觀音閣水庫大壩碾壓混凝土溫度場分析

(遼寧省水利廳， 沈陽 110003)

觀音閣水庫大壩碾壓混凝土溫度場分析

姜潤文

(遼寧省水利廳， 沈陽 110003)

觀音閣水庫大壩為碾壓混凝土重力壩，內部布置三個觀測斷面，共有7種210支觀測儀器。本文對所采集的混凝土溫度觀測數據進行了整理和分析，數據表明壩體溫度已接近穩定溫度。

水庫大壩；碾壓混凝土；穩定溫度

1 概 況

觀音閣水庫大壩位于本溪縣境內的太子河干流上，為碾壓混凝土重力壩。大壩斷面混凝土為“金包銀”形式，壩體外部和基礎為常規混凝土，內部為碾壓混凝土。最大壩高82.0m，壩頂寬10.0m，壩長1040m，共分65個壩段，由擋水壩段、溢流壩段、底孔壩段及電站壩段組成。1990年5月開工，1995年9月建成。

1.1 觀測儀器布置

根據工程地質情況和樞紐布置，內部觀測儀器選擇10、22、42壩段中心線作為觀測基面。埋設應變計組、無應力計、應力計、單向應變計、滲壓計、溫度計、裂縫計共7種210支。其中10壩段為擋水壩段，壩高80.0m，位于左岸河床內；22壩段為溢流壩段，壩高71.2m；42壩段為擋水壩段，又為河床和右岸的轉彎壩段，壩高64.0m。施工期數據采集采用比例電橋人工觀測，完工后采用自動監測系統采集數據。

1.2 氣溫

氣溫是最基本的邊界條件，不僅直接影響壩上、下游面及壩頂暴露在大氣中壩體的溫度，還影響水溫、地溫并間接影響到壩體其他部分的溫度。太子河流域屬溫帶季風氣候，四季冷暖干濕分明，冬季較長且干燥、寒冷；夏季多雨且濕潤、炎熱。據氣象資料，建庫前多年平均溫度6.2℃，絕對最高氣溫35.5℃，最低氣溫-37.9℃，一月最冷，平均氣溫-14.3℃，七月最熱，平均氣溫23.1℃。年、月平均溫度統計見下頁表1。水庫蓄水后，年平均氣溫為7.4℃，較建庫前升高1.2℃。七月氣溫最高為22.7℃。較建庫前降低0.4℃；一月氣溫最低為-10.8℃，較建庫前升高3.5℃。蓄水后年、月平均溫度見下頁表2，運行期氣溫過程線見下頁圖1。

表1 建庫前多年、月平均溫度統計

表2 建庫后年、月平均溫度統計

1.3 庫水位

水庫自1994年9月28日落閘蓄水，至1995年8月31日蓄水位達到歷史最高水位255.77m，1998年7月6日出現最低水位為238.81m。到分析時段末已經歷了五年多的蓄水運用，水位一般在8月上升，9、10月為高水位期，11月以后逐漸降落，6、7月為低水位期，庫水位最大變幅為16.69m。運行期庫水位過程線見圖1。

圖1 庫水位、氣溫過程線

2 壩體碾壓混凝土穩定溫度分析

2.1 庫水溫分析

庫水溫也是影響壩體混凝土溫度場的重要邊界條件，其年變化導致影響區混凝土溫度的年變化。以210m高程水溫為例，最大值為7.57℃，平均值為5.75℃，并有以下特點：以年為周期作波動變化；滯后于氣溫且低于年平均氣溫；深層水溫基本穩定。

水溫以年為周期變化，變幅在2.7～22℃之間，最低溫度在2月，最高溫度在8月，約滯后一個月。庫底水溫平均值為5.24℃，庫面水溫平均值為12.7℃，均滯后于氣溫，且越深滯后的時間越長，最長近6個月；水溫沿水深方向呈明顯下降趨勢，自201～246m高程不同水深處月平均水溫變化情況如圖2所示。

圖2 不同水深處月平均水溫變化

2.2 基巖面溫度分析

實體混凝土壩地基處于混凝土之下，不受氣溫影響，變化較小。以10壩段為例，基巖溫度變化有以下規律。見圖3。

圖3 基巖溫度過程線

a. 施工初期受混凝土水化熱溫升的影響，基巖中也出現升溫過程，之后隨著壩體降溫而進入降溫過程。1999年12月中部平均溫度為9.99℃，與附近地下水水溫接近。

b. 基巖溫度沿壩基上下游方向分布呈現為上游較低、壩中最高、下游次之。

c. 基巖溫度均高于庫區多年平均氣溫和深層庫水溫。

2.3 碾壓混凝土溫度分析

混凝土壩周圍和外部介質(空氣、水、地基)相接觸，相互間不斷發生熱交換，這些介質的溫度狀況和熱源的變化影響著它們和混凝土之間熱量的流動和傳導，因而影響著混凝土溫度的變化。

壩體混凝土澆筑后，由于水泥水化熱作用而產生溫升現象，并達到最高溫升，經過天然散熱或人工冷卻，初始溫度和水化熱溫升完全消失以后，壩體降溫至穩定溫度。觀音閣大壩實測溫度也遵循上述規律，碾壓混凝土與常態混凝土中略有差異。從實測過程線上可以看出，內部碾壓混凝土溫度變化過程線為雙峰型，在第1～2天達到第一個峰頂，然后下降，下降幅度2～6℃，受氣溫、混凝土澆筑升程速度、層間間隔時間的影響，并隨澆筑季節、入倉溫度不同，過程線在最初差別較大，一般在第14～60天左右緩慢上升至第二峰，最大水化熱溫升基本發生在這階段，大約需兩個月時間，下降時間長度幾個月不等，然后進入穩定的下降階段。見圖4、圖5。

圖4 施工期碾壓混凝土溫度過程線

圖5 運行期壩體內部碾壓混凝土溫度過程線

a. 統計1998年7月以來的資料，壩體內部碾壓混凝土溫度T1025和T1026兩只溫度計年降溫分別為0.24℃、0.29℃。

b. 比較下游、上游、內部混凝土溫度T1018、T1023、T1025三只溫度計，溫度變幅在混凝土表面最大，愈深處愈小，見圖6。下游混凝土溫度隨氣溫變化，上游混凝土溫度隨水溫變化，水越深變幅越小。中部溫度分布變平，緩慢降低。

c. 從T1018可以看出，冬春季節，壩體下游表層溫度低于內部溫度；夏秋季節則高于內部溫度。

d. 內部碾壓混凝土溫度基本穩定在11～12℃之間，見圖7。

圖6 水平剖面上的溫度分布

圖7 壩體等溫線單位：℃

3 結 語

大壩經歷了多年高水位蓄水以后，雖然氣溫和水溫是隨時間變化的，但其對壩內溫度的影響深度不超過7～10m，深層水溫已基本穩定，同時地溫變化緩慢。因此，對壩體內部碾壓混凝土而言，目前壩體溫度已基本不受外界影響，降溫幅度很小，已趨于穩定的溫度場。

[1] 黃淑萍,等. 觀音閣水庫碾壓混凝土大壩溫度應力仿真計算研究[J]. 水力發電,1996(7).

[2] 渠磊. 淺談武都水庫大壩碾壓混凝土溫度控制[J]. 建材發展導向,2011(10).

AnalysisofGuanyingeReservoirDamRCCTemperatureField

JIANG Run-wen

(Liaoning Provincial Water Resources Department, Shenyang 110003, China)

Guanyinge Reservoir Dam belongs to RCC gravity dam, with three observation sections arranged inside. There are a total of 7 categories and 210 observation instruments. The concrete temperature observation data collected in the paper were collated and analyzed, and the data indicate that dam temperature is close to stable temperature.

reservoir dam; RCC; stable temperature

TV62

B

1005-4774(2014)11-0070-03