某混凝土重力坝导流洞封堵体混凝土温度资料分析.pdf

水利水电技术第4 1卷2 0 1 0年第4期 某混凝土重力坝导流洞封堵体混凝土 温度资料分析 曹 海 ，周富强 ，吴艳 ( 1 ．新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，新疆 乌鲁木齐8 3 0 0 0 0 ； 2 ．新疆水利水电科学研 究院，新疆 乌鲁木齐8 3 0 0 4 9 ) 摘要：对实测的某混凝土重力坝导流洞封堵体混凝土温度资料进行了分析，结果表明，混凝土设计 的浇筑温度指标合理，引起混凝土最高温度超标的原因主要在于浇筑温度过高。 关键词 ：混凝土温控 ；水化热 ；浇筑温度 ；导流洞封堵体 中图分类号：T V 3 1 5 ( 2 4 5 ) 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 0 — 0 8 6 0 ( 2 0 1 0 ) 0 4 — 0 0 3 6 ． 0 3 An a l y s i s o n t e mpe r a t ur e da t a o f c o nc r e t e p l ug f o r d i v e r s i o n t u nne l o f a c o n c r e t e g r a v i t y d a m CAO Ha i ，ZHOU F u qi a n g ，W U Ya n ( 1 ． X i n j i a n g I r t y s h R i v e r B a s i n D e v e l o p m e n t A d m i n i s t r a t i v e B u r e a u ， l~ l r t i m c h i 8 3 0 0 0 0， X i n j i a n g ， C h i n a ； 2 ． X i n j i a n g S u r v e y a n d D e s i g n I n s t i t u t e o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d H y d r o p o w e r ，l~ r fi m c h i 8 3 0 0 4 9 ， X i n j i a n g ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h r o u g h t h e a n a l y s i s o n t h e me a s u r e d t e mp e r a t u r e d a t a o f t h e c o n c r e t e p l u g f o r t h e d i v e r s i o n t u n n e l ，t h e t e mp e r a t u r e c o n t r o l me a s u r e s for t h e c o n c r e t e p l a c e me n t a r e s t u d i e d h e r e i n ． T h e r e s u l t s h o ws t h a t t h e i n d e x o f t h e d e s i g n e d c o n c r e t e p l a c e — me n t t e mp e r a t u r e i s r e a s o n a b l e，h o w e v e r ，t h e ma i n c a u s a t i o n o f t h e e x c e s s o f t h e ma x ．t e mp e r a t u r e o f t h e c o n c r e t e i s t h e o v e r - hi g h pl a c e me n t t e mp e r a t u r e ． Ke y wo r d s ：c o n c r e t e t e mp e r a t u r e c o n t r o l ；h y d r a t i o n h e a t ；p l a c e me n t t e mp e r a t u r e ；p l u g o f d i v e r s i o n t u n n e l 1 工程概况 新疆北疆引水工程某坝址 导流洞位于河道左岸 ， 由进 口引渠段 、闸井段 、洞身段和 出口明渠段组成。 导流洞洞身长6 6 2 ． 0 0 m，城门洞型，断面尺寸9 ． 5 0 m 1 1 ． 0 0 i n ，隧洞全断面钢筋混凝土衬砌 。封堵段位 于桩号 0+ 3 5 0 ． 5 2～0+3 9 0 ． 5 2 ，段长 4 0 i n ，衬砌厚 0 ． 8 ～ 1 ． 0 in ，属永久性 1 级挡水建筑物。 堵头与大坝防渗帷幕连成整体，封堵体处围岩为 新鲜岩体 ，岩性主要为变质砂岩夹少量石英片岩 ，变 质砂岩呈中厚层状，石英片岩层间结合较好，顺层状 石英脉较发育。封堵体浇筑分4段，每段 3 仓，各段 浇筑的厚度分别为 4 in、4 m和 3 in。堵体于 2 0 0 8年 l 0月 5日开始浇筑 ，1 1 月 5日浇筑完毕。 2 0 0 9年3月上旬接缝灌浆前堵体混凝土内部温 度须达到 1 0℃左右，在混凝土浇筑块内埋设冷却水 管 ，2 0 0 8年 1 0月 2 6日开始通水冷却 ，2 0 0 9年 3月 2 8日 停止冷却进行接缝灌浆。 2 温控设计及施工 坝址 区 1 O月平均气温 5 ． 1 o C，1 1 月上旬平均气 温 一 1 ． 8 O℃，中旬 一 6 ． 6 0 o C，因此环境温度对堵体 混凝土的拌和影响大 ，对洞内混凝土浇筑完成之后基 本不受影响。为降低混凝土水化热温升，简化温度控 制措施 ，实现混凝土连续浇筑，加快混凝土施工进度 ， 采用 较低 水 化热 的中抗 硫水 泥 ，泵送 混 凝 土等 级 C 2 0 W8 F 2 0 0 ，为保证混凝土的施工质量，混凝土浇筑 温度控制为5～ 1 0℃，堵体允许最高温度 3 6℃。仿 真计算结果表明初期不通水冷却和通水冷却两种情况， 收稿 日期 ：2 0 0 9 - 1 2 一 l O 作者简介：曹海( 1 9 6 7 一) ，男，高级工程师。 Wa t e r Re s o u r c e s a n d Hy d ro p o w e rEn g i n e e r i n g V o 1 ． 41 No ． 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 混凝土的平均最高温度分别为 3 8 ． 4℃和 3 5 ． 4℃。 在浇筑混凝土的同时埋设高强度聚乙烯 P V C管。 水管直径 3 2 mm，蛇形布置 ，水管层距 1 ． 5 m，间距 1 ． 5 m，每层单独布置进水口和出水口。适当控制通 水流量和通水温度，供水流量 2 0 m 。 ／ h ，通水温度与 混凝土内部温差控制在 8—1 O℃，2 4 h通水 ，每天变 换水 流方 向。 为控制堵体混凝土的最高温度及温度冷却和接缝 灌浆的时机 ，以便进行混凝土温度控制和择机进行接 缝灌浆 ，在堵体的 5个监测断面 ，距衬砌的顶部和底 部 1 ． 8 m处布设温度计 ，共计 1 6支测温计 ，另为监 测封堵体混凝土 的 自身收缩及结合 面可能产生 的裂 缝 ，在不同位置共布设了 6支测缝计 。监测仪器布置 见图 1 。 3 混凝土温度观测的分析 各浇筑段的第一仓浇筑温度为 1 5 ． 9 ( WD一 1 3 ) ～ 2 1℃( WD一 4 ) ，平均浇筑温度为 1 8 ． 6℃ ；水化热最 高温度为 5 2 ． 9 ( WD一1 3 )～5 9 ． 1℃( WD一3 ) ，水化 热最高温升 3 9 ． 2( WD一1 5 )～3 7 ( WD一9 ) ℃ ，平 均 水化热温升 3 7 ． 9 3℃。 各浇筑段 的第三仓 ( 通水冷 却) 浇筑温度为 1 2 ． 3 ( WD一5 )～1 8 ． 8℃ ( WD一1 1 ) ，平均 浇筑 温 度为 l 4 ． 7 o C；水化热最高温度为 4 3 ． 3 ( WD一5 )一 4 7 ． 7℃ ( WD一8 ) ，水 化 热 最高 温 升 2 6 ． 2( WD一1 1 )～3 4 ( WD一8 ) c I = ，平均水化热温升 3 1 ． 2 c I = 。 从 以上 的分析 可 看 出 ：浇筑 期 间 ，浇 筑 温度 、 水化热最高 温度及 水化 热温 升 的波动 范 围均 较大 。 随着环境气温和骨料温度的降低，浇筑温度呈下降 趋势 ；浇筑 完毕 之后 ，基 岩和 衬砌是 没 有热 源 的 ， 直接浇筑在衬砌面 的混凝 土 ，在 升温过程 中，热量 的传导较通过铅直方向的上表面散热很小，浇筑块 中央 的范 围内，温度是最高 的 ；到 了后期 ，由于侧 面长期暴露在水 中和大气 中 ，侧 面的散热才是 主要 的 。 总体来说 ：1 0月下旬环境气 温较低 ，骨料 的温 度也较低 ，混凝土拌和温度相应较低 ；混凝土平均浇 S Y1 一C F 1 S Y 3 TC F 4 S Y6 _ 工 ℃F 7 ‘ W D1 W D5 W D8 W D l 1 w D1 4 S Y5 灌浆廊道 S Y7 WD2 = 于 I ,WD3 ( 4 l ● D ) s Y D ( ) WD1 5 ( 1 6 ) S Y2 WD 6 ( 7 ) WD 9 ( 1 S Y8 水利水电技术第 4 1卷2 0 1 0年第 4期 图 1 监测 仪器的布置 曹海， 等∥某混凝土重力坝导流洞封堵体混凝土温度资料分析 筑温度较 1 0 月上旬降低了约 4℃；由于浇筑温度较 低 ，浇筑完毕之后立即通水冷却等综合降温措施 ，平 均水化热温升降低 了约 6 ． 8℃。 2 0 0 8年 1 O月 2 6日晚通水冷却 ，至 2 0 0 9年 3 月 2 8日导流洞封堵前 ，堵体 温度 1 2 ． 6( WD一7 )～ 1 8 ． 5 ( WD一 1 ) ℃，堵体平均温度为 1 4 ． 8℃。桩号 0+3 5 6 ． 5和 0+3 6 2 ． 5断 面上 部 ( 第一 、二浇筑段 ) 的温度较高，为 1 7 ． 1 ～l 8 ． 5℃；其余部位的温度 范围为 1 5 ． 3～1 2 ． 6℃。典型 混凝 土温度 变化 过程 线见图 2 ( 图中 WD一1 5和 WD一1 6为 l 0月 2 6日后 通水 ；WD一1 4为全程通水冷却 ) 。 时 l可 ／年 一 月一 日 图 2典型 混凝 土温度变化过 程线 3 ． 1 混凝土水化热温升 由于浇筑温度 、浇筑完毕之后散热条件的不同及 是否采取冷却措施等，导致混凝土最终水化热温升的 差异 ，为区别各种 因素 的影响大小 ，对混凝土水化热 温升进行数理分析 。 混凝土 的水化热温升主要受水泥品种 、水泥用量 和浇筑温度等因素的影 响，与混凝土龄期呈指数式 、 双曲线式或复合指数式变化 ，参照混凝土绝热温升的 数学表达式⋯ ，采用复合 指数式计算 混凝土水化 热 温升较为合适 T( ． ) = 口 ( 1 一e ) 式中， 为混凝土水化热温升 ；T为混凝土浇筑温 度 ； 为龄期 ；17 , 、b 、C 、d分别为拟合参数 。 对未通水冷却( 浇筑段底部的各温度计实测值) 和通水冷却( WD一 5和 WD一 8 ) 的情况下 ，对混凝土 最终水化热温升进行拟合分析 ，分析结果见表 1 。 由于受混凝土浇筑工艺的影响，未通水冷却混凝 土浇筑后 1 2 h内水化热实测值与拟合值之间存在较 大的差异 ；1 2 h之后一直到水化 热最高温升，9个 温度测点的实 测值与拟合值最大差值为1 ． 3℃。 根据拟合结果，进一步推求 浇筑温度对混凝土水化热温升 的 影响，未通水冷却浇筑温度高的 混凝土水化热温升速率较浇筑温 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 曹海， 等∥某混凝土重力坝导流洞封堵体混凝土温度资料分析 表 1 混凝土水化热温升拟合成果统计 复相关 剩余 运行工况 拟合公式 系数 标准差 未通水冷却 = 3 8 ． 5 6 ( 1 一e - 0 ． 1 2 8 9 r O " 9 4 4 5 7 0 ． 6 2 8 ) 0 ．9 8 6 7 1 ． 2 7 通水冷却 ( r ，r )= 3 2 ． 5 7 ( 1 一e 一 。 f 。 。 ) 0 ． 9 9 3 1 ． 2 度低的快，后期较浇筑温度低的慢 ，水化热最终温升较 浇筑温度低的高。如表 2所列，浇筑温度在 5～ 1 5℃的 范围内，对最终水化热的影响范围3 2 ． 7 — 3 7 ． 8℃ ；浇筑 温度在 1 5～ 2 5℃的范围内，对最终水化热温升的影响较 大3 7 ． 8～ 3 8 ． 3 o C；即浇筑温度高于 1 5℃以上时，其对 最终水化热温升的影响不大。设计 的混凝土浇筑温度 和最高温度与实测的结果基本符合 ，由于施工过程中 浇筑温度过高，导致了实际温度过高。 表 2 浇筑温度对混凝土最终水化热温升的影响 ℃ 浇筑温度 5 1 0 1 5 2 0 2 5 未通水冷却 3 2 ． 7 3 3 6 ． 4 8 3 7 ． 6 7 3 8 ． 1 4 3 8 ． 3 4 通水冷却 3 1 ． 6 7 3 2 ． 3 7 3 2 ． 5 1 3 2 ． 5 5 3 2 ． 5 6 如图 3所示 ，立即通水冷却 ，浇筑温度对混凝土 的最终水化热温升影响已不是很大 ，浇筑温度在 5～ 2 5℃ ，最终水化热温升 的变化在 3 1 ． 7～3 2 ． 6 o C，温 差在 0 ． 9 o C。与未采取冷却措施 的混凝土最终水化热 温升相比，可见采取有效的冷却措施 ，可极大地降低 混凝土最高温度 。 未采取冷却措施 ，设计 的混凝土浇筑温度和最高 温度与实测 的结果基本符合，由于施工过程中浇筑温 度过高，导致了实际温度过高；采取冷却措施，设计 茗= = = ： = = 厂 _ 一未通水冷却 一 通水冷却 的混凝土浇筑温度和最高温度略低于实测的结果。 浇筑温度不仅影响混凝土的水化热温升 ，还影响 水化热温升的速率。混凝土水化热温升速率主要受浇 筑工艺的影响，底部混凝土每层浇筑完毕 ，受扰动的 机会很少 ，立即开始水化反应 ，随着龄期的延长，水 化热越来越少 ，因此混凝土水化热温升速率是一个递 减的过程 。而顶部混凝 土考虑到与衬砌的密实性 问 题，受施工扰动的因素很大，因此水化反应虽然开 始 ，但水化反应 的速度没有底部的快 ，扰动因素消除 之后 ，水化反应才进入正常的速度 ，因此通水冷却之 后其温升速率是一个先递增后衰减的过程。浇筑温度 越高，前期水化热温升速率越快，后期衰减的也越 快 ；反之亦成立。在 同等浇筑温度的情况下，通水冷 却可极大地 降低水化热温升 速率，削峰作用相 当明 显，在浇筑的前 3 天，混凝土温升速率很大，因此通 水冷却越早越好 ( 见图 4 ) 。 3 ． 2混凝土冷却 在整个冬季通水冷却的过程 中，洞内环境温度为 6 ． 6— 7 ． 7 o C，通水温度前期较高 ，后 随着混凝土温 度的降低 ，通水温度从 2 1℃逐步降低到 3℃ ，3月 底停止通水 。混凝土 内部温度达到了设计允许的接缝 灌浆温度 ，4月初封堵体接缝灌浆顺利实施。 假设封堵体处于无约束状态，处于自由变形状 态，混凝土热膨胀 系数 为 11 0 ／ ℃，粗略估计最 大接缝开度 为 3 ． 5 m m。监测资料表明 ：封堵体顶部 与衬砌 的接触面最大开合度为 3 ． 2 m m，左右侧墙与 衬砌的接触面最大开合度为 2 ． 2 mm。接缝灌浆完毕 ● ● ● ● ▲ ^ ▲ ▲ ( a ) 混凝土水化热温升过程线( 浇筑温度为1 5℃) ( b ) 不同浇筑温度的影响 图 3不同浇筑温度对混凝土最终水化热温升的影响 一0 5 30 七 ”I _5℃ 一l℃ 一1℃ 毛 |n ℃ +l0℃ ——15℃ 一2O℃ — _25℃ ’一 ～ 龄期 ／d 龄期 ／d ( a ) 未通冷却水 ( b ) 通冷却水 图4 不同浇筑温度对混凝土水化热温升速率的影响 后至今，封堵体与衬砌接触面之 间的 开合 度 变 化量 为 一0 ． 4 3～ 0 ． 1 3 m m，处于稳定状态。 4结语 导流洞封堵宜低温季节浇筑混 凝土，只要采取合理 的温控措施， 控制混凝 土最 高温度是完全 可行 的。接缝灌浆完毕之后，封堵体与 衬砌接触面之间的接缝处于稳定状 态，灌浆的时机掌握得较好。 参考文献 ： [ 1 ] 朱伯芳 ．大体积混凝土温度应力与温 度控制 [ M] ．北 京 ：中 国电 力 出版 社 ，2 0 0 3 ． ( 责任编辑陈小敏) 水利7 k 电 ．技术第4 1卷2 0 1 0年第4期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m