乐昌峡碾压混凝土坝溢流坝段施工期实测温度性态分析.pdf

第 5期 2 0 1 2年 5月 广 东水利水电 GUANGDONG W ATER RES0URCES AND HYDROPOW ER No 5 Ma v 2 01 2 乐昌峡碾压混凝土坝溢流坝段施工期实测温度性态分析 王建学 ，刘 平 ，王 盛 ，柳 杨 ( 1 广 东省水ft 4 电力勘测设计研 究院，广 东 广州 5 1 0 6 3 5 ； 2 广东省乐昌峡水利枢纽管理处 ，广东 乐昌 5 1 2 2 0 0 ) 摘要 ：碾压混凝 土坝 具有快速施工的特点 ，需要在施 工期全面 了解混凝土 的温度及 其 变化规 律。 乐昌峡 碾压 混凝土 重 力坝在溢流坝段坝基 岩体 、坝体常 态混凝 土和碾 压混 凝土 内埋设 了温 度监 测仪 器 ，该 文通过 对 实测温度 监 测资料 的分 析 ，反映 出不 同时段 不同区域混凝土的温度性 态，证 实 了混凝土温度场 变化 的阶段性 和规 律性 ，为施 工期的 温控 措施提 供 了决策的依据 、 关键 词 ：碾压混凝 土；监 测仪器 ；温度性 态 中图分类号 ：T V 5 4 4 9 2 1 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 8 0 1 1 2 ( 2 0 1 2 ) 0 50 0 1 4 0 4 碾压混凝土具有最 高温升值相对较低 、进入稳定 温度场周期 长等特点。在施工期 ，碾压混凝土坝需要 采取必要的措施进行温度控制 ，从 而达到减小混凝 土 内温度梯度 、确保 大坝安全 的 目的。施 工期 温度监测 成果则为反映碾压混凝 土坝内部 的温度状态 、实 现大 体积混凝土施工控制提供了重要 的信 息 ，成为工程建 设 中不可缺失的一部分。乐 昌峡水利枢纽在混凝土浇 筑期 间同步埋设 了大量的温度计 ，及时准确地反映 了 各部位混凝土的温度状态 ，为高温季节碾压混凝土 的 温控措施和决策提供 了依据 。 1概 况 乐 昌峡水利枢纽工程位于广东省乐 昌市境 内 、北 江支流武江乐 昌峡河段 ，是北 江上游关键性 防洪控制 工程 ，是以防洪为主 、结 合发电 ，兼顾航运 、灌溉等 综合利用的枢纽工程 。枢纽总库容为 3 7 4亿 1 T I ，电 站装机容量为 1 3 2 MW，正常蓄水位 为 1 5 4 5 m，校核 洪水位为 1 6 3 0 m。 乐 昌峡水利枢纽为 I I 等大 ( 2 ) 型丁程 ，主要 南拦 河大坝 、引水系统 、发电厂房 等建筑 物组成。拦河坝 为碾压混凝土重力坝 ，南两岸非溢流坝段 和河床溢 流 坝段组成 ，坝顶高程 为 1 6 4 2 m，最大坝高 为 8 4 2 m， 坝顶长为 2 5 6 0 m，其中河床溢流坝段长为 7 8 0 m，左 岸非 溢 流 坝 段 长 为 9 6 0 m，右 岸 非 溢 流 坝 段 长 为 8 2 0 m 乐昌峡碾压混凝 土重力坝 白2 0 0 9年底开始浇筑 ， 分别在坝基岩体 、坝体底板常态混凝土 、碾压混凝 土 和溢流面常态混凝土内埋设 了温度监测仪器 ，用 以反 映不同时段不同区域混凝土的温度状态。 2实测温度性态 文献 1 指 出，坝体混凝土在 浇筑后 ，南于释放 大量的水化热 ，会使混凝土 内部温度产生上升的现象 ， 并达到最大温升 ，而后随着时间的推移 ，并伴随着 自 然冷却和人工冷却 ，混凝 土温度逐渐下降并最终趋于 稳定。乐 昌峡水利枢纽碾压混凝土大坝实测温度变化 也基本遵循这一规律。 2 1 坝基岩体和底板常态混凝土温度性态 文献 2 表 明，坝体混凝 土浇筑 的过程 ，对坝基 温度也会产生一定 的影 响。乐 昌峡水利枢纽碾压混凝 土坝在 6 溢流坝段坝横 0+1 4 6 0 0 0断面坝基岩体内布 置有 2支 温度 计 ，在 坝横 0+1 3 0 0 0 0断 面坝 基 常态 混 凝土内部布置有 3支温度计 ，监测 出坝基基岩及混凝 土温度变化有如下规律 ： 施工初期受 坝体混凝土水化热温升 的影响 ，基 岩也出现温度上升的过 程 ，之后随着坝体混凝 土进 入 温降而进入温降过程 。 坝基基岩温度与外界气温呈现相同的变化规律， 但温度变化滞后于气温变化 ，比如 2 0 1 0年 9月和 2 0 1 1 年 1月的温度升高和温度降低 ，都滞后于外界气温 的 收稿 日期 ：2 0 1 20 30 6 作者简 介 ：王建学 ( 1 9 8 6一) ，男 ，硕 士 ，助理工程师 ，从事水T 建筑物安全监测 T作 。 1 4 2 0 1 2年 5月 第 5期 王 建学 ，等 ：乐昌峡碾压混凝土坝溢流坝段施工期 实测温度性态分析 N o 5 Ma y 2 0 1 2 变 化 。 截止 2 0 1 1 年 1 0月 ，坝基各测点 的平均温度值 为 2 0 ，基岩温度随深度增加而略有增 大。施 工期各 测点变化较平稳 ，变 幅较小。 坝基常态混凝土在 浇筑后 3 d左右达 到最高温 度 ，且各测 点均 未超过 基础强 约束 区容许 最高 温度 3 0 6 ，该部位混凝土平均温升速率为 4 5 d 。 2 2 坝体碾压混凝土温度性态 乐 昌峡水利枢纽碾压混凝土大坝 6 # 坝段为溢流坝 段 ，该坝段宽度为 3 0 m，其中坝横 0+1 3 8 0 0 0断面为 温度监测断面 ，根据 文献 3 对温度测点布置 的规定 ， 该部位 的 3 5支温度计在断面内呈现网格形布置 ，测点 布置如图 1所示 。 图 1 坝横 0+1 3 8 0 0 0断面温度测点布置 示意 2 2 1 单测点变化规律 根据实测资料 ，坝体 内各个 测点 的温度变化过程 清晰地反映出大体积碾压混凝土内部的温度变化规律 。 以温度计 T 32 9为例 ，该测点埋设于 2 0 1 0年 7月 5 日，位于坝横 0+】 3 8 0 0 0断 面 ，埋设 高程 为 1 1 6 m， 其埋设后的温度变化过程 曲线见图 2 。从 曲线 中可以 看出，该点的混凝土温度变化 主要经历 了以下几个阶 段 ： 温升期 ：该测点碾压混凝土温度在 浇筑后 ，由 于水化热的作用温度逐步升高 ，并达到最大温度 ， 这一阶段为温度上升期 ，该测点温升期约为 6 d ，平均 温升 为 2 4 d ； 人工温降期 ：由于坝体 内布置 了蛇形 冷却通水 管，在一期冷却通水 的作用下 ，测点碾压混凝 土在达 到最大温度后开始下降，这一阶段为人工温降期 ； 温度回升期 ：在人_T温降期 ，由于下 一仓碾压 混凝土浇筑释放的水化热 ，温度计测值 出现了一个 明 显 的上升 ，这一阶段为温度 回升期 ； 自然温降期 ：测点碾压混凝土温度逐步出现下 降的趋势 ，进入缓慢 的自然温降期。 2 2 2实测 温度 对 比 在 6 坝段 坝横 0+1 3 8 0 0 0监测断 面内，温度 计 T 3一l 52 1 位于高程 9 9 0 m不同坝纵桩号上 ，汇总各 测点的温度变化过程线见图 3 。从 9 9 0 m高程 的不同 测点对 比来看 ，各测点的温度虽然不尽相 同，但都基 本经历 了温升期 、人T温降期 、温度 回升期及 自然温 降期等几个 阶段 。而且从温度变化过程的对 比中可以 发现 ，无论是最高温度 、还是水化热温升 的升幅，坝 体中部 的测点都高于两侧 的测点 ，并且两侧 的测点进 入 自然温降期的时间较早 ，说明靠近上下游的混凝土 比坝体 中部 的混凝土更易于散发水化热。此外，即便 是靠近上下游的测点 ，上游测点 T 31 5位于二级配碾 乐混凝土区域 ，而下游测点 T 3 2 1位于 级配碾压混 凝土区域 ，T 31 5测点的最大温度高 于 rr 32 1测点 0 5 ，反映了不 同区域混凝土的特性差异。 在 6 坝段 坝横 0+1 3 8 0 0 0监测断面 内，温度计 r r 3 5、T 31 0、T 31 7 、T 32 4 、T 33 1位于坝纵 0+ 0 1 6 0 0 0桩号的不同高程上，汇总各测点的温度变 化过程线见 图 4 。由于坝体碾压混凝土为分仓分层 浇 筑 ，图中可 以清晰地反映出不同高程碾 压混凝土在浇 筑时间的差异 ，从而导致了各个测点碾压混凝土在 出 现最高温度的时间上的差异。从曲线对比也可以看出， 新一层混凝土的浇筑会使下 面一层混凝 土的温度产生 不 同程度的上升 ，反映出了不同混凝土浇筑层面之问 的相互影响。测点 |r 3 3由于距坝基较近 ，进入 自然 温降期的时间要早于该坝纵桩号上其他测点，目前温 度已经稳定在 2 4 0 左右。测点 T 33 1距溢流面混 凝土较近，由于水化热更易散发 ，该测点碾压混凝土 进人 自然温降期的时间要早于该坝纵桩号上其他测点 ， 但晚于测点 1 、 33 ，这 主要是 南于受溢流面常态混凝 土浇筑水化热 的影响，目前该测点的碾压混凝土温度 已经 稳定 在 2 9 0 左 右 。 2 2 3 断面温度变化规律 6 坝段坝横 0+1 3 8 0 0 0监测断面内，各测点碾压 混凝土平均温度变化范围为 1 8 2 c C3 3 0 ，最高温 度变化范围为 2 1 3 4 4 3 ，最低温度变化范罔为 7 5 2 6 7 ，温度变幅范围为 9 5 2 5 0 。其 中基础强约束 区 ( 00 2 ) L 范围内各温度计实测最 高温度在 2 1 3 3 4 7 c C之问 ，平均温度在 1 8 2 2 5 7 之间，最高温度测值超过设计允许最高温度 的测点有 1 个 ；基础弱约束区 ( 0 2 0 4 ) L 范 同内 1 2 0 1 2年 5月 第 5期 广东水利水 电 N o 5 Ma y 2 0 1 2 各温度计实测最高温度在 3 0 8 4 4 3 之 间，平均 温度在 2 4 0 3 3 0 之间，最高温度测值超过设计 允许最高温度的测点有 2个 ；非基础约束 区 ( 0 4 ) 5 O O 40 0 30 0 20 0 1 0 0 O O 度 L 范围内各温度计实测最高温度在 3 4 8 4 1 4 之 间，平均温度在 3 1 1 3 2 9 之间，最高温度测值 超过设计允许最高温度的测点有 1 个 。 j - V T T ， 一、 H _ 2 O l (卜6 2 1 2 0 1 ( 卜【卜2 9 2 0 1 1卜7 2 0 1 1 4 1 7 2 0 1 1 7 _ 2 6 2 O 1 1 1 1 3 日期 Y D 5 O O 4 O O 3 0 0 2 0 0 l O 0 0 O 图 2测点 一2 9温 度变化过程线 T 3 1 7 T 3 1 8 - l 一 T 3 1 9 - - 卜 T 3 - 2 0 一 T 3 2 1 1 H T T 1r 2 叭【 卜1 2 2 2 0 1 0 4 _ 2 5 2 0 1 o _ 7 2 7 2 O 1 0 1 0 - 2 8 2 0 1 1 一 卜2 9 2 O 1 1 5 - 2 2 0 1 1 _ 8 3 2 0 1 l 1 1 _ 4期 Y 一 d 5 O O 4 0 0 3 0 0 2 0 0 l O O 0 0 2 O1 O 张 度 图 3 高程 9 9 0 m各测点温度变化过 程线 1 4 2 Ol O 4 7 2 O1 0 7 9 2 01 0 - 1 0 1 0 2 01 1 l l1 2 0l 1 4 l 4 2 0ll 一7 1 6 2 01 1 1 0 1 7【 j j Y M D 图 4 坝纵 0+ 0 1 6 0 0 0各测点温度变化过程线 根据 6 坝段坝横 0+1 3 8 0 0 0监测断面实测温度资 料 ，可以绘制 出该断面不 同时刻 的温度等值线 图，图 5和图6分别 为 2 0 1 0年 1 0月和 2 0 1 1 年 l 0月该断面的 温度等值线图。从图巾可以看出，坝体碾压混凝 土温 度较高的部位集 中在坝体 中部 高程 1 0 8 0 m附近 ，随 着混凝土进人 自然温降期 ，最高温度也由 3 9 0 降至 3 5 O ，随着时间的推移 ，坝体内混 凝土温度逐渐 均 匀化和规律化 ，达到稳定温度场的周期较长 。 图 5 断面温度等值线 ( 2 0 1 0年 1 0月 ) 2 0 1 2年 5月 第 5期 王建学 ，等 ：乐昌峡碾压混凝土坝溢流坝段施 工期 实测 温度性态分析 N o 5 Ma y 2 0 1 2 图 6 断 面温度等值 线( 2 0 1 1年 1 0月 ) 2 3 溢流面常态混凝土温度性态 坝体溢流面为常态混凝土 ，对溢流面的温度性态 进行监测 ，可 以有效地 反映溢流面水化热升温对 坝体 内碾压混凝土的影 响。乐昌峡水利枢纽碾压混凝 土大 坝在 6 溢流坝段坝横 0+1 0 5 0 0 0断面溢流面常态混凝 土 内 布置 有 3支 温度 计 ，分 别 位 于 高 程 1 1 1 5 0 m、 1 2 0 5 0 m和 1 3 2 5 0 m，测点布置见图7 。汇总各个测点 温度的变化过程线见 图 8 ，监测成果显示 出溢流面常 态混凝土温度变化有如下特点 ： 温 度 C 溢流面常态混凝土 内各测点 的温度变化规律基 本相同 ，经过水化热温升达到最 高温度后混凝土温度 开始下降 ； 施_丁初期受混凝土水化热温升的影响 ，温度逐 渐升高 ，最 高温 度 。 分 别 达 到 5 1 5 、5 3 5 和 6 0 4 ，最高温度 出现 时间在 浇筑后 的 57 d ，温升 速率在 3 5 d 6 3 d之 间，测点 T 由于距冷却 水管距离较近 ，温升速率低于另外 2个测点 ； 溢流面常态混凝土的最高温度和温升速率均高 于坝体 内碾压混凝土。 图 7 溢流面常态混凝土温度测点布置示意 +? L 1 +1 L 2 +_r L 3 | & J ： I j 1_一I_ - _一一一 一一一1 一 。 一 一 、 一 I I r 图 8溢流 面常态混凝土 内各测点温度变化过程线 3 结 论 1 ) 乐昌峡碾压混凝土重力坝溢流坝段施工期温度 性态符合一般规律 ，至 2 0 1 1 年 1 0月 ，坝体碾压混凝 土平均温度为 2 6 9 ，溢流面常态混凝土平均温度为 2 7 4 ，表明坝体混凝土 目前已经进入温 降期 ，监测 成果反映出碾压混凝土最高温升值相对较低和进入稳 定温度场周期长的特点 ，也反 映了碾压混凝土与常态 混凝土的特性对比。 2 ) 6 坝段坝体混凝 土内埋设 的所有温度计在经过 检验率定、现场埋设及测值读取等过程后，目前该坝 段温度计的完好率为 1 0 0 ，监测方案具 有较高 的可 靠性 ，保证监测成果具有较高的可靠性。 3 ) 实测温度资料反映 了施工期 间坝体混凝土 内部 温度场的分布规律 ，特别是不 同时问、不 同区域混凝 土的性态 ，为混凝土性 能分析 、施工质量的管理和大 坝裂缝的深入研究提供了宝贵的科学依据。 4 ) 温度监测成果 实现 了对大 坝混凝土有 效地监 控 ，为高温季节的冷却降温 和低温季节 的隔热保温提 供 了决策的依据 ，比如施工过程 中发现 温升超标部位 及时采取了温控措施 ，降低冷却水水管 的进 口水温和 增加 了冷却水流量 ，保证了大坝混凝土没有出现裂缝。 参考文献 ： 1 李珍照大坝安全监测 M 北京：中国电力出版社 1 9 9 7 2 杨立新，工志远，吴惠芳，等丹汀口混凝土坝实测温 度变化及对坝体性态影响 J 大坝观测与土T测试 ， 1 9 9 7， ( 1 ) ：1 92 4 3 D 1 7 8 2 o O 3混凝土坝安全监测技术规范 S 北京：中 国电 力出版社， 2 0 o 3 ( 本文责任编辑 王瑞兰) l 7