唐光雯

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 都江堰，611830)

0 引言

古瓦水电站位于四川省甘孜州乡城县境内，是硕曲河干流乡城、得荣段“一库六级”梯级开发方案的“龙头水库”电站，首部枢纽为面板堆石坝，坝顶高程3402.00m，最大坝高139.0m，坝顶长313.16m，面板混凝土工程量2.1万m3，是已建成的海拔最高的150m级面板堆石坝。中国水利水电第十工程局有限公司作为土建承包商承建了该工程。

古瓦大坝工程区位于高海拔地区，气候寒冷，昼夜温差大，混凝土施工环境复杂，对面板混凝土施工有诸多不利影响。本文对高海拔地区面板混凝土存在的问题进行分析，提出了应对方案，并通过实验和施工进行了验证和研究，验证了相关措施的有效性，并将相关研究成果用于指导施工，取得了良好效果。

1 高寒高海拔地区大坝面板混凝土容易出现的问题

1.1 温度裂缝

温度应力是高寒高海拔地区混凝土面板裂缝的主要因素，混凝土在浇筑后，由于水化热产生温度上升，并造成混凝土体积膨胀，混凝土初期处于塑性状态，其弹性模量较低，这种膨胀不会在初期产生应力；当混凝土温度达到高峰后，其水化和硬化虽然还在继续，但其弹性模量已经升高，硬化后的混凝土温度会有一个逐渐冷却的过程，温度逐步回归到环境温度，这个过程中，混凝土温度降低体积缩小，在外界约束下就会产生拉应力。

同时，在高海拔地区，水位附近的混凝土面板位于空气与水的交界面上，在冬季低温时水面以上面板混凝土温度较低，而在水位以下受库水温度影响，面板混凝土温度相对较高，则在交界面上面板混凝土的温度梯度较大，从而容易产生较大的温度拉应力。当气温很低或者受到强烈寒潮影响时，该处的温度梯度显著增大，温度拉应力也随着增加，易发生面板混凝土开裂的现象[1]。

古瓦大坝工程区位于海拔3400m的高海拔地区，冬季极端低温达到-20℃以下，无论上述哪种情况，都容易产生温度应力，造成面板开裂。

1.2 干缩裂缝和温度裂缝

干缩是高寒高海拔地区混凝土裂缝的另一主要原因。高海拔地区，水的沸点显著降低，蒸发加快，混凝土表面可能产生收缩。早期混凝土水分的蒸发超过泌水上升到表面的速度，容易引起混凝土固、液、气三项的体积变化，三项体积的改变通常会引起收缩，产生表面拉应力，由于早期混凝土抗拉强度几乎为零[2]，这种干缩引起的拉应力通常造成表面裂缝。

古瓦大坝工程区附近沸点较低，在87℃～88℃，蒸发快，风速高，空气湿度小，且面板混凝土采用C30F300W12，混凝土的水灰比小于0.4，水泥用量大，混凝土水化热总量高，容易造成水分蒸发而引起干缩裂缝。干缩裂缝在高海报地区容易放大和加剧冻融破坏，对面板混凝土耐久度造成极大影响。

2 问题的应对方案

2.1 使用中热水泥

中热水泥相比普通水泥，其水化热总量降低，水化热释放更为平缓，能有效降低终凝前的混凝土温度，减少混凝土中水分的蒸发，降低水分损失，有效避免或减少表面干缩裂缝。同时降低水化热有利于控制混凝土的最高温度，防止混凝土内外温差过大产生裂缝。

2.2 掺入粉煤灰

由于项目抗冻等级采用F300，面板混凝土中胶凝材料用量较大，混凝土中掺入25%粉煤灰能有效降低混凝土水化热和改善混凝土和易性。

掺入粉煤灰后，一般情况下会降低混凝土的抗冻性，但在掺入引气剂达到一定含量的条件下，混凝土仍能满足抗冻性设计要求，同时掺入粉煤灰后混凝土早期强度较低，需要加强早期的养护。

2.3 添加聚丙烯纤维

在混凝土中掺入聚丙烯纤维后，其早期防裂效果随着掺量的增加而显著增加，当纤维掺入量达到0．6kg/m3时，其防裂效果已经表现得很明显；当纤维掺入量达到0．9kg/m3时，其防裂效果很显著[3]。混凝土的极限拉升值也可以提高5%至10%。掺聚丙烯纤维使混凝土抗裂能力有一定提高，阻止裂缝扩展的能力增长显著。[4]

2.4 选择施工时段

根据研究，古瓦大坝面板混凝土施工的最佳温度在22℃，结合大坝防汛，将面板分期进行施工，选择在4-5月和9-10月进行混凝土施工，既能避免夏季高温引起混凝土表面裂缝，又能避免冬季低温引起混凝土早冻。

2.5 加强养护

收面结束后及时采用薄膜覆盖，进行保水养护，防止新浇混凝土表面水分损失过快，避免因为蒸发而产生干缩裂缝。终凝后，在混凝土表面覆盖无纺布进行保湿养护，可以很好地保持混凝土表面湿度，减少裂缝产生。

3 实验验证

3.1 实验验证聚丙烯纤维对混凝土抗裂性能的影响

在研究过程中，对面板混凝土添加聚丙烯纤维的混凝土力学性能进行实验验证。实验结合混凝土面板施工的实际情况，选取C30F300W12常态混凝土和泵送混凝土两个标号，分别进行了添加聚丙烯纤维物理指标验证实验，其实验结果如表1所示。

表1 混凝土物理指标实验成果

根据实验结果对比，添加聚丙烯纤维0.9kg后，可以显著改善混凝土抗拉物理性能，其抗拉强度可以提高5%至10%，其抗裂系数可以提高30%左右。

3.2 实验验证掺加粉煤灰对抗冻性和抗渗的影响

表2 混凝土抗冻实验结果

实验结果表明，适量加入引气剂的情况下，掺加粉煤灰不会造成混凝土抗冻性能和抗渗性能不满足质量要求的情况。

4 古瓦大坝施工中的质量控制

古瓦大坝混凝土面板在2019年至2020年份两期完成了施工，混凝土掺加聚丙烯纤维、采用中(低)热水泥、掺加高品质粉煤灰进行混凝土配合比拌制，通过以上三种措施对混凝土性能进行改善，聚丙烯纤维掺量为0.9kg/m3，胶泥材料控制在350kg/m3，粉煤灰掺量控制在25%。

混凝土面板采用无轨滑模跳仓浇筑，搅拌运输车运输，半封闭式溜槽入仓，滑模上升速度控制在1.2m/h。混凝土开仓浇筑前，要对拌和用水相应的加温实际情况、拌和站相关升温设施以及骨料加热状况等实施检查，动态控制，有效保障混凝土实际入仓温度高于低温季节施工相应的最低入仓温度。

浇筑过程中，根据面板高程对混凝土塌落度进行动态控制，保证混凝土顺利入仓，避免骨料分离。混凝土入仓后及时平仓振捣，混凝土每上升30cm，滑模两侧的10t卷扬机控制滑模上升一次，下料强度保证脱模时间保持良好的适应性。脱模后的混凝土及时收面，当平整度超过5mm，进行二次收面保证混凝土外观质量。

混凝土浇筑后，立即用PE膜进行覆盖，确保覆盖严密性，防止水分大量蒸发。收面完成后用无纺土工布对面板表面进行覆盖，保温保湿养护。

养护完成后，通过超声波雷达检测，未发现脱空迹象，混凝土浇筑密实。古瓦水电站于2020年11月通验收并下闸蓄水。

5 结论

通过研究及过程中的试验验证、施工后的质量检测，得到了以下结论：

(1)掺加聚丙烯纤维对改善面板混凝土抗裂性能效果明显，极为有利；

(2)通过使用中热水泥和掺加粉煤灰，能够改善面板混凝土的热力学性能，避免产生温度裂缝和干缩裂缝，有利于高海拔地区面板混凝土抗裂；

(3)掺加粉煤灰的同时合理地使用引气剂，面板混凝土可以满足抗冻性能和防渗性能要求。