第4章 氧化镁混凝土拱坝设计

4.1 概述

氧化镁混凝土是一种具有延迟性自生体积微膨胀变形能力的混凝土，利用氧化镁混凝土的延迟性微膨胀补偿混凝土的温降引起的收缩，可避免混凝土温度裂缝的产生，对混凝土拱坝而言，这一材料特性是非常有利的。

高149.5m的吉林白山重力拱坝于1982年建成，当地气候严寒，温度条件恶劣，1973年在进行拱坝温控设计之时，分析了刘家峡水和桓仁水电站混凝土坝的原型观测成果，两座大坝的实测自生体积变形均为膨胀且其值可观。研究发现两座大坝采用的水泥具有微膨胀性，而熟料内含量较高的氧化镁为水泥的膨胀源。白山大坝即选定抚顺水泥作为专用水泥，作为大坝防裂的辅助措施。在大坝施工过程中，由于某些原因，致使常规的主要温控措施基本没有使用，但大坝建成后裂缝不多，经研究证明，水泥中的氧化镁起到了很好的防裂作用。之后，多个单位共同开展了氧化镁混凝土在水工结构应用的试验研究工作，1995水规总院还印发了《氧化镁微膨胀混凝土筑坝技术暂行规定》（试行），有力推进了氧化镁混凝土筑坝技术的发展。

20世纪90年代末至21世纪初，拱坝特别是薄拱坝建设开始有意识地研究氧化镁混凝土拱坝技术。广东在1999年建成了世界上首座外掺氧化镁混凝土长沙拱坝，坝高55.5m，坝顶弧长142.8m，拱冠梁坝顶厚3.87m，坝底厚9.66m，厚高比0.174，利用1—4月的低温季节，90天浇筑氧化镁混凝土3.1万m³，氧化镁掺量3.5%～4.5%。贵州在2000年建成了第二座氧化镁混凝土沙老河拱坝，坝高62.4m，坝顶弧长184.8m，拱冠梁坝顶厚4.0m，坝底厚13.0m，厚高比0.208，从3—10月浇筑氧化镁混凝土5.3万m³，氧化镁掺量3.5%～5.5%。2座坝在建成后均出现了不同程度的裂缝。在总结经验教训的基础上，贵州省在2003年建成了三江氧化镁混凝土拱坝，坝高71.5m，坝顶弧长137.5m，拱冠梁坝顶厚4m，坝底厚10.48m，厚高比0.147，利用2002年1月到2003年5月的低温季节浇筑氧化镁混凝土3.7万m³，氧化镁掺量4.5%，坝体设2条诱导缝，水库在当年即开始蓄水并达到正常水位，至今已运行接近13年，大坝工作性态稳定，未见温度裂缝。三江拱坝的实践基本上奠定了贵州省氧化镁混凝土拱坝技术的设计指导思想。在此基础上，贵州相继建成了落脚河（坝高81m）、马槽河（坝高69.5m）、老江底（坝高67m）、河湾（坝高79m）、江口（坝高50m）等常态氧化镁混凝土拱坝；不仅如此，还建成了鱼简河（坝高81m）、黄花寨（坝高108m）两座碾压氧化镁混凝土拱坝。

截至2015年年底，经过10余年来多个工程的成功应用，氧化镁混凝土拱坝设计理论逐渐趋于成熟。2009年及2010年，广东省和贵州省相继颁布《外掺氧化镁混凝土不分横缝拱坝技术导则》（DB44/T 703—2009）、《全坝外掺氧化镁混凝土拱坝技术规范》（DB52/T 720—2010），分别形成了一整套指导设计及氧化镁混凝土拱坝建设的应用技术标准。