水利枢纽工程中碾压混凝土坝温控技术优化与裂缝防治实践

一、引言

随着水利枢纽工程建设规模的不断扩大，碾压混凝土坝因其施工速度快、成本低等优点，在水利工程中得到了广泛应用。然而，在碾压混凝土坝的施工和运行过程中，由于水泥水化热、外界环境温度变化等因素的影响，坝体内部会产生较大的温度应力，当温度应力超过混凝土的抗拉强度时，就会导致坝体出现裂缝。裂缝的存在不仅会影响坝体的结构完整性和耐久性，还可能威胁到水利枢纽工程的安全运行。因此，对碾压混凝土坝温控技术进行优化，并采取有效的裂缝防治措施，具有重要的现实意义。

二、碾压混凝土坝温度变化对坝体结构的影响

2.1 水泥水化热的影响

在碾压混凝土坝浇筑过程中，水泥与水发生水化反应会释放出大量的热量，导致混凝土内部温度迅速升高。一般情况下，混凝土内部最高温度在浇筑后的 1 - 3 天内达到峰值，可达到 60-80^∘C 甚至更高 。混凝土内部温度升高会使混凝土发生膨胀，而表面温度相对较低，内外温差会产生较大的温度梯度，进而导致混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会在混凝土表面产生裂缝。

2.2 外界环境温度变化的影响

在碾压混凝土坝运行过程中，外界环境温度的周期性变化（如昼夜温差、季节温差等）会对坝体温度产生显著影响。当外界温度降低时，坝体表面混凝土温度迅速下降，而内部混凝土由于热传导较慢，温度下降相对滞后，这就会在坝体表面产生较大的拉应力。长期的温度循环作用会使坝体混凝土产生疲劳损伤，导致裂缝的扩展和加剧。

三、碾压混凝土坝温控技术优化

3.1 原材料选择与配合比设计优化

在原材料选择方面，优先选用低热水泥，如中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，这些水泥的水化热较低，可有效降低混凝土内部温升。同时，合理增加掺合料的用量，如粉煤灰、矿渣粉等。粉煤灰具有火山灰活性，能够与水泥水化产物发生二次水化反应，不仅可以减少水泥用量，降低水化热，还能改善混凝土的工作性能和耐久性 。在配合比设计中，通过试验优化混凝土的水胶比、砂率等参数，在保证混凝土强度和工作性能的前提下，尽量降低混凝土的绝热温升。

3.2 浇筑工艺改进

优化浇筑时间，尽量选择在低温时段进行混凝土浇筑，如夜间或春秋季节。在夏季高温时段，可采取对原材料进行降温措施，如对骨料进行喷雾冷却、用低温水搅拌混凝土等，降低混凝土的出机温度。采用薄层连续浇筑工艺，每层浇筑厚度控制在 30 - 50cm 左右，通过薄层浇筑加快混凝土散热速度，减小混凝土内部温度梯度。同时，合理安排浇筑顺序，避免出现过大的仓面高差，防止混凝土因自重和温度应力产生裂缝。

3.3 通水冷却技术应用

在碾压混凝土坝内部埋设冷却水管，通过循环通水带走混凝土内部的热量，降低混凝土内部温度。冷却水管一般采用直径为 25-40mm 的塑料或金属管，布置间距根据坝体结构和温控要求确定，通常为 1.5-3m∘ 。通水时间和通水流量需要根据混凝土温度监测数据进行合理调整，在混凝土浇筑后及时通水，通水流量一般控制在 15-25L/min 。通过通水冷却技术，可使混凝土内部温度降低 10-20^∘C ，有效减小温度应力。

四、碾压混凝土坝裂缝防治措施

4.1 温度监测与预警

在碾压混凝土坝施工和运行过程中，建立完善的温度监测系统。在坝体内部不同位置埋设温度传感器，如热电偶、光纤传感器等，实时监测混凝土内部温度变化。同时，在坝体表面布置温度监测点，监测外界环境温度和坝体表面温度。通过监测系统采集的数据，利用数据分析软件进行处理和分析，建立温度变化模型。当监测到的温度数据超过设定的预警阈值时，及时发出预警信号，以便采取相应的温控措施。

4.2 表面保温防护

在混凝土浇筑完成后，及时对坝体表面进行保温防护。可采用覆盖保温材料的方式，如聚苯乙烯泡沫板、保温被等。保温材料的厚度根据外界环境温度和温控要求确定，一般在 5-10cm 左右。保温防护措施能够有效减小坝体表面与内部的温差，降低表面拉应力，防止表面裂缝的产生。在冬季，加强保温措施，防止混凝土受冻，避免因冻胀作用产生裂缝。

4.3 裂缝处理技术

对于已经产生的裂缝，根据裂缝的类型、宽度和深度等情况，采取不同的处理方法。对于宽度小于 0.2mm 的细微裂缝，可采用表面涂抹环氧树脂胶等材料进行封闭处理，防止水分和有害介质渗入裂缝，影响坝体耐久性。对于宽度在 0.2-1mm 之间的裂缝，可采用压力灌浆法进行处理，将水泥浆或环氧树脂浆液通过压力注入裂缝中，填充裂缝并恢复坝体的整体性。对于宽度大于 1mm 的严重裂缝，除了进行压力灌浆处理外，还可采用增设钢筋网、粘贴钢板等加固措施，提高坝体的承载能力和抗裂性能。

五、工程案例分析

5.1 工程概况

某水利枢纽工程碾压混凝土坝，坝高 120m ，坝顶长度 350m ，混凝土浇筑总量约 200 万 m³ 。该工程所在地区夏季高温炎热，极端最高气温可达 40^∘C 以上，冬季寒冷，极端最低气温可达 - 15^∘C ，气候条件复杂，给碾压混凝土坝的温控和裂缝防治带来了较大挑战。

5.2 温控技术与裂缝防治措施实施

在该工程中，采用了上述优化后的温控技术和裂缝防治措施。在原材料选择上，选用低热矿渣硅酸盐水泥，并掺入大量粉煤灰，掺量达到胶凝材料总量的 50‰ 。优化配合比设计，水胶比控制在 0.45 左右，砂率为38‰ 。在浇筑工艺方面，选择夜间和春秋季节进行浇筑，夏季对骨料进行喷雾冷却，混凝土出机温度控制在 25^∘C 以下。采用薄层连续浇筑工艺，每层浇筑厚度 40cm 在坝体内部埋设冷却水管，通水冷却时间为 15 - 20 天，通水流量 20L/min 。同时，建立了完善的温度监测系统，在坝体内部和表面共布置了 200 多个温度监测点。对坝体表面及时进行保温防护，冬季采用双层保温被覆盖。

5.3 实施效果

通过实施上述温控技术和裂缝防治措施，该工程碾压混凝土坝施工过程中混凝土内部最高温度控制在 65^∘C 以内，内外温差控制在 20^∘C 以内，有效降低了温度应力。工程竣工后，经过全面检查，坝体表面仅发现少量细微裂缝，通过表面封闭处理后，满足工程质量要求。该工程运行多年来，坝体结构稳定，未出现新的裂缝，验证了优化后的温控技术与裂缝防治措施的有效性。

六、结论

综上所述，在水利枢纽工程中，对碾压混凝土坝温控技术进行优化和采取有效的裂缝防治措施是确保坝体结构安全和耐久性的关键。实际工程案例表明，这些技术措施在碾压混凝土坝温控和裂缝防治方面取得了良好的效果。在今后的水利枢纽工程建设中，应进一步加强对碾压混凝土坝温控技术和裂缝防治的研究与实践，不断提高工程建设质量和安全水平。

参考文献

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