梁嘉輝

三門峽市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司中山分公司 528400

摘要：施工期溫度變化效應(yīng)是碾壓混凝土重力壩的主要荷載形式之一，一般人們會(huì)注意到這一點(diǎn)，但所選擇的溫控措施卻不盡相同，甚至大相徑庭，這也讓該壩型的溫控設(shè)計(jì)存在爭(zhēng)議，因此本文對(duì)有關(guān)問題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：施工期；溫度變化效應(yīng)；碾壓混凝土重力壩；設(shè)計(jì)

碾壓混凝土重力壩是上世紀(jì)80年代發(fā)展起來的，采用干硬混凝土碾壓施工筑成的實(shí)體重力壩，與常態(tài)混凝土重力壩相比，由于具有施工快、省水泥、造價(jià)低、工期短等優(yōu)勢(shì)，所以該壩型得到迅速推廣應(yīng)用，目前最大壩高已超過200m[1，2]。在碾壓混凝土重力壩設(shè)計(jì)時(shí)，施工期溫度變化效應(yīng)是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一，因?yàn)榛炷翆?dǎo)熱性能較差，若集聚在混凝土內(nèi)部的水泥水化熱不加控制，那么溫度應(yīng)力就會(huì)超過混凝土允許變形的能力而引起開裂，因此施工期溫度控制就成為碾壓混凝土重力壩設(shè)計(jì)中的重要問題，本文對(duì)此進(jìn)行了研究和探討。

1 考慮施工期溫度變化效應(yīng)的碾壓混凝土重力壩的設(shè)計(jì)思路

1.1 碾壓混凝土重力壩與常態(tài)混凝土重力壩的差異

目前，針對(duì)常態(tài)混凝土重力壩施工期溫度變化效應(yīng)的研究比較成熟，但由于碾壓混凝土重力壩出現(xiàn)時(shí)間并不長(zhǎng)，研究的系統(tǒng)性、深度相對(duì)不足，于是很多人習(xí)慣于采用常態(tài)混凝土重力壩的觀點(diǎn)和方法來考慮碾壓混凝土重力壩的設(shè)計(jì)問題，這就難免產(chǎn)生偏差，實(shí)際上碾壓混凝土重力壩與常態(tài)混凝土重力壩在施工期溫度變化效應(yīng)方面有明顯的差別，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：（1）碾壓混凝土配用水泥較少，摻用大量粉煤灰，水化熱較常態(tài)混凝土少，這是事實(shí)，但因主要采用通倉薄層快速澆筑方式，壩體內(nèi)部熱量不易散失，沿澆筑層高度方向溫差大，恒溫時(shí)間很長(zhǎng)，例如某壩高140m的碾壓混凝土重力壩經(jīng)仿真分析，溫度場(chǎng)穩(wěn)定時(shí)間需在30年以上，所以同樣溫差條件下碾壓混凝土重力壩內(nèi)部溫度應(yīng)力比常態(tài)混凝土大。（2）碾壓混凝土水泥含量少，抗拉強(qiáng)度和徐變較小，所以其抗裂能力較弱，再加上一般不設(shè)置縱縫和埋設(shè)冷卻水管，施工期間更易出現(xiàn)表面裂縫和上游面劈頭裂縫。（3）碾壓混凝土重力壩在壩基上通常會(huì)澆筑2m厚的常態(tài)混凝土面板，以便停歇一段時(shí)間（如2個(gè)月）后進(jìn)行基巖固結(jié)灌漿，該面板常出現(xiàn)貫穿性裂縫，并會(huì)向上擴(kuò)展到碾壓混凝土層，即使跨裂縫布設(shè)騎縫鋼筋也難以避免。以上特點(diǎn)決定了碾壓混凝土重力壩溫控設(shè)計(jì)思路與常態(tài)混凝土重力壩不同。

1.2 碾壓混凝土重力壩施工期溫度控制思路

基于碾壓混凝土重力壩施工期溫度變化效應(yīng)，提出以下設(shè)計(jì)思路：（1）優(yōu)化混凝土配合比，協(xié)調(diào)溫度應(yīng)力與混凝土抗拉強(qiáng)度關(guān)系[3]。在滿足混凝土強(qiáng)度、極限拉伸值、抗?jié)B、抗凍等指標(biāo)基礎(chǔ)上，配制線膨脹系數(shù)小、彈性模量低、澆筑性能好、抗拉強(qiáng)度高的混凝土，例如增加Ⅰ級(jí)粉煤灰摻量，摻加高效緩凝減水劑和引氣劑，以降低水膠比。合理選擇的骨料級(jí)配，例如采用四級(jí)配混凝土，石子骨料按特大石：大石：中石：小石=2：3：3：2（最大粒徑控制在120mm）配制，減少膠凝材料用量，可以簡(jiǎn)化溫控措施，提高碾壓層厚（采用50cm）和施工進(jìn)度[4]。（2）溫控措施應(yīng)結(jié)合混凝土澆筑計(jì)劃，也就是根據(jù)混凝土澆筑時(shí)的溫度變化、澆筑部位等情況采取相應(yīng)的溫控措施。年溫變化較大的地區(qū)，碾壓混凝土溫度應(yīng)力更大，所以應(yīng)采取更嚴(yán)格的溫控措施，反之則可采取較為寬松的溫控措施。在大壩強(qiáng)約束和溫度降幅大的部位，應(yīng)采取更嚴(yán)格的溫控措施，而在大壩次要部位和溫度降幅小的部位，可采取相對(duì)寬松的溫控措施。（3）溫控措施應(yīng)結(jié)合溫控標(biāo)準(zhǔn)和溫控對(duì)象。施工期混凝土約束應(yīng)力主要呈現(xiàn)廣泛分布狀態(tài)，對(duì)混凝土自身缺陷較為敏感，所以溫控標(biāo)準(zhǔn)要求更高，溫控措施更加嚴(yán)格。同時(shí)針對(duì)不同的溫控對(duì)象要有相應(yīng)的溫控措施，例如水閘底板閘墩以限裂設(shè)計(jì)為主導(dǎo)，而廠房進(jìn)水口框架以抗裂設(shè)計(jì)為主導(dǎo)，這些情況不應(yīng)等同于混凝土重力壩。（4）鑒于碾壓混凝土重力壩施工期溫度變化效應(yīng)的復(fù)雜性，應(yīng)結(jié)合大壩結(jié)構(gòu)、施工過程、計(jì)算能力與精度要求，并且同時(shí)考慮溫度、水壓力和大壩自重三種負(fù)荷，采用有限元法計(jì)算大壩溫度應(yīng)力。

2 基于施工期溫度變化效應(yīng)的碾壓混凝土重力壩的其他設(shè)計(jì)問題討論

2.1 大壩結(jié)構(gòu)型式

大量實(shí)踐和理論研究證實(shí)，壩體受到約束越強(qiáng)，例如體型復(fù)雜、孔洞較多、基礎(chǔ)不平整等情況，越容易開裂，因?yàn)檫@些型式和部位容易形成應(yīng)力集中，開裂的可能性也就較大，因此對(duì)于碾壓混凝土重力壩來說，為避免壩體中產(chǎn)生貫穿性裂縫，就應(yīng)該改善壩體體型和結(jié)構(gòu)，大壩外形應(yīng)盡可能平順，減少突然的轉(zhuǎn)折，內(nèi)部孔洞設(shè)置也應(yīng)盡量減少，基礎(chǔ)面盡量整平。

2.2 大壩上游面溫度縫的設(shè)置

目前，對(duì)于碾壓混凝土重力壩是否分縫有兩種不同的做法：一種主張不分縫，其理由是不分縫的壩體具有類似拱壩的超靜定結(jié)構(gòu)特征，不僅超載能力強(qiáng)，兼具施工簡(jiǎn)便、壩體工程量減少、施工工期短等特點(diǎn)，而且對(duì)于防滲要求不高的二類壩來說壩體開裂漏水也不影響運(yùn)行；另一種主張分縫，按20～30m間距設(shè)置橫縫。設(shè)置適當(dāng)?shù)臏囟瓤p可以減少開裂并無爭(zhēng)議，對(duì)防滲要求較高的一類壩宜根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)在應(yīng)力集中的部位設(shè)置橫縫。溫度縫和橫縫宜采用誘導(dǎo)縫型式，不影響大倉面澆筑施工。可在大壩上游面設(shè)置溫度縫，縫深距上游面3m，并應(yīng)采用止縫孔結(jié)構(gòu)，因?yàn)椴垆撝箍p仍會(huì)影響倉面施工。

2.3 冷卻水管的設(shè)置

一般來說，在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋設(shè)水管，可以降低混凝土溫度，控制混凝土內(nèi)外溫差和減少溫升幅度，但也許不是所有情況都是合適的。據(jù)某工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，澆筑層每層敷設(shè)水管占用2.5～4h時(shí)間，但這段時(shí)間混凝土澆筑溫度最大升高了約10℃，也就是說為了降低混凝土溫度而不得不增加倉面覆蓋時(shí)間的做法，反而更易引起混凝土溫度升高，因此從施工質(zhì)量控制、施工費(fèi)用控制角度來講都不夠合理[5]。但如前所述，碾壓混凝土重力壩體積很大，內(nèi)部溫度降低十分緩慢，往往在運(yùn)行后要經(jīng)過數(shù)十年乃至上百年才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在冬季低溫和寒潮來襲下，上游面易出現(xiàn)劈頭裂縫，對(duì)于高碾壓混凝土壩還是應(yīng)該采取通冷卻水的措施，因?yàn)椴荒苤蛔⒅厥┕て诘臏囟瓤刂贫活欉\(yùn)行期的裂縫控制。

2.4 澆筑層厚與間歇時(shí)間的設(shè)置

碾壓混凝土澆筑一般采取薄層短間歇連續(xù)澆筑方式，但近來傾向于厚層短間歇連續(xù)澆筑方法，前者不設(shè)冷卻水管，但因?yàn)闈仓訑?shù)多，易受到下雨等不利天氣的影響，并在高溫季節(jié)易受到熱量倒灌影響，后者需配置通水冷卻等倉面保護(hù)措施，但溫控成本比前者更低[5]，這種變化值得設(shè)計(jì)人員注意。

3 結(jié)語

施工期溫度變化效應(yīng)是碾壓混凝土重力壩設(shè)計(jì)工作中關(guān)鍵問題之一，而溫控措施主要基于成本、質(zhì)量、進(jìn)度三方面考慮，然而無論采取哪種措施，各種措施的綜合協(xié)調(diào)運(yùn)用都是最重要的，只有綜合壩型、材料、施工、環(huán)境等條件采取最有利的做法，才能確保大壩安全運(yùn)行。

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