高海拔地区中型混凝土坝防裂施工技术总结报告.docx

1、高海拔地区中型混凝土坝防裂施工技术总结报告企业研发项目总结报告-高寒地区中型混凝土坝防裂施工技术研究一、立项的背景与意义（1）背景。千丈岩水电站工程是一座以发电为主，同时兼顾农田灌溉、人畜饮水和城市防洪等功能的具有综合效益的水利水电工程。工程总装机3.67万KW，年发电量12170万KW.h。本工程坝址位于巫山县庙宇镇红椿乡放马村阴湾河上游海拔1650m1750m的高寒地区，水库正常库容369万m3，总库容405万 m3，拦河坝为双曲混凝土薄拱坝结构，坝顶宽3m，坝底宽18m，坝高65.5m，坝长178m。坝体由8条横缝分成9个坝段，坝体浇筑材料均为C9020W6F150三级配混凝土，浇筑层厚

2、2m。由于坝址位置海拔高，常年平均气温及最低气温均较巫山县城低710，据20112013年施工阶段的实测气温资料：坝址平均气温9.76，极端最高温度31，极端最低温度-8。在这样的气温条件下，大体积混凝土浇筑的温度及防裂控制技术与常规温控防裂技术有一定差别，其操作性和可行性都有着不同的要求。其混凝土温控防裂技术的独特性就尤为重要。（2）意义。拱坝混凝土施工技术在我国水电施工中应用比较广泛，混凝土裂缝对工程质量、外观有较大的影响，而在高寒地区混凝土的温度控制及防裂技术因其独特性，其温度控制及防裂技术研究有助于本工程质量、节约投资，对今后在相近地形气候条件下混凝土拱坝温度控制及防裂施工技术具有很大

3、的参考、借鉴的价值。二、项目实施的主要内容研究和分析高寒地区中型混凝土拱坝混凝土温度控制及防裂施工技术。主要内容具体如下： （1）第一阶段：2011年3月11月，进行气温、水温等数据的测量及往年这方面的数据收集，根据实际的气温、水温数据进行混凝土热工计算，冷却通水计算等，编制初步的结合本地区独特气候条件的混凝土冬季温控防裂措施及混凝土夏季温控防裂措施。 （2）第二阶段：2011年12月2012年4月，根据已经编制的初步混凝土冬季温控防裂措施的具体内容，将其落实到该时段冬季混凝土的实际施工中去。并根据坝体一些预埋仪器的实测数据及混凝土质量的检测，对冬季混凝土温控及防裂的效果进行总结和评价，并提出

4、冬季混凝土温控及防裂的改进措施。 （3）第三阶段：2012年5月2012年10月，根据已经编制的初步混凝土夏季温控防裂措施的具体内容，将其落实到该时段夏季混凝土的实际施工中去。并根据坝体一些预埋仪器的实测数据及混凝土质量的检测，对夏季混凝土温控及防裂的效果进行总结和评价，并提出夏季混凝土温控及防裂的改进措施。 （4）第四阶段：2012年11月2013年4月，根据提出改进措施的混凝土冬季温控防裂措施的具体内容再次其落实到冬季混凝土的实际施工中去。并根据坝体一些预埋仪器的实测数据及混凝土质量的检测，对冬季混凝土温控及防裂的效果进行总结，并进行总体评价，得到混凝土冬季温控防裂的技术总结。 （5）第五

5、阶段：2013年5月2013年9月，根据提出改进措施的混凝土夏季温控防裂措施的具体内容再次其落实到夏季混凝土的实际施工中去。并根据坝体一些预埋仪器的实测数据及混凝土质量的检测，对夏季混凝土温控及防裂的效果进行总结，并进行总体评价，得到混凝土夏季温控防裂的技术总结。 （6）第六阶段：2013年10月2013年12月，根据混凝土冬季及夏季温控及防裂的两项技术总结，再进行综合论述，并得出最后的关于在高寒地区中型混凝土拱坝施工防裂技术的研究报告，即提出最终结论。三、项目关键技术 1、混凝土冬季温控防裂方面（1）热水清洗建基面：岩石建基面在低温期会因含水或积雪造成基岩面冻结，造成基岩面清基困难。而清基完

6、成的岩石面若出现冻凝层会形成天然缝隙，影响混凝土浇筑质量。因此在低温期间需要利用坝下游的燃煤锅炉引热水冲洗未清基的岩石面。将基岩面升温，融化冻凝层便于清基施工。清基完成后开仓浇筑混凝土前，再利用热水进行冲毛施工，将基岩或施工缝面宜利用热水冲毛将其表面温度升至5以上，并保证不出现冻凝层的情况下可开仓浇筑施工。（2）混凝土拌合和运输过程中的注意事项：结合本地区气候条件，出现-5以上的气温较为少见，预计气温将持续在-55之间，因此在混凝土拌合阶段采用热水拌合的方法。根据混凝土热工计算，拌合用水每提高5，混凝土出机口温度上升1。因此保证混凝土出机口温度恒定在1013，混凝土入仓浇筑温度恒定在710（参

7、考其他工程类似经验）。因此在拌合楼原蓄水池旁增设锅炉水加热设备一套，拌合用水统一采用5055温水。严格控制水温，拌合水温不能超过60。拌合混凝土前，利用锅炉热水冲洗拌和机，经拌和机内的积水和冰水清除。（3）蓄热保温技术：根据本地区气候情况，不会经常出现-5以下的温度情况，因此混凝土浇筑和养护采用“蓄热保温法”。“蓄热保温法”是在混凝土的外表面覆盖保温层，使混凝土温度缓慢冷却，在受冻前达到所需混凝土强度。该方法利用混凝土水化热提供热源，不需另外配置加热设施。参照水利水电工程施工组织设计手册P308页的相关内容，本地区气候条件非常适宜“蓄热保温法”施工。具体做法为混凝土浇筑仓表面（混凝土表面）收仓

8、后立即覆盖保温被，保温被材质选择泡沫塑料板。为起到防风和多次回收利用的效果，泡沫塑料板外用彩条布缝制密封。周转几次后可拆掉原彩条布外衣，并重新缝制彩条布包裹泡沫塑料板。而对于仓面边缘模板处得保温，可设计保温模板。具体做法为在大坝混凝土浇筑用大型钢模板（2.4m3m）外侧安装保温层，保温层同样采用塑料泡沫板利用铁丝紧紧固定在模板面板外缘，要求泡沫板紧紧卡住面板，不得有较大缝隙。塑料泡沫板外侧同样加盖一层彩条布起防风的效果。（4）冷却水管通温水技术：进入低温季节施工，外界温度较低。而混凝土在水泥水化热的影响下同样将出现温升的情况，进而导致内外温差过大，易使混凝土出现开裂等质量问题。因此在低温季节需

9、要继续进行冷却通水的施工，以削弱水泥水化热的峰值，减小混凝土与外表面的温差。本地区低温季节水温往往接近于0或冰凌状态，所以低温季节冷却用水需要对水温有一定要求。根据热工计算，冷却通水水温需达到58范围。因此，为保证低温季节正常冷却通水，需要对冷却水进行一定的加热。热水使用热水锅炉加热水，除满足冷却通水之外，也可做为坝体施工缝热水冲毛、以达到提高施工缝面温度的目的。（5）拆模时间拆模后的混凝土表面保护： 低温季节混凝土拆模遵守原则：A、坝体混凝土强度需达到7MPa以上方可进行模板拆除。B、不宜在夜间和气温变化较大的时候拆模，要求施工作业人员需在白天气温稳定的情况下进行模板拆除的施工。C、低温季节

10、施工阶段若有承重结构的部位，不宜进行模板拆除施工。D、“蓄热保温法”施工拆模时间结合其他工程类似经验，拆模时间不应低于5d。 表面保温措施：A、混凝土浇筑仓表面收仓后立即覆盖保温被进行保温。B、保温模板可适当延长拆模时间，以使混凝土侧面长期起到保温效果。保温模板拆除后，需要继续对侧面进行保温处理。具体做法为在坝体上下游面用保温被进行遮盖，由于20112012年低温季节期间坝体只浇筑上升至EL1676m，浇筑高度8m。因此坝体上下游面固定保温材料需要搭设钢管脚手架，以此为施工平台在上下游坝面上固定保温被。固定方法为在坝面上用电钻布孔，用6.5mm盘条作为短插筋固定保温被。保温被采用2m2一块的塑

11、料泡沫板，泡沫板用彩条布缝制外衣起到保护作用。保温被之间要覆盖紧密，之间不留空隙。因此在铺设完成保温被后，可在保温被上层在满铺一层彩条布。2、混凝土夏季温控防裂方面利用本地区高海拔低气温的特点，夏季相对温度较低。混凝土温度控制及防裂难度相对较低，根据混凝土热工计算，冷却通水通常温水（本地区夏季水温均在1316）即可满足温度控制要求。（1）混凝土水化热控制：A、优化高性能混凝土配合比，在保证强度的前提下，尽量减少混凝土中水泥用量。B、选用性能更优越的适合大体积混凝土浇筑的中热和低热水泥，并在混凝土中按设计要求添加30%粉煤灰，降低混凝土早期水化热。C、在设计技术要求的前提下，采用三级配混凝土，从

12、增加骨料粒径的影响方面减少水泥用量。D、选用减水效果（减水率可达到18%20%）更好的外加剂，减少水泥用量。（2）混凝土拌制：A、混凝土搅拌站料斗、皮带运输机、搅拌机采取遮阳措施，避免日光直射，搅拌根据搅拌方量大小选择在一天气温较低的时间段进行，搅拌前对相关搅拌设备进行洒水降温。使用时与混凝土材料接触面不得存在附着水。为了降低混凝土搅拌时发生摩擦产生的热量在满足规范要求的前提下尽量缩短搅拌时间。B、在进行混凝土搅拌前，除对骨料含水率进行测量外，对环境温度以及胶材、骨料、水等材料的温度进行测量。并形成相关记录。根据测温结果对混凝土的出机温度进行推算。当推算混凝土出机温度大于25时，对原材采取上述

13、措施进行降温。C、混凝土搅拌过程在按照规定的方法和频次对混凝土的坍落度、含气量、泌水率进行检测的同时，还应对混凝土的出机温度进行测量，确保混凝土出机温度不大于25。（3）混凝土运输：A、采用混凝土运输搅拌车包裹湿布保温降温的措施运输混凝土，混凝土运输容器采取防晒降温措施，缩短运输时间。运输混凝土过程中慢速搅拌混凝土。B、为了防止混凝土坍落度损失过大以及发生堵管现象，长距离混凝土输送管道采取遮光覆盖措施，并喷洒冷水对其降温。C、严格规范现场管理，加强与现场的信息沟通，对现场浇筑进展进行严格控制，合理安排，控制并缩小混凝土到达现场等待浇筑的时间，确保降低砼在运输过程中受环境温度的影响。（3）混凝土

14、浇筑：A、混凝土浇筑根据施工方量选择在夜间浇筑而避开炎热的白天，在进行混凝土浇筑时进行混凝土拌和物性能试验以及对混凝土温度进行测量。确保混凝土入模温度不大于25。B、夏（热）期浇筑混凝土前，作好充分施工准备，保证混凝土浇筑连续性；缩短混凝土从搅拌机到入模的传递时间及浇筑时间。C、钢模板拼装到位后，模板周围采取遮阳措施，防止钢模板被阳光直射。在浇筑混凝土前，采用冷水淋洒钢模板外侧以降低模板温度。D、钢筋绑扎完毕后，尽量避免在阳光下长时间曝晒，在浇筑混凝土前采用冷水淋洒钢筋骨架，对非模板介质的接触面也彻底淋湿，在浇筑时控制不能有附着水。这不仅能够使钢筋骨架保持相对较低的温度，还能够使由吸收和蒸发引

15、起的混凝土水蒸汽的损失降到最低。E、为了避免大体积混凝土浇筑时水化热的传递采取薄层（30cm）连续施工方法。F、浇筑过程中按预定的测温方案，留置测温设施。G、在混凝土浇筑完毕后，对于混凝土的裸露面，及时采用覆盖塑料薄膜、覆盖土工布反复洒水保湿，并保持湿润，防止塑性裂纹的产生。（4）混凝土拆模及表面养护：在混凝土浇筑完毕后，时刻关注外界环境及混凝土内外温度的变化，控制好混凝土降温梯度，避免出现裂纹。A、拆模前养护期间在模板外侧搭设遮阳设施，防止阳光直射模板。外露混凝土进行覆盖保湿。混凝土终凝后的持续保湿养护时间不少于28天，并做好养护过程的记录。B、大体积混凝土浇筑时在混凝土内部埋设冷却水管，冷

16、却水管的使用及控制:冷却水管使用前进行试水,防止管道漏水、阻塞,并保证由足够的的通水流量,控制冷却用水的进水温度,在混凝土浇筑到冷却水管标高后,立即开始通水,目的是有效降低混凝土水化热最高温升值,并在温度达到峰值后加快混凝土内部散热降温。并控制混凝土降温速率1.5/d而定。根据设置在承台不同高度的温度应变片,测量临近散热管的温度值,保证进水温度和混凝土内部温度差值控制在10左右。C、养护期间对有代表性的结构进行温度监控，定时测定混凝土芯部温度、表层温度以及环境气温、相对湿度、风速等参数，并根据混凝土温度和环境参数的变化情况及时调整养护制度，严格控制混凝土的内外温差满足要求，控制一般混凝土芯部最

17、高温度不超过65，通过对混凝土的温度监控，掌握混凝土内部的实际最高温升值和混凝土中心至表面的温度梯度，确保在拆除结构模板时结构或构件芯部混凝土与表层混凝土之间的温差、表层混凝土与环境之间的温差小于20及降温速率采用V11.5/d。 D、混凝土强度满足要求后可拆除模板。拆模前进行温度测量。一般情况，大风或气温急剧变化时不进行拆模。在夏（热）期施工，采取逐段拆模、边拆边盖的拆模工艺。混凝土去除表面覆盖物或拆模后，对混凝土采用覆盖洒水等措施进行保湿养护，保湿养护期间采取遮阳和挡风措施，以控制温度和干热风的影响。E、为了防止气候骤然变化混凝土产生过大的温差应力，混凝土内部开始降温以前以及混凝土内部温度

18、最高时不得拆除模板。F、延缓温差梯度与降温梯度的措施：一些重要混凝土仓面浇水养护及采用泡沫保温层和覆盖彩条布保温措施，专人负责，覆盖于混凝土终凝后进行，做到前14天坚持洒水保持湿润，拆模后湿养不间断，确保不形成干湿循环。G、在混凝土养护期间，及时对环境的气温、相对湿度、风速等参数进行测量，每日检查至少次，并做好测温记录。（5）混凝土人工冷却：按照设计要求，在上一仓混凝土浇筑完成后，下一层混凝土尚未浇筑前，在其水平施工缝上安装冷却水管。坝体内埋设冷却蛇形管采用32mm聚乙烯塑料管，壁厚3.25mm；支管、干管、立管均采用煤气管，型号见本方案第九章节。其中总进回水管、干管和立管需要加装7道保温层。

19、7道保温层从里之外分别为镀锌铁丝绑扎、铁红醇酸底漆、聚氯乙烯泡沫塑料、沥青玛蹄脂、石油沥青油毡、稀格玻璃布及酚醛耐酸漆。坝体混凝土基础约束区每层浇筑高度1.5m，非约束区每层浇筑高度2m。因此仓内蛇形管纵向间距2m，仓内蛇形冷却水管间间距1.5m，距上下游坝面边线1m，距横缝最短距离0.6m。蛇形管需要在施工缝上进行加固固定，加固方法为在管两侧用电钻造若干深10cm的孔，在管两侧孔内埋设6.5mm圆钢做为插筋，两侧插筋拧紧点焊实现固定。蛇形管每2m必须布置一组插筋进行固定。仓内蛇形管的连接采用加套管焊接的形式，两道焊缝，确保冷却水不会漏水。每仓混凝土浇筑完成后应立即或3天内进行通水冷却，通水每

20、天应改变一次通水方向，混凝土通水时间为15d（天），冷却用水采用河水，通水温度为816，夏季水温度过高则需配备临时冷却机组，冷却水管中的流速按0.6m/s、流量按15L/min进行控制。降温速度不能大于1.5/d。四、项目的创新点（技术创新、工艺创新、产品创新角度分析）（1）蓄热保温技术在低温条件下的应用：根据本地区气候情况，冬季气温一般在-75，夜晚气温均在-7-2范围，一般不会出现-10以上的极寒天气。因此混凝土浇筑和养护采用“蓄热保温法”即可以满足正冬季低温期混凝土温度控制及防裂要求。“蓄热保温法”是在混凝土的外表面覆盖保温层，使混凝土温度缓慢冷却，在受冻前达到所需混凝土强度。该方法利用

21、混凝土水化热提供热源，不需另外配置加热设施。该方法在实践中操作更为简便，其做法简要概括为混凝土浇筑仓表面（混凝土表面）收仓后立即覆盖保温被，保温被材质选择泡沫塑料板。而对于仓面边缘模板处得保温，可设计保温模板。具体做法为在大坝混凝土浇筑用大型钢模板（2.4m3m）外侧安装保温层，保温层同样采用塑料泡沫板利用铁丝紧紧固定在模板面板外缘，要求泡沫板紧紧卡住面板，不得有较大缝隙。塑料泡沫板外侧同样加盖一层彩条布起防风的效果。所以该方法的应用保证了在冬季低温季节混凝土的浇筑质量，也在同时最大程度的降低了冬季混凝土保温的成本，从经济和质量上都取得了不错的效果。而结合本地区的实际气候条件选择合适的施工方法

22、对于工程质量的保证和经济利益的最大化有着极其重要的意义。（2）夏季常温通水冷却技术的应用：根据本地区气候情况，夏季白天最高气温一般在2530，很少有超过30以上的气温情况出现。天气均比较凉爽，与此同时水温均保持在1317的范围。也比较低。很据设计方提出的混凝土温度控制各项指标要求，并结合气温、水温和各项原材料的一些物理参数进行热工计算，大坝大体积混凝土在夏季的冷却通水只需要通常温水即可满足要求，不用按常规的布置冷却机组进行常温水冷却，再用冷却水去降低坝体混凝土温度。从这样的一个角度去理解，本工程应该不叫“冷却通水”，可以说是一种“常温水冷却”。在这样的条件下，就不需要另外配置制冷却水设备，只需

23、要直接在河水中抽取河水直接和冷却通水管路联通通水即可。坝体混凝土浇筑期间，经冷却水水温观测和坝体温度测量，坝体内最高温度均低于设计提供的标准上限，大坝混凝土内未出现深层裂缝及贯穿裂缝。大坝混凝土的温控质量及防裂效果尤为明显。（3）MBQ600高架门机垂直运输混凝土：虽然高架门机在混凝土浇筑垂直运输方面已经有了很广泛的运用，但对于本工程，混凝土的温控质量和防裂效果上面，高架门机的使用也具有了很大的意义。首先本工程混凝土浇筑方量约为86000m3，其中高架门机完成的浇筑方量仅为52000m3，比例仅为约60%，从经济上方面考虑采用高架门机并不理想，但由于本地区的不理想的地形条件及施工进度和质量上面

24、的考虑，选择高架门机又是唯一的选择。那么从混凝土温度控制和防裂效果方面来看的话，高架门机的应用又有着极其重要的作用，选用了高架门机作为垂直运输手段后，混凝土的塌落度降低到了35cm，混凝土内水的用量大量减少，在保证强度的水灰比不变的条件下，水泥同样被大量减少，因此水化热也很大程度上得到了降低。同时降低水泥用量也在经济程度上减少了大量的成本。（4）高效缓凝减水剂的使用：对于大体积混凝土的温度控制和防裂，控制水泥水化热是最基本的方法之一，而掺加高效缓凝减水剂就有着同样十分重要的意义。从原理上来说，决定混凝土强度最重要的参数是水灰比，而在保证强度不变的条件下，水的掺量越少，水泥的掺量也就越少，自然水

25、泥水化热也就越少了。这样对混凝土的温度控制及防裂效果就有了更好的效果。本工程采用了贵阳绿洲苑的LZ-1型缓凝高效减水剂，其产品性能上减水效果可以达到20%。在实际运用中该种减水剂的减水效果也达到了1819.5%。有效的降低了水泥水化热。（5）高掺加粉煤灰控制水化热技术：粉煤灰作为一种胶凝材料可以在一定比例上替代水泥，以达到胶凝材料用量不变、保证混凝土质量的条件下，最大程度减少水泥用量。粉煤灰这种材料首先不会有水化热的情况发生，然后其材料价格低于水泥。因此粉煤灰的掺加不仅在经济上，也在控制水化热达到混凝土防裂的方面上有着很重要的作用。根据规范要求，常态大体积混凝土粉煤灰掺量一般不超过20%，而通

26、过现场试验，粉煤灰掺量达到25%的情况下基本不影响混凝土质量，但掺量再提高混凝土的和易性有一定影响，其表现为混凝土黏性增强，不便于装混凝土的容器（自卸车、卧罐等）倾倒混凝土。粉煤灰掺量的提高从一定程度上，减少了水泥用量，降低了水泥水化热，对于混凝土温度控制及防裂有着很大的意义。五、阶段性成果根据本工程的施工进展和本科研项目的进展情况，主要阶段性成果包括以下几个主要内容：A、 水温、气温等原始资料的收集整理；B、 混凝土热工计算成果；C、 夏季坝体温度监测成果；D、 坝体混凝土各项质量成果（1） 水温、气温等原始资料的收集及整理由于本工程坝址偏僻，且处在山区高海拔地区，缺少实测的气温、水温等原始

27、数据，而这些原始数据又是混凝土温度控制和防裂的基础资料，是混凝土温度控制及防裂措施设计的基础，尤为重要。以下为20112013年本工程施工阶段的实测数据，虽然历时较短仅为3年，在方案设计时略显片面，但没有更全面资料的前提下这个是最为重要的资料。其中该时段的极端最高气温出现在7月中旬，气温31；极端最低气温出现在1月，气温-8。表1 20112013年施工阶段平均水温、气温实测表序号月份平均气温（）平均水温（）备注早中晚日平均气温早中晚日平均气温1一月-1.81-1.61-6.23-3.2200002二月-1.69-1.28-2.34-1.7700003三月3.7410.102.975.601.

28、131.811.001.314四月7.1014.576.679.445.609.875.777.085五月13.8419.0310.2614.3811.1912.7710.5511.516六月15.2020.8714.7016.9211.9013.4711.8312.407七月20.6530.2317.7122.8615.2916.6515.2915.748八月21.1325.8718.6521.8812.6514.4512.6513.259九月11.4720.5712.0014.689.0311.709.039.9210十月7.0612.946.268.757.138.677.137.641

29、1十一月5.8310.635.207.222.23.62.22.6712十二月0.862.05-1.730.390.100.6500.25平均值8.6213.667.019.766.357.806.296.81（2）混凝土热工计算及冷却通水成果在取得本地区气温、水温和其他材料的物理性能后，分别对夏季和冬季混凝土进行热工计算，作为混凝土温度控制及防裂的措施编制依据。其中设计提供的混凝土允许最高温度作为衡量计算结果是否合理的依据；表2 混凝土设计允许最高温度 单位：部 位月份122月3、11月4、10月5、9月68月基础约束区262830283128312831非基础约束区262830333639

30、A、夏季混凝土热工计算：根据实测的8月份日平均气温20.6（2011年实测值），根据已经确定的大坝混凝土配合比中包括水泥、粉煤灰、碎石、水、砂等各项材料的物理性能（比热容、热当量等），计算出混凝土出机口温度22.1。结合本工程混凝土的运输方式和外部气温，计算出混凝土在运输过程中出现温度损失0.71，混凝土入仓温度为21.39。根据水泥的水化热指标（水泥厂家提供）混凝土在浇筑后7天的温升情况，得出如下计算结论：七、八月份基础约束区（邻基岩区）混凝土最高温度32.62，五、六月份基础约束区（邻基岩区）混凝土最高温度29.95，非基础约束区混凝土最高温度34.34。即在七、八月份时间不宜进行基础约束区混凝土的浇筑，计算的混凝土温度略高于设计上限，而本地区最炎热的七、八月份浇筑非基础约束区混凝土也不超过设计上限。即及在正常的气候条件下，在不采取冷却水降温的情况下混凝土最高温度也不会达到设计上限。计算过程见附件1;B、冬季季混凝土热工计算：和夏季混凝土热工计算方法完全相同，在不考虑热水拌合的情况和相同工况下，混凝土出机口温度4.89，混凝土入仓温度2.56，低于设计技术要求3以上的要求。按照加热水拌合条件，混凝土在水化热的影响下，最高温度为21.33，与外界温差可到20以上，因此在低温季节仍应该进行冷却通水，冷却水温度5左右，可实现温降35。可有效将混凝土内