觀音閣水庫(kù)大壩碾壓混凝土溫度場(chǎng)分析

(遼寧省水利廳， 沈陽(yáng) 110003)

觀音閣水庫(kù)大壩碾壓混凝土溫度場(chǎng)分析

姜潤(rùn)文

(遼寧省水利廳， 沈陽(yáng) 110003)

觀音閣水庫(kù)大壩為碾壓混凝土重力壩，內(nèi)部布置三個(gè)觀測(cè)斷面，共有7種210支觀測(cè)儀器。本文對(duì)所采集的混凝土溫度觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理和分析，數(shù)據(jù)表明壩體溫度已接近穩(wěn)定溫度。

水庫(kù)大壩；碾壓混凝土；穩(wěn)定溫度

1 概 況

觀音閣水庫(kù)大壩位于本溪縣境內(nèi)的太子河干流上，為碾壓混凝土重力壩。大壩斷面混凝土為“金包銀”形式，壩體外部和基礎(chǔ)為常規(guī)混凝土，內(nèi)部為碾壓混凝土。最大壩高82.0m，壩頂寬10.0m，壩長(zhǎng)1040m，共分65個(gè)壩段，由擋水壩段、溢流壩段、底孔壩段及電站壩段組成。1990年5月開(kāi)工，1995年9月建成。

1.1 觀測(cè)儀器布置

根據(jù)工程地質(zhì)情況和樞紐布置，內(nèi)部觀測(cè)儀器選擇10、22、42壩段中心線作為觀測(cè)基面。埋設(shè)應(yīng)變計(jì)組、無(wú)應(yīng)力計(jì)、應(yīng)力計(jì)、單向應(yīng)變計(jì)、滲壓計(jì)、溫度計(jì)、裂縫計(jì)共7種210支。其中10壩段為擋水壩段，壩高80.0m，位于左岸河床內(nèi)；22壩段為溢流壩段，壩高71.2m；42壩段為擋水壩段，又為河床和右岸的轉(zhuǎn)彎壩段，壩高64.0m。施工期數(shù)據(jù)采集采用比例電橋人工觀測(cè)，完工后采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。

1.2 氣溫

氣溫是最基本的邊界條件，不僅直接影響壩上、下游面及壩頂暴露在大氣中壩體的溫度，還影響水溫、地溫并間接影響到壩體其他部分的溫度。太子河流域?qū)贉貛Ъ撅L(fēng)氣候，四季冷暖干濕分明，冬季較長(zhǎng)且干燥、寒冷；夏季多雨且濕潤(rùn)、炎熱。據(jù)氣象資料，建庫(kù)前多年平均溫度6.2℃，絕對(duì)最高氣溫35.5℃，最低氣溫-37.9℃，一月最冷，平均氣溫-14.3℃，七月最熱，平均氣溫23.1℃。年、月平均溫度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)下頁(yè)表1。水庫(kù)蓄水后，年平均氣溫為7.4℃，較建庫(kù)前升高1.2℃。七月氣溫最高為22.7℃。較建庫(kù)前降低0.4℃；一月氣溫最低為-10.8℃，較建庫(kù)前升高3.5℃。蓄水后年、月平均溫度見(jiàn)下頁(yè)表2，運(yùn)行期氣溫過(guò)程線見(jiàn)下頁(yè)圖1。

表1 建庫(kù)前多年、月平均溫度統(tǒng)計(jì)

表2 建庫(kù)后年、月平均溫度統(tǒng)計(jì)

1.3 庫(kù)水位

水庫(kù)自1994年9月28日落閘蓄水，至1995年8月31日蓄水位達(dá)到歷史最高水位255.77m，1998年7月6日出現(xiàn)最低水位為238.81m。到分析時(shí)段末已經(jīng)歷了五年多的蓄水運(yùn)用，水位一般在8月上升，9、10月為高水位期，11月以后逐漸降落，6、7月為低水位期，庫(kù)水位最大變幅為16.69m。運(yùn)行期庫(kù)水位過(guò)程線見(jiàn)圖1。

圖1 庫(kù)水位、氣溫過(guò)程線

2 壩體碾壓混凝土穩(wěn)定溫度分析

2.1 庫(kù)水溫分析

庫(kù)水溫也是影響壩體混凝土溫度場(chǎng)的重要邊界條件，其年變化導(dǎo)致影響區(qū)混凝土溫度的年變化。以210m高程水溫為例，最大值為7.57℃，平均值為5.75℃，并有以下特點(diǎn)：以年為周期作波動(dòng)變化；滯后于氣溫且低于年平均氣溫；深層水溫基本穩(wěn)定。

水溫以年為周期變化，變幅在2.7～22℃之間，最低溫度在2月，最高溫度在8月，約滯后一個(gè)月。庫(kù)底水溫平均值為5.24℃，庫(kù)面水溫平均值為12.7℃，均滯后于氣溫，且越深滯后的時(shí)間越長(zhǎng)，最長(zhǎng)近6個(gè)月；水溫沿水深方向呈明顯下降趨勢(shì)，自201～246m高程不同水深處月平均水溫變化情況如圖2所示。

圖2 不同水深處月平均水溫變化

2.2 基巖面溫度分析

實(shí)體混凝土壩地基處于混凝土之下，不受氣溫影響，變化較小。以10壩段為例，基巖溫度變化有以下規(guī)律。見(jiàn)圖3。

圖3 基巖溫度過(guò)程線

a. 施工初期受混凝土水化熱溫升的影響，基巖中也出現(xiàn)升溫過(guò)程，之后隨著壩體降溫而進(jìn)入降溫過(guò)程。1999年12月中部平均溫度為9.99℃，與附近地下水水溫接近。

b. 基巖溫度沿壩基上下游方向分布呈現(xiàn)為上游較低、壩中最高、下游次之。

c. 基巖溫度均高于庫(kù)區(qū)多年平均氣溫和深層庫(kù)水溫。

2.3 碾壓混凝土溫度分析

混凝土壩周?chē)屯獠拷橘|(zhì)(空氣、水、地基)相接觸，相互間不斷發(fā)生熱交換，這些介質(zhì)的溫度狀況和熱源的變化影響著它們和混凝土之間熱量的流動(dòng)和傳導(dǎo)，因而影響著混凝土溫度的變化。

壩體混凝土澆筑后，由于水泥水化熱作用而產(chǎn)生溫升現(xiàn)象，并達(dá)到最高溫升，經(jīng)過(guò)天然散熱或人工冷卻，初始溫度和水化熱溫升完全消失以后，壩體降溫至穩(wěn)定溫度。觀音閣大壩實(shí)測(cè)溫度也遵循上述規(guī)律，碾壓混凝土與常態(tài)混凝土中略有差異。從實(shí)測(cè)過(guò)程線上可以看出，內(nèi)部碾壓混凝土溫度變化過(guò)程線為雙峰型，在第1～2天達(dá)到第一個(gè)峰頂，然后下降，下降幅度2～6℃，受氣溫、混凝土澆筑升程速度、層間間隔時(shí)間的影響，并隨澆筑季節(jié)、入倉(cāng)溫度不同，過(guò)程線在最初差別較大，一般在第14～60天左右緩慢上升至第二峰，最大水化熱溫升基本發(fā)生在這階段，大約需兩個(gè)月時(shí)間，下降時(shí)間長(zhǎng)度幾個(gè)月不等，然后進(jìn)入穩(wěn)定的下降階段。見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 施工期碾壓混凝土溫度過(guò)程線

圖5 運(yùn)行期壩體內(nèi)部碾壓混凝土溫度過(guò)程線

a. 統(tǒng)計(jì)1998年7月以來(lái)的資料，壩體內(nèi)部碾壓混凝土溫度T1025和T1026兩只溫度計(jì)年降溫分別為0.24℃、0.29℃。

b. 比較下游、上游、內(nèi)部混凝土溫度T1018、T1023、T1025三只溫度計(jì)，溫度變幅在混凝土表面最大，愈深處愈小，見(jiàn)圖6。下游混凝土溫度隨氣溫變化，上游混凝土溫度隨水溫變化，水越深變幅越小。中部溫度分布變平，緩慢降低。

c. 從T1018可以看出，冬春季節(jié)，壩體下游表層溫度低于內(nèi)部溫度；夏秋季節(jié)則高于內(nèi)部溫度。

d. 內(nèi)部碾壓混凝土溫度基本穩(wěn)定在11～12℃之間，見(jiàn)圖7。

圖6 水平剖面上的溫度分布

圖7 壩體等溫線單位：℃

3 結(jié) 語(yǔ)

大壩經(jīng)歷了多年高水位蓄水以后，雖然氣溫和水溫是隨時(shí)間變化的，但其對(duì)壩內(nèi)溫度的影響深度不超過(guò)7～10m，深層水溫已基本穩(wěn)定，同時(shí)地溫變化緩慢。因此，對(duì)壩體內(nèi)部碾壓混凝土而言，目前壩體溫度已基本不受外界影響，降溫幅度很小，已趨于穩(wěn)定的溫度場(chǎng)。

[1] 黃淑萍,等. 觀音閣水庫(kù)碾壓混凝土大壩溫度應(yīng)力仿真計(jì)算研究[J]. 水力發(fā)電,1996(7).

[2] 渠磊. 淺談武都水庫(kù)大壩碾壓混凝土溫度控制[J]. 建材發(fā)展導(dǎo)向,2011(10).

AnalysisofGuanyingeReservoirDamRCCTemperatureField

JIANG Run-wen

(Liaoning Provincial Water Resources Department, Shenyang 110003, China)

Guanyinge Reservoir Dam belongs to RCC gravity dam, with three observation sections arranged inside. There are a total of 7 categories and 210 observation instruments. The concrete temperature observation data collected in the paper were collated and analyzed, and the data indicate that dam temperature is close to stable temperature.

reservoir dam; RCC; stable temperature

TV62

B

1005-4774(2014)11-0070-03