冻融破坏 频 繁的气温正负变化和混凝 土冻融循环 是 混凝土发生冻融破坏 的前提 。形成冻融破 坏 同时具有两个条件： 温度 的正负变化和有水 的环境。当毛细管孔隙被水饱和且完全结冰 时 ， L 隙内的体积 膨胀 为 9 ， 体积膨 胀会对 毛 细管周围混凝土产生冻 胀压力 ； 另外 ， 在冰 块的温度升高时， 同样的会产生冰的体积膨胀 而对周围物质产生挤压力 ， 即水温正负交替均 会产 生膨 胀力。在这种反 复的冻胀压力作用 下 ，混凝 土都有可能产生应力疲 劳而受到破 坏 。严寒地区当混凝土饱 和时 ， 冬季冻结深度 很大 ， 必然冻融破坏。 水工混凝土规范规定 ， 对 于以抗冻性和抗 渗性 为主要要求的混凝土 ， 必须掺 用引气剂 ， 适 当采用减水 剂 ， 严格控制水灰 比， 优先采用 碳酸盐水泥和硅酸盐水泥。引气剂可以显著的 改善混凝土和易性 ，每引入 l 的含气量可 以 减少 2 4 的拌合用水，并且是在不降低坍 落度的情况下改善和易性。 表层适当的配筋也 可 以增加混凝土耐久性 ， 减少混凝土开裂的机 会 ， 并且减轻冻融破坏 。挡水坝的建设必须严 格 的执行混凝土搅 拌 、 浇捣 、 养护等 ， 增加混凝 土 的密实性 ， 增强水坝的抗冻融破坏能力。 4结 论 严寒地 区混凝土大坝 的设计 、 施工中遇到 的问题都具有一定的特殊性 ， 虽然 已经得到了 一 定程度的解决， 但是低温的气候与正负温度 的交替所带来的 问题并 没有完全的消除 。因 此 ，还需要 我国的学者们进行更 深一步地研 究， 从根本上消除严寒地区混凝土大坝因其气 候 的特殊性而存在的各种 问题 。陕 西水利 ( 责任编辑 ： 黄灵芝)