水利水电工程中混凝土重力坝施工的温度控制技术优化与裂缝防治研究

一、引言

混凝土重力坝依靠自身重量维持稳定，广泛应用于防洪、发电、供水等水利水电工程。在施工过程中，水泥水化反应会释放大量热量，而混凝土导热性能较差，导致内部温度急剧升高，与表层及环境形成较大温差，进而产生温度应力。当温度应力超过混凝土抗拉强度时，坝体便会出现表面裂缝、深层裂缝甚至贯穿裂缝，不仅削弱坝体承载能力，还可能引发渗漏、钢筋锈蚀等连锁问题，威胁工程安全运行。近年来，随着坝高增加、浇筑强度提升，温度控制与裂缝防治难度进一步加大。因此，优化温度控制技术、完善裂缝防治体系，成为保障混凝土重力坝施工质量的关键课题。

二、混凝土重力坝温度裂缝产生机理与影响因素

（一）产生机理

混凝土重力坝温度裂缝的本质是温度应力超过材料抗拉极限的结果。施工阶段，混凝土浇筑后 1-7 天为水化热高峰期，内部温度可达 60-80^∘C ，而表层受环境温度、风速、日照等影响，温度上升缓慢，形成 “ 内高外低”的温度梯度。随着水化热逐渐消散，混凝土内部温度缓慢下降，体积收缩受到基础约束、相邻浇筑块约束及自身钢筋约束的限制，产生拉应力。当拉应力超过混凝土不同龄期的抗拉强度时，裂缝随之产生。

（二）主要影响因素

材料因素：水泥品种与用量直接决定水化热总量，普通硅酸盐水泥水化热高于矿渣硅酸盐水泥；骨料级配不合理、砂率过大，会增加水泥用量，加剧温度升高。

施工因素：浇筑层厚度过大、浇筑间歇期不足，导致散热不充分；混凝土入仓温度过高，进一步提升内部最高温度；振捣不密实使混凝土内部存在孔隙，降低抗拉强度。

环境因素：夏季高温、冬季严寒及昼夜温差大，会增大混凝土内外温差；强风天气加速表层水分蒸发与热量散失，易引发表面干缩裂缝。

三、混凝土重力坝施工温度控制技术优化

（一）原材料与配合比优化

优选低热水泥：选用矿渣硅酸盐水泥或粉煤灰硅酸盐水泥，替代普通硅酸盐水泥，可降低水化热 30%-40%. 。例如，某工程采用 P⋅S⋅A42.5 矿渣水泥，混凝土内部最高温度较传统水泥降低 8–12^∘C

掺加矿物掺合料：合理掺入粉煤灰、矿渣粉等矿物掺合料，取代20%-30% 的水泥用量。粉煤灰可延缓水化热释放速度，矿渣粉能改善混凝土和易性，同时降低绝热温升。

优化骨料级配：采用连续级配骨料，减少空隙率，降低水泥浆用量；控制骨料最大粒径不超过 80mm ，避免浇筑过程中出现离析，确保混凝土均匀性。

添加外加剂：掺入缓凝型减水剂，延长混凝土初凝时间，延缓水化热峰值出现；冬季施工时加入引气剂，提升混凝土抗冻性，减少温度应力破坏。

（二）施工工艺改进

控制入仓温度：夏季施工时，对骨料进行喷淋降温、遮阳覆盖，将骨料温度控制在 25^∘C 以下；采用冰水拌合，拌合水温度降至 5-10^∘C ，可使混凝土入仓温度降低 4-6^∘C ；运输过程中对罐车加盖保温套，减少温度损失。

分层分块浇筑：根据坝体结构与尺寸，采用分层浇筑，浇筑层厚度控制在 1.5–2.0m ，层间间歇期 5-7 天，确保上层浇筑前下层混凝土温度降至40^∘C 以下；分块浇筑时设置纵缝、横缝，减少约束面积，释放温度应力。

强化散热措施：在混凝土内部预埋冷却水管，采用通循环水的方式强制散热。冷却水管选用 Φ25mm 的黑铁管，间距 1.5m× 1.5m ，通水流量0.6⋅1.0m³/h ，通水时间 14-21 天，可使内部温度降低 15-20%

表面保温养护：混凝土浇筑完成后，及时覆盖塑料薄膜保湿，再铺设岩棉被、阻燃草帘等保温材料，使表层温度与内部温度差控制在 25^∘C 以内；冬季施工时，采用电热毯、蒸汽养护等方式，避免表层温度骤降。

（三）监测预警体系构建

温度监测：采用埋入式温度传感器，实时监测混凝土内部温度、表层温度及环境温度，传感器布置密度为每 100m³ 混凝土不少于 1 个；通过无线传输模块将数据传至监控中心，绘制温度变化曲线，当温差超过阈值时自动报警。

应力应变监测：在坝体关键部位预埋应变计、应力传感器，监测温度应力变化情况，结合混凝土抗拉强度参数，评估裂缝风险等级。

智能调控：基于监测数据，通过 PLC 控制系统自动调节冷却水管通水流量、保温层覆盖厚度，实现温度控制的智能化、精准化。

四、混凝土重力坝裂缝防治措施

（一）主动预防措施

除上述温度控制技术外，还需从施工管理层面强化预防：严格把控混凝土拌合质量，确保坍落度、和易性符合要求；浇筑时采用平仓机平仓、振捣棒振捣，振捣时间控制在 20-30s，避免漏振、过振；加强施工人员培训，规范操作流程，减少人为因素导致的质量隐患。

（二）被动处理措施

表面裂缝处理：对于宽度小于 0.2mm 的表面裂缝，采用表面涂抹法，涂刷环氧树脂浆液封闭裂缝；宽度 0.2-0.5mm 的裂缝，采用表面凿槽嵌补法，沿裂缝凿 V 型槽，填入环氧砂浆或聚合物砂浆。

深层与贯穿裂缝处理：采用灌浆法，通过预埋灌浆管，注入水泥浆、环氧树脂浆或聚氨酯浆液，填充裂缝空隙，恢复坝体整体性。灌浆压力根据裂缝深度确定，一般为 0.2-0.5MPa ，确保浆液充分扩散。

裂缝跟踪观测：对已处理的裂缝设置观测点，定期测量裂缝宽度、长度变化，评估处理效果，若出现裂缝扩展，及时采取二次处理措施。

五、工程应用案例

某水利枢纽工程混凝土重力坝最大坝高 85m ，浇筑总量 120 万 m³ 。施工中采用优化后的温度控制技术：选用 P⋅S⋅B42.5 矿渣水泥，掺加25% 粉煤灰，采用冰水拌合 + 骨料降温，入仓温度控制在 22^∘C 以下；预埋冷却水管通循环水，配合表面岩棉被保温；构建智能监测系统，实时调控温度。结果显示，坝体混凝土内部最高温度未超过 65^∘C ，内外温差控制在 22^∘C 以内，施工期间仅出现 3 条宽度小于 0.1mm 的表面裂缝，经涂抹处理后未扩展，工程质量达到设计标准。

六、结论

混凝土重力坝施工中的温度控制与裂缝防治是系统性工程，通过原材料优化、施工工艺改进、监测预警强化及裂缝分级处理，可有效降低温度裂缝风险。实践证明，优化后的技术体系能显著提升坝体施工质量，保障工程安全。

参考文献

[1]董小宾. 水利水电工程中混凝土坝施工技术分析[J].农业科技与信息,2017,(12):107-108.

[2]冉杰. 水利水电工程建筑中混凝土拱坝施工要点分析[J].低碳世界,2016,(20):69-70.