中咀坡重力壩施工期溫度場(chǎng)分布分析

◇重慶江源工程勘察設(shè)計(jì)有限公司 羅 良

混凝土重力壩規(guī)模大，混凝土澆筑量多，容易在施工過程中因溫度應(yīng)力過大而產(chǎn)生裂縫。因此，本文以重慶中咀坡重力壩為實(shí)例研究對(duì)象，結(jié)合壩體的具體參數(shù)尺寸以及施工方案進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)模仿真分析，模擬施工過程中的溫度應(yīng)力分布狀態(tài)，為實(shí)例工程以及其他類似工程的溫度應(yīng)力防治提供思路。

1 實(shí)例工程概況

實(shí)例工程為重慶市奉節(jié)縣防洪發(fā)電的重點(diǎn)工程之一，主要功能為防洪、灌溉，兼顧發(fā)電。實(shí)例工程的斷面布置圖情況如下：壩頂高程為894.1 m，背水坡坡比為1:08；校核洪水位為892.33 m，設(shè)計(jì)擋水構(gòu)筑物的富裕高度為1.77 m。壩體擋水建筑物主要采用C30混凝土澆筑。

2 數(shù)模建立

采用邁達(dá)斯溫度應(yīng)力計(jì)算軟件進(jìn)行模擬計(jì)算?？紤]到工程的規(guī)模較大，在保證精度的前提下得適當(dāng)優(yōu)化計(jì)算工作量，因此網(wǎng)格間距取5 m，并在局部區(qū)域進(jìn)行加密處理。實(shí)例工程網(wǎng)格劃分見圖1。

圖1 中咀坡重力壩數(shù)模建立

3 溫度變化過程模擬分析

3.1 實(shí)測(cè)溫度過程

本文搜集了中咀坡重力壩于2008年建設(shè)過程（施工過程共33個(gè)月）的溫度應(yīng)力變化過程，見圖2。分析可知，溫度變化為螺旋式擺動(dòng)，可分為4個(gè)明顯溫度折點(diǎn)。

圖2 中咀坡重力壩施工過程中實(shí)測(cè)溫度歷程

3.2 數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果

根據(jù)中咀坡重力壩施工過程中實(shí)測(cè)溫度歷程的4個(gè)明顯溫度折點(diǎn)。在數(shù)模計(jì)算結(jié)果中，對(duì)應(yīng)的選擇231m、270m、342m以及360.5m作為典型分析計(jì)算高度，并在每組高程節(jié)點(diǎn)處均取20個(gè)典型采樣點(diǎn)。將典型采樣點(diǎn)數(shù)值模擬分析結(jié)果繪于圖3。分析可知：

圖3 各典型高程的采樣節(jié)點(diǎn)溫度變化過程

（1）四組高程由于外部環(huán)境和施工條件的差異，最大溫度和最小溫度略有差別，但總體溫度變化過程基本一致。

（2）在231m高程，內(nèi)部三個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度大小及變化過程基本一致，溫度變化過程較為穩(wěn)定。外部?jī)蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度大小及變化過程也較為相似，因?yàn)橥獠可釛l件略有差異，因此單一時(shí)間狀態(tài)下溫度大小略有0～0.5 ℃的偏差。

（3）在270m高程，內(nèi)部三個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度大小及變化過程基本一致，在后期溫升末端出現(xiàn)了部分差別，主要是因?yàn)榕c外部距離不同導(dǎo)致散熱性能偏差引起的。

（4）在342m高程和360.5m高程內(nèi)部典型采樣節(jié)點(diǎn)的溫度變化過程基本一致，但單體之間的溫度大小差異較大。主要原因是因?yàn)樵?42m高程和360.5m高程澆筑時(shí)，施工現(xiàn)場(chǎng)為冬季；混凝土內(nèi)部和外部溫度偏差太大。

3.3 澆筑溫度對(duì)重力壩溫度場(chǎng)的影響分析

本文設(shè)計(jì)三個(gè)對(duì)比工況（不控制溫度、10 ℃和15 ℃），來研究澆筑溫度對(duì)混凝土溫度分布的具體影響，計(jì)算結(jié)果如圖4所示：

圖4 實(shí)例工程典型采樣節(jié)點(diǎn)在不同澆筑溫度下溫度場(chǎng)變化過程

（1）在不同高程，澆筑溫度對(duì)混凝土場(chǎng)內(nèi)的溫度的影響規(guī)律差異較大。

（2）在231m高程與360.5m高程下，兩組工況的情況一致：在不控制澆筑溫度的情況下，混凝土場(chǎng)內(nèi)的溫度顯著大于其他兩個(gè)工況，而將澆筑溫度控制在10 ℃下，混凝土場(chǎng)內(nèi)的溫度整體最低。

（3）在270m、342m高程下，兩組工況的情況一致，且明顯與231m高程與360.5m高程下的情況不同；在該兩組工況下，將澆筑溫度控制在15 ℃下的混凝土場(chǎng)內(nèi)的溫度最高。

出現(xiàn)這樣差異的原因是因?yàn)椴煌叱厅c(diǎn)壩體的澆筑溫度差異較大。澆筑溫度對(duì)于重力壩段不同位置的影響程度區(qū)別較大。同時(shí)，外界氣溫越低，澆筑溫度對(duì)于重力壩段溫度場(chǎng)影響越明顯。

4 實(shí)例工程開裂指數(shù)變化過程分析

分析實(shí)例工程在施工過程中的開裂指數(shù)變化過程，分析結(jié)果顯示，按照原方案施工，水平和豎直方向的最大開裂指數(shù)分別是0.225和0.952，均小于X方向的限值（0.50）和Y方向的限值（1.00）?？梢妼?shí)例工程能夠保證施工過程中溫度應(yīng)力小于規(guī)范要求，不會(huì)出現(xiàn)開裂。

圖5 X與Y方向開裂指數(shù)分析

5 結(jié)論

本文以中咀坡混凝土重力壩為研究對(duì)象，建立三維數(shù)模研究了實(shí)例工程在施工過程中混凝土溫度場(chǎng)的變化過程，研究結(jié)果顯示澆筑溫度對(duì)于重力壩段不同位置的影響程度區(qū)別較大。同時(shí)，外界氣溫越低，澆筑溫度對(duì)于重力壩段溫度場(chǎng)影響越明顯，且實(shí)例工程在施工過程水平和豎直方向的最大開裂指數(shù)分別是0.225和0.952，均小于規(guī)范限值，不會(huì)出現(xiàn)開裂。