閘墩混凝土較高溫季節澆筑溫控防裂研究
——以出山店水庫表孔閘墩混凝土澆筑為例

王桂生馬東亮楊 中強 晟

（1.中水淮河規劃設計研究有限公司 合肥 230601 2.河海大學水利水電學院 南京 210098）

1 引言

出山店水庫重力壩表孔壩段總長150.5m，共8孔，每孔凈寬15.0m，邊墩厚3.0m，中墩厚3.5m，順水流向長度31.0m，堰頂至墩頂高17.4m。閘墩采用C30W4F150和C35W4F150混凝土，工程所在地春季環境氣溫具有日平均氣溫不斷上升、日夜溫差大等特點，在此時段澆筑大體積、高標號混凝土，若不采取有效的溫度控制措施，混凝土內部最高溫度、最大溫升及溫度梯度等溫度指標將急劇上升，由此產生的溫度應力將突破混凝土自身的抗拉強度，導致混凝土產生裂縫。因此必須對閘墩混凝土澆筑采取有效的溫度控制措施。

2 計算模型及計算參數

2.1 計算模型

對表孔壩段選取其典型9#壩段建立有限元整體模型網格，見圖1。其中壩基蓋重層及壩下游面為C20混凝土，壩體上游防滲層為C25混凝土，壩體內部為C15混凝土，堰面83.0m高程以上閘墩內部為C30混凝土，外部為C35混凝土。本文的主要研究對象是表孔壩段堰面上部閘墩結構混凝土。典型表孔壩段有限元模型節點數77756，單元數70888，圖2是表孔壩段典型壩段有限元混凝土模型網格，混凝土材料的熱學與力學參數見表1。

在溫度場仿真計算時，假定壩基礎底面及四周均為絕熱邊界，壩體橫縫面為絕熱邊界，其他面為熱量交換邊界。在應力場計算時，假定基礎底面為鉸支座，四周為連桿支撐，上部結構均自由。由于溫度應力是一個自平衡力系，其影響主要發生在溫度變化激烈部位及其周圍，同時考慮到在計算規模和時間上的限制，取計算域基礎在壩體向外擴展范圍為：基礎上、下游各取60m，垂直水流方向各取25m，地基深度取70m。

2.2 計算參數

計算時多年平均日氣溫變化擬合為：

t為月份。

主要的熱力學參數見表1。

圖1 孔壩段整體模型網格圖

圖2 表孔壩段混凝土模型網格圖

圖3 表孔壩段澆筑分層示意圖

3 計算工況和結果

3.1 計算工況

表孔壩段從2016年11月份開始澆筑蓋重層混凝土，按照2017年新的澆筑進度計劃，2017年5月份之前澆筑到壩頂，從6月1日到9月30日為汛期，混凝土表面過水，2018年4月份水庫開始蓄水，仿真計算一直模擬到蓄水后約10年時間。

2017年澆筑進度見表2，澆筑分層示意見圖3，根據實際進度計劃模擬表孔閘墩的澆筑進度，根據實際進度對閘墩采取通冷卻水管加保溫措施進行溫度控制，選擇兩種不同水管密度和保溫措施作為計算工況。

工況1：按照四月份澆筑進度進行模擬，倉面采用保溫被覆蓋直至上層混凝土澆筑或覆蓋到5月初，立面拆模后掛保溫被，保溫到5月初。閘墩內部采用金屬冷卻水管，布置密度為1.0m×1.0m，采用河水冷卻。

工況2：在工況1基礎上，閘墩第一大層混凝土水管加密到0.5m×0.5m。溢流面C35混凝土摻入膨脹劑，減小80%的自變，并布置0.5m×0.5m的水管。各澆筑層立面拆模后以及倉面均保溫28d。

3.2 計算結果

根據工況1和工況2計算得到相應的溫度，由于4月份和5月份氣溫高，導致澆筑溫度高，冷卻水溫高。在1.0m×1.0m的水管布置密度條件下，第一大層混凝土的溫度峰值為57.6℃，第二大層混凝土的溫度峰值為64.2℃，閘墩底部2m高范圍內的拉應力是閘墩中最大的，達到3.7MPa，超過了抗拉強度。閘墩第二大層的最大拉應力為2.6MPa，未超過抗拉強度。工況2條件下，由閘墩底部2m高范圍內的溫度峰值降至50℃，最大拉應力降至3.4MPa，仍超過C30混凝土的抗拉強度。閘墩表面的C35混凝土由于受到了較好的保溫，內外溫差減小，表面拉應力不再超過C35的抗拉強度。

表1 材料的熱學與力學參數表

表2 四月份澆筑的典型表孔壩段進度表

4 溫控措施

在仿真計算結果和溫控指標要求的基礎上，結合以往類似工程的經驗，并考慮該工程的實際情況，提出如下溫控建議。

4.1 通水冷卻

高程89～100.4m的閘墩，水管間距1.0m×1.0m。采用河水進行冷卻，通水時間長度為10～20d，溫度峰值后的溫降速率不快于2℃/d。以有效控制混凝土溫升幅度。

4.2 表面保溫

鋼模板外貼5cm厚聚乙烯苯板，拆模后立即覆蓋聚乙烯卷材（俗稱大壩保溫被），覆蓋時長不少于28d。間歇期倉面的覆蓋材料為2.0cm厚大壩保溫被，倉面要盡早覆蓋，盡晚掀開。溫降在15℃左右的寒潮，覆蓋4.0cm厚的保溫被，溫降在20℃左右的寒潮，覆蓋6.0cm厚大壩保溫被。

5 結論

采取上述溫度控制方案后，混凝土經過內部通水冷卻、表面保溫措施后，以7#閘墩為例，5月下旬平均大氣溫度25℃，混凝土內平均最高溫度34℃，滿足設計提出的容許最高溫度限值。汛期拆模后，檢查閘墩混凝土表觀質量，未發現裂縫，表明混凝土澆筑質量優良，溫度控制措施合理且經濟，為類似工程提供了參考■