简析亭子口碾压混凝土重力坝的温度应力与温控措施.pdf

水 力 发 电 第4 0 卷第 9 期 2 0 1 4年 9月 简 析 亭 子 口 倔 压 混 凝 土 重 力 坝 的 温 度 应 力 与 温 控 措 狍 李 悦 ( 嘉陵江亭子 口水利 水 电开发有 限公 司 ，四川苍溪6 2 8 4 0 0 ) 摘要 ：碾压混凝 土重力坝 由于体积 庞大 、结构复杂、大体 积混凝 土施工过程繁琐 等原 因 ，经常由于温度应力超过 混凝土抗 拉强 度引起坝体 出现裂缝 。亭子 口水利枢纽右岸前期 工程 3 6 、3 7 、3 8号坝段混凝土施 工中，通过控制混凝 土温度 、合理通水冷却 以及适 当的养护和保温来控制温度应力 ；通过埋设 的温度计获取监测数据来确定现场的温度 应力情况 ，并 针对温控数据 中出现的问题进行专题研究 ，提出合理 的温控优化方案 ，从 而保 障了工程的顺利施工 。 关键词 ：碾压混凝 土重力坝 ；混凝土温度应力 ；温控措施 ；亭子 口水利枢纽 Ana l y s i s o f Te mpe r a t ur e S t r e s s a nd Co nt r o l M e as ur e s o f Ti ng z i ko u RCC Gr a vi t y Da m U Yu e ( J i a l i n g Ri v e r T i n g z i k o u Wa t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o p o we r De v e l o p me n t Co ， L t d ， C a n g x i 6 2 8 4 0 0 ， S i c h u a n ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Du e t o l a r g e v o l u me ，c o mp l e x s t r u c t u r e a n d c u mb e r s o me c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n p r o c e s s o f RC C g r a v i t y d a m,t h e t e mp e r a t u r e s t r e s s e x c e e d i n g t h e t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e o f t e n l e a d s t o c r a c k i n g o f d a m I n t h e c o n c r e t e p l a c e me n t s o f No 3 6 ， 3 7 a n d 3 8 m o n o l i t h o f T i n g z i k o u Wa t e r C o n t r o l P r o j e c t , t h e t e mp e r a t u r e s t r e s s e s a r e r e s t ri c t e d b y c o n t r o l l i n g c o n c r e t e t e mp e r a t u r e ， r e a s o na bl e wa t e r c o o l i n g a n d a pp r o p ria t e c u rin g a n d i ns u l a t i o n The t e mpe r a t u r e s t r e s s d i s t ribu t i o n i s a l s o mo n i t o r e d by bu rie d t he r mo me t e r s ，a nd s o me t e mpe r a t u r e c o nt r o l me as u r e s a r e a l s o op t i mi z e d ba s e d o n mo n i t o ring d a t a Th e s e me a s u r e s e ns ur e t h e s mo o t h c o n s t ruc t i o n o f T i n g z i k o u P r o j e c t Ke y W o r d s ： r o l l e r c o mp a c t e d c o n c r e t e g r a v i t y d a m； c o n c r e t e t e mp e r a t u r e s t r e s s ； t e mp e r a t u r e c o n t r o l me a s u r e ； Ti n g z i k o u W a t e r C o n t r o l P r o j e c t 中图分类号 ： T V 6 4 2 2 ( 2 7 1 ) 文献标识码 ： B 文章编号 ： 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 4 ) 0 9 0 0 2 6 0 3 1 概况 1 1 工程概 况 亭 子 口 水 利 枢 纽 由 大 坝 、 泄 洪 建 筑 物 、 电 站 、 通航 建 筑 物及 灌 溉 渠 首等 组 成 。大坝 为 混凝 土 重 力 坝 ， 坝 轴 线 总 长 9 9 5 4 1T I ， 坝 顶 高 程 4 6 5 0 I T I ， 最 大 坝 高 1 1 6 i n。枢 纽 布 置方 式 为 河 床 中 间布 置 8个 表 孔 、5个 底 孔 及 消 能 建 筑 物 ，底 孔( 兼 作 排 砂 孔 ) 布 置 在 表 孔 左 侧 ，河 床左 侧 布 置 坝 后 式 电站 厂 房 ， 河 床 右 侧 布 置 垂 直 升 船 机 ，两 岸 布 置 非 溢 流 坝 段 。 其 中 右 岸 前 期 工 程 是 由 3 6号 、3 8号 大 坝 坝 段 和 3 7 号 升 船 机 部 分 组 成 。 1 2坝 区气候 条件 亭 子 口水 电站 坝址 位 于 亚热 带 湿 润性 季 风 气 候 热量 丰 富 ，雨 水 充 沛 。无 霜 期长 ，气候 温 和 ，四 季 分 明 ，有“ 高 山寒未 尽 ，谷底 春 意浓 ” 的气候 特征 。 多 年 平 均 气 温 1 6 9 ，一 月 平 均 气 温 6 c c。 七 月 平 均 气 温 2 7 o C，极 端 最 低 气 温 一 4 6 o C， 最 高 气 温 3 9 3 ，昼 夜 温差 3 7 ，全 年无 霜期 2 8 8 d。多年 平 均 降 雨 量 1 1 O 0 mm 以 上 1 3碾压 混凝 土特性 亭 子 口碾 压 重 力 坝 选 用 灰 岩 人 工 砂 、玄 武 岩 人 工 粗 骨料 ，胶 凝 材 料 为 I级 粉 煤灰 。 由于碾 压 混 凝 土 坝是 大 体 积混 凝 土 结构 混 凝 土在 浇 筑后 固结 硬 收 稿 日期 ：2 0 1 4 0 7 1 5 作者简介 ：李悦 ( 1 9 8 5 一 ) ，女 ，吉林 长春人 ，从事水 电厂水工 监测工作 7l 一 _ T L =， J = ， 一 I ， l I ，I。 丁 J u J J 口, 2 1 I 1 l l l _ LJ 。 。 =J I I R-T-日 I 出 化 过 程 中 ，由 于水 泥 的水 化作 用 在 最 初 几 天 产生 大 量 的 水 热 化 ， 因 混 凝 土 的 导 热 性 能 比 较 差 从 而 导 致 混 凝 土 温 度 升 高 ，体 积 升 高 体 积 膨 胀 。 一 般 来 说 ， 水 利 r程 中混 凝 土绝 热 温 升 可 达 1 0 4 0 即使 考 虑 表 面 散 热 ，混 凝 土 的 内 部最 高 温 度 仍 比浇 筑 时 高 出 7 3 5。 当混 凝 土 内部 温度 达 到最 高 温度 后 ，随 着 时 间 的推 移 ，温度 逐 渐 下 降 ，如 果 此 时 在混 凝 土 施 工 期 内部 温 度控 制不 到位 ，特别 是结 构 突 变部 位 基 础 或 孑 L口等 强 约束 区域 ，混凝 土 开 裂 风 险 大应 力 集 中 还 会使 混凝 土 进 一 步 发 展 ，形 成 危 害 性 裂 缝 ， 影 响 大坝 整体 结构 安全 。 2 碾压混凝土重力坝温度应力分布特点 随 着 混 凝 土 弹 性 模 量 随 着 龄 期 而 变 化 碾 压 混 凝 土 电力 坝 中 温 度 应 力 可 以 分 为 3个 阶 段 ： ( 1 ) 早 期 应 力 。 自浇 筑 混 凝 土 开 始 到 混 凝 土 放 热 结 束 大 约 有 3 0 6 0 d， 这 个 阶 段 主 要 特 点 是 水 泥 水 化作 用 大量 放 出水化 热 ，引起 温 度场 的急 剧变 化 。 ( 2 ) 中 期 应 力 。 在 这 个 阶 段 的 过 程 中 混 凝 土 的 水 化放 热 已经 基 本结 束 ，这 个 时候 混 凝 土 的温度 变 化 时 由外 界 自然 环境 的变 化 温 度 引起 的 这 些应 力 与 早 期 的 应 力 相 叠 加 ，但 是 变 幅 较 小 。 ( 3)晚 期 应 力 。 混 凝 土 完 全 冷 却 后 的 运 行 期 ， 温 度 应 力 主 要 是 由 于 外 界 气 温 和 水 温 的 变 化 引 起 的 ， 这 些 应 力 与 早 期 和 中期 的残 余 应力 相 叠 加 产 生 形成 了 混 凝 土 的 晚 期 应 力 。 3 主要温度控制措施 3 1 前期 工 程温 度监 测措 施 嘉 陵 江亭 子 口右 岸前 期 工 程 在 施 工 过 程 中主要 埋 设 了 应 变 计 组 和 温 度 计 用 来 监 测 混 凝 土 的 应 力 应 变 和温 度应 力 ，其 中温度 应力 监 测在 3 6号 大坝 坝段 埋 设 温 度 计 3 3支 3 7号 升 船 机 坝 段 埋 设 温 度 计 1 O 支 ，3 8号 大 坝 坝 段 埋 设 温 度 计 1 2支 。 图 1为 3 6号 坝 段 中线 3 7 8 m 高 程从 埋 设 初 期 到 运行 期 的温 度 变 化 曲 线 。 - T 0 1 DB3 6+TO 2 DB 3 6-* - T 0 3 DB3 6 - - -T 0 4 DB3 6 - 一T 0 5 DB3 6 观测时问 图 1 右岸前期工程 3 6号坝段中线 3 7 8 m 高程温度计变化过程线 从 图 1可 以看 出 坝 体 温 度 变 化 基 本 符 合 混 凝 土 温 度 变 化 的 j 个 阶 段 。 因 此 在 混 凝 土 浇 筑 的 过 程 中 需 要 根 据 温 度 应 力 变 化 进 行 严 格 的 施 工 控 制 。 碾 压 混 凝 土 重 力 坝 的 温 度 控 制 措 施 可 以 从 多 个 方 面 人 手 ：从 大 坝 材 料 方 面 考 虑 ，可 以采 用 低 热 水 泥 ， 优 选 混 凝 土 的 骨 料 ， 在 满 足 强 度 指 标 下 尽 量 减 少 胶 凝 材 料 的 的 用 量 也 可 以 通 过 掺 加 外 加 剂 来 调 节 控 制 混 凝 土 的温 度 ：从 设 计 方 面 考 虑 ，可 以 优 化 大 坝 的 结 构 ，改 善 坝 体 的 约 束 条 件 ，进 行 合 理 的分 缝 分 块 ，合 理 的 设 置 诱 导 缝 等 ：从 施 工 方 面 考 虑 ，可 以优 化 施 工 顺 序 选 择 合 理 的 浇 筑 时 间 ， 辅 以 适 当 的 温 度 控 制 措 施 ， 优 化 施 工 工 艺 ， 加 强 混 凝 土 的 养 护 。 3 _ 2混凝 土温控 措 施 从 时 间上 可按 照表 1所 列 的温 度 对混 凝 土浇 筑 过 程 进 行 温 度 控 制 。 表 1 混凝土生产及 浇筑过 程的混凝土温度控制过程 采 用 冷 却 通 水 方 式 对 已 浇 筑 混 凝 土 的 内 部 温 度 进 行 过 程 控 制 。冷 却 水 管 的 布 置 形 式 、通 水 水 温 、 通 水 规 划 等 均 需 根 据 现 场 的 实 际 情 况 进 行 分 析 确 定 。亭 子 口水 利 枢 纽 右 岸 前 期 工 程 主要 在 3 6 号 坝 段 前 部 马 道 设 置 冷 水 站 ， 在 浇 筑 层 呈 蛇 形 管 圈 向外 延 伸 铺 设 冷 却 水 管 。碾 压 混 凝 土 重 力 坝 中 冷 却 水 管 的铅 直 间 距( 即 层 距 ) 一 般 等 于 一 个 升 程 厚 度 ，一 个 升 程 由 4 1 0个 浇 筑 薄 层 组 成 ，层 面 上 水 平 间 距 通 常 为 1 0 3 0 m。 同 时水 管 内 的流 量 应 该 足 够 大 ，以 便 达 到 更 好 的冷 却 效 果 。通 水 时 间 通 常 分 为 一 期 冷 却 和 二 期 冷 却 。一 期 冷 却 是 在 混 凝 土 刚 刚 浇 筑 完 成 时 ， 甚 至 是 正 在 浇 筑 时 就 开 始 进 行 ， 以 削 弱 水 热 化 升 温 。 二 期 冷 却 是 在 接 缝 灌 浆 前 进 行 的 ， 主要 目 的是 把 混 凝 土 温 度 降 低 到 坝 体 稳 定 温 度 。 同 时 为 了 减 小 混 凝 土 开 裂 风 险 ， 也 可 以 进 行 三 期 冷 却 ， 混 凝 土 在 进 入 冬 季 前 ， 在 一 冷 结 束 后 采 取 小 流 量 通 水 慢 速 降 温 至 1 8 ，以 减 少 冬 季 混凝 土 内外 温 差 。 3 3混凝土 养 护 施 工 过 程 中 ， 碾 压 混 凝 土 的 仓 面 应 保 持 湿 润 。 在 施 工 间 歇 期 间 。碾 压 混 凝 土 终 凝 后 即 应 开 始 洒 水 养 护 。 对 水 平 施 工 缝 和 冷 缝 ，洒 水 养 护 应 持 续 至 上 一 层 碾压 混 凝 土 开始 铺 筑 为 止 ：对 永 久暴 露 面 ，养 护 时 间不 宜 少 于 2 8 d ： 台阶状 表 面 的棱 角 应 加 强养 护 。有温 控 要 求 的碾 压混 凝 土 ，应 根 据温 控 设计 采 e r P o w e r V o 1 4 0 N o 9 团 取 相 应 的 防 护 措 施 ，低 温 季 节 和 寒 潮 易 发 期 ， 应 有 专 门 防 护 措 施 。 3 4混凝 土保温 碾 压 混 凝 土 的 内 部 降 温 速 度 非 常 慢 ，需 要 经 过 非 常漫 长 的 时 间才 能达 到一 定 的稳 定 温 度 。而 坝 体 上 下 游 面 的 温 度 受 到 外 部 自热 环 境 的 影 响 从 而 产 生 较 大 的 变 化 ，特 别 是 在 冬 季 的 时 候 容 易 产 生 应 力 集 中情 况 ，特 别容 易 出现 表 面 的裂缝 ，为 了应 对 这 种 情 况 的 发 生 最 有 效 的 措 施 是 在 上 下 游 表 面 采 用 硬 泡 沫 塑料 板 保 温 。具 体 实施 方 法 是将 硬 泡 沫 塑料 板 附 着 在 大 坝 混 凝 土 表 面 ， 这 样 能 够 有 效 的 保 温 。 同 时 防 止 早 期 表 面 裂 缝 的 出 现 。 4 前期工程坝体温控管理 坝 体温 度 控 制 管理 由工 程管 理 部 门安 全 监 测 中 心 牵头 ，由各参 建 单 位 的相 关 专业 组 成 的温控 工 作 协 调小 组 ，针 对监 测 仪 器反 馈 的温度 数 据 问题 来 召 开 专 门的温控 专题 会 ，提 出现场 具体 温控 措施 方 案 ， 检 查 方 案 的 落 实 情 况 ，协 调 与 其 他 专 业 的 干 扰 问 题 。 同 时 由 大 坝 安 全 监 测 专 业 人 员 在 埋 设 有 监 测 仪 器 的 部 位 每 天 在 固 定 的 时 间 段 进 行 混 凝 土 温 度 的 数 据 采 集 T作 同时 以 简报 、周 报 的形 式上 报 混 凝 土 的温 度 情 况来确 定 温控工 作 是否落 实 到位 。 5 结论 碾 压 混 凝 土 重 力 坝 的 温 度 裂 缝 是 由 温 度 应 力 过 ( 上 接 第 1 6页 ) 枢 纽 工 程 建 设 环 境 保 护 工 作“ 三 同 时 ”制 度 的 有效 实 施 。 这些 细 则 实施 以来 ，促 使 各 参 建单 位 环 境保 护 管 理体 系健 全 ：环 境 保 护管 理 规 章 制 度 、 应 急 预 案 等 完 善 ； 环 境 保 护 设 施 运 行 正 常 ；环 境保 护措 施 运用 得 当 ；环境 保 护 投 资得 到 保 障 ；生 态 环 境 监 测 的绝 大 部 分 指 标 稳 定 达 标 ，未 发 生爆 发 传 染 性疾 病 ：未 发生 环 境 污染 事 故 ，达 到 工 程建 设 环 境 保 护 目标 ；还促 进 了该 项 民生 工程 提 前 下 闸蓄 水 和机 组 发 电 ，提早 发挥 了生 态环 境效 益 。 4 结语 监 理 实 施 细 则 是 监 理 工 作 的 指 导 性 文 件 ， 它 反 映 了监 理 单 位对 项 目控 制 的理 解 能力 、程序 控 制 技 术 水 平 。 环 境 保 护 监 理 实 施 细 则 中 对 工 程 施 工 活 动 中的环 境 污 染 与环 境保 护之 间的矛 盾 问题 、环 境 保 护 重点 、污 染 防治 难 点 都有 对 矛盾 特 性 的具 体 分 析 和 预 防 与 应 急 处 理 措 施 。 这 对 业 主 、 监 理 、监 测 和 困 e r P o e r V o z 4 D N o 9 大 引起 的 同时 在施 工 的 过程 中需 要精 心 设计 、合 理施 工 、科 学 化 的养 护 ，这样 才 能 保证 质 量 ，减 少 甚 至避 免裂 缝 的产 生 。本 文介 绍 了亭 子 口水 利 枢纽 前 期 工 程 施 工 的 温 控 管 理 通 过 在 各 个 高 程 部 位 埋 设 温 度 计 ，获 取 监 测 数 据 来 确 定 现 场 的 温 度 应 力 情 况 ，进 而 针 对 混 凝 土 温 控 监 测 数 据 中 出 现 的 问 题 进 行 专 题 研 究 提 出 合 理 的 温 控 优 化 方 案 这 样 有 效 保 障 了工程 的顺 利施 工 。 参考文献 ： 1 邵乃辰 水 电_r = 程安全监测技术文集 M 北京 ： 中国水利水 电 版社 2 0 0 9 2 朱伯芳 大体积混凝土应力与温度控制 M 北京 ： 中 同水利水电 出版社 1 9 9 1 3 周柏林 ，左建明 江垭碾压混凝土坝温度控制设计_ J _ 水力发电 ， 2 0 0 1 ， 2 1 ( 1 0 ) ： 4 5 4 7 4 邵乃辰 水 电 一 程安全监测技术文集 M 北京 ： 中 国水利水 电出 版 社 2 0 0 9 5 刘俊 峰 ， 李春敏 ，傅洪生 岩土工程安全监测手册 M 北京 ：中 国水利水电出版社 2 0 1 3 6 王德厚 大坝安全监测与监控 M 北京 ：中国水利水 电出版社 ， 2 0 0 4 7 周小军 ，张小春 ， 范承存 亭子 口水利枢纽纵 向围堰碾压混凝土 温度控制 J _ 水力发电 ， 2 0 0 9 ，3 5 ( 1 0 ) ： 4 5 4 7 8 杨 凡 ， 林 山 ， 沈利军 ，等 龙 口水利枢 纽T程混凝 土浇筑温度控 制 J j 水力发 电， 2 0 0 9 ，3 5 ( 1 0 ) ： 7 0 7 2 ( 责 任编 辑王 琪 ) 承 包 人 都 有 良好 的 指 导 、协 调 和 预 防 预 警 作 用 。 工 程 建 设 期 间 ，环 保 监 理 部 还 需 根 据 建 设 变 更 过 程 适 时 修订 监 理 实施 细 则 ，以充 分体 现 环 境保 护 监 理 T 作 的 规 范 性 、原 则 性 ，及 其 动 态 性 、渐 进 性 。 实 践 表 明 ，监 理 实 施 细 则 应 有 针 对 性 、切 合 实 际 的 可 行 性 ，要求 专业 性一定 要 突 出。 参考文献 ： 1 潘小 飞 影响水 电工程环 境监理T作质量 的因素及改进措施 _ J 1 水力发电 ， 2 0 1 2 ， 3 8 ( 1 2 ) ： 6 7 6 9 2 中国水 电工程顾 问集 团公 司 水 电水利 一 r ： 程 环境监理工 作指南 M 北京 ：中国水 利水电出版社 ， 2 0 1 1 3 汤优敏 ，王蕾 ， 蒋波 ，等 江边水电站环境保护措施l J 水力发 电 ， 2 0 1 2 ，3 8 ( 6 ) ： 5 - 7 4 黄 志斌 真抓实干 ，让水电开发与环保水保 同行 J 水力发 电， 2 0 1 2 ， 3 8 ( 1 1 ) ：8 - 1 0 ( 责任编 辑 陈 萍 )