寒冷干旱地区碾压混凝土重力坝保温保湿措施.pdf

艾尼 努 尔塔扎 寒冷 干旱地 区碾 压混凝 土重力坝保 温保 湿措施 房 、 户内式开关站等 水工建筑 物组成 。拦河 坝“ 一 ” 字 形布置 ， 全长 9 6 3 1 0 m， 坝 0+0 0 0 0 0坝 0+ 4 9 6 0 0 为碾压混凝土重力坝 ， 坝 0+ 4 9 6 0 0坝 0+ 5 5 6 O 0为 碾压混 凝 土 重 力坝 与 黏 土 心墙 坝 的结 合 段 ， 坝 0+ 5 5 6 O 0坝 0+ 9 6 3 1 0为 黏土心墙坝 。碾 压混凝 土重 力坝共 分为 3 0个 坝段 ， 坝段长 度在 1 5 2 5 5 m之 问 ， 最大坝高 4 9 8 m。 工程位 于寒冷 干旱 地 区 ， 极 端最 高气 温 3 9 C， 极 端最低气温 一 3 2 c C， 多年平均降水量 3 3 4 0 ra m； 多年平 均蒸发量 1 9 6 1 0 m m； 多年平均风 速 3 3 m s ， 最大 风速 2 4 0 m s 。春秋季短 ； 夏季炎热 、 干燥 、 风大 ； 冬季 寒冷 ， 寒潮频繁 ， 平 均年寒潮 次数 为 2 0次 。昼夜温 差大 ， 年 平均昼夜温差 为 1 8 C， 年温 度 变化 幅度 大 ， 年 温差 超 过 6 0 。工程场址的地震基本 烈度为 8度 ， 属强地 震 烈度 区。由于 “ 冷 、 热 、 风 、 干” 的寒冷 干旱 气候 特 点 ， 碾压混 凝土重力 坝的温控 防裂问题尤 为突 出， 对 于混 凝土坝施工及安全运行将 产生严 重影 响。无 论是 “ 内 降” 或“ 外保 ”的温控抗 裂措施 ， 均需 加强混 凝土 的保 护 。因此 ， 保 温 、 保湿是该工程碾压混凝土重力 坝筑坝 的关键技术 。 3 碾压混凝土重力坝坝体整体保温保湿措施 常规的温控措施是基 于温度梯度过大产生裂 缝的 认识 提 出的， 虽 然能在某 种程度上 减少出现裂缝 的几 率 ， 但 由于未考 虑到湿度 场的存在所 致温湿耦合 机制 对混凝土裂缝产生的作用， 因此 ， 无法从根本上防止混 凝土裂缝 的产生 ， 要从根本 上防止混凝土 裂缝 的产生 ， 必须采取混凝土永久保温保湿的防裂措施。 3 1 保温保 湿材料选择 根据工程特性 和气候 条件 ， 碾压混 凝 土重力 坝坝 体整体保温的材料一般为三种： 聚苯板保温材料、 珍珠 岩发泡保温涂料 、 聚氨脂保 温材料 。 氨基 甲酸酯 高 聚物 ( 简称 聚氨 酯 ) 是 由异氰 酸酯 和羟基化合物反应生成氨基 甲酸酯作 为其 特征链节而 命名 ， 聚氨酯具有较高的扯断强度、 撕裂强度、 耐磨性 和突出的抗冲击性能， 同时具有良好的装饰性能和优 异的耐化学腐蚀性能。因此 ， 常以其作为成膜物质合 成保护涂料 ， 广泛应用于装饰和防腐领域。近年来 ， 随 着反应 喷涂成 型 ( R e a c t i o n S p r a y i n g Mo l d i n g ) 技术 的发 展和成熟 ， 在各领 域得到广 泛应用 ， 具有不 污染 环境 ， 不需加热 ， 节约能源 ， 快速固化 ， 施工期短等优点 。 保温材料和混凝土之间的黏结直接影 响其保温性 能 ， 聚氨脂在没有 加入 发泡 剂之前本 身是一种 强度极 高的黏合剂 ， 在加入发泡剂制成泡沫后 ， 其黏结力仍然 很强 ， 仍能和混凝土连为一体 ， 而且水对 于聚氨酯基本 没有溶解腐蚀作用， 即水与聚氨酯不发生反应， 水淹后 不会脱落 ， 可用于坝体水位变动区的保 温保湿 。 聚苯板保温材 料 的做 法为 ： 人 工涂刷 黏结剂 +人 工黏贴聚苯板 +防水涂料； 珍珠岩发泡保温涂料的做 法 为 ： 人工涂抹珍珠岩发泡涂料 ； 聚氨酯保 温材料 的做 法为 ： 机械喷涂聚氨酯。其中 ， 发泡 聚氨酯保 温材料 的 施工对 于施工 机具 有 一定 的要求 。喷涂 需借 助 空压 机、 喷涂机等设备。喷涂必须采用喷枪进行， 需离开坝 面一定距离 ， 施工作业有一定技术含量 。喷涂前 ， 设备 吊运 安装调试及材料准备工作量较大。但是相对于传 统的保温方 式 ， 聚氨酯保 温保湿具 有 以下几 个方面优 点 ： 由于采用 喷涂方 式 ， 施工速 度快 ； 材料 与坝面 粘贴牢靠 ， 而且具有一定强度， 无需在其表面采用钢模 固定和保护， 简化了施工工序； 喷涂过程 中采用高 压， 聚氨酯材料能有效渗入混凝土表面， 材料反应后能 够屏蔽混凝 土表面 的毛细孔 和微 裂隙 ， 可 以起到一定 的防渗作 用 ； 喷涂 工艺使 聚氨酯材料在 坝面形成一 个整体 ， 没有接 缝 ， 这有 两方 面好处 ： 一方 面 可以保持 内部混凝 土湿 度 ， 使 混 凝 土不 出现 干缩 裂 缝 ； 另 一方 面 ， 可以阻止外界水 的渗入 ， 较之于另两种材料有无渗 入水凝结 成冰 ， 产生膨胀 ， 从而剥离等优点。 从材料造价 、 保 温效果 、 施工 简便 等方 面考虑 ， 山 口水 电站工程碾压混凝土大坝 的温度控制保温保 湿选 择了喷涂聚氨酯泡 沫材料 。 3 2 春 、 夏 、 秋季保温保湿 此部分混凝土浇筑时间均在规范要求的冬季气温 以上 ， 所 以对于每个 升程顶 面 ， 在混凝 土碾压 结束 后 ， 立 即覆盖彩条布 ， 进 行表面 保湿 ， 待 混凝土终 凝后 ， 进 行表面刷毛或冲毛处理 ， 之后继续进行表面保湿养护， 直到大于 1 4天或上层混凝土浇筑。 现场施工时 ， 通过仓 面喷雾 或表 面流水 方式加 强 浇筑仓面养护 ， 高温期施 工的停浇面 ， 仓 面碾压 完毕后 3 3 水利建设与管理 2 0 1 2 年 第 6 期 覆盖帆布或苫 布进行 保湿或 喷雾 。根据天 气预 报 ， 如 寒潮来 临时 ， 做好层面的保温工作。 3 3 冬季保温保湿 冬季主要是在 气温达 到规范 温度时 ， 在混凝 土施 工结束后 ， 立 即覆盖一层棚布加一层 彩条布进行保温 ， 直到同时期成 型的混凝 土试块强 度超过 抗冻强 度 ( 设 计强度的 4 0 ) ， 之后 ， 将覆 盖分 片 除去 ， 在 白天气 温 达到 0 c c以上时 ， 进 行冬季越冬层面 的保温。 越冬层面 的保 温 ： 采用 l O e m聚苯板保 温 ， 在聚苯 板表面覆盖 1 5 m左右 的土层 ， 以起 到保护 的作用 ， 棱 角处 的保温见下图。 1 5 m左右的土层 聚氨酯 保 温 不 意 图 3 4 上下游混凝 土表 面的保温保湿 在聚氨酯喷涂之前主要采用表面流水养护， 养护 时间不少于 1 4天 ， 并在冬季来 临之前及时喷涂 5 e m聚 氨酯 。 对 于表 面有插筋 的混凝土表面 ， 如 表孔溢流坝段 、 坝后 台阶等 ， 在冬 季来 临前覆 盖 1 m左 右 的秸秆 或稻 草进行保温 。 4 保 温保 湿效 果安全 监测 与措 施评价 山 口水 电站工 程碾 压混凝 土 大坝 坝体 共埋设 了 7 4个 温度计 监 测坝 体温 度变 化 ， 其 中临时温 度计 3 0 支 ， 共取得 观测 数据 1 1 5 0 6组 。另设 坝体 导温观 测断 面 3个 ， 每 个 断 面 在 距 坝 面 0 0 5 m、 0 1 5 m、 0 3 5 m、 0 6 5 m、 1 1 5 m处各埋设温度计两支， 设坝体表面温度 观测断面两个 ， 在距坝面 0 0 5 m处埋设温度计 ， 共埋设 温度计 1 7支 ， 对坝体温度梯度变化进行 了观测， 共取 得观测数据 1 8 8 4组 。安全监测结果如下 ： 坝体表面 0 0 5 m处 冬季 最低 温度 为 0 48 6 3 4 之间 ， 平均为 3 5 c IC， 夏季 最 高温 度为 2 2 33 3 1 c I = ， 平均为 2 6 8 ； 坝体表面 0 1 5 m处冬 季最 低 温度 为 1 0 4 4 之间 ， 平均为 3 0 ， 夏季 最 高温 度为 2 1 82 8 1 ， 平均为 2 4 3 ； 坝体表面 0 3 5 m处冬 季最 低 温度 为 1 2 4 5 之间 ， 平均为 3 1 ， 夏 季最 高温 度 为 2 2 03 4 8 ， 平均为 2 6 5 ； 坝体表面 0 6 5 m处 冬季 最低 温 度为 1 76 3 c IC 之 间， 平均为 4 5 ， 夏 季最 高温 度 为 2 1 33 4 8 ， 平均为 2 6 3 ； 坝体表面 1 1 5 m处 冬季 最低 温 度为 2 27 8 之 问， 平均为 5 3 。 另外 ， 在下游坝面与保 温层结 合 面埋设 4支 温度 计 ， 最低温度 2 6 ， 最高 温度 2 9 6 ， 聚氨酯 泡 沫消 减坝面与大气温度差作用明显 。 从坝体温度梯度 变化规律 可知 ， 坝 体 喷涂聚 氨酯 保温效果 良好， 坝体表面温度为正温， 年变幅在 2 3 2 0 8 ， 符合设计要求。 2 0 0 7年 冬 季 山 口水 电 站 工 地 最 低 气 温 达 到 一 2 1 7 c C， 无 聚氨酯保温 的距下游坝坡混凝土 内 1 m处 测点的最低温度达到 一 4 1 ； 有聚胺脂保温的下游坝 面温度测点 的最低 温度为 3 1 4 5 ， 说 明聚胺脂保 温效果 良好 。 工程安全监测 数据表 明 ， 坝面 喷涂 聚氨酯 泡沫保 温保湿措施 ， 取得 了良好 的防裂效果 ， 坝体基础强 约束 区没有发 现贯穿性裂缝 ， 应力应 变实测值 符合设计 要 求 ， 坝面温度 、 坝面湿度等观测数据符合温湿耦合 理论 防裂要求 ， 层 问结合质量 良好 ， 大坝运行安全 。 5 结语 山 口水电站工程碾压混凝土重力坝坝体表 面喷涂 聚氨酯 泡沫进行保 温保湿 和防裂效果 明显 ， 该大 坝 已 投入运行一年多时 ， 经历 了设计洪水位 的考 验 ， 大坝 的 工程质量和各项性状指标 良好， 符合设计和国家相关 规范要 求 ， 为寒冷 干旱地 区碾 压混凝 土重力坝采 用喷 涂聚氨酯泡沫保温保湿防裂提供了成功应用实例， 并 且已推广应用于新疆冲呼尔水电站工程碾压混凝土重 力 坝和湖北 云龙 河三级水 电站工程 ， 取得 了显 著的社 会效益和经济效益 。