锦屏一级水电站拱坝混凝土施工期抗裂性能分析及评价.pdf

水利水电技术第4 4卷2 0 1 3年第 1 0期 锦屏 一级水 电站拱 坝混凝土施工期抗裂 性 能分 析及 评价 唐天 国 ，谢新生 ，段绍辉 ，陈春华 ( 1 四川大学 建筑与环境学院，四川 成都 6 1 0 0 6 5 ；2 四川大学 水电学院，四川 成都 6 1 0 0 6 5 ； 3 二滩水电开发有限责任公司，四川 成都6 1 0 0 5 1 ； 4 中国十九冶成都设备工程分公司，四川 成都6 1 0 3 0 0 ) 摘要 ：结合锦屏一级水 电站拱坝混凝土施工期的全级配、湿筛试件所测试的各项试验 结果，分析 了 坝体 A区、B区、C区混凝土的抗裂性能。指 出：因不 同评价指标的物理意义不同，各个指标之 间评 价结果 亦不同。结论认 为：采用综合指标开展评价，能较好地体现混凝土的实际抗裂性能，对于施工 期防裂分析具指导意义。 关键词 ：抗裂能力；评价指标 ；全级配试验；湿筛试验 ；拱坝；锦屏一级水电站 中图分 类号 ：T V 4 3 1 ( 2 7 1 ) 文献标 识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 3 ) 1 0 0 0 7 0 0 3 Ana l ys i s a nd e v a l ua t i o n o f c o n c r e t e c r a c k i ng - r e s i s t a nc e d ur i ng c o n s t r uc t i o n o f a r c h da m f o r J i n p i n g I Hy d r o p o we r S tat i o n TANG Ti a n g uo ，XI E Xi n s h e n g 。DUAN S h a o h ui ，CHEN Ch un h u a ( 1 S c h o o l o f A r c h i t e c t u r e a n d E n v i r o n m e n t ， S i c h u a n U n i v e r s i t y ， C h e n g d u 6 1 0 0 6 5 ，S i c h u a n ， C h i n a ； 2 S c h o o l o f Hy d r a u l i c a n d W a t e r P o we r ，S i c h u a n Un i v e r s i t y ，Ch e n g d u 6 1 0 0 6 5，S i c h u a n，C h i n a ； 3 E r t a n Hy d r o p o w e r De v e l o p me n t C o mp a n y ，L t d ， C h e n g d u 6 1 0 0 5 1 ，S i c h u a n，C h i n a； 4 C h e n g d u F a c i l i t i e s E n g i n e e r i n g B r a n c h o f C h i n a 1 9 t h M e t a l l u r g i c al C o r p o r a t i o n ，C h e n g d u 6 1 0 3 0 0 ， S i c h u a n ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n a c c o r d a n c e w i t h a U t h e t e s t i n g r e s u l t s f r o m t h e c o n c r e t e s p e c i me n s o f t h e f u l l g r a d e d a n d we t s c r e e n e d t e s t s ma d e d u ri n g t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e a r c h d a m f o r J i n p i n g I Hy d r o p o we r S t a t i o n，t h e c o n c r e t e c r a c k i n g r e s i s t a n c e s o f t h e z o n e A ( C l 8 0 4 0 ) ， z o n e B ( C l 8 0 3 5 ) ， z o n e C ( C 3 0 )t h e r e i n a r e a n a l y z e d ，a n d t h e n i t i s p o i n t e d o u t t h a t a s t h e p h y s i c a l me a n i n g s a y e d i f f e r e n t for v a r i o u s e v a l u a t i o n i n d e x e s ，t h e e v a l u a t i o n r e s u l t s a mo n g a l l t h e e v alu a t i o n i n d e x e s a r e als o d i f f e r e n t T h e r e f o r e ，i t i s c o n c l u d e d t h a t t h e a p p l i c a t i o n o f t h e c o mp r e h e n s i v e i n d e x t o t h e e v alu a t i o n c a n g i v e o u t t h e a c t u al c r a c k i n g -r e s i s t a n c e o f t h e c o n - c r e t e p r e f e r a bl y；wh i c h ha s a g ui d i n g s i g n i f i c a nc e for t h e a n aly s i s ma de o n t h e c r a c k i n g - r e s i s t a nc e d urin g t h e c o ns t ru c t i o n Ke y wo r d s ：c r a c k i n g - r e s i s t a n c e；e v alu a t i o n i n d e x；f u l l - g r a d e d t e s t ；w e t s c r e e n e d t e s t ；a r c h d a m； J i n p i n g I Hy d r o p o w e r S t a t i o n 1 引言 高坝大体积混凝土受 自 身和周围环境的影响，易 开裂。迄今 ，混凝土抗裂性 的评价指标 已提 出多种 ， 单一化指标如极 限拉伸 、拉 压 比、抗裂 度及热强 比 等 ；综 合 化 指标 如 抗 裂安 全 系 数 、抗裂 能 力 指数 等 】 J 。锦屏一级水电站枢纽建筑物主要为高 3 0 5 m 的混凝土双曲拱坝 ，大坝混凝土分 A、B、C区，设 计强度等级分别为 c 。 4 0 、C 。 。 3 5 、C 3 0，其施工期 抗裂性能和耐久性 是务必首先考虑 的问题 。基于此 ， 本文拟结合锦屏一级水 电站拱坝混凝土施工期各项试 验成果 ，开展其抗裂性能及评价的相关研究工作 。 2 影响高坝混凝土抗裂的因素 自锦屏拱坝开工 ，混凝 土测试数据分别取 自A区 收稿 日期 ：2 0 1 2 1 2 - 1 0 作者简 介：唐天 国，男 ，四川资 中人 ，副教授 。 Wa te rRe s o u r c e s a n d Hy d r o p o we rEn gin e e r i n g Vo 1 4 4 No 1 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( 2 0 0 91 02 0 1 10 8 ) 、B区 ( 2 0 1 00 32 0 1 1 0 8 ) 、C区( 2 O O 81 2 2 0 1 1 0 5 ) 进行分析。 2 1 拱坝混凝土的极限拉伸试验 根据锦屏拱坝施工现场各参建单位测试数据结果 统计 ，见表 1 。 表 1 大坝 混凝土极限拉伸值试验结 果 强度 水胶 全级配极限拉伸值 l O 湿筛极限拉伸值 1 0 等级 比 2 8 d 9 0 d 1 8 0 d 2 8 d 9 0 d l 8 0 d C1 8 0 4 0 O 3 9 6 5 6 9 7 0 1 0 5 1 2 O 1 2 5 C1 8 o 3 5 0 4 3 6 0 6 5 6 8 1 0 o 1 1 4 l 1 6 C1 8 0 3 0 0 4 7 5 8 6 3 6 5 9 6 1 1 O 1 1 2 2 2拱坝混凝土的徐变试验 根据锦屏拱坝现场徐变测试 ，大坝混凝土的徐变 变形与龄期 、持荷时间长短有关 ，结果见表 2 。 混凝土徐变试验弹模拟合公式表达式为 E( t )=a1 0“( 1 一e ) 式中，t 为龄期 ( d ) ；a、b 、C 为公式系数 ，见表 3 。 可见 ，大坝混凝土全级配试验的徐变变形值为湿 筛试验测试值 的 8 0 左右。 2 3拱坝混凝土的自生体积变形试验 大坝混凝土 自生体积变形试验结果见表 4 。表明 自生体积变形 收缩量较大 ，最大为 一 2 9 81 0。 2 4拱坝混凝土的绝热温升试验 锦屏拱坝混凝 土施工期绝热温升试 验 ，见 图 1 ， 试验成果如表 5所列 。 3 拱坝混凝土抗裂指标分析 选用 以下 2个综合性抗裂性能指数 进行锦屏拱 坝混凝土抗裂性能评价。 ( 1 ) 抗裂指数 ：K = f L E A T 。 ( 2 ) 混凝土 综合抗 裂性 能指 数 ： = ( 1 E+ C ) ( 一 ) 。式 中， 为 混 凝 土 抗 拉 强 度 ( MP a ) ；E为弹性模量( MP a ) ；C为徐 变变形 ( 1 0 MP a ) ； 为热膨胀 系数( 1 0 I 6 c I = ) ； 。 为 自生体积变 唐天国， 等锦屏一级水电站拱坝混凝土施工期抗裂性能分析及评价 表 2 大坝混凝土的徐变试 验结果 龄期 徐变试验结果 1 0 I MP a 编号 d 0 d 3 d 7 d 1 4 d 2 8 d 4 5 d 9 O d l 8 0 d 3 6 0 d 7 0 l 9 6 2 4 3 2 8 8 3 3 6 3 7 0 4 2 0 4 6 7 5 0 9 A区 j Q1 2 8 0 1 2 7 1 5 9 1 9 0 2 3 0 2 4 6 2 7 8 3 0 9 3 4 3 湿筛 9 O 0 9 2 1 1 2 1 3 O 1 5 0 1 6 4 l 8 6 2 0 8 2 2 9 l 8 O 0 7 5 8 9 1 O 4 l 2 2 1 3 5 1 5 3 1 7 2 1 8 8 7 0 2 3 5 2 9 3 3 4 6 4 0 3 4 4 4 5 O 4 5 6 1 61 2 B区 j Q 2 2 8 0 1 5 O 1 9 5 2 3 2 2 6 4 2 8 8 3 2 5 3 6 1 4 0 1 湿筛 9 O 0 l O O 1 3 4 1 5 6 l 8 0 1 9 8 2 2 4 2 5 O 2 7 6 1 8 O 0 8 4 9 9 1 1 6 l 3 6 1 5 1 l 7 1 1 9 1 21 O 7 0 2 7 3 3 2 3 9 3 4 5 8 5 O 4 5 7 2 6 3 7 6 9 5 C区 j Q 3 2 8 O 1 7 2 2 5 2 8 3 3 1 5 3 3 7 3 8 1 4 2 3 4 7 0 湿筛 9 O O 1 2 1 5 7 1 8 3 2 1 2 2 3 2 2 6 3 2 9 4 3 2 3 l 8 O O 9 l 1 2 1 3 1 l 5 3 1 7 O l 9 3 2 1 6 2 3 7 7 O l 9 7 2 2 5 2 6 7 3 O 9 3 3 6 3 7 O 3 9 4 4 0 9 A区 j Q1 2 8 O 1 2 4 l 5 O 1 7 3 l 9 7 2 1 4 2 3 8 2 6 1 2 8 0 全级配 9 0 O 8 5 l O 1 1 1 6 1 3 1 1 4 2 l 5 7 1 7 3 1 8 7 1 8 O O 7 1 8 4 9 6 1 0 9 1 1 7 1 3 0 1 4 2 1 5 5 7 O 2 3 4 2 6 7 3 1 7 3 6 7 3 9 8 4 3 8 46 8 4 8 6 B区 j Q 2 2 8 O 1 3 8 1 6 7 1 9 3 2 2 1 2 3 9 2 6 6 2 9 1 3 1 3 全级配 9 O O 9 1 1 0 9 1 2 4 1 4 1 1 5 2 l 6 9 1 8 6 2 0 1 1 8 O O 7 4 8 8 1 0 0 l 1 3 1 2 2 l 3 5 1 4 9 1 6 1 7 O 2 5 7 2 9 4 3 4 9 4 0 4 4 3 9 4 8 3 5 1 6 5 3 5 C区 j Q 3 2 8 0 1 5 6 l 8 9 2 1 8 2 4 9 2 7 0 3 0 0 3 2 8 3 5 3 全级配 9 0 O 1 O 9 l 3 O 1 4 9 1 6 9 1 8 2 2 O 3 2 2 2 2 4 0 l 8 O O 8 2 9 7 1 1 1 1 2 6 1 3 5 l 5 O 1 6 5 1 7 9 表 3 徐变试验弹模拟合公 式系数 公式系数 编号 b A区 j Q1 湿筛 3 2 6 0 5 3 6 0 3 2 5 B区 j Q 2 湿筛 3 1 8 O 5 1 2 0 3 3 4 C区 j Q 3 湿筛 3 1 0 0 5 0 2 0 3 3 8 A区 j Q1 全级配 6 7 0 0 5 5 7 0 3 4 1 B区 j Q 2 全级 配 6 6 2 0 5 3 9 0 3 4 9 C区 j Q 3 全级配 6 5 3 0 5 2 1 0 3 5 4 形 膨胀为正 、收缩为负，( 1 0 ) ； 为绝热温升 表 4 大 坝混凝土 自生体积变形试验结果 自生体积变形试验值 l O 级配 强度等级 水胶 比 l d 3 d 7 d 1 4 d 2 1 d 2 8 d 4 5 d 6 0 d 7 5 d 9 0 d 1 2 0 d 1 5 0 d 1 8 0 d CI 8 0 4 0 O 3 9 O 6 1 8 2 1 3 5 21 2 21 7 2 6 O 2 0 6 21 8 2 O 5 1 7 4 1 4 9 1 5 6 全级 配 C 1 8 0 3 5 0 4 3 0 0 5 0 3 5 4 1 3 0 1 3 6 一 2 0 2 1 9 7 1 8 6 1 8 8 1 5 7 1 4 4 1 5 1 C 3 0 0 4 7 0 一O 6 2 9 5 5 1 O 5 8 5 1 5 2 1 6 9 1 5 6 1 5 6 1 O 5 9 3 9 7 C1 8 0 4 0 O 3 9 O 6 3 7 8 1 6 9 2 7 9 2 6 8 2 9 8 2 4 3 2 5 2 2 2 0 1 8 2 一l 2 5 一l 3 3 湿筛 C 3 5 0 4 3 O 3 7 6 8 7 3 1 4 0 1 6 5 2 1 2 2 O 8 2 O 6 2 O 8 1 8 5 1 7 O 1 2 0 C1 8 0 3 O 0 4 7 0 5 9 3 9 4 2 1 2 6 1 3 3 1 9 5 1 7 8 1 7 1 一l 7 0 1 3 6 l 1 6 8 8 水利水电技术第 4 4卷2 0 1 3年第 1 0期 7 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 唐天国， 等锦屏一级水电站拱坝混凝土施工期抗裂性能分析及评价 表 6大坝混凝土抗 裂性 能评价 A区( C 1 s o 4 0 ) B区( C m3 5 ) C区( C m3 0 ) 项 目 粉煤灰宣威 I级( 3 5 ) 粉煤灰宣威 I级 ( 3 5 ) 粉煤灰宣威 I 级 ( 3 5 ) 7 d 2 8 d 9 0 d 1 8 0 d 7 d 2 8 d 9 0 d 1 8 0 d 7 d 2 8 d 9 0 d l 8 O d 抗压强度 MP a 2 1 0 3 3 0 3 9 8 4 5 8 l 6 7 2 8 6 3 5 4 4 0 4 1 3 7 2 4 4 3 1 4 3 5 7 弹模 G P a 2 2 6 2 9 6 3 3 0 3 6 O 2 O 4 2 6 8 3 1 6 3 4 0 l 8 6 2 4 2 2 7 5 3 1 0 抗拉强度 MP a 1 7 0 2 5 1 3 3 5 3 7 O 1 4 7 2 3 1 3 1 l 3 4 0 1 2 5 2 1 8 2 9 O 3 1 0 极限拉伸值 1 0 6 2 9 O 1 1 O l 2 ( 1 5 6 8 7 1 0 5 l 1 4 5 2 8 5 l 0 0 l 0 8 自生体积变形 1 0 l 4 4 2 7 一1 3 5 5 5 O 1 5 0 5 O 8 0 O 2 1 7 6 7 3 2 5 6 6 徐变 1 0一 MP a 3 4 3 1 7 9 1 0 5 7 8 3 6 9 2 O 1 1 O 7 8 0 4 0 0 2 1 8 l 1 7 8 4 热胀系数 1 0I 8 4 8 4 8 4 8 4 8 4 8 4 8 4 8 4 8 3 8 3 8 3 8 3 绝热温升 2 7 6 2 7 6 2 7 6 2 7 6 2 6 4 2 6 4 2 6 4 2 6 4 2 5 6 2 5 6 2 5 6 2 5 6 0 2 7 O 3 8 0 4 6 O 6 3 0 2 2 O 3 6 0 4 8 O 5 9 O 2 0 0 31 0 51 0 5 7 0 4 5 O 6 7 0 8 4 1 _ 3 2 O 5 3 0 7 4 0 9 4 1 1 8 O 4l 0 6 9 0 9 4 1 2 5 3 O 2 5 2 0 蟊 1 5 赐 1 0 5 O I 二 二二二二二二二 1 l 一 I 一 一 一 警 l +A区 一 - c u 区to I l l l j l I l l I l I l I l I I I I l I l I 。 8 1 5 2 2 龄期 d 图 1 大 坝混凝土绝热温升过程 曲线 而 ，各个工程宜根据不同实际情况 ，综合开展混凝土 抗裂能力 的评价研究。 参考文献 ： 1 2 3 4 表 5 大坝 混凝土绝热温升检测结果 5 强度等级 水胶 比 b 相关 系数 C1 8 0 4 0 0 3 7 2 5 8 0 2 9 1 0 9 8 8 0 9 5 6 C1 8 0 3 5 O 41 2 3 3 O 2 5 4 1 0 0 9 0 9 8 9 Cl 8 0 3 0 0 4 5 21 3 0 2 8 2 0 8 91 0 9 6 8 注：采用的公式， r， = ( 1 一e ) ； 为绝热温升值( o C) 为最终温升值( ) ；t 为龄期 ( d ) ；a 、b为试验系数。 ( o C) ；分析结果见表 6 。 4 结论 锦屏一级水电站拱坝施工 阶段各强度等级混凝土 湿筛试验所测试的 自生体积变形收缩量较大，最大达 到 一2 9 81 0，这对其抗裂性能影 响显著。另外 ， 全级配试件 1 2 0 d龄期 比湿筛试验测试 的 自生体积变 形收缩量略低，1 5 0 d 龄期后湿筛试验的收缩值低于 全级配试验结果 ，对抗裂性能会带来一定影响。本文 所采用 2个评价指数 、 在公 式上将各个单一 的 抗裂影响因素进行算术的加减，但实际工程混凝土抗 裂能力与各个 影响因素之 间往往 属非线性关 系。因 Z h u Bo f a n g S t r e s s l e v e l c o e f lq c i e n t a n d s a f e t y l e v e l c o e Hi c i e n t f o r a r c h d a ms J D a m E n g i n e e r in g ， 2 0 0 0 ，1 1 ( 3 ) ：1 3 3 1 4 2 唐天国 ， 段绍辉 ，段云岭 锦屏一 级拱坝混凝 土全级配及 湿筛 试验分析 J 人 民黄河 ， 2 0 1 2 ， 3 4 ( 1 ) ： 1 1 1 1 1 2 宋玉普 ，王怀亮 全级 配 大体 积混凝 土 的内时 损伤 本构模 型 J 水利学报 ， 2 0 0 6 ， 3 7 ( 7 ) ： 7 6 9 7 7 7 S o n g Yu - p u，Z h a o Gu o f a n F a i l u r e Cr i t e r i o n o f t h e Ma s s C o n c r e t e u n d e r C o m b i n e d C o m p r e s s i o n T e n s i o n S t r e s s S t a t e s C I n ：P r o c e e d i n g s o f 6t h I n t e rn a t i o n a l Of f s h o r e a n d P o l a r En g i n e e r i n g Co n f e r - e n e e，L o s An g e l e s ，US A，1 9 9 6：2 2 9 - 3 0 3 李光伟 混凝土抗 裂性指 标及 人工 骨料混 凝 土抗裂 能力 评价 J 四川水力发电 ，2 0 0 0，1 9 ( 2 ) ： 6 7 6 9 ( 责任编辑欧阳越 ) 水利水电技术第 4 4卷2 0 1 3年第 1 O期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m