1.4　工程关键技术研究与应用

针对混凝土面板堆石坝的工艺要求，结合卡基娃水电站工程施工特点，施工项目部制定了科学的施工方案，在技术上大胆创新，对工程难特点进行科学试验攻关，进行大量试验研究及应用，走出了一条具有卡基娃特色的创新思路。

1.4.1　面板混凝土配合比及特性研究

本书通过对在配合比中添加增密剂与否的两组混凝土试件进行基本性能的试验，分析增密剂在降低混凝土开裂风险方面的作用，并针对试验结果设计进行了后续的试验，探究增密剂对混凝土性能的作用机理。得到以下结论。

（1）增密剂能够显著提高混凝土的抗压强度，对增强混凝土的抗渗性能也有一定促进作用，但增密剂不能增强混凝土的抗拉强度和抗冻性能，反而对这两种基本特性略有削弱，而抗拉强度恰恰是增强混凝土抗裂能力的关键。

（2）在混凝土试块与拉压试验机之间垫上减摩片之后进行的抗压试验结果显示，增密剂也不能提高此时混凝土的抗压强度，此时混凝土受压破坏的模式与劈拉破坏相似。

（3）从压汞法试验结果可知，增密剂虽然能够使混凝土中的无害孔、少害孔的比例增加，但同时也并没有有效降低多害孔的比例，因此并没有明显改善混凝土的孔结构。这也是配合比中添加增密剂后混凝土的劈裂抗拉强度反而略有下降的根本原因。

（4）综上所述，增密剂不能增强混凝土的抗裂能力，不建议在工程的混凝土制备中采用该种外加剂。

1.4.2　混凝土抗渗性能及防渗材料试验研究

国内外已建百米以上的堆石面板坝中多出现混凝土面板缺陷开裂，单纯用“温控”是难以阻止高坝混凝土面板的破坏，从现有的观察计算来看混凝土面板除满足高压水头抗渗能力外至少有三种重要原因和控制需要进行，一是温控；二是湿控；三是堆石体和混凝土面板变形差控制。

混凝土面板的主要功能是与大坝坝体共同挡水，保证大坝的安全，使总体枢纽工程发挥效益。混凝土面板是面板堆石坝防渗的关键性结构，其混凝土抗渗性能直接影响大坝的安全运行。本书结合面板混凝土高抗渗性能的要求，采用一次加高水压（如2MPa）或直接从高水压分级加压的方法，通过测量渗透高度计算相对渗透系数对卡基娃坝体混凝土防渗性能进行实验研究。

由试验结果分析得出：可以在面板表面刷涂和内掺新型防水材料来进一步提高面板混凝土的抗渗。从另外一方面讲，考虑面板混凝土受不均匀沉降和温度应力、湿度应力影响较大，常引起面板开裂，若能在保证面板混凝土强度的基础上适当减少水泥用量，对于减少面板混凝土水化热温升而减少温度应力，对减少面板混凝土开裂有益。通过XYPEX和PSIQ防水材料的抗渗对比试验，从提高防渗效果方面可以刷涂和内掺新型防水材料来进一步提高面板混凝土的抗渗，采用表面刷涂XYPEX防水材料较表面刷涂PSIQ防水材料对于提高防渗效果更佳。而内掺PSIQ防水材料较内掺XYPEX防水材料防渗效果略好。

1.4.3　混凝土面板结构受力分析研究

为了研究施工期堆石体的沉降变形引发的面板开裂现象，开展了结构受力分析研究实验，通过构建卡基娃堆石体本构模型，选择合适的计算条件及工况设定，对施工期堆石体变形及面板结构受力进行计算分析得出：在原有的施工方案下，面板未出现大面积脱空、鼓出和错动，但部分区域由于堆石体上游面的不均匀沉降导致面板与堆石体贴合不佳，面板与堆石体接触良好，面板与堆石体有略微的“滑移”产生，面板在整体施工结束时，蓄水之前的受力情况基本达到面板施工要求，面板出现大规模开裂的可能性极低。针对计算结果，采取适当的工程措施改善可能出现的情况，比如改进施工工艺等。

1.4.4　混凝土面板施工期温度及应力研究

混凝土浇筑后不仅有边界环境影响传热和传质（湿扩散），而且水化作用产生内热源。不同湿度的混凝土导温能力也不同，不同温度场也影响湿度的传播等。

混凝土面板的温度、湿度控制是至关重要的，混凝土由于内外温差和内外湿差的影响而产生的开裂十分普遍，考虑面板施工全过程众多因素进行的温度和湿度控制才能起到切实的作用，研究混凝土的湿热传导以及湿热扩散特性将会使人们对面板混凝土的特性做出更真实的评价，更好的解决面板混凝土的抗裂问题。

大坝面板混凝土通常承受两种不同性质的荷载：一类是包括水压、泥沙压、地震、渗压、风浪、冰凌以及结构自重与设备重量等；另一类是混凝土本身的体积变化所引发的荷载，包括温变、徐变、干湿变化、混凝土自生体积变形等所引发的荷载。对于前一类荷载，要保证结构不产生或只产生很小的拉应力并不困难。但在施工和运行期间，要把后一类荷载所产生的拉应力控制在允许范围内则是一件很不容易的事情。正是由于后一类荷载（其中主要是温变）的作用，在大坝混凝土结构中会由于产生过大的拉应力而出现裂缝。

温度变化对大体积混凝土的影响主要有：引起结构内力的变化，导致混凝土裂缝；对结构的应力状态引起应力重分布，不能按照设计时确定的应力状态发展。温度变化引起的应力甚至超过其他荷载应力，尤其是在结构温度急剧变化时，将产生很大的拉应力，而混凝土为脆性材料，抗拉强度只有抗压强度的1/10左右；拉伸变形能力很小，短期加载时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×10-4，约相当于温度降低6～10℃的变形；长期加载时的极限拉伸应变只有（1.2～2.0）×10-4。大坝的面板混凝土通常是暴露在外面的，表面与空气或水接触，一年四季中气温和水温的变化在大体积混凝土结构中会引起相当大的拉应力，而导致混凝土的开裂破坏。

因此通过数值模拟计算对大坝面板混凝土进行抗裂分析，依据面板混凝土的浇筑进度计划，计算不同时段不同工况下面板混凝土的温度应力场与温度应力值以及变形分析。

1.4.5　保温保湿材料试验研究

为了提交符合面板堆石坝混凝土面板的表面防护施工方案，进行了保温保湿材料试验论证研究。还在四川省木里河卡基娃混凝土面板开始混凝土浇筑前进行了保温保湿材料现场试验。通过对比选择了哈拉沁沟与大西沟交会处的呼和浩特抽水蓄能电站工地进行，该地位于内蒙古自治区呼和浩特市东北的大青山脉中麓哈拉沁沟下游，距呼和浩特市公路里程约20km。通过卡基娃面板堆石坝面板保温保湿、防渗材料施工工艺方案研究，得到了适合卡基娃水电站新型保温保湿材料和施工工艺。