【摘要】碾壓混凝土的溫控防裂一直是碾壓混凝土壩建設(shè)的關(guān)鍵問題。雖然國內(nèi)外關(guān)于碾壓混凝土的溫控防裂問題進(jìn)行了較多的研究工作，但至今仍不能完全避免。水電站壩體剖面較大，工期長，受季節(jié)影響大，溫控防裂仍然是面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題。為了給實(shí)際工程中表面保護(hù)材料的選擇和氣溫驟降情況下的溫控方案提供參考，對(duì)廠房壩段行進(jìn)了氣溫驟降的敏感性研究，揭示了大壩溫度與應(yīng)力隨氣溫驟降速度和時(shí)間的變化規(guī)律。

【關(guān)鍵詞】碾壓混凝土壩；溫度應(yīng)力；溫控防裂；溫控措施

碾壓混凝土壩由于采用水泥用量少的干硬性混凝土和薄層碾壓連續(xù)澆筑的方法施工，其單位體積混凝土所用水泥用量比常態(tài)混凝土少，其水化熱較常態(tài)混凝土少，絕熱溫升也較低，這對(duì)于溫控來說是個(gè)有利的條件。另外，碾壓混凝土壩通常無縱縫通倉澆筑或橫縫間距較大，因而澆筑塊較長，上下層溫差和基礎(chǔ)溫差引起的應(yīng)力均較大。水庫開始蓄水時(shí)，壩體混凝土內(nèi)部溫度還比較高，壩體上游面與低溫庫水接觸后，產(chǎn)生拉應(yīng)力，有可能促使施工過程中出現(xiàn)的表面裂縫擴(kuò)展為大的劈頭裂縫。溫度應(yīng)力貫穿了整個(gè)施工期和運(yùn)行期的全過程，使碾壓混凝土壩的溫度場(chǎng)和溫度應(yīng)力發(fā)展規(guī)律和時(shí)空分布與常態(tài)混凝土壩有重大差別。

氣溫驟降容易使壩面發(fā)生了裂縫。因此有必要進(jìn)行氣溫驟降對(duì)壩面溫度和溫度應(yīng)力影響的敏感性研究。為了體現(xiàn)溫度驟降類型對(duì)壩體溫度和溫度應(yīng)力的影響程度，在敏感性分析中均保持著單參數(shù)變化。

1、工程實(shí)例

8#廠房壩段的計(jì)算剖面尺寸及材料分區(qū)示于圖1。該壩段長34m，底寬154.8m，底部有4m厚的常態(tài)混凝土墊層。計(jì)算中同樣將地基與壩體作為一個(gè)整體來考慮。溫度場(chǎng)結(jié)果中的所有選點(diǎn)都位于結(jié)構(gòu)段中央。應(yīng)力場(chǎng)的整理成果中，上游壩面及防滲層選點(diǎn)均位于短縫和結(jié)構(gòu)段中央，其余選點(diǎn)都位于結(jié)構(gòu)段中央。

本次仿真模擬計(jì)算采用ANSYS有限元軟件，模型采用六面體8節(jié)點(diǎn)等參單元，為了提高計(jì)算精度，在劃分有限元網(wǎng)格時(shí)，沿壩體的高度方向每一澆筑層等分為兩層單元。

壩體從11月1日開始澆筑，每6天上升一層。每個(gè)澆筑層厚度1.5m。施工期間的基本溫控措施包括通水冷卻、倉面噴霧、表面保護(hù)。

2、不同氣溫驟降類型的溫度和應(yīng)力敏感性分析

氣溫突然降低容易使壩面發(fā)生開裂，因此有必要對(duì)不同氣溫驟降類型及降溫幅度情況下的壩面混凝土溫度和應(yīng)力變化規(guī)律進(jìn)行計(jì)算研究。

工況①：降溫兩天，溫度回升兩天，降溫與升溫速度均為5℃/d；

工況②：降溫五天，溫度回升五天，降溫與升溫速度均為5℃/d；

工況③：降溫兩天，溫度回升兩天，降溫與升溫速度均為10℃/d。

由于氣溫驟降開始的時(shí)間是次年5月1日，即壩體混凝土開澆后的第182天。此時(shí)施工進(jìn)度正處在澆筑層第31層，也是強(qiáng)弱約束區(qū)的分界面附近。本次分析只針對(duì)上游壩面強(qiáng)約束區(qū)代表點(diǎn)的溫度及溫差歷程曲線進(jìn)行相關(guān)分析。為分析氣溫驟降對(duì)不同齡期壩面混凝土溫度的影響，分別將三種工況下氣溫驟降前30、24、18、12、6天及驟降當(dāng)天澆筑的混凝土層上游面選點(diǎn)的橫河向溫度應(yīng)力歷程曲線示于圖2～圖4。

從圖2～圖4之間的對(duì)比可以看出：

2.1 工況①中，約束區(qū)的橫河向應(yīng)力只會(huì)在氣溫驟降期及其之后的短時(shí)間內(nèi)發(fā)生變化，而其余時(shí)期基本不變。并且最大拉應(yīng)力也不會(huì)發(fā)生改變。工況②中，由于驟降時(shí)間變長，約束區(qū)的橫河向應(yīng)力在驟降期及其之后的短時(shí)間內(nèi)發(fā)生了比工況①更大的變化，并使約束區(qū)壩面混凝土的最大拉應(yīng)力及出現(xiàn)時(shí)間發(fā)生改變，由原來的冷卻結(jié)束變?yōu)闅鉁伢E降到最低的時(shí)刻，而其余時(shí)期基本不變。工況③中，約束區(qū)的橫河向應(yīng)力仍只會(huì)在氣溫驟降期及其之后的短時(shí)間內(nèi)發(fā)生變化，而其余時(shí)期基本不變。并且由于驟降坡度的增大，使得應(yīng)力突變的幅度比工況①更大。

2.2 由于壩面突然遇冷收縮，使壩面以內(nèi)一定范圍的混凝土受到壩面混凝土的擠壓，壓應(yīng)力增大（參見圖2～圖4）。驟降時(shí)間越長，驟降速度越快，壓應(yīng)力就越大。

2.3 圖2～圖4的橫河向應(yīng)力歷程曲線共同表明了，對(duì)于距驟降期較遠(yuǎn)時(shí)間（包括驟降前與驟降后）澆筑的混凝土，氣溫驟降不會(huì)使其橫河向應(yīng)力在總體規(guī)律上發(fā)生變化，仍與基本工況相同。只是在驟降期及其之后的一段時(shí)間范圍內(nèi)，應(yīng)力會(huì)發(fā)生突變。

3、結(jié)論

綜合本章對(duì)三種不同氣溫驟降類型的分析，可以獲得以下幾方面認(rèn)識(shí)：

3.1 驟降的時(shí)間越長，速度越快，對(duì)壩面混凝土溫度和應(yīng)力的影響就越大。

3.2 在論文的三種氣溫驟降類型中，驟降時(shí)間對(duì)壩面混凝土的溫度和應(yīng)力的影響程度要大于驟降速度。對(duì)工況①和工況②的分析，相同的驟降速度（5℃/d）情況下，工況②的驟降時(shí)間是工況①的2.5倍，驟降期間的溫度突降幅度卻是工況①的4～5倍，應(yīng)力增大的幅度是工況①的5倍。而將工況①和工況③的計(jì)算成果進(jìn)行對(duì)比可以看出，相同的驟降時(shí)間（2天）情況下，工況③的驟降速度是工況①的2倍，而驟降期間的溫度突降卻只有工況①的1.5倍左右，應(yīng)力增大的幅度也只是工況①的2倍左右。

3.3 氣溫驟降只會(huì)影響壩面混凝土較短時(shí)間內(nèi)的溫度和應(yīng)力，而對(duì)后期的溫度及應(yīng)力基本不造成影響。但必須做好驟降期內(nèi)壩面（特別是墊層）的防裂工作，否則如遇上更不利的驟降類型，壩面混凝土將很有可能在驟降期發(fā)生開裂。

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