關鍵技術在水利工程施工中的應用

曲林彧

摘 要：導截流施工作為水利工程施工的先行工作內(nèi)容，直接影響著施工工作環(huán)境，進而影響著整個水利工程的施工質量和施工進度以及工程造價。同時，大體積混凝土溫度控制直接影響著整個水工壩體的整體穩(wěn)定性，進而影響著整個水利工程的耐久性和安全性。文章重點從水利工程導截流施工和水工壩體混凝土溫度控制進行研究分析，借此給水利工程的同行一些參考依據(jù)。

關鍵詞：水利工程；導截流；大體積混凝土；溫度控制；整體穩(wěn)定性

中圖分類號：TV52 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）01-0179-02

Abstract： Diversion and closure construction， as the advance work of water conservancy project construction， directly affects the construction working environment， and then affects the construction quality， construction schedule and project cost of the whole water conservancy project. At the same time， mass concrete temperature control directly affects the overall stability of the whole hydraulic dam， and then it affects the durability and security of the entire water conservancy project. This paper mainly studies and analyzes the construction of diversion and closure of water conservancy project and the temperature control of the concrete of hydraulic dam body， so as to provide some reference basis for the colleagues of water conservancy project.

Keywords： hydraulic engineering； diversion and closure； mass concrete； temperature control； overall stability

1 概述

我國水系眾多，水域面積遼闊。由于水利自古以來，都是歷朝歷代的。水利工程是我們國家的重點基礎工程項目，關系國計民生，為我們國家的農(nóng)業(yè)、工業(yè)和電力發(fā)展做出了巨大貢獻。導截流施工作為水利工程施工的先行工作內(nèi)容，直接影響著施工工作環(huán)境，進而影響著整個水利工程的施工質量和施工進度以及工程造價。同時，大體積混凝土溫度控制直接影響著整個水工壩體的整體穩(wěn)定性，進而影響著整個水利工程的耐久性和安全性。研究水利工程導截流和大體積混凝土壩體溫度控制具有重要意義。

2 水利工程導截流施工

導截流構筑物服務于水工建（構）筑物施工的整個施工過程，是水工總設計的前期關鍵設計工作內(nèi)容，也是重要的參考依據(jù)，直接影響到施工程序和施工總進度計劃以及樞紐布置、永久性建（構）筑物形式的總體設計。因此，必須科學正確分析研究施工場地自然條件和工程特性，科學合理的選擇導流方案，做好施工導流設計和施工。并通過技術經(jīng)濟比較，選擇一個最經(jīng)濟合理的導流方案。

（1）導截流工作原理。施工導截流的目的是為整個水利工程施工過程中創(chuàng)造良好的干地施工條件（無水作業(yè)工作面），主要是先將河道中上游的流水按照設計需要按預設的方式導向下游，然后在河床中修筑圍堰以圍護基坑，以創(chuàng)造無水作業(yè)工作面。導截流施工技術通過引導水流向下游河流宣泄，保證水利工程施工現(xiàn)場不受水流積聚、滲漏的影響，從而保證施工進度和施工質量。（2）導截流施工方法。導截流施工基本原則就是先導后截，通過導流明渠、導流隧洞、導流涵洞進行疏導水流，然后通過圍堰在河床上對河流進行分段截流或者全段一次性截流。導截流施工方法總體上有明渠導流、隧洞導流、涵洞導流、圍堰施工[2]。a.導流明渠。明渠導流通俗的講就是在河岸上開挖一條渠道，將水引導到渠道進行泄水，然后在河道的下游進行圍堰施工。明渠導流法主要適用寬廣灘地和岸坡平緩的河道水利工程施工場地條件，如平原河道。明渠導流的適用前提有：河道水流量較大，水利工程泄水建筑物要有良好的排水功能，對有通航要求的河道，明渠要有足夠的通航能力，河道寬廣、岸坡平緩的工程場地。選線放樣時，盡量利用埡口、溪溝、舊河道等有利地形，明渠底板施工盡可能保證上下游水流通暢，防止沖刷并做好防止?jié)B漏。此外，必須嚴格根據(jù)上下游水流量，通航、過木要求等條件合理確定進出口高程。b.隧洞導流。隧洞導流是通過在河道庫岸山體內(nèi)修建水工隧洞，以此進行引導水流，但可引導的流量相對較小，可修建多條隧洞并列工作，但成本較高。隧洞導流適用于山體堅硬的山區(qū)河流、兩岸地形險峻、河谷狹窄的河流等地質條件復雜的山區(qū)地段。隧洞導流法的選擇應充分利用地形條件，盡量縮短洞線長度。重點做好上游流水的流通順暢，以防底部沖刷和淤泥淤積以及進出口高程的設計工作，對流量大或流速快的導流隧洞，可通過出口消能措施保證隧洞安全穩(wěn)定工作。c.涵洞導流。涵洞導流一般應用于中小型土石壩工程、水閘工程施工中，具體來說就是在河流的下游建筑擋水圍堰，然后將水流引向涵洞進行下游傾瀉的導流過程。涵洞既可依山布置或置于表露的巖灘上，又可在壩下的基巖中開出溝槽形成涵洞。當涵洞無法避免穿過壩體心墻或斜墻時，必須做好防滲工作。對一些不良地基情況，涵洞設計時應布置在較硬的土層上，同時做好因土層不均勻沉降引起的涵管破壞問題。同時，涵洞設計應盡可能的布置成直線，使水流流通順暢，避免淤泥淤積和空蝕，還有出口消能要可靠。d.圍堰施工。圍堰法是最為常見的一種導截流施工方法，適用于不同類型水利工程施工，主要應用于水利工程閘門和壩體的建筑。根據(jù)工程情況可將圍堰法分為全段圍堰法和分段圍堰法。其中分段圍堰法的應用原理在于利用圍堰多段對水流進行劃分，待多段分期完成時導流施工作業(yè)也就完成了，分段圍堰法的應用范圍較廣，主要應用于該工期長、河床寬、水流量大等水利工程施工中；全段圍堰法的應用原理則是利用圍堰建設將河道一次性地截斷，使水流被引入其他灌水建筑物，從而形成分流的施工過程，如果遇到向下流的水流則改成傾瀉，該方法應用于水利工程施工時，需要考慮到泄水建筑物實際、河道水量及流向等因素，以保證分流的合理性及科學性。全段圍堰法又包括了明渠導流和隧洞導流，故能夠應用于很多大型及小型水利工程施工中[3]。

3 大體積混凝土溫度縫控制

水利工程壩體根據(jù)力學設計角度有重力壩、拱壩、支墩壩，壩體混凝土工程根據(jù)施工工藝有常態(tài)混凝土和碾壓混凝土，由于水利工程壩體體積大，所用的混凝土工程量大，歸結起來，水利工程壩體混凝土工程屬于大體積混凝土工程?；炷量箟簭姸雀撸饕惺軌毫ψ饔?，屬于脆性材料，抗拉強度低。大體積混凝土工程在混凝土澆筑過程中會產(chǎn)生大量的水化熱，溫度急劇上升，在溫度應力作用下會產(chǎn)生大量的拉裂縫，進而還會影響到混凝土重力壩的整體性、穩(wěn)定性及抗?jié)B性能。水利工程混凝土重力壩的溫度裂縫控制主要是從改善混凝土自身性能和混凝土施工這兩個方面進行控制，如使用低水化熱的水泥，添加外加劑、加筋等，改善施工工藝保證混凝土施工質量以及通過對壩體進行分縫分塊，設置縱縫、橫縫、誘導縫及一些短縫等進行裂縫控制[4，5]。

（1）改善混凝土自身材料。大體積混凝土裂縫主要是由于水泥水化反應產(chǎn)生的水化熱和混凝土澆筑現(xiàn)場的外界溫度產(chǎn)生的溫度應力引起大體積混凝土拉裂。所以避免混凝土溫度應力的關鍵在于降低混凝土內(nèi)部溫度。工程應用上主要是選用低水化熱的硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥，或者在混凝土攪拌過程中摻入粉煤灰等。在保證混凝土強度的前提下，科學選取合適的骨料級配，選用尺寸穩(wěn)定、堅固、耐久的大粒徑粗骨料，以增大骨料與膠凝材料間的接觸面積，同時還可減小混凝土內(nèi)部孔隙率，以此減小混凝土拉裂縫，同時由于混凝土的水泥用量和水用量的減少，水化熱也因此降低，溫度應力減小。實驗證明，適當?shù)負郊訙p水劑和緩凝劑等外加劑，不僅可以減小水灰比和降低水化熱或者延緩水化熱以有更多的時間進行散熱，同時也能保證混凝土滿足強度要求。從混凝土自生體積變形特點出發(fā)，摻加適量的MgO等微膨脹劑減小溫降引起的收縮變形[4，5]。通過MgO等膨脹劑的微膨脹作用，抵消混凝土因溫度降低引起的冷縮變形。還可以提高提高混凝土的抗拉性能，如加筋混凝土、鋼纖維混凝土，以此提高混凝土抗拉強度。（2）改善施工工藝和施工質量?；炷潦┕た刂浦饕峭ㄟ^對混凝土結構壩體進行分縫、分塊，如用作釋放部分拉應力的縱縫、橫縫、周邊縫、誘導縫[5]以及人工短縫等，減小混凝土間的約束作用。分縫分塊設置的縱縫和橫縫主要是考慮混凝土施工工藝和減小混凝土溫度應力要求。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，壩體分縫分塊澆筑能很好的減少溫度裂縫的開展。然而，分縫、分塊嚴重破壞了壩體的整體性，整體強度降低。尤其是對以拱作用承受載荷的拱壩，一般而言，設計上，拱壩不設置縱縫，但由于施工工藝和溫度縫要求，設置的橫縫必須通過灌漿以達到拱壩的整體性。誘導縫主要是通過實驗和工程實踐研究得出的切實可行的人為誘導設置的縫。其施工工藝主要是預設誘導板，在混凝土內(nèi)部形成抗拉強度很低的薄弱面，并在誘導板上預留灌漿系統(tǒng)，以便后期裂縫開展后進行灌漿處理。目前誘導縫的研究還不是非常完善，對于誘導縫的設置形式還有待深入研究。周邊縫是拱壩施工過程中，在壩體和墊座之間設置的縫。周邊縫靜力狀態(tài)和抗震性能好而且能很好的適應不利地形地質條件；同時還可減少溫度應力。但由于要事先在基礎上澆筑一層混凝土墊座，而后在墊座上澆筑壩體，其結構工藝復雜，且施工質量很難控制。人工短縫是清華大學劉光廷教授等人通過實驗研究發(fā)明的一種在拱壩拉力區(qū)人為設置的一種構造縫，以此釋放溫度應力。

混凝土制作是一系列復雜的化學反應過程，除了受混凝土拌合材料自身性能影響外，還受到外界環(huán)境的多方面因素的影響，這無形中會增加我們的控制難度。但我們還是可以通過從混凝土施工工藝上進行控制。降低混凝土內(nèi)部溫度，如對骨料進行預冷處理，在混凝土內(nèi)部加入冰塊或者使用冰水；根據(jù)施工進度計劃，合理安排混凝土澆注時間，盡可能在合適溫度條件下進行紅黏土澆筑，在不可避免的高溫天氣下，采用加冰或者冰水以及骨料的預冷。混凝土澆筑完成后及時采取養(yǎng)護措施，根據(jù)混凝土養(yǎng)護規(guī)范和混凝土施工所處的天氣環(huán)境適時進行灑水養(yǎng)護，降低混凝土內(nèi)外溫度，防止混凝土溫度裂縫。

4 結束語

我國的水利工程施工技術中，有很多的關鍵施工技術需要我們在實際的施工紅給予重視。根據(jù)上文的闡述我們能夠發(fā)現(xiàn)，水利工程中的每一項施工技術都非常重要和關鍵，只有將水利工程施工中的每一項施工都完全按照施工要求進行，才能夠保障水利工程的最終施工質量。水利工程工作內(nèi)容繁重，技術難度大，工期長，導截流的科學施工至關重要。同時，大體積混凝土溫度控制決定了壩體的整體穩(wěn)定性以及耐久性和安全性。水利工程的科學施工直接關系國計民生，意義重大。

參考文獻：

[1]李兆海.施工導流和圍堰技術在水利水電施工中的應用[J].工程技術研究，2016（7）：27-28.

[2]邵榮開，張道全.新技術在水利工程施工中的應用探析[J].科技風，2015（22）：177.

[3]李棟.水利施工中圍堰技術的運用與施工技術要點研究[J].冶金叢刊，2017（5）：41-42.

[4]羅小青，張國新，金峰，等.外摻MgO混凝土不分橫縫快速筑拱壩仿真分析[J].水力發(fā)電學報，2003（02）：80-87.

[5]顧愛軍，王向東，徐道遠，等.碾壓混凝土拱壩誘導縫的作用探討[J].揚州大學學報（自然科學版），2003，6（1）：66-70.