混凝土裂缝成因和施工防裂方法的课件

1、混凝土裂缝成因和“科学、可靠、易行、经济”施工防裂方法目 录1 概述2 混凝土基本特性 3 温度和应力高精度仿真计算4 裂缝成因5 施工防裂方法6 施工防裂指标7 混凝土快速施工方法8 结论混凝土裂缝现象是一个困扰工程结构耐久性和安全性的老问题，也是一个长期来受各方关注的技术难题。近年来，随着特高拱坝、大型RCCD、高性能和高热量混凝土在工程上的大量使用，这一问题愈显突出。在公路、桥梁工程，特别在以挡水坝为代表的大体积混凝土及众多水工薄壁结构工程中，施工期和初运行期的裂缝现状在工程界在总体上至今仍然处于“无坝不裂”的局面，广泛地困扰工程的施工和建设质量；但是在学术界就工程成功应用层面而言，这一

2、问题已经得到很好的解决，研究成果达到推广应用的成熟度。1 概述1/82施工定位锥附近裂缝2/82闸墩裂缝3/82墙体结构裂缝4/82安徽某一船闸工程裂缝：表0.05-0.2mm,内0.4-0.6mm5/82近年来学术界对混凝土裂缝成因和施工防裂方法研究有了突破性进展，很多工程直接在科研成果指导下施工，在总体上没有出现结构性裂缝，甚至有些很有规模、结构特点突出且在高温或严寒期施工的工程也完全没有出现裂缝，有些采用的还是高热量、高性能、自生体积变形大、脆硬和坍落度大的泵送混凝土。 6/82笔者在他人研究成果基础上，提出了能精确地离散模拟混凝土冷却水管导热降温作用的有限元“精确”迭代算法，实现了水管

3、混凝土施工温度和应力的高精度仿真计算，这在有限元仿真计算方法和施工防裂方法上是一个重大突破。近年来，在此算法基础上和长期来的知识积累，对施工期混凝土裂缝成因、影响因素、启裂点位置、启裂时间、扩裂过程、种类及施工防裂方法与具体措施等方面进行了明显具有独到见解的研究，提出“科学、可靠、易行、经济”的施工防裂方法理念，在约20个工程的施工中得到很好乃至圆满的应用，该成果已达到推广应用的成熟度。科研成果7/82成果应用江苏二河常态混凝土水闸（采用吊空模板及表面保温方法，不裂，2001年建成，获鲁班奖银奖）；安徽姜唐湖泵送混凝土退水闸（在严冬季节施工，浇筑过程中大部分时间气温在零度以下，最低11，200

4、4年施工，完全不裂，现申报2007年度安徽省科技进步奖）； 淮安立交常态混凝土地涵工程（完全不裂，亚洲同类工程规模最大，高温期施工，2001年，获得水利部大禹科技进步奖、建设部建设金奖、鲁班奖金奖）；福建周宁碾压混凝土重力坝（2003年，获2005年度福建省科技进步奖）；8/82浙江华光潭拱坝（为设计院防裂方法设计工作服务，2004年施工，总体不裂）；南水北调东线一期工程泵送混凝土宝应泵站（东线一期工程第一个新建泵站工程,2004年，总体不裂）；刘家道口常态混凝土大闸（严格执行施工防裂方法研究成果后完全不裂，2006-2007年施工，计划申报明年度省部级科技进步奖）；南水北调东线一期工程淮四泵

5、送混凝土泵站（2006年夏天高温期施工，完全不裂，正申报江苏省今年度科技进步奖）；浙江周公宅拱坝（2005年初建成，全年施工, 现场跟踪研究，不裂，正申报浙江今年科技进步奖）；9/82浙江绍兴曹娥江河口高性能二级配矿渣混凝土大闸（亚洲最大规模河口大闸，2006年夏天高温期施工，严格执行施工防裂方法研究成果,完全不裂，准备申报明年度水利部或浙江省科技进步奖）；高温地区南沙碾压混凝土重力坝（2006年全年施工，允许最高浇筑温度为34,优化和加大表面保温及内部水管冷却措施的力度,实际施工最高浇筑温度达到36,除度汛溢流面外不裂，计划申报2008年度广东省科技进步奖）；南水北调工程淮阴三站常态混凝土泵

6、站（正在施工中，至下月20号主体工程浇筑完毕,至今不裂）；10/82南水北调工程山东台儿庄和万年闸常态混凝土泵站（全年施工,不裂，台儿庄工程修建在岩基上）；南水北调中线干线漕河大型输水渡槽C60高强度泵送混凝土结构，一跨多联型。2007年在研究成果指导下,全年施工8个多月，已浇筑完毕，不裂,被7月7日中央台新闻联播节目报道;而去年该工程在他人成果指导下施工5个月,月月开裂,跨跨开裂,共出现130条裂缝。11/822 混凝土基本特性 混凝土是一种非均质复合材料，其热学和力学性能非常复杂，它的基本变形有热胀冷缩、自生体积变形、湿胀干缩和徐变形，且是随水泥水化反应程度或混凝土成熟度而变化。此外，还有

7、外荷载作用变形。事实上，混凝土的所有热学和力学特性都与成熟度有关，但是有些工程建设意义不大，不是关键因素；有些还和应力水平或状态有关，比如弹模、徐变和强度。12/82水化放热速率与水化度的变化 水泥的水化过程可分为5个阶段，即初始水解期、诱导期、加速期、衰退期和稳定期。第一阶段发生在水泥与水混合之后，持续时间约为15-30分钟；第二阶段发生在混凝土拌合、运输、浇筑的过程中，持续时间0.5-3个小时；第三阶段发生在混凝土浇筑后，持续时间3-12小时；混凝土放热高峰到达以后，水化放热速率开始逐渐减小，最终趋于稳定。13/823 温度和应力高精度仿真计算在温度场计算域R中的任何一点，不稳定温度场T(

8、x,y,z,t)必须满足热传导微分控制方程： 式中：T混凝土温度()，a导温系数(m2/h)，绝热温升() ，t时间(d)，龄期(d)。利用变分原理或加权余量法，对空间域进行有限元法离散，时间域差分，再引入初始条件和边界条件后，可得向后差分的非稳定温度场的有限元仿真计算递推方程：混凝土非稳定温度场的基本理论14/82混凝土温度场的主要影响因素包括混凝土的浇筑温度、绝热温升、表面热交换系数和环境温度等等。低浇筑温度有利于基础温差的温控，但浇筑温度的降低常须巨额资金的投入，需要昂贵的专用制冷设备，在一些巨型大坝工程才能采用，而在中小型工程中无法应用，且无法防止内外温差裂缝的出现。低绝热温升对温控防

9、裂也是有利的，但混凝土绝热温升一般随混凝土标号的提高而增加，混凝土强度和耐久性的设计要求使得这一措施往往难以有效实施。而在混凝土中埋设冷却水管可以灵活控制水化热温升幅度和峰值，能在不降低混凝土等级的前提下有效控制现场绝热温升，且一般总能经济方便地达到这样的应用效果。15/82表面保温可以减小混凝土的内外温差，但同时也妨碍了水化反应过程中的热量散发，致使混凝土温度峰值变高，后期温降幅度变大，降低了后期抗裂安全度。因此，通常需要结合水管冷却措施的使用。环境温度变幅越小对混凝土防裂越有利。施工中，通过人工营造小气候环境可以减小气温变化的不利影响。最简便有效的方法是在模板表面设置保温材料，降低表面放热

10、系数和温差。混凝土早期水化反应剧烈，常在龄期约3天时温度达到峰值（具体时间与结构尺寸和保温情况相关），峰值大小和出现时刻对混凝土基础温差和内外温差有决定性影响。峰值过后是快速降温阶段，常需控制这一阶段的温降速度，防止早期冷缩拉应力过大；但是若温降太慢，因弹模迅速增大，在后续降温阶段又会出现过大内部拉应力，因此降温过程是很有讲究的。一般努力控制早期温升幅度总是会有好处的。16/82无冷却水管的计算模型 有冷却水管的计算模型 “倒丁字形”结构算例分析17/82混凝土主要热学参数 导温系数m2/h导热系数kJ/(mh)容重kN/m3比热kJ/（kg）绝热温升表面放热系数kJ/(m2h)裸露竹胶模板塑

11、料板23.790.95263.0828.104.65a.早期闸墩表面应力(无保温) b.后期闸墩中面应力（无保温）18/82c.早期闸墩表面(竹胶模板) d.后期闸墩中面（竹胶模板）f.后期闸墩中面(竹胶模板塑料板)e.早期闸墩表面(竹胶模板塑料板)19/82g.早期闸墩表面(竹胶模板+水管冷却)f.后期闸墩中面(竹胶模板+水管冷却)表面保温可减小混凝土与周围环境的热交换能力，有效杜绝启裂于混凝土表面的“由表及里”型早期裂缝。但保温会使表面散热量减少，内部温升幅度增加，降温期内部拉应力增大，易出现启裂于内部的裂缝,因此须控制表面保温力度。20/82内部水管冷却不但能削减早期混凝土内外温差，同时

12、也能直接控制温升幅度和基础温差，对防止早期和后期裂缝的出现都有利，是最主要的温控防裂方法，应大力提倡。现在已有密集型水管冷却作用的精确计算方法，能够精细掌握水管冷却的具体使用要求，大大提高了混凝土温控防裂的可靠性，也奠定了“科学、可靠、易行、经济”施工防裂方法的量化性提出，淡化了甚至应该消除“大体积混凝土”的概念。21/82混凝土在复杂应力状态下的应变增量包括弹性应变增量、徐变应变增量和温度应变增量等，即有： 式中： 为弹性应变增量， 为徐变应变增量， 为温度应变增量， 和 为干缩和自生体积应变增量。由物理方程、几何方程和平衡方程可得任一时段的有限元支配方程： 式中：为结点位移增量， 和 分别

13、为时段内由外荷载、徐变、变温、干缩和自生体积变形所引起的等效结点力增量。混凝土非稳定应力场的基本理论 22/82徐变的计算应先通过混凝土的徐变实验得到相关的徐变参数，但徐变实验往往费时很长，且至今未见真应力状态条件下的试验结果，目前计算中常常采用经验公式，给计算特别是后期计算结果带来很大的误差。温度应变与相邻时刻混凝土的温度变幅和线胀系数有关，要选择线胀系数小的骨料。但实际工作中，一般只能选用当地材料，控制线胀系数是很难做得到的。自生体积变形主要是由水泥材料所决定或掺加膨胀剂，这一变形发生在混凝土整个成熟过程中，掺MgO混凝土存在变形安定性的问题，不能解决早期内外温差和后期冷缩变形及其拉应力的

14、问题，只有一定程度的有限补偿作用。笔者认为，若它与温控措施有机结合可以减少或取消施工分缝的问题以及可修建长墙体结构。23/82干缩变形是由混凝土表面失水引起的，因混凝土是弱导湿体仅发生在表面几厘米深度之内，是产生表面龟裂缝的原因。干缩变形的控制主要是在拆模后进行表面洒水或涂刷防裂剂，但是不能过早洒水。防止龟裂缝的最好办法是：温升期表面保湿，并保持施工期一定的内外温差，降温后表面留有足够大的温变压应力，抵抗干缩和冷击等表面拉应力，并在龄期达到一定后表面可以随时进行简单洒水养护。24/82基于成熟度的混凝土温度与应力理论目前对混凝土热学的研究和应用大多停留在线性温度场理论的基础上，笼统地认为水化放

15、热过程仅与混凝土龄期有关。事实上，在混凝土成熟过程中水化放热过程与速率是与水泥水化度或混凝土成熟度及自身温度有关，是一个强非线性问题。在混凝土成熟过程中，温度特性参数、弹性模量、抗压和抗拉强度、自生体积变形、干缩变形和徐变特性等都是不断变化的。因此，从混凝土复合材料的水化硬化微细观机理和层面上进行基础研究，建立以成熟度为基础的热学和力学模型激光和理论以及算法，是当今学术界的主要热点研究课题。25/82水管冷却混凝土温度场的精确计算方法混凝土中布置冷却水管时，混凝土表面与冷却水管管壁同时向外散发热量，是一个典型的空间温度场问题，其控制方程、初始条件和边界条件等基本理论与未布置水管的温度场相同，但

16、因水管内的水是流动的和事先不知道的沿程变化的水管水温，水管壁面成为复杂的非线性导热降温边界。自30年代初出现这个重要问题后，它的精确计算问题一直至最近才得到彻底解决。选用金属质水管时，水管壁面可视为热学第一类边界，认为水管外壁面混凝土温度与冷却水温相同：当采用塑料质水管时，管壁混凝土面应视作第三类边界： 式中：2水管表面放热系数(kJ/(m2h)，混凝土导热系数(kJ/(mh)，Tw水温() 。26/82如上图所示，任取一段带有冷却水管的混凝土体元，并假定冷却水的流入面为W1，流出面为W2，则混凝土与水之间的热量交换情况如下： a、混凝土元经水管外壁面 向水管放出或吸收的热量为： b、经水管元

17、入口W1入内的水体热量为： c、经水管元出口W2流出的水体热量为： 其中：qw、cw、w分别为水管的流量(m3/s)、比热(kJ/(kg)和密度(kg/m3)；Tw1和Tw2为水管段的入口水温和出口水温。27/82 d、在两个截面之间水管水体增加或减少的热量为： 其中：Twp为截面之间水体的温度。 由热量的平衡条件可得 考虑到水管中水体的体积很小，且通常水管入口水温与出口水温变化不是很大， 对于一般工程问题而言，上式可简化为： 由于冷却水的入口温度已知，利用上述公式，对每一根冷却水管沿水流方向可逐段推求管内沿程水温。28/82冷却水管混凝土温度场有限元计算模型29/82（a）无冷却水管 （b）

18、有冷却水管混凝土块浇筑完4天时的温度分布（） 在内部水管冷却作用下，混凝土块的温度分布与变化情况与自然冷却时有很大不同。有冷却水管时，混凝土块浇筑完毕4天的最高温度约为36，比自然冷却时降低约6。冷却初期，混凝土块外表面和靠近水管处，温度梯度较大。随着冷却时间的持续，水管附近的温度梯度逐渐减小。 30/8231/82冷却水温度越低，冷却效果越好。但冷却水温越低，冷却水与混凝土的温差就越大，水管内外温差也越大。过低水温会使管壁周围混凝土产生过大的拉应力，产生启裂于管壁混凝土的水管内外温差裂缝。 增大冷却水流量亦即加快管内流速，降低出口水温，从而加快冷却速度。管内紊流水体的降温效果也要好于层流的。

19、但是流量加大后，水管内压会随之增加，对水管材质和施工质量要求高一些。混凝土是弱导热体，减小水管层距和管距可显著提高冷却效果。但减小间距会增加水管材耗和工程成本。加大管径也可提高冷却效果，但是会增加水管单价成本和管壁拉应力。因水管冷却效果影响因素众多，须综合考虑。应用最能灵活，可反复运用。应事先进行计算分析和确定使用方案，最好实施现场跟踪性准确仿真计算分析。32/82混凝土温度场和应力场的“精确”仿真计算方法冷却水管混凝土非稳定温度场和应力场的“精确”算法可以考虑到现实情况中存在的诸多因素，具体包括：环境温度的变化，混凝土材料性质的变化（龄期、弹模、泊松比、徐变、自生体积变形和干缩变形、绝热温升

20、、热胀系数、导热系数、导温系数、自重、抗拉强度等），地基材料性质，混凝土表面覆盖保温条件（模板种类与厚度、保温材料材质与厚度、覆盖时间、拆模时刻等），内部水管冷却效果影响因素（水管材质、管径、壁厚、布置形式、层距、管距、流量、流向、进口水温、开始通水时刻、通水历时、停水时刻、再恢复通水时刻等），以及施工方法和养护方法等影响因素。水管边界和混凝土表面边界热学参数的确定目前只能通过笔者提出的大尺寸施工混凝土室内非绝热温升试验和施工现场1:1模型跟踪观测与反分析来确定。33/82水管冷却精确算法和等效算法的功能比较比较指标离散性准确算法等效算法理论上的严密性和准确性严密、准确不严密水管水平间距（管距

21、）准确均化且理论上不严密水管垂直间距（层距）准确均化且理论上不严密水管在混凝土中的具体位置及方向准确水管布置型式与几何尺寸，包括水管的几何形状准确水管材质准确等效水管内径准确准确水管壁厚准确等效进口水温准确准确沿程水温准确34/82比较指标离散性准确算法等效算法沿程水温准确水管长度准确无法准确水管流量或速度准确等效开始通水时间准确准确通水历时准确准确水流方向准确温度场精细计算，包括水管周围混凝土温度集中情况及水管内外温差准确应力场精细计算，包括水管周围混凝土应力集中情况及水管周边启裂判断准确水管布置方向准确水管内外温差准确35/82混凝土为脆性材料，当水化放热温升后再降温产生冷缩变形、水化反应

22、自生体积收缩和随后干缩变形等收缩性变形受到内部或外部约束时就会产生拉应力。加之，混凝土内部存在各种各样的缺陷，较大拉应力时就会很容易导致混凝土内部空隙和裂纹相互贯通，并进一步扩展成为结构性宏观裂缝。收缩变形是导致混凝土开裂的主要原因，其中各种内外温差、基础温差和约束情况是混凝土开裂的最主要指标及影响因素。因混凝土的抗拉能力极难有效地提高，因此施工防裂方法的主要思想是防止拉应力的出现和控制其大小。4 裂缝成因36/82混凝土浇筑后约3天内的初龄温升期，内外混凝土都处于膨胀状态，但是存在内外温差，内部膨胀量大，形成表面拉应力，会出现启裂于表面的“由表及里”型裂缝，缝尖应力集中致使大多数为贯穿性的，

23、极个别为非贯穿性的。外观：表面迹线长、启裂于结构中心区的表面、一般在拆模前就出现或寒潮冷击期出现。降温期的裂缝是由内部温降冷缩量大、受自身内外约束、外部边界约束和自生体积变形所致，裂缝启裂点位于内部，为“由里及表”型裂缝，特别在墙体结构上频繁出现。外观：竖向分布、表面迹线短、位置低、都是贯穿性的、大多发生在7天左右的龄期内，但在整个降温过程中理论上都有可能出现。37/82启裂位置启裂点启裂位置“由表及里”型裂缝“由里及表”型裂缝38/82“倒丁字形”结构裂缝迹线示意图39/82“倒丁字形”结构温度和应力历时曲线“由表及里”型裂缝产生阶段“由里及表”型裂缝产生阶段随着高性能及泵送混凝土的推广应用

24、和各种高效减水剂使用的亲睐，混凝土自生体积收缩变形有不断增大的趋势，因自生体积收缩导致混凝土开裂的现象也越来越多。这要引起大家的特别重视。40/82若混凝土自生体积变形足够大或结构尺寸足够长且“基础”约束能力大，则单自生体积收缩变形也会产生降温期裂缝的出现。上述裂缝在墙体中常被称为“上不到顶，下不着底”、“中间宽，两头尖”的“枣核形”裂缝。41/825 施工防裂方法施工反馈工法混凝土温度场和应力场仿真计算受诸多因素影响，其中之一是混凝土材料特性参数的变化。各工程所采用混凝土的导温系数、导热系数、表面散热系数和绝热温升变化规律是不同的，且与成熟度有关。为使温度和应力的仿真计算能更好地反映实际情况

25、，需要进行实验和依据实验结果并联用数值计算反演不同工程措施和环境条件下的各项热学参数。因问题的复杂性，施工期还需进行1:1模型的原位观测与反演。施工反馈分析：在得到符合实际情况的热学或力学特性参数后，再对即将或后续施工的混凝土进行防裂方法的计算分析，提出或改进防裂方法与措施。基于这种动态准实时跟踪性反馈研究的施工方法称为施工反馈工法，降低尤其是防止重复性裂缝的出现。42/82改进加速遗传算法简介遗传算法是在数学上模拟达尔文自然选择学说和生物进化过程的一种优化算法。它采用简单的编码技术来表示各种复杂的结构，并通过对一组编码进行简单的遗传操作和优胜劣汰的自然选择来指导学习和确定搜索方向。加速遗传算

26、法是在基本遗传算法的基础上，利用最近两代进化操作产生的优秀个体的最大变化区间重新确定基因的限制条件，重新生成初始种群，再进行遗传进化运算。如此循环，可提高遗传算法的运算效率。改进加速遗传算法的核心是，一是按适应度对染色体进行分类操作，主要解决存优问题及提高算法的局部搜索能力；二是引入小生境淘汰操作，保持种群的多样性，消除早熟收敛现象。另外，对通常的种群收敛判别条件也提出改进。43/82试验及反演分析应用南水北调漕河渡槽工程混凝土立方体非绝热温升室内试验 模拟现场混凝土的施工情况，在工程现场浇筑一边长约1.0m的混凝土立方体试件，表面用钢模板等不同种类的模板及表面可能施工用保温方法。在试件典型部

27、位埋设温度探头，浇筑后按要求对各温度探头进行观测，同时也记录试件周围环境温度，进而进行反演分析。44/82立方体非绝热温升试验45/82反演所得绝热温升表达式：反演所得不同保温情况的表面热交换系数： 钢模板：=30.33 kJ/(m2h) 1.0cm泡沫保温板：= 5.35 kJ/(m2h) 钢模板+1.5cm泡沫保温板：=18.19 kJ/(m2h) 钢模板+2.5cm泡沫保温板：=16.02 kJ/(m2h) 钢模板+3.5cm泡沫保温板：=13.23 kJ/(m2h) 钢模板+4.0cm泡沫保温板：=11.57 kJ/(m2h)46/821.5cm泡沫板保温2.5cm泡沫板保温3.5cm

28、泡沫板保温4.0cm泡沫板保温47/82塑料质冷却水管长方体混凝土室内试验 采用施工现场可能要用的冷却水管，在施工配合比混凝土长方体试件内部埋设3种不同管径的塑料水管进行冷却，表面分别采用木模板、竹胶模板和农用薄膜+草袋+土工膜进行保温。反演所得表面土工膜保温和不同壁厚水管表面热交换系数： 土工膜：= 14.58 kJ/(m2h) 外径2.8cm、壁厚2mm的塑料管: =375.21 kJ/(m2h) 外径4.2cm、壁厚3mm的塑料管: =208.33 kJ/(m2h) 外径4.8cm、壁厚4mm的塑料管: =166.67 kJ/(m2h)48/82含塑料质冷却水管的施工配合比混凝土室内非绝

29、热温升试验49/82上表面测点2.8cm塑料管层间测点4.2cm塑料管层间测点4.8cm塑料管层间测点50/82施工动态跟踪观测与施工反馈分析 在混凝土温度与应力的仿真计算中，混凝土热学特性参数的确定对计算结果的可靠性和准确度具有十分重要的影响。这些参数通常通过经验公式或试验得到，但因问题的复杂性试验条件往往仍然会和施工现场实际情况有较大出入，且施工过程中始终会存在许多事先不可预测的随机情况，它们均会直接影响施工前所确定的防裂方法的实际效果和可靠性。为了尽可能克服这些缺陷，最好的办法就是对施工现场实际情况进行动态跟踪观测，在第一时间准实时性地实现反演分析和施工反馈研究，针对施工中所出现和遇到的

30、实际情况，动态调整和完善现场的施工防裂方法，实现施工反馈研究和工法。 51/82NZWD型电阻温度计 NZS-10系列差阻式应变计 NZNS系列差阻式无应力计 它由应变计及无应力计筒组成，用于混凝土自生应变量的测量，兼测测点温度。52/82浇筑前现场观测仪器布置质量校验53/82防止混凝土裂缝出现的基本思想：采取各种措施控制混凝土变形。是一个受影响因素尤其是施工现场因素特别多的错综复杂问题，须综合治理，提倡“科学、可靠、易行、经济”的施工防裂方法。防止裂缝产生的有效措施主要是控制混凝土的冷缩变形（温变幅度）、内外温差变形、收缩性自生体积变形、变形约束程度和施工方法，其次是防止过大的表面干缩变形

31、、改善徐变特性等。进行混凝土原材料选择、配合比优化（含减少水泥用量或选用低热水泥，各种添加剂）、浇筑温度控制、合理分层分块、施工时间选择、施工间歇时间控制、表面保温、内部导热降温、表面保湿等，是一个科技性和经济性很强的综合性工程问题。关键措施：浇筑温度控制、表面保温、内部降温、施工方法和工艺，其次是自生体积变形控制和表面保湿。挑战性提倡：尽可能不采用施工缝（比如施工纵缝、后浇带）、浇筑温度放宽（对中小型工程不采用专用制冷设备）和提高施工速度的厚浇筑层施工法及缩短层间间歇时间。6 施工防裂指标54/82表面保温表面保温可减小混凝土与周围环境的热交换能力，阻止表面热量的散发，能够有效地控制内外温差

32、和防止启裂点位于混凝土表面的“由表及里”型裂缝的出现。但保温力度并不是越大越好，随着表面保温力度加大，表面散热量减少，内部温升幅度增大，增加了随后温降冷缩变形量和内部拉应力。因此，需要对施工过程的全面仿真模拟，选择合适的表面保温方法和力度，在确保表面防裂安全的前提下，尽可能利用表面散热，减轻后期混凝土的防裂任务，这也是仿真计算中所研究的内容之一。55/82泡沫塑料保温板56/82钢模板外帖塑料板保温技术57/82水管冷却为了控制混凝土的温升幅度，降低“基础温差”，常用的最有效方法是内部埋设冷却水管。近年来随着混凝土内部密集型水管冷却效果的“精确”算法的出现和应用，越来越多的工程都取得了很成功甚

33、至完全圆满的应用。在内部埋设水管可有力地削减温升期的内外温差、温升幅度，有效地控制了表面保温后内部热量无法及时散发所带来的缺陷。在水管冷却过程中要注意水管布置形式、管质、管径、壁厚、层距、管距、水温、流量、流向、开始通水时间和通水历时的选择。比如，当水温过低时，管壁周围温度梯度和拉应力会过大，甚至会出现启裂于管壁周围混凝土的水管内外温差裂缝；若水温过高，水管导热降温力度消弱，会产生早期“由表及里”型或随后的“由里及表”型裂缝。58/82某工程的施工现场冷却水管布置情况59/82冷却水流量控制阀和流量表60/82浇筑温度控制无论是在高温或低温季节进行混凝土施工时，浇筑温度的控制总是具有防裂效果的

34、，但是经济代价往往很高，常为各项施工防裂方法中最昂贵的措施，适用于巨型大坝工程。对于一些中小型工程，笔者认为完全可以用提高其他措施的科学性和防裂力度来补偿因浇筑温度控制的放宽所带来的防裂效果的损失，可获得同样的防裂效果；对于巨型工程，也不必一味追求浇筑温度的控制。因为是一综合措施解决的问题，以采用更加“科学、可靠、易行、经济”的施工防裂方法，以及加快施工速度，缩短工期，早日发挥工程效益。规范强制性地将浇筑温度限制在28以内的要求，并不科学；同样，笼统地限制内外温差为18或20的提法也是很不科学的，是需要改进的。61/82自生体积变形控制、分缝分块和表面养护只有当自生体积变形过大或采用长块体施工

35、时，需控制自生体积变形量。设置施工缝，进行施工分缝分块，降低冷缩时由外部约束所致的拉应力。此法应不提倡，而应由其他方法来补偿，比如在重力坝中不设施工纵缝，加快施工速度，减少人工“裂缝”。表面养护是为了维持表面湿度，减小表面干缩变形和干缩应力，避免表面龟裂缝的出现，是需要的。但是养护方法和时间要控制好，比如不能进行温升期表面洒水的养护方法，提倡温升期覆盖不透气膜的保温和保湿方法。62/82运行期温度裂缝（劈头缝等）运行期温度裂缝（劈头缝等）防止是一个复杂的问题，目前研究得还不够透彻，通过仿真计算分析，使得施工期的防裂方法能够兼顾这一要求：提高施工期坝上游面自生压应力程度，控制坝上游面区混凝土温度

36、（冷却水管分区布置）；考虑温度场和渗流场耦合作用，高坝下游面运行期不均匀日照作用及其表面保温等。63/82因有了高精度的仿真计算方法，指导现场施工防裂方法的指标应分浇筑季节和不同结构部位提出，可以提得更加细致和明确一些。浇筑温度，浇筑层厚和浇筑块尺寸，层间间歇，仓面和立面保温方法（具体保温材料和层数），拆模时间，养护方法，水管冷却（具体管质、壁厚、管径、布置形式与方向、层距、间距、开始通水时间、通水历时、水温、流量、流向，及其变化；二次甚至三次通水等），接缝灌浆时间；内外温差或表层和内部温度梯度或温差，基础温差，降温速度，水管内外温差以及停水后再通水方法等。还有施工现场温度观测点布置和观测要求

37、，局部区还有应变计和应力计的布置和观测要求。64/82工程应用锦屏一级高拱坝65/82深孔坝段仿真计算模型66/82孔口部位水管布置示意 孔口以上部位水管布置示意 67/82水管周围典型点位置图水管周围典型点温度和应力历时曲线一期冷却阶段停水阶段68/82一期冷却结束坝体中间剖面温度和应力等值线图69/82二期冷却结束坝体中间剖面温度和应力等值线图70/82一期和二期通水冷却后，混凝土浇筑块基本达到封拱温度。在实际施工中，影响坝体温度的因素较多，应根据混凝土内部实测温度值是否达到封拱温度来决定是否停止水管通水。此外，冷却通水时间是一个需密切关注的问题。若开始通水时间过早，冷却水温可能会超过此时

38、的混凝土温度，此时水管非但起不到冷却的作用，反而会向混凝土内倒灌热量；若开始通水时间过迟，当水温与混凝土温度相差过大时，在通水初期水管管壁处会产生较大的拉应力，混凝土有可能从水管管壁处启裂和进而迅速扩裂演化。因此，应根据施工现场实测温度的情况来确定水管的开始通水时间。从理论上而言，当水管水温与水管周围混凝土的温度相同或低时即应立即通水冷却。71/82隔墩坝段仿真计算模型和施工分层龙口常态混凝土重力坝2006.10.112006.10.12006.9.202006.9.252006.10.182006.10.82006.9.272006.10.22006.11.82006.11.182006.1

39、0.272006.11.22006.11.282006.11.72006.11.122006.12.82006.11.282006.11.172006.11.222006.2.182006.12.82006.11.272006.12.22007.3.12007.3.52006.12.72007.3.102007.3.112007.3.152007.3.102007.3.202007.3.212007.3.252007.4.12007.4.52007.4.112007.4.15.2007.4.212007.5.12007.5.112007.5.212007.6.12007.6.112006.10

40、.42006.9.202006.9.272006.10.172006.10.222006.10.282006.11.82006.11.18纵缝纵缝纵缝72/82龙口坝址地区冬季寒冷，不进行全年施工，2006年12月坝体浇筑至869.0m高程后进入长达3个月的冬歇期，来年3月在长间歇仓面继续进行新混凝土浇筑。计算结果表明，混凝土浇筑后经历第一个低温季节时，坝体内部温度较高，内外温差导致的仓面区混凝土拉应力较大，尤其当间歇期遭遇寒潮冷击时，仓面混凝土会被拉裂。来年浇筑上层混凝土，下层老混凝土温度较低，遭遇“外高内低”型温差，表面温升膨胀导致下层混凝土内部拉应力增大；此外，受下层老混凝土的强约束作用

41、，上层混凝土降温期冷缩变形拉应力也较大。需在浇筑层内埋设冷却水管，导热降温，解决这2个问题。各部位和各施工时段所需水管冷却的具体形式和方法经由仿真计算选定。73/82上层混凝土浇筑前坝体温度场和应力场（&MPa）上层混凝土浇筑后坝体温度场和应力场（&MPa）74/82一般地，若坝体快速连续浇筑，仓面间歇控制在34天之内。此时，上层新混凝土施工前，因内外温差作用，下层老混凝土表面受拉；当新混凝土浇筑后，上层水化温升导致下层仓面拉应力增加，此时下层仓面混凝土受双重温差的双重拉应力作用下也易裂。若仓面间歇时间过长，在上层浇筑时下层表面已经受压或拉应力不大，而内部受拉或压应力已变小，此时新混凝土浇筑后

42、，在早期温升阶段：下层混凝土表面热胀增加内部拉应力，“由里及表”型裂缝易在下层中出现；在随后上层混凝土的降温阶段：因下层混凝土的强约束作用，当上层混凝土冷缩时，上层混凝土会产生过大的拉应力，再叠加上上层混凝土自身降温内外温差减小所致的内部拉应力，上层也会出现“由里及表”型裂缝。75/82不同工况坝体内部最高温度 浇筑层厚（m）水管（层距间距）（m）浇筑温度（）间歇时间（d）最高温度出现时间（d）最高温度（）铁管2.01.01.5275236.23.01.01.5277337.73.01.51.5277340.3塑料管2.01.01.5275338.03.01.01.5277439.13.01.51.5277442.276/82综上，坝体混凝土浇筑时，仓面间歇时间不能过长，也不能过短。建议57天，具体还得考虑现场温控防裂措施的综合运用情况，若温控措施合理，连续浇筑不会有问题，且长间歇后浇筑也是不会有问题的，关键是有相应力度的施工防裂方法。此外，若采用塑料管进行冷却，高温季节需要严格控制混凝土的浇筑温度，以弥补塑料水管不能有效降低早期混凝土的水化热温升的缺点，这样才能有效的控制坝体内部最高温度。77/82其他华光潭和周