溪洛渡水電站大壩混凝土溫控與防裂研究

尤 林，胡 筱

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

1 工程概況

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣交界的金沙江下游河道上，是金沙江下游河段規(guī)劃的第3個(gè)梯級(jí)。電站開(kāi)發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧防洪，此外，尚有攔沙、改善庫(kù)區(qū)及壩下河段通航條件等綜合利用效益。水庫(kù)正常蓄水位600m高程，死水位540m高程，汛期限制水位560m高程，總庫(kù)容126.7億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容64.6億m3，具有不完全年調(diào)節(jié)能力。電站裝機(jī)容量13 860MW(18×770MW)，多年平均發(fā)電量575.5～640.6億kW·h(近期～遠(yuǎn)景)。

電站擋水建筑物采用混凝土雙曲拱壩，壩高285.5m，基本體形拱冠頂厚14m，拱冠底厚60m，最大拱端厚64m，混凝土方量約588萬(wàn)m3。

2 溫控基本資料

2.1 氣象、水溫資料

壩址區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣侯區(qū)，干濕季分明。每年5～10月為雨季，氣溫高，空氣濕潤(rùn)，降水多，日照充足；每年11～翌年4月為旱季，空氣干燥，少雨，日照多。壩區(qū)氣溫、水溫資料見(jiàn)表1。

2.2 混凝土分區(qū)及其性能參數(shù)

溪洛渡大壩混凝土分區(qū)主要根據(jù)拱壩靜動(dòng)應(yīng)力大小范圍及分布規(guī)律，按抗壓強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行混凝土基本分區(qū)設(shè)計(jì)，并結(jié)合壩體附屬建筑物布置和結(jié)構(gòu)要求，對(duì)壩體混凝土分區(qū)進(jìn)行細(xì)化為A、B、C三種強(qiáng)度等級(jí)的混凝土區(qū)(A區(qū)C18040、B區(qū)C18035、C區(qū)C18030)。混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)要求見(jiàn)表2，分區(qū)示意圖見(jiàn)圖1。

表1 溪洛渡壩區(qū)氣溫、水溫資料

2.3 大壩分縫及接縫灌漿

溪洛渡大壩不設(shè)縱縫，共設(shè)30條橫縫，將大壩分為31個(gè)壩段，橫縫平均間距約為23m，混凝土以通倉(cāng)澆筑方式為主，橫縫布置平面圖見(jiàn)圖2。河床壩段底部基礎(chǔ)擴(kuò)大區(qū)分縫為壩體橫縫的自然延伸；在岸坡壩段尖角部位并縫設(shè)計(jì)中，陡坡壩段采用平折縫結(jié)構(gòu)形式，緩坡壩段采用水平并縫形式，且在并縫部位設(shè)置并縫限裂鋼筋。岸坡壩段并縫形式見(jiàn)圖3。

為使拱壩形成整體受力結(jié)構(gòu)，在大壩橫縫內(nèi)設(shè)球面鍵槽，并埋設(shè)灌漿系統(tǒng)進(jìn)行接縫灌漿，接縫灌漿灌區(qū)基本高9m。

表2 溪洛渡大壩混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)要求

圖1 溪洛渡大壩混凝土分區(qū)示意

圖2 溪洛渡大壩橫縫布置平面示意

圖3 溪洛渡大壩岸坡壩段并縫結(jié)構(gòu)示意

3 溫控與防裂

溪洛渡大壩混凝土溫控遵循早冷卻、緩慢冷卻、小溫差梯度的溫控思想，開(kāi)展溫控過(guò)程設(shè)計(jì)，制定合理的溫控防裂標(biāo)準(zhǔn)，采取全面的溫控措施，確保大壩混凝土抗裂安全系數(shù)Kf≥1.8。

3.1 穩(wěn)定溫度場(chǎng)

根據(jù)溪洛渡水庫(kù)水溫?cái)?shù)值計(jì)算分析及二灘水庫(kù)實(shí)測(cè)得到的分布規(guī)律，擬定的各高程平均穩(wěn)定溫度場(chǎng)見(jiàn)表3。

3.2 封拱溫度

在大壩穩(wěn)定溫度場(chǎng)基礎(chǔ)上，結(jié)合壩體結(jié)構(gòu)需要、應(yīng)力分布規(guī)律，同時(shí)考慮混凝土施工水平，確定的封拱溫度見(jiàn)表4。

3.3 溫控標(biāo)準(zhǔn)

(1)自由區(qū)和約束區(qū)劃分。溪洛渡大壩混凝土溫控分自由區(qū)和約束區(qū)進(jìn)行。約束區(qū)：基礎(chǔ)面以上高度為0.4L(L為澆筑塊長(zhǎng)邊最大長(zhǎng)度，下同)的壩體區(qū)域；齡期超過(guò)28d的老混凝土以上高度0.2L的壩體區(qū)域；孔口上下15m范圍內(nèi)的壩體區(qū)域。自由區(qū)：除約束區(qū)以外的壩體區(qū)域。

(2)基礎(chǔ)溫差控制標(biāo)準(zhǔn)。大壩混凝土約束區(qū)、自由區(qū)基礎(chǔ)容許溫差控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。

(3)上下層溫差、內(nèi)外溫差限制?；炷辽舷聦訙夭羁刂?，當(dāng)老混凝土位于約束區(qū)時(shí)，上下層溫差為≤15℃；老混凝土位于自由區(qū)時(shí)，上下層溫差為≤18℃?；炷羶?nèi)外溫差控制為≤16℃。

(4)最高溫度限制。大壩混凝土容許最高溫度為27℃。

(5)相鄰壩段高差限制。混凝土施工中要求各壩段均勻上升。相鄰壩段高差原則上不大于12m；相鄰壩段澆筑時(shí)間的間隔宜小于28天；整個(gè)大壩最高和最低壩塊高差控制在30m以內(nèi)。

(6)懸臂高度限制。410m高程以下懸臂高度應(yīng)控制在80m以內(nèi)，410m高程以上孔口壩段允許懸臂最大高度≤50m，非孔口壩段允許懸臂最大高度≤60m。

(7)分期冷卻。為將施工期混凝土溫度降低至封拱溫度，根據(jù)拱壩混凝土溫控防裂特點(diǎn)，分一期冷卻、中期冷卻、二期冷卻進(jìn)行混凝土冷卻降溫?；炷练制诶鋮s降溫過(guò)程見(jiàn)圖4。

一期冷卻約束區(qū)目標(biāo)溫度20℃，自由區(qū)目標(biāo)溫度22℃。封拱溫度為12℃、13℃的灌區(qū)，中期冷卻目標(biāo)溫度為16℃；封拱溫度為16℃的灌區(qū)，中期冷卻目標(biāo)溫度為18℃。二期冷卻目標(biāo)溫度即封拱灌漿溫度。

同時(shí)要求混凝土澆筑層按自下而上順序分已灌區(qū)、灌漿區(qū)、同冷區(qū)、過(guò)渡區(qū)和蓋重區(qū)等五區(qū)進(jìn)行溫度控制。通過(guò)各期冷卻降溫及控溫時(shí)間協(xié)調(diào)，確保接縫灌漿時(shí)上部各區(qū)混凝土形成合適的溫度梯度，以減小溫度應(yīng)力，防止出現(xiàn)開(kāi)裂。溫度梯度控制示意見(jiàn)圖5。

表3 拱壩各高程平均穩(wěn)定溫度

表4 溪洛渡拱壩封拱溫度方案 ℃

圖4 溪洛渡大壩混凝土分期冷卻降溫過(guò)程示意

圖5 溫度梯度控制示意

分 區(qū)壩 段容許溫差/℃約束區(qū)河床壩段:7～2215陡坡壩段:1～6、23～3114自由區(qū)全部壩段:1～3120

3.4 溫控防裂措施

(1)混凝土澆筑溫度。混凝土出機(jī)溫度要求控制在：高溫季節(jié)7℃和低溫季節(jié)9℃；混凝土入倉(cāng)溫度要求控制在：高溫季節(jié)9℃和低溫季節(jié)11℃；混凝土澆筑溫度要求控制在12℃。

混凝土澆筑盡量避免高溫時(shí)段，充分利用低溫季節(jié)、早晚和夜間低溫時(shí)段。當(dāng)澆筑倉(cāng)內(nèi)氣溫高于23℃時(shí)，要求進(jìn)行倉(cāng)面噴霧至混凝土終凝。噴霧直徑應(yīng)控制在40～80μm，以防止混凝土表面泛出水泥漿液。同時(shí)，混凝土澆筑溫度在任何季節(jié)都不低于5℃。

(2)混凝土澆筑層厚及間歇期控制?；炷翝仓雍褚话悴捎?m，河床壩段約束區(qū)局部可采用1.5m；岸坡壩段倉(cāng)面寬度小于5m的情況下，可適當(dāng)加大澆筑層厚。

混凝土澆筑應(yīng)保持連續(xù)性，其間歇期最小為5d，最大不超過(guò)28d。在滿足最小間歇時(shí)間的前提下，盡量縮小間歇期；若超過(guò)允許最大間歇時(shí)間，則老混凝土以上混凝土的溫控標(biāo)準(zhǔn)按該壩段約束區(qū)混凝土的溫控標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行溫度控制。

(3)混凝土通水冷卻。混凝土冷卻水管采用HDPE塑料管和鋼管，其鋪設(shè)部位及水管間布置參數(shù)和使用部位見(jiàn)表6。

為適應(yīng)壩體通水溫度變化要求，設(shè)兩套冷卻供水系統(tǒng)，一套冷卻水溫為8～10℃，一套為14～16℃。混凝土通水冷卻要求見(jiàn)表7。

(4)混凝土養(yǎng)護(hù)和保溫?；炷两K凝后開(kāi)始養(yǎng)護(hù)和保溫。澆筑倉(cāng)面采用流水或覆蓋持水材料，使表面保持濕潤(rùn)狀態(tài)；高溫季節(jié)，可同時(shí)采用倉(cāng)面噴霧進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；上、下游壩面及橫縫面、孔洞周邊采用5cm、3cm厚聚苯乙烯泡沫塑料板進(jìn)行全年隔熱保溫。

表6 溪洛渡大壩混凝土冷卻水管布置參數(shù)

表7 溪洛渡大壩混凝土通水冷卻

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)溪洛渡大壩混凝土溫控防裂研究，筆者有如下體會(huì)：

(1)詳盡的收集基本資料，通過(guò)計(jì)算分析，結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，確定正確的穩(wěn)定溫度場(chǎng)，制定合理的封拱溫度。

(2)混凝土溫控應(yīng)遵循早冷卻、緩慢冷卻、小溫差梯度的思想，積極開(kāi)展混凝土溫控過(guò)程設(shè)計(jì)。

(3)混凝土澆筑要遵循短間歇均勻連續(xù)上升的原則，盡量避免長(zhǎng)間歇澆筑。

(4)制定合理的溫控防裂標(biāo)準(zhǔn)，采取全面的溫控措施，確保大壩混凝土抗裂安全。

(5)施工過(guò)程中精細(xì)化管理，出現(xiàn)問(wèn)題積極分析，處理方案及時(shí)落實(shí)。

[1] DL/T 5346-2006《混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范》[S].北京：中國(guó)電力出版社.2007.

[2] 水工設(shè)計(jì)手冊(cè)：第五卷 混凝土壩[M].北京：中國(guó)水利水電出版社.2011.