倒流河水庫(kù)碾壓混凝土拱壩溫控技術(shù)方案及實(shí)施效果評(píng)價(jià)

(四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，成都，610072)

1 工程概況

倒流河水庫(kù)碾壓混凝土拱壩主要建筑物由左岸非溢流壩段、溢流壩段、右岸非溢流壩段和壩下護(hù)坦組成。壩頂高程1043.0m，壩頂寬度5.0m，壩頂弧長(zhǎng)191.288m，最大壩高60.0m，壩底寬度20.0m，建基高程983.00m。大壩兩端為非溢流壩段，左岸非溢流壩長(zhǎng)71.63m，右岸非溢流壩長(zhǎng)77.16m。大壩河床段為溢流壩段，設(shè)有開(kāi)敞式溢洪道。大壩建基面為微風(fēng)化與新鮮厚～巨厚層三疊系上統(tǒng)須家河組砂巖。混凝土骨料料源為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組(T1j2)灰?guī)r，水泥采用普通硅酸鹽水泥。

大壩碾壓混凝土設(shè)計(jì)部位如下：

(1)上游防滲表面層(Ⅰ區(qū))采用C18020W6(二級(jí)配富膠變態(tài))混凝土，0.5m厚；

(2)上游防滲層(Ⅱ區(qū))采用C18020W6(二級(jí)配富膠)碾壓混凝土，1.5m厚；

(3)壩體內(nèi)(Ⅲ區(qū))采用三級(jí)配C18020碾壓混凝土；

(4)基礎(chǔ)墊層采用2m厚常態(tài)C2820混凝土(Ⅲ-1區(qū))；

(5)廊道、管道和放空底孔檢修門(mén)槽周邊、壩體下游表面(Ⅳ區(qū))采用C18020(變態(tài))混凝土。

2 主要溫控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)約束區(qū)采用容許溫差控制，非約束區(qū)采用內(nèi)外溫差控制。參照《碾壓混凝土壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 314-2004)表明，基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)的容許溫差為12.0℃～14.5℃，允許最高溫度為30℃～32.5℃；弱約束區(qū)的容許溫差為14.5℃～16.5℃，允許最高溫度為32.5℃～34.5℃；非約束區(qū)內(nèi)外最大溫差按18.0℃控制，允許最高溫度36.5℃。

3 主要溫控技術(shù)方案

3.1 大壩分縫

設(shè)置兩條誘導(dǎo)縫和兩條橫縫，其中誘導(dǎo)縫位置分別位于壩左0+022.00與壩右0+026.00樁號(hào)處；橫縫位置分別位于壩左0+055.00與壩右0+059.00樁號(hào)處，詳見(jiàn)圖1。

圖1 倒流河碾壓混凝土拱壩橫縫和誘導(dǎo)縫位置

3.2 分層厚度與間歇期

墊層混凝土為1m，其余層以3m為主。間歇期3d～10d。

3.3 有限元計(jì)算施工進(jìn)度模擬

每年10月16日-次年4月15日進(jìn)行碾壓混凝土施工。大壩碾壓混凝土開(kāi)澆日期為2013年12月1日，至2014年4月26日，大壩澆筑至1034.0m高程；2014年10月15日，恢復(fù)大壩碾壓混凝土澆筑，至2014年11月8日，達(dá)到壩頂高程1043.0m。

3.4 澆筑入倉(cāng)溫度

無(wú)預(yù)冷，取自然狀態(tài)下各月澆筑溫度，為各月平均氣溫+2℃。

3.5 封拱與通水冷卻

初擬設(shè)計(jì)灌漿封拱溫度為17℃。壩內(nèi)預(yù)埋外徑為32mm HDPE高密度聚乙烯管，壁厚為2.3mm，抗伸屈服壓力≥20MPa。通水流量為1.0m3/h，水流方向應(yīng)24h調(diào)換一次，進(jìn)口水溫與混凝土內(nèi)部溫度之差不應(yīng)超過(guò)20.0℃，降溫速率不大于1.0℃/d，冷卻水管長(zhǎng)度不大于250m，間距1.5m×1.5m。

(1)初期冷卻：3月-4月澆筑的部位以及10月-11月澆筑的部位進(jìn)行初期冷卻，3月和11月通河水冷卻，4月和10月通16℃冷卻水冷卻，通水時(shí)間為15d。

(2)中后期冷卻：封拱前兩個(gè)月，進(jìn)行中期通河水冷卻。

(3)后期冷卻：封拱前1個(gè)月，進(jìn)行后期通12℃冷卻水冷卻。

(4)為比較通水冷卻措施對(duì)最高溫度和封拱溫度的影響，提出了不通水冷卻的方案。

3.6 其他常規(guī)溫控措施。

4 三維有限元驗(yàn)證成果

三維有限元驗(yàn)證由西安理工大學(xué)完成，前期基礎(chǔ)資料參照類(lèi)似項(xiàng)目提出，后期采用試驗(yàn)資料修正。

4.1 準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場(chǎng)計(jì)算成果分析

1月、7月份的準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場(chǎng)見(jiàn)圖2，準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果符合一般規(guī)律。從圖中可以看出，壩體內(nèi)部穩(wěn)定溫度為18.0℃左右，較多年平均溫度略高。

圖2 倒河流碾壓混凝土拱壩1月(左)與7月(右)份準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場(chǎng)云圖

4.2 非穩(wěn)定溫度場(chǎng)計(jì)算成果分析

(1)在基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)最高溫度均為26.1℃，出現(xiàn)在拱冠梁剖面988.0m高程的碾壓混凝土中，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)在基礎(chǔ)弱約束區(qū)最高溫度均為27.0℃，出現(xiàn)在拱冠梁剖面995.0m高程的碾壓混凝土中，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)不通水冷卻方案非約束區(qū)碾壓混凝土區(qū)域最高溫度為38.2℃，通水冷卻最高溫度為34.1℃，出現(xiàn)在拱冠梁剖面1028.0m高程的碾壓混凝土中。于2014年4月上旬澆筑，設(shè)計(jì)入倉(cāng)溫度20.5℃，允許最高溫度36.5℃。

(4)通水冷卻封拱時(shí)，最高溫度為17.5℃～18℃之間，基本滿(mǎn)足接縫灌漿要求；不通水冷卻最高溫度為24.8℃～27℃之間，不滿(mǎn)足接縫灌漿的要求。

4.3 應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算成果分析

壩體內(nèi)部的最大主拉應(yīng)力為1.5MPa，出現(xiàn)的時(shí)間為2014年8月，不通水冷卻為1.6MPa；壩體表面的最大主拉應(yīng)力兩方案均為1.2MPa，最大主拉應(yīng)力出現(xiàn)在鼻坎部位，其余表面部位的最大拉應(yīng)力均小于1.0MPa，出現(xiàn)的時(shí)間為2015年1月。

5 實(shí)施效果

大壩于2014年10月5日正式開(kāi)始碾壓澆筑，2015年4月上旬大壩澆筑至1023m高程，高溫季節(jié)繼續(xù)施工，于2015年8月3日全面上升至壩頂高程1043.00m。2015年4月完成一期(高程1001.6m以下)封拱接縫灌漿，2016年4月完成二期封拱接縫灌漿。大壩碾壓實(shí)際施工時(shí)段與計(jì)算初擬時(shí)段差別較大，1026m高程以下在低溫季節(jié)澆筑，以上高程在中高溫季節(jié)完成。

5.1 監(jiān)測(cè)成果分析

基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)(高程983m～993m)：澆筑時(shí)間為2014年10月5日至11月10日，實(shí)測(cè)最高溫度為35.3℃(2014年10月9日前后)，測(cè)點(diǎn)高程為986m，澆筑時(shí)間為2014年10月6日，環(huán)境溫度為23.5℃，設(shè)計(jì)允許最高溫度為32.5℃。

基礎(chǔ)弱約束區(qū)(高程993m～1003m)：澆筑時(shí)間為2014年11月11日至12月28日，實(shí)測(cè)最高溫度為30.95℃(2014年11月19日前后)，測(cè)點(diǎn)高程為995.1m，澆筑時(shí)間為2014年11月13日，環(huán)境溫度為15.0℃，設(shè)計(jì)允許最高溫度34.5℃。

非約束區(qū)(高程1003m～1043m)：澆筑時(shí)間為2015年1月至8月3日，實(shí)測(cè)最高溫度為39.6℃(編號(hào)T39，2015年4月21日前后)，測(cè)點(diǎn)高程為1025.1m，澆筑時(shí)間為2015年4月18日，環(huán)境溫度為28.4℃，設(shè)計(jì)允許最高溫度為36.5℃。

5.2 溫度控制評(píng)價(jià)

(1)強(qiáng)約束區(qū)986m高程以下在10月上旬環(huán)境溫度較高時(shí)澆筑，溫度超標(biāo)；10月中下旬至11月上旬澆筑段最高溫度30.1℃，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

(2)弱約束區(qū)混凝土在低溫季節(jié)澆筑，最高溫度均符合設(shè)計(jì)要求。

(3)非約束區(qū)混凝土1023.0m高程以下主要在低溫季節(jié)澆筑，最高溫度34.4℃，基本符合設(shè)計(jì)要求；1023.0m高程以上主要在高溫季節(jié)澆筑，尤其是4月中旬出現(xiàn)連續(xù)高溫時(shí)段澆筑，最高溫度達(dá)到39.6℃。1032m高程以上主要安排在6、7月份高溫季節(jié)澆筑，盡管環(huán)境溫度相對(duì)較高，但可能有該段體型相對(duì)變薄、散熱條件較好這一條件，最高溫度在35℃～39℃之間，部分高于設(shè)計(jì)允許值。

5.3 后期壩體裂縫及處理情況

(1)主要裂縫：3#誘導(dǎo)縫靠溢流壩段側(cè)上下游貫穿裂縫1條，上游沿縫為1035.5m～1006.5m、下游1038.5m～1007.5m高程，最大縫寬2mm。表面鑿“U”型槽填料封閉，縫內(nèi)磨細(xì)水泥低壓灌漿，迎水面刷防滲彈性材料防滲。

(2)次要裂縫：擋水壩左岸壩段4條表面裂縫，長(zhǎng)度4m左右，最大縫寬0.2mm，深度小于5mm。直接沿縫鑿“U”型槽填料封閉。

6 結(jié)語(yǔ)

從有限元驗(yàn)證成果看來(lái)，在無(wú)預(yù)冷條件下通過(guò)合理分縫、低溫季節(jié)澆筑、適當(dāng)?shù)拈g歇期和其他常規(guī)手段等溫控措施是可以滿(mǎn)足中低拱壩溫控要求的，兼顧封拱需要適當(dāng)通水冷卻更為有利。從實(shí)踐看來(lái)，在低溫季節(jié)澆筑的混凝土最高溫度均滿(mǎn)足要求；部分強(qiáng)約束區(qū)在中低溫季節(jié)澆筑，最高溫度超標(biāo)，但沒(méi)有發(fā)生裂縫；非約束區(qū)中部出現(xiàn)貫穿裂縫原因是多方面的，沒(méi)有控制好最高溫度可能是其中因素之一?？傮w看來(lái)，對(duì)于一般中低碾壓混凝土拱壩來(lái)說(shuō)，合理應(yīng)用常規(guī)技術(shù)進(jìn)行無(wú)預(yù)冷條件下溫度控制是可行的。