三灣泄洪閘混凝土施工溫度監測及溫控評價

鄒世奎，沈 慧，潘 琳

（1.丹東市三灣水利樞紐及輸水工程建設管理局，遼寧丹東118000；2.國網電力科學研究院/南京南瑞集團公司，江蘇南京211106）

0 引言

水閘的閘墩及底板屬于薄壁結構，寒冷地區巖基上修建的水閘極易產生裂縫。三灣水利樞紐工程地處北方嚴寒地區，施工期閘墩混凝土發生裂縫，部分裂縫貫穿整個閘墩。閘墩布置有大量溫度計以及可兼測溫度的應變計組，測值連續、可靠，為了解閘墩混凝土施工期溫度狀態提供了重要依據，也為研究裂縫成因提供了線索。從監測資料入手，詳細分析了泄洪閘墩施工期各部位的溫度變化過程及變化特點，并與設計溫控指標進行了對比。監測資料表明，施工期溫度升降劇烈，對閘墩混凝土應力造成不利影響，易產生裂縫。北方嚴寒地區夏季混凝土施工應采取必要的溫控措施。

1 工程概況

三灣水利樞紐是以供水為主、兼顧發電的大Ⅱ型工程。其中大壩由擋水壩段、電站壩段、泄洪閘壩段、取水壩段及魚道壩段組成，為閘壩結合的重力壩。壩長545.37 m，最大壩高28.02 m，大壩級別為二級。正常蓄水位為20.5 m，死水位為15.6 m，汛期限制水位為20.5 m，設計洪水位和校核洪水位分別為23.38 m和26.89 m。

三灣工程地處北方寒冷地區，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。根據鳳城氣象站多年（1960～2000年）氣象資料統計，該地區多年平均氣溫8.1℃。夏季7、8月份多年平均氣溫23.3℃，曾經觀測到的極端最高氣溫為37.3℃；冬季1月份多年平均氣溫-10.3℃，曾經觀測到的極端最低氣溫為-32.4℃[1]。

2011年10月，三灣泄水閘左右岸工程均發現由底部向上延伸的豎向混凝土裂縫，且有部分裂縫已貫穿整個閘墩。根據遼寧省水科院的檢測結果，抽檢的8個閘墩共存在19條裂縫，縫寬0.19～1.00 mm。

2 溫度監測布置

三灣大壩共設置了3個溫度監測斷面，1個在左岸門庫壩段，2個在泄洪閘壩段，樁號分別為0+051.50（3號壩段）、0+204.870（12號閘墩）、0+353.67（20號閘墩），各處溫度計進行庫水溫、壩體表面溫度、壩體溫度及壩基溫度的觀測。除溫度計外，埋設于閘墩的4組應變計組也可兼測溫度。閘墩測點位置示意圖見圖1。

圖1 閘墩測點位置示意圖Fig.1 Distribution of the monitoring points in gate pier

3 泄洪閘設計溫控標準[2-3]

3.1 基礎溫差

基礎溫差是指建基面0.4L（L為澆筑塊長邊尺寸）高度范圍內的基礎約束區內混凝土的最高溫度和該部位穩定溫度之差。根據設計指標，該工程樞紐不同部位的基礎約束區混凝土允許溫差及最高允許溫度見表1和表2。

3.2 上下層溫差

上、下層溫差是指老混凝土面（混凝土齡期超過28 d）上下各1/4塊長范圍內，上層新澆混凝土的最高平均溫度與開始澆筑混凝土時下層老混凝土的平均溫度之差。根據設計指標，三灣混凝土澆筑上、下層溫差不得大于17℃。

4 施工期溫度監測及成果分析

如果只有溫控指標，沒有必要的溫度監測手段，溫控效果就無從評價，也不利于分析發生裂縫的原因及進行施工反饋研究和施工管理。因此，應對混凝土施工全過程進行溫度測量，包括對已澆筑混凝土的內部溫度狀況進行監測。

三灣泄洪閘施工期采用人工溫度觀測。混凝土澆筑首日，每2 h測量一次混凝土溫度，2日后每4 h觀測一次，3日后逐漸減少至每日一次，溫度監測測次較密，尤其在埋設早期，基本捕捉到了泄洪閘混凝土溫度升降全過程。根據實測數據對泄洪閘12號閘墩各高程混凝土澆筑溫度進行了統計，詳見表3。典型溫度計過程線見圖2。圖3為根據實測數據繪制的溫度等值線，可直觀看到12號閘墩的溫度分布情況。繪圖選取了3個典型時刻，分別為澆筑后第一個最高溫度的時刻（2010年6月10日）；迄今為止經歷過的最低溫度的時刻（2012年1月5日）；以及當前溫度狀態（2012年6月22日）。

表1 基礎允許溫差Table 1 :Temperature difference allowed in base

表2 混凝土最高允許溫度Table 2 :Highest permissible temperature of concrete

從閘墩混凝土溫度監測成果來看，三灣泄洪閘施工期溫度變化呈現以下特點：

（1）最高溫度高。12號閘墩施工期最高溫度高達59.2℃，20號閘墩更高達62℃（應變計測），均遠遠超過設計標準。

（2）溫度變幅大。12號閘墩溫度最大變幅67.4℃（應變計測），20號閘墩溫度最大變幅60.6℃。

（3）內部混凝土水化熱溫度升幅明顯大于表面混凝土，這是由于表面散熱條件較好。

（4）不同高程的閘墩混凝土溫度存在顯著差異，總體來看，高高程部位的混凝土溫度最高值與變幅均大于低高程部位，這與澆筑時間有很大關系。三灣閘墩混凝土多在4～6月份澆筑。工程所在地4月份平均氣溫9.1℃，但6月份平均氣溫達到20℃，6月份澆筑的混凝土入倉時溫度已經較高，在水化熱影響下，1～3 d內溫度陡升，幅度超過30℃，見圖2。4月澆筑的混凝土最高溫度則比6月份澆筑的明顯低很多。

表3 12號閘墩各高程溫度統計Table 3 :Statistic of temperature in gate pier No.12

圖2 12號閘墩20.25 m高程溫度實測過程線Fig.2 Measured temperature in gate pier No.12,on elevation of 20.25 m

（5）同層混凝土最大溫差約為13℃，上下層混凝土最大溫差約為16℃（按澆筑層厚度3 m估算）。

（6）約束區各高程澆筑時間稍早，溫度升降變化均比上部高程情況稍好，但仍超過設計溫控標準。

圖3 12號閘墩溫度等值線（單位：℃）Fig.3 Temperature contours in gate pier No.12

上述數據、圖表表明，泄洪閘多數部位混凝土溫度已超過設計溫控標準。泄洪閘混凝土夏季澆筑后水化熱升溫期正處于一年中最炎熱的時段，必造成溫度的陡升，水化熱消散后的持續降溫期又經歷冬季零下十幾度的嚴寒考驗，溫度升降變化劇烈，對混凝土應力十分不利，易產生裂縫。埋設于12號、20號閘墩的應變計組監測資料可證實，目前閘墩牛腿部位混凝土已出現不同程度的受拉現象，拉應力接近或已超過混凝土抗拉強度允許值。由此可見，在北方嚴寒地區夏季澆筑混凝土時須采取必要的溫控措施，以降低入倉溫度，及時消散水化熱，減小溫升溫降幅度，避免對應力產生不利影響。

5 結語

從溫度監測資料出發，分析了三灣泄洪閘閘墩施工期各部位溫度變化過程與變化特點。分析可知，多數部位監測到的混凝土溫度均已超過設計溫控標準，施工期發現的裂縫與之不無關系。監測資料反映，6、7月份澆筑混凝土后溫升很大，進入冬季后又持續降溫，這種大幅度的溫度升降變化對應力十分不利，易產生裂縫。由于三灣地處北方嚴寒地區，冬夏溫差大，在夏季澆筑混凝土尤其要采取有效的溫控措施，澆筑后應注意養護，以減少對應力的不利影響。

[1]中國水利水電科學研究院結構材料研究所,水利部水工程建設與安全重點實驗室,北京中水科海利工程技術有限公司.丹東三灣泄水閘底板及閘墩裂縫成因分析及對閘室安全的影響評價[R].

[2]董曉燕.三灣水利樞紐混凝土溫度控制與防裂措施[J].市政技術，2009，27（6）：651-655.

[3]SL319-2005，混凝土重力壩設計規范[S].北京：中國水利水電出版社，2005.