黃 勇，雷運(yùn)華，王小波，王衛(wèi)喜

(1.黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080;2.中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，成都610072;3.河北省大清河管理處，河北保定071051)

1 工程概況

四川省某水電站工程樞紐建筑物從左到右由左岸擋水壩、河床式廠房壩段、4孔泄洪閘壩段、導(dǎo)墻壩段、與導(dǎo)流明渠結(jié)合3孔泄洪閘壩段和右岸擋水壩等建筑物組成。壩頂總長440.43 m，最大壩高71.3 m，總裝機(jī)容量4×150 MW，水庫正常蓄水位1015.00 m，水庫總庫容9 120萬m3，是以發(fā)電為主的水電樞紐工程。

導(dǎo)流明渠布置在右岸灘地上，結(jié)合水工右岸3孔泄洪閘的布置，導(dǎo)流明渠渠身段底寬63.8 m，明渠中心線混凝土底板長609.773 m;明渠進(jìn)口底板高程為982.00 m，明渠出口高程在樁號0+180 m處由982.00 m以1∶10反坡至986.00 m高程。明渠樁號0+000～0+060 m段為永久閘室段，樁號0+060～0+340.498 m段為閘室下游護(hù)坦區(qū)，樁號0+340.498 m下游段為明渠出口及右岸邊坡防護(hù)區(qū)。

明渠樁號0+000 m左導(dǎo)墻墻頂高程為1 014.00 m，明渠導(dǎo)墻末端高程為1 004.00m，導(dǎo)墻頂高程1 014.00 m～1 004.00m以8%的坡比連接，明渠左導(dǎo)墻長544.364 m。

2 施工期溫度徐變應(yīng)力仿真分析

2.1 邊界條件和計(jì)算模型

導(dǎo)流明渠左導(dǎo)墻沿水流方向取20 m長度建模計(jì)算，左導(dǎo)墻最寬10.2 m，高32.0 m，左底板寬39.0 m，厚8.0 m;基巖上下游和左右岸方向按絕熱處理，基巖底面為地溫邊界，導(dǎo)流明渠上下游方向邊界條件為絕熱;基巖底面加全約束，基巖其余四面加垂直約束，其余為自由面，有限元模型見圖1。

2.2 計(jì)算工況

左導(dǎo)墻底板974～982 m高程的C20混凝土2010年2月14日開澆，墻體982～1 014 m的C25混凝土11月開澆。C20混凝土采用澆筑厚度1.5 m，上下層間歇期5 d的方案;C25混凝土采用澆筑厚度3 m，上下層間歇期7 d。

2.3 計(jì)算條件

推薦溫控措施:混凝土澆筑溫度為20℃(月均氣溫低于18℃采取自然入倉)、采取通河水15 d，水管采用1.5 m×1.5 m的布置方式，冷卻水流量Q為32.0 L/min，不考慮過水。

2.4 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算過程見圖2～圖9。

圖1 導(dǎo)流明渠左導(dǎo)墻計(jì)算模型

圖2 輸出點(diǎn)位置圖

圖3 推薦溫控措施下A點(diǎn)溫度與應(yīng)力點(diǎn)過程線圖

圖4 推薦溫控措施下B點(diǎn)溫度與應(yīng)力點(diǎn)過程線圖

圖5 推薦溫控措施下c點(diǎn)溫度與應(yīng)力點(diǎn)過程線圖

圖6 推薦溫控措施下D點(diǎn)溫度與應(yīng)力點(diǎn)過程線圖

圖7 推薦溫控措施下最大溫度包絡(luò)云圖

圖8 推薦溫控措施下左右岸方向最大應(yīng)力包絡(luò)云圖

圖9 推薦溫控措施下順?biāo)鞣较蜃畲髴?yīng)力包絡(luò)云圖

從圖2～圖9可以看出:

1)左右岸及順?biāo)鞣较蜃畲髴?yīng)力基本上都滿足容許應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)。底板979 m高程處和墻的中下部的溫度較大。底板應(yīng)力偏大，墻相對較小。底板右側(cè)979 m處的左右岸和順?biāo)鲬?yīng)力都較大，底板左側(cè)靠近外表面處的順流向應(yīng)力最大。

2)由于明渠左導(dǎo)墻在冬季施工，施工期的溫度和應(yīng)力都比較小。施工期結(jié)束后，明渠在冬季拉應(yīng)力明顯增大，C20混凝土的靠表面處的順?biāo)鞣较驊?yīng)力最大為2.0 MPa，需要注意混凝土表面的保護(hù)與養(yǎng)護(hù)，防止表面裂縫的產(chǎn)生。

3)從溫度與應(yīng)力點(diǎn)過程線中看出:A點(diǎn)處混凝土澆筑第6天達(dá)到最高溫37℃，1個(gè)月后內(nèi)部點(diǎn)的溫度基本接近氣溫。順?biāo)鲬?yīng)力最大點(diǎn)A在墻和右側(cè)基巖約束之間，2個(gè)方向應(yīng)力差別不大，與氣溫變化趨勢相反，在冬季達(dá)到最大值2.34 MPa。

4)從溫度和應(yīng)力包絡(luò)云圖可以看出:底板中部最高溫度偏大，最大值為37.23°，墻的中部偏下溫度較高。底板右側(cè)中部混凝土和底板左下部靠近外表面處的順河向應(yīng)力最大，底板中部靠近上表面處的左右岸應(yīng)力最大，最大值是2.29 MPa。

5)左右岸與順?biāo)髯畲髴?yīng)力都發(fā)生在夏季澆筑的C20混凝土靠近表面處，高程為979 m，發(fā)生時(shí)間在2011年3月20日。因此需要注意表層的保護(hù)與養(yǎng)護(hù)，防止冬季受氣溫影響而導(dǎo)致表面裂縫的產(chǎn)生。

3 導(dǎo)流明渠溫控標(biāo)準(zhǔn)、溫控措施及主要技術(shù)要求

3.1 溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)導(dǎo)流明渠左導(dǎo)墻的三維溫度及應(yīng)力仿真計(jì)算成果，在保證各個(gè)工況的抗裂安全系數(shù)＞1.65的前提下，制定了如下溫控標(biāo)準(zhǔn):

3.1.1 基礎(chǔ)溫差

依據(jù)規(guī)范，并考慮三維有限元計(jì)算成果，分析擬定混凝土基礎(chǔ)允許溫差見表1。

表1 明渠左導(dǎo)墻混凝土允許基礎(chǔ)溫差

3.1.2 內(nèi)外溫差標(biāo)準(zhǔn)

為了防止明渠內(nèi)外溫差過大引起混凝土表面產(chǎn)生裂縫，施工中壩體內(nèi)外溫差要求控制在18℃。

3.1.3 上下層溫差標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)上下層溫差應(yīng)力分析結(jié)果，基礎(chǔ)約束區(qū)長間歇老混凝土上新澆混凝土，按基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)考慮。

自由區(qū)范圍內(nèi)，在間歇期超過28 d的老混凝土面上繼續(xù)澆筑混凝土?xí)r，當(dāng)上層短間歇均勻上升的高度＞0.5塊長時(shí)，上下層溫差22℃;當(dāng)上層混凝土上升的高度＜0.5塊長時(shí)，按基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)考慮。

3.1.4 最高溫度控制

考慮允許基礎(chǔ)溫差、內(nèi)外溫差，并考慮三維有限元計(jì)算成果，綜合考慮擬定允許最高溫度見表2。

表2 左導(dǎo)墻混凝土允許最高溫度 ℃

3.1.5 表面保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

氣溫驟降來臨之前，對齡期未滿28 d的混凝土可采用β≤10.5 kJ/m2·h·℃的保溫材料進(jìn)行全面保護(hù)(側(cè)面和表面)，并對棱角部位采取加強(qiáng)措施。

日平均氣溫低于3℃或最低氣溫低于－3℃時(shí)，對齡期未滿28 d的混凝土進(jìn)行保溫。對高溫季節(jié)澆筑的混凝土進(jìn)入低溫季節(jié)之前進(jìn)行表面保護(hù)。

3.2 溫度控制措施

3.2.1 澆筑分層與間歇期

底板混凝土澆筑層厚1.5 m，邊墻混凝土澆筑層厚3.0 m，最小間歇期5～7 d，最大層間歇期≤21 d。

3.2.2 出機(jī)口溫度

1)明渠左導(dǎo)墻混凝土出機(jī)口溫度≤15℃，具體參見表3。

2)要求對混凝土骨料采用風(fēng)冷等措施進(jìn)行預(yù)冷，并采取加片冰、加制冷水拌和等措施以降低混凝土出機(jī)口溫度。明渠混凝土11～2月自然拌和、自然澆筑、其它季節(jié)出機(jī)口≤15℃。

3.2.3 澆筑溫度

1)要求高溫季節(jié)控制混凝土從出機(jī)口至上層混凝土覆蓋前的溫度回升值≤4℃，澆筑溫度控制值見表4。

2)高溫季節(jié)，盡量避免高溫時(shí)段澆筑混凝土，應(yīng)充分利用早晚及夜間氣溫低的時(shí)段澆筑。

3)當(dāng)澆筑倉內(nèi)氣溫＞25℃時(shí)，可進(jìn)行倉面噴霧，上層混凝土澆筑準(zhǔn)備工作開始，以降低倉面環(huán)境溫度。噴霧時(shí)水分不應(yīng)過量，要求霧滴直徑達(dá)到40～80 μm，以防止混凝土表面泛出水泥漿液。

表3 左導(dǎo)墻混凝土出機(jī)口溫度 ℃

表4 左導(dǎo)墻混凝土澆筑溫度 ℃

3.2.4 通水冷卻

1)對于左導(dǎo)墻需布置冷卻水管，冷卻水管布置1.5 m×1.5 m(水平×垂直)的水管間距。

2)冷卻水管支管采用蛇形布置，單根蛇形支管的長度≤300 m，當(dāng)同一倉面需要布置多條蛇形支管時(shí)，各蛇形支管長度應(yīng)基本相當(dāng)。

3)冷卻水管距上、下游面的距離一般要求為0.8～1.5 m，局部≥0.5～1.0 m;冷卻水管距橫縫面的距離一般要求為0.8 m;冷卻水管距廊道、孔口等內(nèi)壁面的距離≥0.5 m。

4)混凝土下料澆筑即可開始一期通水冷卻。高溫季(3～10月)一期通水采用通12℃制冷水，通水21 d;11～2月采用通天然河水，冷卻水流量1.2～2.0 m3/h，通水21 d;上、下游段布置冷卻水管的部位通河水15 d，同時(shí)要求降溫階段最大日降溫速率≤0.5℃/d。

3.2.5 表面保護(hù)和養(yǎng)護(hù)

1)3～10月，新澆混凝土層面應(yīng)采用濕養(yǎng)護(hù)法進(jìn)行＞28 d的養(yǎng)護(hù)，對于側(cè)面，保持持續(xù)濕潤，養(yǎng)護(hù)從混凝土終凝后即開始灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)應(yīng)全面且不間斷的進(jìn)行，避免干濕交替。對于底板混凝土澆筑層上表面，混凝土終凝后采用蓄水流水養(yǎng)護(hù)散熱，其它部位混凝土澆筑層上表面采用灑水保濕養(yǎng)護(hù)，直到上一層混凝土開始澆筑。

2)低溫季節(jié)(11～2月)澆筑的混凝土，每層混凝土澆筑結(jié)束后，在其上表面采用1層3 cm厚聚苯乙烯泡沫塑料板壓緊覆蓋。

3)氣溫驟降期間應(yīng)暫停濕養(yǎng)護(hù)，對齡期未滿28 d的混凝土采用3 cm厚聚苯乙塑料泡沫材料進(jìn)行全面保護(hù)，并對棱角部位采取加強(qiáng)措施。

4)冬季澆筑的混凝土應(yīng)適當(dāng)推遲拆模時(shí)間，氣溫驟降期間不允許拆模。

3.3 溫度監(jiān)測要求

3.3.1 混凝土澆筑溫度測量要求

1)混凝土澆筑溫度測量宜采用簡易方法測量。

2)混凝土澆筑溫度每100 m2倉面面積應(yīng)不少于1個(gè)測點(diǎn)，每一澆筑層應(yīng)≥3個(gè)測點(diǎn)。測點(diǎn)應(yīng)均勻分布在澆筑坯層面上，測點(diǎn)深度為10 cm。

3.3.2 混凝土內(nèi)部溫度測量要求

1)溫度測量儀器宜采用銅電阻溫度計(jì)。底板每一澆筑層內(nèi)部溫度計(jì)埋設(shè)密度應(yīng)≥1支/300 m2(含永久監(jiān)測溫度計(jì))，且最少≥1支。邊墻部位每1澆筑層內(nèi)部溫度計(jì)埋設(shè)≥1支。

2)測點(diǎn)布置應(yīng)考慮澆筑塊溫度分布狀況，特別是水平方向和垂直方向溫度梯度的測量。

3.3.3 混凝土內(nèi)部溫度取值要求

1)按澆筑分層進(jìn)行混凝土溫度成果計(jì)算，同一類的測量成果應(yīng)進(jìn)行平均處理，同一類測量成果多個(gè)測量成果之間差異較大時(shí)，應(yīng)對測量成果進(jìn)行分析評價(jià)，經(jīng)監(jiān)理和設(shè)計(jì)確認(rèn)后方可使用。

2)施工期歷時(shí)溫度以埋入式儀器(銅電阻溫度計(jì)或其他儀器)測量成果為主，取值以測量成果進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算得到。

3.3.4 溫度觀測要求

1)在混凝土澆筑過程中，1次/4h測量混凝土的原材料溫度、出機(jī)口溫度、澆筑溫度、冷卻水進(jìn)出口溫度、壓力、流量、外界氣溫和倉內(nèi)氣溫，并做好記錄。

2)施工過程中應(yīng)每天觀測表面最高溫度和最低溫度，氣溫驟降和寒潮期間，應(yīng)增加溫度觀測次數(shù)。

3)混凝土澆筑時(shí)即開始內(nèi)部溫度測量，溫度測量間隔要求:內(nèi)部溫度測量間隔時(shí)間一般應(yīng)≤12 h;新澆混凝土在一期冷卻階段(齡期約在5 d內(nèi))，溫度測量間隔時(shí)間應(yīng)≤4 h。

4)悶水測溫。在二期通水冷卻之前應(yīng)進(jìn)行一次悶水測溫，根據(jù)測溫結(jié)果估算二期通水冷卻時(shí)間。二期通水冷卻到估算時(shí)間后，進(jìn)行悶水測溫，以檢驗(yàn)是否達(dá)到灌漿溫度。如混凝土溫度高于灌漿溫度，需繼續(xù)通水冷卻。

同一區(qū)域，冷卻參數(shù)相同的澆筑層，至少有3～4個(gè)澆筑層同時(shí)進(jìn)行悶水測溫。悶水測溫必須用壓縮空氣將管內(nèi)積水緩慢吹出，不能用江水或制冷水趕水。用水桶盛水測溫，選定層的每根水管單獨(dú)測量，每根水管的水溫取多桶水溫的平均值作為測量結(jié)果。不同間距水管的參考悶溫時(shí)間見表5。

表5 悶溫時(shí)間參考表

5)對所有溫度計(jì)測量結(jié)果應(yīng)做好記錄，形成關(guān)于最低溫度、最高溫度、平均溫度的歷時(shí)記錄，其中平均溫度成果用于評價(jià)施工是否滿足溫度控制相關(guān)要求。

6)承包人應(yīng)即時(shí)向監(jiān)理人提交溫度測量報(bào)告，納入溫度控制施工周報(bào)，內(nèi)容包括(但不限于):混凝土澆筑溫度，混凝土內(nèi)部溫度，每條冷卻水管的冷卻水流量、流向、壓力、入口溫度和出口溫度，要求反映溫度歷時(shí)變化過程。

7)施工過程中，承包人應(yīng)根據(jù)溫度測量結(jié)果進(jìn)行趨勢預(yù)測，對可能超出溫控標(biāo)準(zhǔn)的情況應(yīng)及時(shí)制定并實(shí)施預(yù)防措施。一旦發(fā)現(xiàn)超出溫控標(biāo)準(zhǔn)的情況，要及時(shí)報(bào)告給監(jiān)理人。

4 存在問題及建議

1)由前述計(jì)算分析可知，明渠在汛期過水時(shí)，在目前的制冷系統(tǒng)所能提供的溫控措施下，最高溫度超出了允許最高溫度，最大溫度應(yīng)力亦超過了允許拉應(yīng)力，存在一定的開裂風(fēng)險(xiǎn)。

2)建議明渠汛期過水前，除通水降溫外，過水前10 d用河水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)水深≥20 cm。

3)若混凝土設(shè)計(jì)齡期由28 d調(diào)到90 d，相當(dāng)于混凝土等級降低了部分。根據(jù)結(jié)合段復(fù)核計(jì)算分析結(jié)果來看，與28 d設(shè)計(jì)齡期相比，最高溫度和溫度應(yīng)力均基本相當(dāng)，但混凝土對應(yīng)齡期抗拉強(qiáng)度較28 d設(shè)計(jì)齡期低，抗裂能力有一定降低。目前90 d齡期熱力學(xué)參數(shù)為推算值，有待試驗(yàn)參數(shù)全部出來后進(jìn)一步復(fù)核。

［1］江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院.SL379－2009水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2007.