分缝分块对金安桥大坝混凝土温度应力的影响分析.pdf

第 3 7卷第 1期 2 0 1 1 年 1 月 水 力 发 电 分缝分块对金安桥大坝混凝土 温度应 -j 的影响分析 吕大 勇，陈利刚 ( 中国水 电顾 问集 团昆明勘测设计研究院 ，云南 昆明 6 5 0 0 5 1 ) 摘 要 ：金安桥碾压混凝土重力坝最大坝 高 1 6 0 m，顺 流向最大长度 1 5 6 m。通过对 坝体 混凝土通仓浇筑和横缝 问 距对温度应力 的影 响分析 ，确定大坝混凝土采用通仓浇筑 ，同时为控制和减少温度应力引起 的劈头裂缝 ，在坝体上 游 面 设 置短 缝 。 关 键 词 ：碾压 混 凝 土 重 力 坝 ；通 仓 浇 筑 ；横 缝 间距 ；温 度 应 力 ；短缝 ；金 安 桥 水 电 站 I mp a c t An a l y s i s o f J o i n t i n g a n d Bl o c k i n g o n Co n c r e t e Th e r ma l S t r e s s o f J i n a n q i a o Da m Lu Da y o n g ，Ch e n Li g a ng ( H y d r o C h i n a K u n mi n g E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n ， K u n m i n g 6 5 0 0 5 1 ， Y u n n a n ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e J i n a n q i a 0 RCC g r a v i t y d a m h a s a ma x i mu m h e i g h t o f 1 6 0 m a n d a ma x i mu m mo n o l i t h l e n g t h a l o n g t h e flo w o f 1 5 6 m A f t e r a n a l y z i n g t h e i mp a c t s o f p o u r i n g w i t h o u t l o n g i t u d i n a l j o i n t a n d t h e t r a n s v e r s e j o i n t s p a c e o n c o n c r e t e t h e r n m l s t r e s s ，c o n c r e t e p o u r i n g w i t h o u t l o n g i t u d i n a l j o i n t i s s e l e c t e d f o r d a m c o n s t r u c t i o n ，a n d for c o n t r o l l i n g u p s t r e a m v e r t i c a l c r a c k s c a u s e d b y t h e r m a l s t r e s s ， s h o r t j o i n t s a r e s e t u p i n t h e u p s t r e a m p a rt o f d a m Ke y Wo r d s ：R C C g r a v i t y d a m ；p o u r i n g w i t h o u t l o n g i t u d i n a l j o i n t ；t r a n s v e r s e j o i n t s p a c e ；t h e r ma l s t r e s s ；s h o r t j o i n t ； J i n a n q i a o Hy d r o p o w e r S t a t i o n 中图分类号： T V 3 1 5 ( 2 7 4 1 ：T V 5 4 4 9 2 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 0 5 5 9 - 9 3 4 2 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 2 9 0 2 1 大坝工程概述 金 安 桥 水 电 站 装 机 容 量 4 x 6 0 0 MW 。 拦 河 坝 为 碾 压 混 凝 土 重 力 坝 坝 顶 长 6 4 0 m， 最 大 坝 高 1 6 0 m，顺 流 向 最 大 长 度1 5 6 m。 大 坝 共 分 2 1个 坝 段 。 坝 体 内 部 采 用 C 9 。 1 5 W F 1 0 0三 级 配 碾 压 混 凝 土 和 C 9 0 2 0 W F 9 0 1 O 0 级 配 碾 压 混 凝 土 ， 上 游 坝 面 采 用 C 9 () 2 0 W 8 F 1 0 0二 级 配 碾 压 混 凝 土 。 大 坝 地 处 高 地 震 烈 度 区 ，地 震 设 防 烈 度 为 9度 。 坝 址 区 年 平 均 气 温 为 2 0 0 c c，3月 9月 平 均 气 温 在 2 0 以 上 ；河 道 多 年 平 均 水 温 l 4 2 c 【 = ，无 冬 季 冰 凌 情 况 ； 日温 差 较 大 ，集 中在 冬 季 。 坝体 混凝 土 采用 丽江永 保 水 泥有 限责 任公 司和 云 南 红 塔 滇 西 水 泥 股 份 有 限 公 司 生 产 的 4 2 5级 中 热 硅 酸 盐 水 泥 ：掺 合 料 采 用 攀 钢 发 电 厂 生 产 的 分 选 级 粉 煤 灰 ；坝 体 混 凝 土 采 用 人 T 骨 料 ， 母 岩 为 玄 武 岩 石 料 场 和 工 程 开 挖 的 弱 风 化 上 部 、下 部 玄 武 岩 渣 料 为 加 快 施 工 进 度 ，预 防 上 游 面 劈 头 裂 缝 的 产 生 ， 对 坝 体 混 凝 土 通 仓 浇 筑 和 横 缝 间 距 对 温 度 应 力 的 影 响 进 行 了 计 算 分 析 。 2 坝体碾压混凝土通仓浇筑分析 2 1 国 内外通仓 浇筑 实例 早 在 2 0世 纪 4 0年 代 就 有 大 尺 寸 通 仓 浇 筑 的 先 例 ， 目前 随 着 施 工 技 术 和 制 冷 技 术 的 发 展 ，通 仓 浇 筑 的 温 控 措 施 进 一 步 加 强 ， 可 有 力 保 证 施 工 质 量 。 国 内外 部分 丁程实 例 见表 1 。 2 - 2基础 浇筑 块长 度对 温度应 力 的影响分 析 采 用 平 面 有 限 元 分 析 法 分 析 计 算 5月 8月 浇 筑 基 础 碾 压 混 凝 土( C 0 二 三 级 配 )，浇 筑 层 厚 1 5 m，间 歇 5 d，浇 筑 温 度 1 7 0 ，有 水 管 冷 却 并 采 取 收 稿 日期 ：2 0 1 0 1 1 一 O 8 作者简介 ：吕大勇( 1 9 7 5 一 ) ，男 ，黑龙 江拜泉人 ，高级丁程师 主要从事水利水电T程材料温控设计1 ： 作 ZU1毕1月 表 1 混 凝 土 坝通 仓 浇 筑 实 例 仓 面 喷 雾 措 施 的 情 况 下 ， 浇 筑 块 长 度 分 别 为 3 0 、 4 5、6 0、7 5、 1 0 0、 l 2 0 m 和 1 5 6 lq q时 的 混 凝 土 温 度 应 力 。 基 础 浇 筑 块 长 度 与 混 凝 土 温 度 应 力 的 关 系 曲 线 见 图 l 。 计 算 结 果 表 明 ： 浇 筑 块 愈 长 ，温 度 拉 应 力 愈 大 ， 当 浇 筑 块 长 边 长 度 超 过 7 5 m 后 ，温 度 应 力 增 幅 较 小 ：浇 筑 块 长 边 长 度 为 1 5 6 m 时 ，最 大 温 度 应 力 仍 小 于 允许 拉 应 力 。 因此 。就 温度 应 力 而言 碾 压 混 凝 土 采 用 通 仓 浇 筑 方 案 是 可 行 的 。 浇筑块长度L m 图 1 基础浇筑块 长度与混凝土温度应 力的关系 曲线 2 3混凝 土浇 筑能 力 根 据 对 混 凝 土 系 统 供 料 强 度 、 各 运 输 和 浇 筑 设 备 浇 筑能 力及 不 同浇筑 方 式 的综合 分 析 ，采 用平 层 铺 筑 法 ，能 满 足 通 仓 浇 筑 大 坝 混 凝 土 最 大 仓 面 入 仓 强 度 的 要 求 。 综 上 所 述 ，大 坝 混 凝 土 采 用 通 仓 浇 筑 是 可 行 的 ， 但 由 于 基 础 浇 筑 块 较 长 ， 受 拉 范 围 也 大 ，混 凝 土 浇 筑过 程 中 出现不 利 情况 的几 率增 大 ，因此必 须 加强 施 工 管 理 ，提 高 混 凝 土 施 工 质 量 的 均 匀 性 。 3 横缝间距对温度应力的影响分析 3 1 工程 实例 对 于 碾 压 混 凝 土 坝 来 说 ，横 缝 问 距 大 ，则 施 工 速 度 快 ，造 价 相 对 较 低 ，但 横 缝 间 距 越 大 。 温 度 应 力 也 越 大 ， m 现 裂 缝 的 几 率 增 大 ； 反 之 ， 横 缝 间 距 较 小 ，会 使 切 缝 程 序 复 杂 ，施 _T 速 度 减 慢 ，工 程 造 价 增 加 ，但 减 小 横 缝 间 距 能 够 控 制 和 减 少 温 度 应 力 引 起 的 裂 缝 横 缝 间 距 的 选 定 是 碾 压 混 凝 土 坝 温 控 设 计 的 关 键 问 题 之 一 同 内 外 已 建 或 在 建 工 程 横 缝 间 距 一 般 在 1 5 8 0 1 3 q之 问 ，如 观 音 阁 为 l 5 2 0 m，铜 街 子 为 1 6 2 1 m， 天 生 桥 为 1 5 2 2 0 I T I ，岩 滩 为 2 0 m，大 广 坝 为 4 0 m， 龙 滩 为 1 2 3 3 0 1 1 1 ， 景 洪 为 9 3 4 3 m ( 厂 房坝段 5 5 0 I 1 1 高程 以上 作并 缝处 理 ，5 5 0 m高程 以 下 横 缝 最 大 间 距 为 2 1 m) 有 些 工 程 甚 至 不 设 横 缝 ，如 坑 口和 沙 溪 口T 程 3 _ 2计 算条件 结 合 T程 实 际情 况 ，取 厂 房 坝段 横缝 间距分 别 为 1 4、2 0、3 4 IT I ，进 行 三维仿 真计 算 ，计 算条 件见 表 2 表 2 温 度应力计算条件 注 ： 冷却 水 管 间 距 1 5 n i x1 5 n l 。 3 3计 算成 果及分 析 不 同横 缝 间距 的最 大 温 度 应 力 见 表 3 。 计 算 结 果 分 析 认 为 ： ( 1 ) 横 缝 间 距 由 1 4 m 增 加 至 2 0 m，上 游 面 的 横 河 向 最 大 水 平 温 度 应 力 增 加 并 不 明显 ； 横 缝 问 距 由 2 0 I T I 增 加 至 3 4 m，各 个 高 程 的 横 河 向 最 大 水 平 温 度 应 力 平 均 增 加 0 1 0 5 MP a ， 可 见 横 缝 问 距 增 大 增 加 了 坝 体 上 游 面 劈 头 裂 缝 产 生 的 机 会 。 当 横 缝 间 距 为 3 4 1 T I 时 ，横 河 向最 大 水 平 温 度 应 力 仍 小 于 允 许 温 度 应 力 。 ( 2)横 缝 间距 减 小 后 ，顺 河 向最 大水 平 温度 应 力 较 原 来 略 有 增 加 ；铅 直 向 温 度 应( 下 转 第 3 7 页 ) 表 3 不 同横缝间距 ( m1的混凝 土最大温度应力计算成果 第 3 7卷 弟 1捌 饺 ， 寺 ： 豆 啊 T 水 电 蚰 兰 i i 建 巩 J 投J _ 任 订 堆 积 体 开 挖 总 量 约 占总 体 积 的 3 5 ，开 挖 综 合 坡 缓 于 1 ： 1 5。 通 过 现 场 设 计 调 整 ，施 T 完 成 后 边 坡 稳 定 性 明 显 提 高 ，监 测 成 果 显 示 堆 积 体 变 形 衰 减 明 显 ， 趋 于 自稳 。 开 挖 后 堆 积 体 顶 部 形 成 一 个 陡 峭 基 岩 面 ，且 开 口线 以 外 还 存 在 一 定 厚 度 的 强 风 化 陡 崖 。 稳 定 分 析 认 为 ，该 岩 面 和 陡 崖 需 进 行 系 统 的 预 应 力 锚 索 加 固 为 防 止 施 丁 期 爆 破 震 动 引 起 零 星 掉 块 ， 陡 崖 面 增 设 了 一 道 主 动 贴 坡 防 护 网 和 两 道 被 动 防 冲 防 护 网 。 堆 积体 开挖 面 面积 非 常大 ，结合 经 济 环保 考 虑 ，坡 面 铺 设 机 编 活 络 网 采 用 含 养 料 回 填 土 植 草 的 支 护 方 式 这 样 既 保 证 了坡 面 的 美 观 及 环 保 要 求 ， 又 有 效 地 避 免 坡 面 掉 块 塌 方 的 发 生 。 B 崩 塌 堆 积 体 与 B 崩 塌 堆 积 体 地 表 排 水 措 施 相 同 考 虑 到 暴 雨 滞 留 在 堆 积 体 底 界 的 孔 隙 水 压 力 对 堆 积 体 整 体 稳 定 非 常 不 利 ， r太 1 此 存 两 个 堆 积 体 底 界 接 触 带 以 下 的 火 山 角 砾 岩 层 中 布 置 了 3条 贯 通 的 排 水 洞 排 水 洞 顶 距 离 堆 积 体 底 界 1 5 3 0 1 T I ， 洞 顶 设 置 排 水 孑 L， 排 水 孑 L 要 求 打 穿 堆 积 体 底 界 ， 将 堆 积 体 底 界 的 滞 留 孑 L隙 水 经 排 水 洞 引 流 至 堆 积 体 外 排 出 。 3 5溢 洪道右 岸 开挖边 坡 由 于 边 坡 处 岩 体 质 量 较 好 ，经 刚 体 极 限 平 衡 法 、 静( 动 ) 力 有 限 元 分 析 ，边 坡 沿 弱 风 化 上 部 及 以 上 岩 体 内滑 动 的 安 全 稳 定 系 数 较 高 ， 边 坡 发 生 整 体 破 坏 的 可 能 不 大 。 设 计 开 挖 坡 比较 陡 ，对 边 坡 采 用 常 规 喷 混 凝 土 锚 杆 支 护 ， 鉴 于 下 部 反 倾 凝 灰 岩 出 露 部 位 卸 荷 后 出 现 掉 块 倾 倒 破 坏 。 现 场 增 加 部 分 预 应 力 锚 索 。 结 合 右 岸 上 坝 公 路 排 水 沟 截 留 坡 外 水 ，对 坡 面 反 倾 薄 弱 面 增 设 反 滤 排 水 孔 4 经验和总结 ( 1 )引入 动态 追 踪设 计 理 念 。金 安 桥水 电站 的 边 坡 设 计 借 鉴 小 湾 水 电 站 的 边 坡 设 计 经 验 ，在 动 态 追 踪 设 计 方 面 有 了进 步 和 扩 展 。 存 施 T = 现 场 投 入 了 大 量 的 设 计 力 量 ，根 据 施 工 揭 示 的 实 际 地 质 资 料 结 合 全 过 程 监 测 成 果 分 析 ，对 边 坡 实 行 先 总 体 规 划 再 分 区 布 置 ，最 后 局 部 优 化 调 整 的 设 计 思 路 存 保 ( 上 接 第 3 O页 )力 较 原 来 增 加 的 幅度 较 大 。 根 据 上 述 计 算 成 果 ， 为 控 制 和 减 少 温 度 应 力 弓 I 起 的 劈 头 裂 缝 ，需 存 坝 体 上 游 面 设 置 短 缝 。 4 结语 通 过对 坝 体通 仓 浇筑 的分 析 ，确 定 大 坝混 凝 土 证 工 程 质 量 和 安 全 的 前 提 下 ，保 障 了 施 工 进 度 。 整 个 丁 程 的 边 坡 设 计 达 到 安 全 可 靠 、经 济 合 理 、便 于 施 工 的高 标 准 。 ( 2) 重 视 边 坡 的 截 水 、 防 水 、 排 水 系 统 设 计 。 防渗 和 排 水 是 改 善 和提 高 边 坡 稳 定 性 的有 效 措 施 。 金 安 桥 水 电 站 边 坡 设 计 遵 循 这 一 设 计 思 路 ， 为 降 低 边 坡 地 下 水 位 ，减 少 渗 水 压 力 ，改 善 边 坡 稳 定 条 件 ， 采 用 了 以地 下 排 水 为 主 ， 地 表 截 、 防 、排 水 为 辅 的 综 合 措 施 ，形 成 了 一 套 行 之 有 效 的 边 坡 防 、排 水 设 计 系 统 。 f 3)建 立 了 一 套 完 整 的边 坡 监 测 系 统 ，并 重 视 监 测 反 馈 数 据 的 分 析 研 究 ， 为 边 坡 的 动 态 设 计 建 立 了 完 备 的 数 据 基 础 。金 安 桥 水 电 站 在 整 个 施 工 过 程 中都 加 入 了 大 量 的 监 测 设 计 ，对 收 集 整 理 的 监 测 数 据 进 行 细 致 的 研 究 分 析 ， 边 坡 设 计 据 此 进 行 合 理 调 整 和 优 化 ， 做 到 了 设 计 与 实 践 紧 密 联 系 ， 设 计 层 次 主 次 分 明 ， 重 点 部 位 重 点 支 护 ， 条 件 改 善 部 位 优 化 到 位 ， 最 大 限 度 地 达 到 设 计 的 经 济 合 理 性 ( 4) 对 地 质 薄 弱 部 位 加 强 支 护 措 施 。 金 安 桥 水 电 站 边 坡 岩 体 呈 现 分 层 次 出 露 特 征 ，岩 性 变 化 较 明 显 ，加 之 枢 纽 区 、 级 结 构 面 分 布 较 广 ，切 割 复 杂 ，若 采 取单 一 大范 围的 支护 形 式 则不 符 合实 际情 况 。 根 据 现 场 揭 露 岩 性 ，在 火 山 角 砾 岩 和 玄 武 岩 部 位 仅 实 施 常 规 锚 固 ，但 在 出 露 凝 灰 岩 夹 层 、绿 帘 石 石 英 错 动 面 、结 构 面 切 割 复 杂 部 位 和 开 挖 开 口线 部 位采 取 交叉 锁 口长锚 杆 、钢 筋 网 、挡 墙 、混 凝 土 塞 等相应 加 同措施 ，更加 安 全合理 。 ( 5) 思 路 开 拓 创 新 ， 引 入 新 技 术 成 果 。 对 大 面 积 堆 积 体 开 挖 面 。 引 进 了 适 宜 干 热 河 谷 气 候 条 件 下 生 长 的植 草 护坡 技 术 。通 过反 复 实 验研 究 ，结 合 自 身 条 件 ， 得 到 了 合 理 可 行 的 草 籽 配 合 比 ， 采 用 了 当 地 适 用 的 肥 料 和 土 壤 配 比 。 新 技 术 大 幅 提 高 了 施 _ f 进 度 ， 节 省 了 建 筑 材 料 ， 并 且 实 现 了“以 绿 还 绿 ” 的环 保 设 计 构 想 。 在 边 坡 的 其 他 设 计 技 术 方 面 也 采 用 了 国 内 先 进 技 术 和 材 料 力 求 达 到 边 坡 设 计 与 时 俱 进 。 ( 责 任编辑杨 健 ) 采 用 通 仓 浇 筑 是 可 行 的 ，但 必 须 加 强 施 J： 管 理 提 高 混 凝 土 施 T 质 量 的 均 匀 性 。 根 据 横 缝 间 距 对 温 度 应 力 的 影 响 分 析 成 果 ，横 缝 间 距 减 小 可 相 应 减 小 横 河 向 水 平 温 度 应 力 ， 为 控 制 和 减 少 温 度 应 力 引 起 的 劈 头 裂 缝 ，需 在 坝 体 上 游 面 设 置 短 缝 。 ( 责任 编辑 常 青 )