劉其文

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550002)

1 工程概況

沙壩水電站是烏江支流洪渡河水電梯級(jí)開發(fā)的第5級(jí)，工程區(qū)位于中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫15.5℃。沙壩水庫正常蓄水位615.00m，總庫容9940萬m3，電站裝機(jī)30MW，多年平均發(fā)電量1.293億kW·h。擋水建筑物為單心圓碾壓混凝土雙曲拱壩，壩頂高程620.00m，壩頂寬度6.00m，壩底厚度19.715m，最大壩高84.50m，壩軸線長(zhǎng)度148.55m。溢流表孔寬45.00m，分5孔，堰頂高程603.00m。底孔高程570.00m，孔口尺寸3.0m×4.0m。

大壩主體采用三級(jí)配C9015碾壓混凝土;防滲層采用二級(jí)配C9020碾壓混凝土，564.00m高程以下厚度3.00m，564.00～589.00m高程厚度2.50m，589.00m高程以上厚度2.00m;上、下游壩面變態(tài)混凝土厚度50.00cm;墊層為厚度1.50m的三級(jí)配C9020常態(tài)混凝土。

2 溫控設(shè)計(jì)

2.1 優(yōu)化混凝土配合比，減少水化熱

混凝土熱量主要源于水泥水化產(chǎn)生的熱量，因此選用發(fā)熱量較低的水泥，在混凝土中摻加合適品質(zhì)和數(shù)量的摻和料、外加劑，合理控制水泥用量即成為混凝土壩溫控設(shè)計(jì)的首要措施。

(1)該工程選用遵義新蒲瑞安水泥廠P·O32.5水泥，3d水化熱209.0J/g，7d水化熱245.5J/g。

(2)粉煤灰是混凝土的主要摻和材料之一，摻入粉煤灰具有減水增強(qiáng)作用，減少水泥用量，降低混凝土絕熱溫升，延長(zhǎng)混凝土凝結(jié)時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。該工程選用遵義電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰。

(3)減水劑能降低混凝土拌和水用量，改善其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，提高強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍性能，以及降低水泥用量、減少水化熱。大壩混凝土摻用緩凝高效減水劑，要求減水率大于20%，初凝時(shí)間大于10h。

(4)在混凝土中摻入膨脹劑，可利用其微膨脹特性，補(bǔ)償混凝土由于溫度下降而產(chǎn)生的收縮，從而減小壩體拉應(yīng)力。該工程在基礎(chǔ)墊層混凝土內(nèi)摻加MgO作為膨脹劑，摻量為膠材用量的3%。

通過配合比優(yōu)化，大壩主體C15碾壓混凝土水泥用量為51kg/m3，粉煤灰摻量65%，經(jīng)測(cè)試28d絕熱溫升為16.25℃;防滲層C20碾壓混凝土水泥用量為89kg/m3，粉煤灰摻量 55%［1］。

2.2 壩體合理分縫，釋放溫度應(yīng)力

拱壩為3面嵌固的殼體結(jié)構(gòu)，其厚度方向的尺寸遠(yuǎn)比其它2個(gè)方向要小得多［2］。根據(jù)碾壓混凝土施工的特點(diǎn)，若壩體不分縫，則施工完畢后就自然封拱形成整體，當(dāng)溫度應(yīng)力和混凝土干縮疊加并達(dá)到一定程度后，將導(dǎo)致壩體產(chǎn)生橫向裂縫。如果壩體分縫過密，會(huì)增加施工難度，對(duì)碾壓混凝土快速施工極其不利;分縫過疏，則壩段過長(zhǎng)，對(duì)釋放壩體降溫過程中產(chǎn)生的拉應(yīng)力不利，容易產(chǎn)生裂縫［2］。因此，合理對(duì)壩體進(jìn)行分縫設(shè)計(jì)，對(duì)防止壩體混凝土開裂意義重大，也是混凝土壩溫度控制的一項(xiàng)重要措施。

為尋求合適的分縫方案，該工程專門進(jìn)行了有限元仿真計(jì)算專題研究，研究成果［3］反映:

(1)壩體不分縫時(shí)上游面最大拉應(yīng)力為2.87MPa，下游面最大拉應(yīng)力為2.43MPa，均超過混凝土的允許拉應(yīng)力(上游面1.87MPa，下游面1.41MPa)。

(2)壩體左側(cè)分1條縫后，近縫區(qū)域應(yīng)力有所改善，遠(yuǎn)離分縫區(qū)域無明顯改善，壩體上游面最大拉應(yīng)力為2.77MPa，下游面最大拉應(yīng)力為2.26MPa，仍超過允許拉應(yīng)力。

(3)壩體左、右岸各分1條縫后，拉應(yīng)力顯著降低，上游面最大拉應(yīng)力為1.73MPa，下游面最大拉應(yīng)力為1.95MPa，除下游面局部區(qū)域拉應(yīng)力仍超出允許拉應(yīng)力外，其余均滿足要求。

該工程壩軸線長(zhǎng)度僅148.55m，其中河床段 (表孔和底孔布置范圍)長(zhǎng)度71.72m，左岸長(zhǎng)度44.35m，右岸長(zhǎng)度32.48m。若繼續(xù)增加分縫，將不利于碾壓混凝土施工，且分2條縫方案，壩體也僅有局部區(qū)域拉應(yīng)力超標(biāo)，故最終采用2條縫方案，將壩體分為3個(gè)壩段，壩段長(zhǎng)度從右至左分別為23.816，87.053，37.684m，1#縫垂直高度71.00m，2#縫垂直高度75.00m，2條縫均采用誘導(dǎo)縫。

壩體分2條縫后，下游面局部區(qū)域拉應(yīng)力超標(biāo)擬通過其它溫控措施進(jìn)一步解決。

2.3 合理安排施工進(jìn)度和選擇澆筑時(shí)段

為了盡可能的降低混凝土澆筑溫度，以降低混凝土的最高溫升，混凝土澆筑盡可能避開夏季高溫季節(jié)。大壩535.50～549.00m高程混凝土施工時(shí)段為2005年03—04月，549.00～620.00m高程混凝土施工時(shí)段為2005年09月下旬至2006年03月上旬。

2.4 堆渣及充水保溫

因壩基開挖工期拖延，為加快施工進(jìn)度，使壩體混凝土能在汛期之前澆筑出河床及減小通水冷卻范圍，通過有限元計(jì)算分析，在壩體應(yīng)力滿足控制標(biāo)準(zhǔn)前提下，537.00～540.00m高程碾壓混凝土僅采取簡(jiǎn)化的溫控措施如下:

(1)壩體混凝土初凝～固結(jié)灌漿施工前，在上、下游圍堰之間充水，要求壩體頂面水深不小于20cm;

(2)固結(jié)灌漿施工期間對(duì)上、下游壩面與圍堰之間進(jìn)行充水，壩頂進(jìn)行流水養(yǎng)護(hù)。

另外，對(duì)549.00m高程以下混凝土，在澆筑完畢后立即對(duì)壩體上、下游面進(jìn)行泡水直至間歇期結(jié)束，然后利用開挖棄渣對(duì)上、下游壩面進(jìn)行堆渣保溫，要求堆渣頂部寬度不小于2.00m。

2.5 預(yù)埋冷卻水管，通水降溫

對(duì)540.00～603.00m高程混凝土通天然河水冷卻。冷卻水管采用高密聚乙烯管，管外徑32mm，壁厚2mm，水管間距1.50m。2005年10月30日前澆筑的混凝土在施工完畢后立即進(jìn)行一期通水冷卻，通水時(shí)間20d，每12h變換1次水流方向。11月10日開始對(duì)壩體603.00m高程以下混凝土進(jìn)行二期通水冷卻，每天變換1次水流方向，使壩體溫度降至封拱溫度15℃。通水冷卻時(shí)管內(nèi)流量不小于20L/min;通水過程中應(yīng)每天觀測(cè)壩體溫度，壩體降溫每天不得超過1℃。

2.6 倉面噴霧降溫及覆蓋隔熱

當(dāng)氣溫高于25℃時(shí)，尤其是中午日照較強(qiáng)時(shí)，采用高壓水槍對(duì)倉面進(jìn)行噴霧降溫，以保證倉面溫度不高于25℃。對(duì)已碾壓完畢的倉面立即用彩條布進(jìn)行覆蓋隔熱，以防溫度倒灌。

采取上述溫控措施后，壩體溫度得到有效控制，壩體應(yīng)力全部滿足控制要求。

3 結(jié)語

(1)混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)和壩體合理分縫在中小型碾壓混凝土拱壩溫控設(shè)計(jì)中效果顯著，可作為主要溫控措施。

(2)通過合理安排施工進(jìn)度和選擇澆筑時(shí)段、堆渣及充水保溫、倉面噴霧降溫及隔熱等措施后，可減少壩體通水冷卻范圍，加快施工進(jìn)度和節(jié)約溫控費(fèi)用。

［1］符祥平，徐瓊，陳霓，等.貴州省務(wù)川沙壩水電站混凝土試驗(yàn)報(bào)告［R］.貴陽:貴州黔水科研試驗(yàn)測(cè)試檢測(cè)工程有限公司，2004.

［2］劉其文，陳大松，羅健.魚簡(jiǎn)河碾壓混凝土拱壩溫控設(shè)計(jì)［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2009(5):83-84.

［3］張國新，劉玉，楊波，等.洪渡河務(wù)川沙壩電站大壩有限元溫控仿真計(jì)算研究 ［R］.北京:中國水利水電科學(xué)研究院.2005.