[摘要]隨著我國(guó)加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入的實(shí)施，水利工程以根本的基礎(chǔ)設(shè)施條件成為本次投入的重點(diǎn)之一。，重力壩算是一種古老迄今為止仍很廣泛的壩型。重力壩具有自重維持穩(wěn)定的特性在水利工程中得到應(yīng)用。本文以重力壩運(yùn)用自密實(shí)堆石混凝土技術(shù)，分析自密實(shí)堆石混凝土技術(shù)在重力壩設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以及產(chǎn)生的裂縫問(wèn)題原因及應(yīng)對(duì)措施。
[關(guān)鍵詞] 堆石混凝土 自密實(shí)混凝土 重力壩 設(shè)計(jì) 施工
自密實(shí)混凝土是一種高流動(dòng)性具有適當(dāng)粘度的混凝土，它不離析，能夠流過(guò)鋼筋填滿(mǎn)模板內(nèi)的任何空隙在重力作用下自行密實(shí)。具有低碳環(huán)保、低水化熱、工藝簡(jiǎn)便、造價(jià)低廉、施工速度快等特點(diǎn)。混凝土重力壩由于混凝土的施工和本身變形、約束等諸多因素，從而產(chǎn)生大量的裂縫，這些裂縫既有表面裂縫，也有貫穿性裂縫。由于這些裂縫的存在，導(dǎo)致混凝土重力壩結(jié)構(gòu)整體性的破壞，從而影響了混凝土重力壩的結(jié)構(gòu)受力狀況與穩(wěn)定，給混凝土重力壩的經(jīng)營(yíng)管理帶來(lái)極大的不確定性，而且容易導(dǎo)致混凝土重力壩內(nèi)部與鋼筋銹蝕，降低混凝土重力壩結(jié)構(gòu)的耐久性，甚至?xí)饾B透變形，危及混凝土重力壩的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性探討混凝土重力壩危害性裂縫的產(chǎn)生原因，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同原因進(jìn)行裂縫的防治與維修，具有較為重要的意義。
1、 自密實(shí)堆石混凝土重力壩與純混凝土重力壩和埋石混凝土壩的區(qū)別
重力壩是依靠自重克服外力以保持穩(wěn)定的一種常規(guī)壩型。采用堆石混凝土和埋石混凝土建造的重力壩與用純混凝土建造的重力壩在體型設(shè)計(jì)方面沒(méi)有較大的差別，差別在于壩體澆筑材料的使用。一般混凝土重力壩是壩體全部采用純混凝土建造，而堆石混凝土重力壩和埋石混凝土壩是在壩體內(nèi)部本應(yīng)采用混凝土澆筑的，用一定數(shù)量的塊石替換混凝土，從而減少混凝土的澆筑用量，達(dá)到節(jié)省投資的目的。埋石混凝土的埋石量一般性規(guī)定不超過(guò)25%，其施工概念是在混凝土入倉(cāng)后，再把塊石投放到混凝土內(nèi)。本文中的堆石混凝土，恰與反之，是先把塊石堆放好，再澆筑自密實(shí)混凝土，讓混凝土填充滿(mǎn)塊石之間的空隙。堆石混凝土中塊石比例為55%～60%，與埋石混凝土相比更加減少了水泥的用量。
2、 重力壩利用自密實(shí)混凝土技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
�。�1）在重力壩等大體積混凝土澆筑中能夠顯著降低水泥用量和降低水化熱，可以減少，甚至取消溫控措施。
�。�1）能夠在困難斷面或密集鋼筋結(jié)構(gòu)中完成混凝土的澆筑，保證工程量，減少混凝土缺陷，也就是減少今后修復(fù)工程和修復(fù)費(fèi)用；
�。�2）不需要震動(dòng)搗實(shí)，簡(jiǎn)化了混凝土澆筑過(guò)程；
�。�3）施工速度快，節(jié)省勞動(dòng)力；
�。�4）較高的混凝土質(zhì)量，混凝土勻質(zhì)好，混凝土構(gòu)件外觀好，邊角質(zhì)量好，不透水性好；
�。�5）模板使用壽命長(zhǎng)；
�。�6）由于無(wú)需震動(dòng)搗實(shí)，減少了施工燥聲。
3、自密實(shí)混凝土在重力壩施工中材料要求
原材料除應(yīng)滿(mǎn)足國(guó)家和行業(yè)的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)滿(mǎn)足堆石混凝土自身特點(diǎn)要求。
3.1 水泥 水泥本身復(fù)雜的礦物組成和化學(xué)成分極易引發(fā)與外加劑的不相容，在選擇水泥品種時(shí)宜選用普通硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥；不宜使用鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥以及早強(qiáng)型水泥，由于水泥凝結(jié)速度較快，易引發(fā)自密實(shí)混凝土外加劑摻量高、流動(dòng)性損失快等問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自密實(shí)施工。
3.2 摻合料 專(zhuān)用自密實(shí)混凝土的摻合料包括粉煤灰、礦渣粉、硅粉等活性摻合料。一般粉煤灰的使用較為普遍，粉煤灰原則上應(yīng)滿(mǎn)足2 級(jí)灰的標(biāo)準(zhǔn)。
3.3 骨料 用于配制自密實(shí)混凝土的細(xì)骨料應(yīng)首選中砂或中粗砂，粗骨料最大粒徑不宜大于20mm。
3.4 專(zhuān)用外加劑 在堆石混凝土施工中，對(duì)自密實(shí)混凝土的工作性能要求很高，不僅要具有卓越的流動(dòng)性、抗離析性和強(qiáng)充填性，而且要具有較長(zhǎng)時(shí)間的自密實(shí)性能保持時(shí)間。由于膠凝材料的地區(qū)差異性較大，故須針對(duì)工程選用的水泥、粉煤灰等膠凝材料進(jìn)行專(zhuān)用外加劑設(shè)計(jì)，確保其能夠滿(mǎn)足相應(yīng)要求。
3.5 堆石料 堆石料應(yīng)滿(mǎn)足新鮮、完整、質(zhì)地堅(jiān)硬、不得有剝落層和裂紋的要求。堆石料的粒徑不宜小于30cm，且不宜大于1.0m。堆石率應(yīng)控制在55%～60%之間。
4.運(yùn)用自密實(shí)堆石混凝土在重力壩施工中的成本優(yōu)勢(shì)
混凝土在澆筑后由于水泥的作用，自身會(huì)產(chǎn)生水化熱，再加上外部溫度的變化影響，水泥用量越多，產(chǎn)生的水化熱就越多，以至產(chǎn)生的溫度應(yīng)力就越大。產(chǎn)生這種現(xiàn)象要先從建筑材料的使用量來(lái)分析，采用堆石混凝土建造的重力壩，每1m3壩體成品的水泥用量為130kg，而純混凝土則需要307kg，在同一成品體積下，由于堆石混凝土比純混凝土少用水泥177kg，相應(yīng)由水泥產(chǎn)生的水化熱要減少3/5左右。在許多純混凝土重力壩施工中，壩體內(nèi)部及表面，由于溫度控制措施問(wèn)題，造成的溫度應(yīng)力縫比比皆是。而用堆石混凝土建造的重力壩，由于水泥用量減少，在同體積情況下產(chǎn)生的溫度熱效應(yīng)就小，再加上塊石的導(dǎo)熱系數(shù)與熱擴(kuò)散系數(shù)均較混凝土小，在入倉(cāng)前及澆筑后產(chǎn)生的熱效應(yīng)變化不大，故由自身產(chǎn)生的溫度應(yīng)力相對(duì)要小得多。其次從材料的澆筑關(guān)系分析，純混凝土重力壩由于整個(gè)壩體均為等性材料，其材料的熱擴(kuò)散系數(shù)是均勻的，也就是說(shuō)混凝土從內(nèi)部到外部的熱擴(kuò)散相應(yīng)呈直線關(guān)系，但由于受外部溫度變化的影響，外部材料受陽(yáng)光照射，快速升溫，混凝土的熱擴(kuò)散加劇，而內(nèi)部受外部溫度影響相對(duì)表面弱，混凝土熱擴(kuò)散沿順自身特性自然釋放。由于在外部溫度影響下，造成混凝土內(nèi)外熱擴(kuò)散效應(yīng)發(fā)生改變，不呈直線關(guān)系，故溫度應(yīng)力縫由此產(chǎn)生。堆石混凝土建造的重力壩，為什么會(huì)比純混凝土建造的重力壩溫度裂縫少，主要原因有以下幾點(diǎn)：1、水泥用量少。2、堆石混凝土具有大塊石穩(wěn)定堆積構(gòu)成的骨架，具有優(yōu)良的體積穩(wěn)定性，體積收縮小，且塊石在入倉(cāng)堆放過(guò)程中塊與塊之間的搭接堆砌關(guān)系，形成較大的空隙率，這些空隙能儲(chǔ)存一定量的熱能，不容易形成集中釋放具有較強(qiáng)的抗裂能力。3、塊石在混凝土內(nèi)形成結(jié)核，由于塊石的導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)與混凝土的不一致，混凝土熱擴(kuò)散過(guò)程中受塊石的阻礙，熱擴(kuò)散不形成直線關(guān)系，故形成的溫度應(yīng)力縫要比純混凝土的少。在實(shí)際工程中，也有采用砌石混凝土、碾壓混凝土、埋石混凝土等方式筑壩，但這些筑壩方法需要的技術(shù)工人較多，施工質(zhì)量主要受工人技術(shù)水平和責(zé)任心控制，在目前的技術(shù)和管理水平下，難以保證質(zhì)量，再加上近年來(lái)人工費(fèi)用的不斷上漲，這些筑壩技術(shù)都面臨越來(lái)越大的困難。由于以上因素，所以在堆石混凝土重力壩設(shè)計(jì)中能夠減少水泥用量，降水化熱，溫控設(shè)施要少，減少人力等，從而節(jié)省工程投資。
5、探討混凝土重力壩裂縫形成的原因分析
重力壩裂縫形成，其裂縫一旦擴(kuò)散及發(fā)展，則有可能引起重力壩的開(kāi)裂、變形甚至破壞。如果混凝土材料及配合比設(shè)計(jì)不當(dāng)，將直接影響到混凝土的抗拉強(qiáng)度，也會(huì)造成混凝土重力壩進(jìn)一步開(kāi)裂。荷載作用，非荷載作用 ， 溫度變化等都是造成重力壩裂縫的原因，因此，加強(qiáng)自密實(shí)混凝土與堆石混凝土的技術(shù)的研究， 能夠控制混凝土在澆筑過(guò)程中及以后會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，在壩體設(shè)計(jì)中需要設(shè)置溫控設(shè)施，從而保證重力壩正常有序工作。
結(jié)語(yǔ)：
用自密實(shí)堆石混凝土建造的重力壩在工程造價(jià)、施工進(jìn)度、溫控方面有許多優(yōu)于性，因此要控制各項(xiàng)指標(biāo)均在規(guī)范允許的范圍內(nèi)施工，從而為重力壩取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[關(guān)鍵詞] 堆石混凝土 自密實(shí)混凝土 重力壩 設(shè)計(jì) 施工
自密實(shí)混凝土是一種高流動(dòng)性具有適當(dāng)粘度的混凝土，它不離析，能夠流過(guò)鋼筋填滿(mǎn)模板內(nèi)的任何空隙在重力作用下自行密實(shí)。具有低碳環(huán)保、低水化熱、工藝簡(jiǎn)便、造價(jià)低廉、施工速度快等特點(diǎn)。混凝土重力壩由于混凝土的施工和本身變形、約束等諸多因素，從而產(chǎn)生大量的裂縫，這些裂縫既有表面裂縫，也有貫穿性裂縫。由于這些裂縫的存在，導(dǎo)致混凝土重力壩結(jié)構(gòu)整體性的破壞，從而影響了混凝土重力壩的結(jié)構(gòu)受力狀況與穩(wěn)定，給混凝土重力壩的經(jīng)營(yíng)管理帶來(lái)極大的不確定性，而且容易導(dǎo)致混凝土重力壩內(nèi)部與鋼筋銹蝕，降低混凝土重力壩結(jié)構(gòu)的耐久性，甚至?xí)饾B透變形，危及混凝土重力壩的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性探討混凝土重力壩危害性裂縫的產(chǎn)生原因，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同原因進(jìn)行裂縫的防治與維修，具有較為重要的意義。
1、 自密實(shí)堆石混凝土重力壩與純混凝土重力壩和埋石混凝土壩的區(qū)別
重力壩是依靠自重克服外力以保持穩(wěn)定的一種常規(guī)壩型。采用堆石混凝土和埋石混凝土建造的重力壩與用純混凝土建造的重力壩在體型設(shè)計(jì)方面沒(méi)有較大的差別，差別在于壩體澆筑材料的使用。一般混凝土重力壩是壩體全部采用純混凝土建造，而堆石混凝土重力壩和埋石混凝土壩是在壩體內(nèi)部本應(yīng)采用混凝土澆筑的，用一定數(shù)量的塊石替換混凝土，從而減少混凝土的澆筑用量，達(dá)到節(jié)省投資的目的。埋石混凝土的埋石量一般性規(guī)定不超過(guò)25%，其施工概念是在混凝土入倉(cāng)后，再把塊石投放到混凝土內(nèi)。本文中的堆石混凝土，恰與反之，是先把塊石堆放好，再澆筑自密實(shí)混凝土，讓混凝土填充滿(mǎn)塊石之間的空隙。堆石混凝土中塊石比例為55%～60%，與埋石混凝土相比更加減少了水泥的用量。
2、 重力壩利用自密實(shí)混凝土技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
�。�1）在重力壩等大體積混凝土澆筑中能夠顯著降低水泥用量和降低水化熱，可以減少，甚至取消溫控措施。
�。�1）能夠在困難斷面或密集鋼筋結(jié)構(gòu)中完成混凝土的澆筑，保證工程量，減少混凝土缺陷，也就是減少今后修復(fù)工程和修復(fù)費(fèi)用；
�。�2）不需要震動(dòng)搗實(shí)，簡(jiǎn)化了混凝土澆筑過(guò)程；
�。�3）施工速度快，節(jié)省勞動(dòng)力；
�。�4）較高的混凝土質(zhì)量，混凝土勻質(zhì)好，混凝土構(gòu)件外觀好，邊角質(zhì)量好，不透水性好；
�。�5）模板使用壽命長(zhǎng)；
�。�6）由于無(wú)需震動(dòng)搗實(shí)，減少了施工燥聲。
3、自密實(shí)混凝土在重力壩施工中材料要求
原材料除應(yīng)滿(mǎn)足國(guó)家和行業(yè)的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)滿(mǎn)足堆石混凝土自身特點(diǎn)要求。
3.1 水泥 水泥本身復(fù)雜的礦物組成和化學(xué)成分極易引發(fā)與外加劑的不相容，在選擇水泥品種時(shí)宜選用普通硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥；不宜使用鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥以及早強(qiáng)型水泥，由于水泥凝結(jié)速度較快，易引發(fā)自密實(shí)混凝土外加劑摻量高、流動(dòng)性損失快等問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自密實(shí)施工。
3.2 摻合料 專(zhuān)用自密實(shí)混凝土的摻合料包括粉煤灰、礦渣粉、硅粉等活性摻合料。一般粉煤灰的使用較為普遍，粉煤灰原則上應(yīng)滿(mǎn)足2 級(jí)灰的標(biāo)準(zhǔn)。
3.3 骨料 用于配制自密實(shí)混凝土的細(xì)骨料應(yīng)首選中砂或中粗砂，粗骨料最大粒徑不宜大于20mm。
3.4 專(zhuān)用外加劑 在堆石混凝土施工中，對(duì)自密實(shí)混凝土的工作性能要求很高，不僅要具有卓越的流動(dòng)性、抗離析性和強(qiáng)充填性，而且要具有較長(zhǎng)時(shí)間的自密實(shí)性能保持時(shí)間。由于膠凝材料的地區(qū)差異性較大，故須針對(duì)工程選用的水泥、粉煤灰等膠凝材料進(jìn)行專(zhuān)用外加劑設(shè)計(jì)，確保其能夠滿(mǎn)足相應(yīng)要求。
3.5 堆石料 堆石料應(yīng)滿(mǎn)足新鮮、完整、質(zhì)地堅(jiān)硬、不得有剝落層和裂紋的要求。堆石料的粒徑不宜小于30cm，且不宜大于1.0m。堆石率應(yīng)控制在55%～60%之間。
4.運(yùn)用自密實(shí)堆石混凝土在重力壩施工中的成本優(yōu)勢(shì)
混凝土在澆筑后由于水泥的作用，自身會(huì)產(chǎn)生水化熱，再加上外部溫度的變化影響，水泥用量越多，產(chǎn)生的水化熱就越多，以至產(chǎn)生的溫度應(yīng)力就越大。產(chǎn)生這種現(xiàn)象要先從建筑材料的使用量來(lái)分析，采用堆石混凝土建造的重力壩，每1m3壩體成品的水泥用量為130kg，而純混凝土則需要307kg，在同一成品體積下，由于堆石混凝土比純混凝土少用水泥177kg，相應(yīng)由水泥產(chǎn)生的水化熱要減少3/5左右。在許多純混凝土重力壩施工中，壩體內(nèi)部及表面，由于溫度控制措施問(wèn)題，造成的溫度應(yīng)力縫比比皆是。而用堆石混凝土建造的重力壩，由于水泥用量減少，在同體積情況下產(chǎn)生的溫度熱效應(yīng)就小，再加上塊石的導(dǎo)熱系數(shù)與熱擴(kuò)散系數(shù)均較混凝土小，在入倉(cāng)前及澆筑后產(chǎn)生的熱效應(yīng)變化不大，故由自身產(chǎn)生的溫度應(yīng)力相對(duì)要小得多。其次從材料的澆筑關(guān)系分析，純混凝土重力壩由于整個(gè)壩體均為等性材料，其材料的熱擴(kuò)散系數(shù)是均勻的，也就是說(shuō)混凝土從內(nèi)部到外部的熱擴(kuò)散相應(yīng)呈直線關(guān)系，但由于受外部溫度變化的影響，外部材料受陽(yáng)光照射，快速升溫，混凝土的熱擴(kuò)散加劇，而內(nèi)部受外部溫度影響相對(duì)表面弱，混凝土熱擴(kuò)散沿順自身特性自然釋放。由于在外部溫度影響下，造成混凝土內(nèi)外熱擴(kuò)散效應(yīng)發(fā)生改變，不呈直線關(guān)系，故溫度應(yīng)力縫由此產(chǎn)生。堆石混凝土建造的重力壩，為什么會(huì)比純混凝土建造的重力壩溫度裂縫少，主要原因有以下幾點(diǎn)：1、水泥用量少。2、堆石混凝土具有大塊石穩(wěn)定堆積構(gòu)成的骨架，具有優(yōu)良的體積穩(wěn)定性，體積收縮小，且塊石在入倉(cāng)堆放過(guò)程中塊與塊之間的搭接堆砌關(guān)系，形成較大的空隙率，這些空隙能儲(chǔ)存一定量的熱能，不容易形成集中釋放具有較強(qiáng)的抗裂能力。3、塊石在混凝土內(nèi)形成結(jié)核，由于塊石的導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)與混凝土的不一致，混凝土熱擴(kuò)散過(guò)程中受塊石的阻礙，熱擴(kuò)散不形成直線關(guān)系，故形成的溫度應(yīng)力縫要比純混凝土的少。在實(shí)際工程中，也有采用砌石混凝土、碾壓混凝土、埋石混凝土等方式筑壩，但這些筑壩方法需要的技術(shù)工人較多，施工質(zhì)量主要受工人技術(shù)水平和責(zé)任心控制，在目前的技術(shù)和管理水平下，難以保證質(zhì)量，再加上近年來(lái)人工費(fèi)用的不斷上漲，這些筑壩技術(shù)都面臨越來(lái)越大的困難。由于以上因素，所以在堆石混凝土重力壩設(shè)計(jì)中能夠減少水泥用量，降水化熱，溫控設(shè)施要少，減少人力等，從而節(jié)省工程投資。
5、探討混凝土重力壩裂縫形成的原因分析
重力壩裂縫形成，其裂縫一旦擴(kuò)散及發(fā)展，則有可能引起重力壩的開(kāi)裂、變形甚至破壞。如果混凝土材料及配合比設(shè)計(jì)不當(dāng)，將直接影響到混凝土的抗拉強(qiáng)度，也會(huì)造成混凝土重力壩進(jìn)一步開(kāi)裂。荷載作用，非荷載作用 ， 溫度變化等都是造成重力壩裂縫的原因，因此，加強(qiáng)自密實(shí)混凝土與堆石混凝土的技術(shù)的研究， 能夠控制混凝土在澆筑過(guò)程中及以后會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，在壩體設(shè)計(jì)中需要設(shè)置溫控設(shè)施，從而保證重力壩正常有序工作。
結(jié)語(yǔ)：
用自密實(shí)堆石混凝土建造的重力壩在工程造價(jià)、施工進(jìn)度、溫控方面有許多優(yōu)于性，因此要控制各項(xiàng)指標(biāo)均在規(guī)范允許的范圍內(nèi)施工，從而為重力壩取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
