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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目：高温环境下碾压混凝土坝施工技术分析
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完成日期： 2021年 5月 25日
从20世纪80年代我国第一座碾压混凝土—坑口水电站大坝建设以来，经历20多年的发展，我国的碾压混凝土筑坝技术无论在理论研究、分析方法还是在施工方法上都取得了长足的发展。然而碾压混凝土温度控制施工技术方面却没有大的突破，基本沿用常态混凝土的温控方法，采用较低的出机温度来达到温控的目的，尤其对夏季高温时段的碾压混凝土浇筑，鉴于其施工温控难度大，设计大都避开夏季这一极端高温时段，要求不进行碾压混凝土施工，这使得工程施工缺乏连续性。只要措施得当，可以突破夏季高温时段的碾压混凝土浇筑施工技术，实现碾压混凝土的全年施工。。
关键词：碾压混凝土坝；温度控制；施工技术
目 录
虽然碾压混凝土减少了大量的水泥用量，降低了水泥水化温升，但在高气温环境条件下的碾压混凝土筑坝施工中，若无相应的施工技术措施，同样会增加温控防裂难度，影响碾压混凝土的施工质量。
实质上施工中所说的高温应定义为气温、风速、大气相对湿度等因素的不同组合。在高气温环境条件下，通常是加剧混凝土拌和物的水分蒸发速率而影响拌和物的可碾性、密实性以及压实容重。在碾压混凝土层面，受高气温影响最显著的特征是降低层间粘结强度、层间抗剪强度以及抗渗性能。基于高气温给碾压混凝土施工带来的诸多不利影响，我国现行水工碾压混凝土施工规范(SL53-94 ) 4. 11. 3条明确规定，当日平均气温高于25℃时，碾压混凝施工应采取防高温和防日晒的施工措施。[1]然而，在炎热的夏季，特别是我国南方大部分地区的日平均气温一般者在25℃以上。为加快工程建设进度，缩短工程建设工期，保证碾压混凝土施工的连续性，难免存在高气温环境条件下的碾压混凝土施工期。因此从实际工程中就提出了高气温环境条件下，碾压混凝土坝施工技术措施的研究课题，该课题也正是当前国内外从事碾压混凝土工程最受关注的研究课题之一。为此，国内外科研人员开展了大量的试验研究工作，通过反复试验研究表明：采用低脆性以及低水化热水泥等，优化混凝土施工配合比，尽量缩短混凝土层间间隔时间，加强质量控制等一系列措施是实现高温混凝土施工的必要技术措施。目前这些措施已经在山口等电站的高温碾压施工中证明是可行的。本文针对碾压混凝土坝的特点，提出在高温环境下大坝碾压混凝土施工的综合措施及方法，从而保证在高气温条件下碾压混凝土坝连续、快速施工，以降低碾压混凝土的最高气温和防止裂缝的产生。
从20世纪80年代我国第一座碾压混凝土—坑口水电站大坝建设以来，经历20多年的发展，我国的碾压混凝土筑坝技术无论在理论研究、分析方法还是在施工方法上都取得了长足的发展。然而碾压混凝土温度控制施工技术方面却没有大的突破，基本沿用常态混凝土的温控方法，采用较低的出机温度来达到温控的目的，尤其对夏季高温时段的碾压混凝土浇筑，鉴于其施工温控难度大，设计大都避开夏季这一极端高温时段，要求不进行碾压混凝土施工，这使得工程施工缺乏连续性。笔者认为，只要措施得当，可以突破夏季高温时段的碾压混凝土浇筑施工技术，实现碾压混凝土的全年施工。
1.1 碾压混凝土坝的优点及存在的问题
1.1.1 碾压混凝土坝的优点
碾压混凝土筑坝技术具有工艺简单、上坝强度高、工期短、造价低、适应性强等特点，产生了巨大的经济和环境效益，已经成为最有竞争力的坝型之一，在世界大坝建设中得到了大力发展和广泛应用。一是可进行流水化、大面积连续浇筑，提高混凝土的施工强度；二是可利用原有混凝土施工配套系统，提高系统利用率，最大限度地发挥系统的工作能力；三是可最大限度地使用机械，提高机械化程度，减轻劳动强度，减少劳动力，提高施工质量；四是大量使用掺合料，节约水泥，降低成本；五是可缩短工期（1/2～1/3），提高投资收益。
1.1.2 碾压混凝土坝存在的问题
在推广应用碾压混凝土坝技术及发展的道路上，还有不少问题有待深化认识，并需进一步提高建坝质量和降低造价，有些问题尚需研究、改进和提高。
在高坝工程中，如何利用碾压混凝土长龄期(如180d、360d)的抗压强度极限拉伸、热学、弹模等性能，特别是结合高坝体积大，坝体温度下降缓慢，历时达数十年，坝体的后期降温实际上有很微小的应力效应，加以合理利用自重与外荷载、分析计算出更为合理的温度控制标准，是项很值得探讨、谋取共识的问题。
由于碾压混凝土大都是全坝面通仓浇筑，在混凝土浇筑过程中即已形成拱体，不像常态混凝土坝柱状分块、冷却降温后并缝成拱，工程建设者多期望早期投产，往往出现拱坝温度场来不及降温到稳定温度状态时即行并缝灌浆、投产载荷，投产后，坝体温度将延续下降。针对这一特点，有必要深入研究拱坝温度场未降温到位即行投产受荷后的应力变化及其效应。
在中低碾压混凝土坝的设计强度指标，实际已留有相当余地，而在此基础上，配制的混凝土又普遍大幅超强，两者都存在很大潜力。值得设计上考虑调整坝的强度设计标准，并相应采用更为合理的混凝土材料组分和配合比，将会明显改变中低坝温度的理念，进一步提高碾压混凝土坝的广泛适应性。
高碾压混凝土坝实际建设和投产受荷的龄期至少在一年以上。目前多数高坝设计采用90d 龄期。大量工程试验成果表明，180d 或更长龄期的碾压混凝土，其物理力学性能有很大潜力，这种超潜能不加利用，是很大的浪费。工程设计中已有足够安全裕度，存留这些潜能做高坝的意义不大。资料统计结果显示[2]，180d 比90d 龄期的碾压混凝土抗压强度极限拉伸和抗拉强度都在1.08∶1～1.10∶1 之间。对确定温度控制指标而言至少可获得缓解2～3℃的效应。
工程建设中，大型工程从发标、评标到施工兴建、工程管理大部分较正常。但一些中小型工程，特别是工程资金较紧的工程，有的承建单位片面追求低造价、争项目，进场施工时甚至主要设备不到位，技术人员配备不齐，有的工程仅有1～2 个人搞过或见过碾压混凝土工程，施工方案有明显漏洞，队伍素质弱，施工中出现不少质量问题。这种现象令人不安，值得各方警惕，采取强化管理措施以防工程产生不良后果。
1.2 碾压混凝土坝的类型
（1）坝型
我国不仅能设计施工常规碾压混凝土坝，而且在碾压混凝土拱坝的设计施工方面有重大突破。1993年我国建成当时世界第一高的碾压混凝土重力拱坝——普定，坝高75m，碾压混凝土10.3万m3；1996年又建成当时世界第一座碾压混凝土薄拱坝——溪柄，坝高63.5m，碾压混凝土2.114万m3；2001年又建成世界第一高碾压混凝土薄拱坝——龙首，坝高82m，厚高比0.17，碾压混凝土19.5万m3；我国正在建设的碾压混凝土双曲薄拱坝——招徕河，坝高107m，厚高比0.173，碾压混凝土15.32万m3。
（2）坝体材料
碾压混凝土材料性能和耐久性研究，揭示了碾压混凝土溶蚀机理，通过对碾压混凝土临界水力梯度及渗透溶蚀耐久性的分析论证，为直接采用碾压混凝土作为坝体防渗体、减少防渗层厚度、降低内部碾压混凝土水泥用量和大量采用粉煤灰提供了理论依据，并被应用于工程实践。研制的碾压混凝土配合比数据库和配合比计算机辅助设计方法，简化了碾压混凝土配合比设计。活性掺和料研究，解决了高掺粉煤灰的问题。一般掺量为胶凝材料的55.~65.，减少水泥用量，简化温控，在缺少粉煤灰的地区还可采用磨细后的磷矿渣和凝灰岩作掺和料。外掺石粉研究，解决了不同砂质外掺石粉用量对混凝土抗压、抗拉强度的影响。碾压混凝土外掺MgO的膨胀性能研究已取得可喜的成果。
（3）坝体结构
在高碾压混凝土重力拱坝应力和承载能力计算分析方面，我国普遍采用非线性有限元法，同时根据现代混凝土和岩石弹塑性力学、非线性断裂力学的最新研究，采用非线性弹性理论、弹塑性增量理论和非线性断裂理论，研究高碾压混凝土重力坝的应力状态和承载能力。高碾压混凝土拱坝采用的整体三维有限元分析方法，能较好地模拟复杂的地基条件，合理地考虑拱坝整体刚度与地基的相互作用。采用仿真设计高碾压混凝土拱坝又是一例创新，它考虑了主要荷载的连续增加过程，应力性质的改变(如应力集中点韧性改变)，参数的正确性等。渗流分析和防渗结构研究，提出了非均质成层材料单元、缝面薄层单元及无厚度二维缝面单元模型，解决了碾压混凝土成层结构体渗流数值分析的数学模型。在计算方法上，提出同时解得渗流场和高精度渗流量的“结点四自由度变分法”，形成碾压混凝土渗流计算成套技术。
在碾压混凝土拱坝新结构研究方面，我国在石门子碾压混凝土拱坝设计中有重大突破，具有世界领先水平。为解决大仓面内外温差、运行期温降带来的整体拱坝温度初应力问题，在碾压混凝土拱坝上游坝肩拉力区设置人工应力释放缝、在拱冠下游拉力区设置人工径向短缝以释放水压及温度拉应力，并在缝端组合应力断裂区设置止裂结构以防裂缝延伸；在拱坝表面层前期冷却区设置膨胀混凝土塞及灌浆系统，利用膨胀混凝土塞良好的拱向传力作用，在坝体温度未完全下降前形成“铰接拱”提前蓄水，边蓄水边降温而下游面不产生较大的拉应力，待拱坝长时间降温后再进行中缝灌浆。研究表明：在水压作用下拱坝中缝上游部分断面混凝土塞和全断面混凝土在上下游坝面引起的应力接近，仅混凝土塞局部压力略加大，但亦不难控制在双轴压力场强度范围内。
变态混凝土(又称改性混凝土)是我国在碾压混凝土筑坝实践中创造的。它是在靠近坝肩、上下游模板和廊道周边等地段不用常态混凝土浇筑，而是用碾压混凝土铺摊后，再注入一定数量的水泥粉煤灰胶浆，用插入式振捣棒振实，采用这种方法可将碾压混凝土改性，形成平整光滑的外表面和良好的内部接合面，并简化施工。
1.3 碾压混凝土坝上游面的防渗结构
碾压混凝土坝上游面的防渗问题一直受到工程界的重视，从室内实验及现场
