山口巖碾壓混凝土拱壩溫度控制設計

楊志華 謝衛生

（江西省水利規劃設計院 江西南昌 330029)

1 工程概況

山口巖水庫位于贛江支流袁水上游，壩址以上控制集雨面積為 230km2，水庫總庫容為1.05×108m3，是一座以防洪、供水為主，兼顧發電、灌溉等綜合效益的大（Ⅱ)型水庫。主要建筑物有大壩、溢流堰、放空洞、引水隧洞及發電廠房等。

大壩為碾壓混凝土拋物線雙曲拱壩，最大壩高99.1m，壩頂高程為247.6m，壩頂寬度5.0m，壩底最大寬度 30.0m，壩頂弧長 268.23m，壩體為全斷面碾壓混凝土。

2 基本資料

2.1 氣象資料

山口巖壩址區多年年平均氣溫為17.3℃，多年最高月平均氣溫 28.7℃(7月份)，多年最低月平均氣溫5.3℃(1月份)，6～8月份的月平均氣溫均高于25℃, 屬高溫季節，5月和9月份的月平均氣溫高于 22℃，屬次高溫季節。山口巖壩址區各月的多年平均氣溫見表1。

2.2 碾壓混凝土熱力學指標

大壩主體混凝土材料為 R90200三級配碾壓混凝土，其熱力學指標見表2。

表1 山口巖壩址區各月的多年平均氣溫

表2 碾壓混凝土熱力學指標

3 壩體混凝土溫度控制標準

根據大壩三維有限元溫度仿真計算，為保證壩體應力滿足規范要求，提出了山口巖碾壓混凝土拱壩各月份壩體混凝土溫度控制標準。

3.1 壩體混凝土允許峰值溫度

各月份壩體內部混凝土峰值溫度控制標準見表3。

3.2 壩體混凝土基礎溫差

基礎溫差是指基礎約束范圍以內混凝土最高溫度與該部位穩定溫度（或準穩定溫度)之差。基礎溫差標準為：強約束區（0～0.2L)≤16℃，一般約束區≤19℃。

3.3 壩體混凝土內外溫差

表3 各月份壩體內部混凝土峰值溫度控制標準 單位：℃

內外溫差指的是壩塊內外兩點的溫降之差。允許內外溫差控制標準為23.5℃。

3.4 壩體混凝土上下層溫差、封拱溫度

上、下層溫差指在老混凝土（齡期28d以上)面上下各0.25L范圍內，上層新澆混凝土最高平均溫度與新澆混凝土開始澆筑時下層老混凝土實際平均溫度之差。上、下層混凝土容許溫差控制標準為20℃。封拱溫度為17.3℃。

4 碾壓混凝土溫控措施

4.1 優化混凝土配合比

選用優質粉煤灰，摻高效緩凝減水劑，通過優化碾壓混凝土配合比，降低水泥用量，從而降低混凝土絕熱溫升。根據山口巖碾壓混凝土配合比優選及性能試驗成果，Ⅲ級配碾壓混凝土的極限拉伸值（90d)大于140×10-6，對提高混凝土的抗裂性能有利，但其絕熱溫升（90d)高達24℃，需采取一定的溫控措施來控制混凝土內部峰值溫度。

4.2 控制澆筑溫度

（1)水泥、粉煤灰等原材料提前組織進場，以降低其出廠溫度。

（2)骨料采用地壟取料，控制骨料堆高大于6m，骨料溫度不大于月平均氣溫。

（3)混凝土運輸、傳料設備采取遮陽防曬措施，盡量縮短其暴曬時間。

（4)高溫季節施工時，為了防止熱量倒灌，采取噴水霧等措施，形成混凝土澆筑倉面小氣候，降低倉面溫度。合理安排澆筑時段，將混凝土澆筑盡量安排在早晚和夜間施工。

（5)盡量安排澆筑塊尺寸較大、溫度控制較嚴部位的混凝土在低溫季節施工。

4.3 合理安排澆筑分層和層間間歇

碾壓混凝土每間歇層澆筑高度一般不小于3m，每一碾壓層厚度按300mm控制。碾壓混凝土層間施工時間控制在5～8h之內，并且碾壓混凝土從拌和樓出機口出來至混凝土在倉面碾壓完成，宜控制在 2h之內。碾壓混凝土間歇層間歇時間控制在 4d左右，最長不能超過 15d。除渡汛期間和高溫期停澆碾壓混凝土外，其他時間碾壓混凝土嚴禁長間歇。

4.4 壩體內預埋冷卻水管

（1)冷卻水管布置原則。碾壓混凝土壩體內部冷卻水管采用φ32mm聚丙烯塑料管（PPR)，管材的導熱系數宜為1.0W/（m·℃)，管壁厚度宜為 2～2.5mm。在倉面上冷卻水管呈“S”形布置，按1500mm（碾壓厚度)×1500mm（水管間距)布置，,單根水管長度不宜超過200m。

（2)初期通水冷卻。初期通水冷卻一般起削峰作用，消減混凝土內部的峰值溫度，使壩體內部混凝土峰值溫度不超過設計要求的允許值。壩體混凝土初期冷卻在混凝土碾壓完成后 12h內進行。

水管通水冷卻時管內水溫與管外混凝土溫度相差過大和冷卻速度過快會產生裂縫，初期通水時冷卻水管內水溫與壩體內部的混凝土溫度之差控制在 22℃之內。在通水冷卻時，壩體混凝土冷卻速率不應超過 1℃/d。每隔24h變換一次水流方向，通水流量為15～18L/min。

（3)中期通水冷卻。中期通水冷卻是削減壩體內外溫差，預防壩塊產生表面或深層裂縫的有效措施之一，也是在后期冷卻前進行澆筑塊的再降溫，降低后期冷卻容量。中期通水應根據施工進度和封拱灌漿時間而定，可安排在初期通水冷卻后立即進行，也可安排在后期冷卻前2個月進行。中期通水一般采用河水，通水歷時為2個月左右，以壩體混凝土溫度降至略高于年平均氣溫為準。

（4)后期通水冷卻。后期通水是使混凝土柱狀塊達到接縫灌漿溫度的必要措施，目的是將壩體溫度降至溫控標準中規定的封拱溫度。后期冷卻應在封拱前1個月開始，通水結束以壩體達到封拱溫度為準。后期冷卻一般采用河水冷卻。

4.5 低溫季節保溫措施

（1)壩面和倉面保溫。壩面保溫是為了有效防止氣溫驟降使壩體混凝土產生裂縫而采取的措施。如果氣溫驟降，壩體表層混凝土溫降梯度較大，易在混凝土表層先形成表層裂縫，后期極有可能發展延伸、逐步加大。當遇氣溫驟降（日平均氣溫 2～3d連續下降超過 6℃)時，所有新澆混凝土需要采取適當有效的表面保溫措施。表面保溫后的混凝土表面等效防熱系數β不大于2.43KJ/m2·h·℃。

（2)壩體孔洞和廊道保溫。考慮到壩體放空洞和廊道口等部位超冷現象和應力集中，控制混凝土最高溫度比一般的基礎約束塊低（約3～4℃)。因此，需加強上述部位的表面保溫措施。工程上一般將聚苯乙烯泡沫塑料板貼在模板內側進行保溫。盡量在孔洞過水之前經過中期冷卻，把混凝土溫度降到設計規定溫度，減少過水時的混凝土內外溫差。

（3)控制混凝土拆模時間。大體積混凝土拆模時間除滿足混凝土拆模時需要的強度要求外，還需滿足溫度控制要求。在氣溫驟降時和寒冷氣溫條件下不能拆模。當遇寒潮天氣或氣溫低于零攝氏度時適當延長拆模時間約 2d，并應盡量安排在白天氣溫較高時段進行拆模。

4.6 下閘蓄水溫度

下閘蓄水時水溫過低會對壩體上游表面混凝土產生冷擊，使壩體上游面產生表面裂縫。故水庫在下閘蓄水時要求蓄水水溫不低于 10℃，水庫蓄水水位宜緩慢上升。

5 溫度控制效果分析

選取埋設于壩體內部編號為 TA6、TAZ3兩只溫度計的監測數據進行分析。溫度計TA6埋設高程為 154.5m，該倉碾壓混凝土在 3月底澆筑，未采取溫控措施，其溫度過程線見圖 1。由圖 1可知，該倉混凝土的入倉溫度為 24℃，最高溫度為34℃，經過12個月后混凝土自然冷卻至穩定溫度場。溫度計 TAZ3埋設高程為 160.5m。該倉碾壓混凝土在5月中旬（次高溫季節)澆筑，采取了地壟取料、遮陽防曬、通水冷卻等溫控措施，其溫度過程線見圖2。由圖2可知，混凝土入倉溫度為22℃，最高溫度為36℃，經過7個月后混凝土冷卻至穩定溫度場。通過對TA6、TAZ3的溫度過程線對比分析表明：（1)5月中旬（次高溫季節)澆筑的混凝土入倉溫度低于 3月底（低溫季節)澆筑的混凝土入倉溫度約2℃，說明采取的溫控措施能有效地降低混凝土的澆筑初始溫度。（2)混凝土澆筑后及時進行了初期冷卻，削峰效果明顯，降溫速度較快，混凝土冷卻到穩定溫度場的時間縮短了近5個月，有效地控制了混凝土內部的最高溫度。

圖1 TA6溫度時序曲線變化圖

圖2 TAZ3溫度時序曲線變化圖

6 結語

（1)山口巖碾壓混凝土拱壩溫度控制措施經濟合理，能夠有效控制壩體混凝土的最高溫度，滿足混凝土抗裂要求，對類似工程具有一定參考借鑒作用。

（2)碾壓混凝土拱壩一般采用通倉澆筑，溫度控制是保證工程質量和進度的關鍵措施之一，應引起高度重視。

1 朱伯芳.大體積混凝土溫度應力及溫度控制[M]，北京：中國電力出版社，1998.

2 龔召熊主編.水工混凝土的溫控與防裂[M]，北京：中國水利水電出版社，1999.