中咀坡重力壩施工期溫度場分布分析

◇重慶江源工程勘察設計有限公司 羅 良

混凝土重力壩規模大，混凝土澆筑量多，容易在施工過程中因溫度應力過大而產生裂縫。因此，本文以重慶中咀坡重力壩為實例研究對象，結合壩體的具體參數尺寸以及施工方案進行詳細的數模仿真分析，模擬施工過程中的溫度應力分布狀態，為實例工程以及其他類似工程的溫度應力防治提供思路。

1 實例工程概況

實例工程為重慶市奉節縣防洪發電的重點工程之一，主要功能為防洪、灌溉，兼顧發電。實例工程的斷面布置圖情況如下：壩頂高程為894.1 m，背水坡坡比為1:08；校核洪水位為892.33 m，設計擋水構筑物的富裕高度為1.77 m。壩體擋水建筑物主要采用C30混凝土澆筑。

2 數模建立

采用邁達斯溫度應力計算軟件進行模擬計算。考慮到工程的規模較大，在保證精度的前提下得適當優化計算工作量，因此網格間距取5 m，并在局部區域進行加密處理。實例工程網格劃分見圖1。

圖1 中咀坡重力壩數模建立

3 溫度變化過程模擬分析

3.1 實測溫度過程

本文搜集了中咀坡重力壩于2008年建設過程（施工過程共33個月）的溫度應力變化過程，見圖2。分析可知，溫度變化為螺旋式擺動，可分為4個明顯溫度折點。

圖2 中咀坡重力壩施工過程中實測溫度歷程

3.2 數值模擬計算結果

根據中咀坡重力壩施工過程中實測溫度歷程的4個明顯溫度折點。在數模計算結果中，對應的選擇231m、270m、342m以及360.5m作為典型分析計算高度，并在每組高程節點處均取20個典型采樣點。將典型采樣點數值模擬分析結果繪于圖3。分析可知：

圖3 各典型高程的采樣節點溫度變化過程

（1）四組高程由于外部環境和施工條件的差異，最大溫度和最小溫度略有差別，但總體溫度變化過程基本一致。

（2）在231m高程，內部三個節點的溫度大小及變化過程基本一致，溫度變化過程較為穩定。外部兩個節點的溫度大小及變化過程也較為相似，因為外部散熱條件略有差異，因此單一時間狀態下溫度大小略有0～0.5 ℃的偏差。

（3）在270m高程，內部三個節點的溫度大小及變化過程基本一致，在后期溫升末端出現了部分差別，主要是因為與外部距離不同導致散熱性能偏差引起的。

（4）在342m高程和360.5m高程內部典型采樣節點的溫度變化過程基本一致，但單體之間的溫度大小差異較大。主要原因是因為在342m高程和360.5m高程澆筑時，施工現場為冬季；混凝土內部和外部溫度偏差太大。

3.3 澆筑溫度對重力壩溫度場的影響分析

本文設計三個對比工況（不控制溫度、10 ℃和15 ℃），來研究澆筑溫度對混凝土溫度分布的具體影響，計算結果如圖4所示：

圖4 實例工程典型采樣節點在不同澆筑溫度下溫度場變化過程

（1）在不同高程，澆筑溫度對混凝土場內的溫度的影響規律差異較大。

（2）在231m高程與360.5m高程下，兩組工況的情況一致：在不控制澆筑溫度的情況下，混凝土場內的溫度顯著大于其他兩個工況，而將澆筑溫度控制在10 ℃下，混凝土場內的溫度整體最低。

（3）在270m、342m高程下，兩組工況的情況一致，且明顯與231m高程與360.5m高程下的情況不同；在該兩組工況下，將澆筑溫度控制在15 ℃下的混凝土場內的溫度最高。

出現這樣差異的原因是因為不同高程點壩體的澆筑溫度差異較大。澆筑溫度對于重力壩段不同位置的影響程度區別較大。同時，外界氣溫越低，澆筑溫度對于重力壩段溫度場影響越明顯。

4 實例工程開裂指數變化過程分析

分析實例工程在施工過程中的開裂指數變化過程，分析結果顯示，按照原方案施工，水平和豎直方向的最大開裂指數分別是0.225和0.952，均小于X方向的限值（0.50）和Y方向的限值（1.00）?？梢妼嵗こ棠軌虮ＷC施工過程中溫度應力小于規范要求，不會出現開裂。

圖5 X與Y方向開裂指數分析

5 結論

本文以中咀坡混凝土重力壩為研究對象，建立三維數模研究了實例工程在施工過程中混凝土溫度場的變化過程，研究結果顯示澆筑溫度對于重力壩段不同位置的影響程度區別較大。同時，外界氣溫越低，澆筑溫度對于重力壩段溫度場影響越明顯，且實例工程在施工過程水平和豎直方向的最大開裂指數分別是0.225和0.952，均小于規范限值，不會出現開裂。