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【摘要】 笔者通过对新疆喀腊塑克“风、干、热、高蒸发”特殊气候条件下碾压混凝土重力坝长间歇层面出现裂缝后，在排除了原材料质量、人为因素及温度应力导致裂缝等因素，对施工工艺进行了改进，后期施工的长间歇层面结合良好，未出现水平裂缝。
【关键词】 特殊气候条件碾压混凝土重力坝 长间歇层 施工工艺 研究
中图分类号：P46 文献标识码：A 文章编号：
1、概况
新疆喀腊塑克水利枢纽碾压混凝土重力坝工程位于新疆阿勒泰地区的福海县与富蕴县境内，工程等别为Ⅰ等，规模为大（1）型。大坝为１级建筑物，采用全断面碾压混凝土重力坝，全长1570.0m，最大坝高121.50m，碾压混凝土约300万m3。工程所在地地理位置纬度高，受准噶尔盆地古尔班通古特沙漠的影响，其夏季气候特征是“风、干、热、高蒸发”，极端最高气温40.1℃，多年平均风速1.8m/s，最大风速25 m/s；气候干燥，多年平均降水量为183.9mm，多年平均蒸发量为1915.1mm，多年平均降水量仅为蒸发量的9.6%，多年平均水面蒸发量为1168.2mm；4～10月份多年平均相对湿度为20%。
喀腊塑克碾压混凝土重力坝进行基础固结灌浆前先浇筑了3m厚盖重混凝土，桩号1+200～1+260之间的盖重混凝土浇筑日期为2007年6月17日至18日，混凝土强度满足固结灌浆要求后进行固结灌浆，2007年8月17日至18日浇筑上层碾压混凝土，层间间隔时间为2个月。固结灌浆层面即为长间歇层面，在浇筑上层碾压混凝土之前，采取了高压水冲毛，验收合格后，铺1.5cm砂浆，然后进行上一层混凝土的铺筑碾压。2007年10月16日进行该部位外观验收时发现一水平裂缝。通过检测发现该坝段下游侧水平裂缝深度小于3m，上游面水平裂缝深度小于4m，裂缝未贯穿坝体。
对水平裂缝出现的坝段所采用的原材料及其拌合物、碾压混凝土的温度应力及长间歇层面施工工艺等进行了全面的研究分析，以寻求到该水平裂缝产生的原因，杜绝类似情况再次发生。
2混凝土原材料及拌和物检测研究
2.1原材料检测
碾压混凝土浇筑使用的水泥为P.O42.5，生产批号为P4428，所检项目全部合格；所掺粉煤灰为I级粉煤灰，生产批号为07-96、07-97，粉煤灰质量等级符合设计要求；减水剂为PMS-3A缓凝高效减水剂，生产批号为H07062205。各项检测数据满足设计要求；碾压混凝土中细骨料采用水洗天然砂，共检测2次，全部合格；骨料采用片麻花岗岩人工碎石，共检测2次，全部合格。
2.2拌合物检测
碾压混凝土机口拌和物检测11次，出机口混凝土温度最小值13.5℃，最大值17.0℃，平均值15.5℃；机口VC值最小值2.1s，最大值3.0s，平均值2.7s；出机口平均气温22.9℃；仓面混凝土拌和物检测21次，浇筑温度最小值12.0℃，最大值20.0℃，平均值15.9℃；出机口VC值2.1～3.0s,仓面VC值3～4.6s,VC值均满足设计要求。
裂缝部位浇筑共使用3种配合比，设计等级分别是R180150F50W4、R180200F300W10、R180200F200W6，抗压强度28天、180天龄期检测值见表1，设计龄期抗压强度值都满足设计要求。
表1碾压混凝土试块抗压强度检测值表
该仓碾压混凝土压实度共进行了98次检测，检测统计表见2。实测结果满足规范要求。
表2 碾压混凝土压实度检测
由以上对碾压混凝土原材料及拌和物检测情况可知，出现裂缝部位所采用的原材料及其拌合物各项性能指标符合设计要求，因此可排除由于碾压混凝土原材料及拌和物得质量问题所导致的裂缝。
3 水平裂缝坝段温度应力计算研究
混凝土重力坝出现水平裂缝可能是由于混凝土浇筑过程中，温控设计或温控措施实施不到位，使得混凝土温升较大，当环境温度降低时，混凝土中出现较大的沿铅直方向的拉应力。当混凝土中铅直方向拉应力大于混凝土的允许抗拉应力时，坝体就会出现水平裂缝。
水平裂缝坝段施工过程中，温控措施的实施完全按照设计要求执行的。温控措施为：盖重混凝土以上任何时间浇筑的混凝土都采取初期通水冷却，单根冷却水管长度200m，冷却水管间距为1.5×1.5m；通过单每根冷却水管的冷却水总量为1.2m3/h，初期冷却从混凝土浇筑后12h开始通水；冷却水管入口处的冷却水温度保持在15℃左右,冷却时间为20d。6、7、8月份浇筑的混凝土采取二期通水冷却，二期通水冷却在10月1日开始,冷却水管入口处的冷却水温度保持在10℃左右,冷却时间为10d。混凝土浇筑完后表面采用10cm厚的XPS挤塑板保温材料进行全年保温。为了验证温控设计的正确性，选择水平裂缝坝段，按照其实际施工进度、温控措施，考虑混凝土热力学参数随龄期变化、混凝土实际浇筑过程对温度应力的影响的基础上，对水平裂缝坝段温度场、温度徐变应力场进行了三维仿真计算。
三维有限元计算分析表明该长间歇层面铅直方向应力不大，未超过混凝土的容许抗拉应力，可排除由于温度应力导致的裂缝产生。
4 长间歇面施工工艺研究
长间歇层面即形成施工冷缝，按照《水工碾压混凝土施工规范》的要求，施工冷缝必须进行缝面处理，一般采用刷毛、冲毛等方法清除混凝土表面的浮浆及松动骨料,微露粗砂；层面处理完成并清洗干净，经验收合格后，先铺垫层拌和物，然后立即铺筑上一层混凝土继续施工。
喀腊塑克水利枢纽工程固结灌浆层面在浇筑上层碾压混凝土之前，采取了高压水冲毛，验收合格后，铺1.5cm砂浆，然后进行上一层混凝土的铺筑碾压。但是采用这种工艺施工后，发现长间歇层面上出现了水平裂缝。经上述分析，该长间歇层的原材料及其拌合物质量合格；施工工艺完全符合《水工碾压混凝土施工规范》的要求，且不存在人为因素；三维有限元计算分析显示该长间歇层面铅直方向应力不大，未超过混凝土的容许抗拉应力，可排除由于温度应力导致的裂缝产生。由此看来，《水工碾压混凝土施工规范》对长间歇层面的处理措施在风、干、热及高蒸发的喀腊塑克水利枢纽工程上已不能满足要求，因此必须针对该地区的特殊气候条件，进行专门的研究，制定出专门的长间歇层施工工艺。
在对水平裂缝进行详细检查时，检查人员用细铁丝深入缝内，可掏出两层碾压混凝土中间所铺砂浆中的细砂，说明砂浆铺后水份损失较快，导致砂浆自身凝结较差，进而产生该水平裂缝。经试验研究分析，砂浆水份损失较快是由该地区风、干、热及高蒸发的特殊气候条件造成的。铺砂浆之前，长间歇层面虽然用高压水冲毛，但是其表面水份蒸发非常快，特别是长间歇层面的四周，鋪筑砂浆时表面已经成干燥状态，当砂浆铺筑在干燥的长间歇层面上，相当一部分水份就被下层干燥混凝土吸收；另外，由于空气相对湿度很小，砂浆中的水份一部分蒸发。导致砂浆自身凝结较差，与上、下层碾压混凝土的胶结也较差，最终导致水平裂缝的产生。
在《水工碾压混凝土施工规范》要求的施工工艺基础上，对长间歇层施工工艺进行了改进，最终确定喀腊塑克水利枢纽工程长间歇层施工工艺为：首先采用高压水冲毛，验收合格后，将结合面充分浸润，在浇筑上层碾压混凝土之前，先铺一层3mm厚的水泥净浆，再铺1.5cm砂浆，其中在结合面周边铺一层1.5cm厚的丙乳砂浆。
采用改进的施工工艺后，后期施工的长间歇层面结合良好，未出现水平裂缝。
【关键词】 特殊气候条件碾压混凝土重力坝 长间歇层 施工工艺 研究
中图分类号：P46 文献标识码：A 文章编号：
1、概况
新疆喀腊塑克水利枢纽碾压混凝土重力坝工程位于新疆阿勒泰地区的福海县与富蕴县境内，工程等别为Ⅰ等，规模为大（1）型。大坝为１级建筑物，采用全断面碾压混凝土重力坝，全长1570.0m，最大坝高121.50m，碾压混凝土约300万m3。工程所在地地理位置纬度高，受准噶尔盆地古尔班通古特沙漠的影响，其夏季气候特征是“风、干、热、高蒸发”，极端最高气温40.1℃，多年平均风速1.8m/s，最大风速25 m/s；气候干燥，多年平均降水量为183.9mm，多年平均蒸发量为1915.1mm，多年平均降水量仅为蒸发量的9.6%，多年平均水面蒸发量为1168.2mm；4～10月份多年平均相对湿度为20%。
喀腊塑克碾压混凝土重力坝进行基础固结灌浆前先浇筑了3m厚盖重混凝土，桩号1+200～1+260之间的盖重混凝土浇筑日期为2007年6月17日至18日，混凝土强度满足固结灌浆要求后进行固结灌浆，2007年8月17日至18日浇筑上层碾压混凝土，层间间隔时间为2个月。固结灌浆层面即为长间歇层面，在浇筑上层碾压混凝土之前，采取了高压水冲毛，验收合格后，铺1.5cm砂浆，然后进行上一层混凝土的铺筑碾压。2007年10月16日进行该部位外观验收时发现一水平裂缝。通过检测发现该坝段下游侧水平裂缝深度小于3m，上游面水平裂缝深度小于4m，裂缝未贯穿坝体。
对水平裂缝出现的坝段所采用的原材料及其拌合物、碾压混凝土的温度应力及长间歇层面施工工艺等进行了全面的研究分析，以寻求到该水平裂缝产生的原因，杜绝类似情况再次发生。
2混凝土原材料及拌和物检测研究
2.1原材料检测
碾压混凝土浇筑使用的水泥为P.O42.5，生产批号为P4428，所检项目全部合格；所掺粉煤灰为I级粉煤灰，生产批号为07-96、07-97，粉煤灰质量等级符合设计要求；减水剂为PMS-3A缓凝高效减水剂，生产批号为H07062205。各项检测数据满足设计要求；碾压混凝土中细骨料采用水洗天然砂，共检测2次，全部合格；骨料采用片麻花岗岩人工碎石，共检测2次，全部合格。
2.2拌合物检测
碾压混凝土机口拌和物检测11次，出机口混凝土温度最小值13.5℃，最大值17.0℃，平均值15.5℃；机口VC值最小值2.1s，最大值3.0s，平均值2.7s；出机口平均气温22.9℃；仓面混凝土拌和物检测21次，浇筑温度最小值12.0℃，最大值20.0℃，平均值15.9℃；出机口VC值2.1～3.0s,仓面VC值3～4.6s,VC值均满足设计要求。
裂缝部位浇筑共使用3种配合比，设计等级分别是R180150F50W4、R180200F300W10、R180200F200W6，抗压强度28天、180天龄期检测值见表1，设计龄期抗压强度值都满足设计要求。
表1碾压混凝土试块抗压强度检测值表
该仓碾压混凝土压实度共进行了98次检测，检测统计表见2。实测结果满足规范要求。
表2 碾压混凝土压实度检测
由以上对碾压混凝土原材料及拌和物检测情况可知，出现裂缝部位所采用的原材料及其拌合物各项性能指标符合设计要求，因此可排除由于碾压混凝土原材料及拌和物得质量问题所导致的裂缝。
3 水平裂缝坝段温度应力计算研究
混凝土重力坝出现水平裂缝可能是由于混凝土浇筑过程中，温控设计或温控措施实施不到位，使得混凝土温升较大，当环境温度降低时，混凝土中出现较大的沿铅直方向的拉应力。当混凝土中铅直方向拉应力大于混凝土的允许抗拉应力时，坝体就会出现水平裂缝。
水平裂缝坝段施工过程中，温控措施的实施完全按照设计要求执行的。温控措施为：盖重混凝土以上任何时间浇筑的混凝土都采取初期通水冷却，单根冷却水管长度200m，冷却水管间距为1.5×1.5m；通过单每根冷却水管的冷却水总量为1.2m3/h，初期冷却从混凝土浇筑后12h开始通水；冷却水管入口处的冷却水温度保持在15℃左右,冷却时间为20d。6、7、8月份浇筑的混凝土采取二期通水冷却，二期通水冷却在10月1日开始,冷却水管入口处的冷却水温度保持在10℃左右,冷却时间为10d。混凝土浇筑完后表面采用10cm厚的XPS挤塑板保温材料进行全年保温。为了验证温控设计的正确性，选择水平裂缝坝段，按照其实际施工进度、温控措施，考虑混凝土热力学参数随龄期变化、混凝土实际浇筑过程对温度应力的影响的基础上，对水平裂缝坝段温度场、温度徐变应力场进行了三维仿真计算。
三维有限元计算分析表明该长间歇层面铅直方向应力不大，未超过混凝土的容许抗拉应力，可排除由于温度应力导致的裂缝产生。
4 长间歇面施工工艺研究
长间歇层面即形成施工冷缝，按照《水工碾压混凝土施工规范》的要求，施工冷缝必须进行缝面处理，一般采用刷毛、冲毛等方法清除混凝土表面的浮浆及松动骨料,微露粗砂；层面处理完成并清洗干净，经验收合格后，先铺垫层拌和物，然后立即铺筑上一层混凝土继续施工。
喀腊塑克水利枢纽工程固结灌浆层面在浇筑上层碾压混凝土之前，采取了高压水冲毛，验收合格后，铺1.5cm砂浆，然后进行上一层混凝土的铺筑碾压。但是采用这种工艺施工后，发现长间歇层面上出现了水平裂缝。经上述分析，该长间歇层的原材料及其拌合物质量合格；施工工艺完全符合《水工碾压混凝土施工规范》的要求，且不存在人为因素；三维有限元计算分析显示该长间歇层面铅直方向应力不大，未超过混凝土的容许抗拉应力，可排除由于温度应力导致的裂缝产生。由此看来，《水工碾压混凝土施工规范》对长间歇层面的处理措施在风、干、热及高蒸发的喀腊塑克水利枢纽工程上已不能满足要求，因此必须针对该地区的特殊气候条件，进行专门的研究，制定出专门的长间歇层施工工艺。
在对水平裂缝进行详细检查时，检查人员用细铁丝深入缝内，可掏出两层碾压混凝土中间所铺砂浆中的细砂，说明砂浆铺后水份损失较快，导致砂浆自身凝结较差，进而产生该水平裂缝。经试验研究分析，砂浆水份损失较快是由该地区风、干、热及高蒸发的特殊气候条件造成的。铺砂浆之前，长间歇层面虽然用高压水冲毛，但是其表面水份蒸发非常快，特别是长间歇层面的四周，鋪筑砂浆时表面已经成干燥状态，当砂浆铺筑在干燥的长间歇层面上，相当一部分水份就被下层干燥混凝土吸收；另外，由于空气相对湿度很小，砂浆中的水份一部分蒸发。导致砂浆自身凝结较差，与上、下层碾压混凝土的胶结也较差，最终导致水平裂缝的产生。
在《水工碾压混凝土施工规范》要求的施工工艺基础上，对长间歇层施工工艺进行了改进，最终确定喀腊塑克水利枢纽工程长间歇层施工工艺为：首先采用高压水冲毛，验收合格后，将结合面充分浸润，在浇筑上层碾压混凝土之前，先铺一层3mm厚的水泥净浆，再铺1.5cm砂浆，其中在结合面周边铺一层1.5cm厚的丙乳砂浆。
采用改进的施工工艺后，后期施工的长间歇层面结合良好，未出现水平裂缝。