汪春燕

(江西省水利水電建設(shè)有限公司，南昌 330000)

0 引 言

隨著中西部大開發(fā)的逐漸深入，在中西部高寒地區(qū)的水利工程建設(shè)逐漸增多。但西部高寒地區(qū)海拔高，日照時(shí)間長(zhǎng)，晝夜溫差大，多風(fēng)少雨。高寒地區(qū)特殊的氣候特點(diǎn)，在施工過程中要重點(diǎn)關(guān)注其溫度控制。以西部高寒地區(qū)的水利工程建設(shè)中施工期間溫度控制為例展開研究，對(duì)于類似工程提供參考經(jīng)驗(yàn)。

文章以西部高寒地區(qū)大港碾壓混凝土重力壩混凝土施工為例，探究施工期間溫控措施。通過設(shè)定可對(duì)比性的試驗(yàn)，跟蹤各條件下的溫度變化并對(duì)比分析，綜合考慮工程效益成本等方面，對(duì)溫控措施相關(guān)參數(shù)給出最佳推薦值，提出合理的溫控措施[1]。

1 工程概況

1.1 大港

大港碾壓混凝土重力壩壩高131m，壩長(zhǎng)368m，壩體共需要18萬m3的混凝土澆筑。壩體分為15個(gè)壩段，其中最大壩寬32.5m。壩身共需修建6個(gè)泄洪表孔，1個(gè)泄洪底孔，5個(gè)發(fā)電進(jìn)水口，壩體結(jié)構(gòu)復(fù)雜。加上施工環(huán)境惡劣，施工期長(zhǎng)，對(duì)壩體溫控工作開展帶來很多阻力。壩址處全年各月平均氣溫如表1。

文章選擇10#壩段為研究對(duì)象，該段壩高93m，長(zhǎng)110m，寬29m。碾壓混凝土熱學(xué)參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表1 大壩所處地區(qū)年平均氣溫

表2 混凝土的熱學(xué)性能參數(shù)情況

圖1 10#壩段材料分區(qū)

圖2 10#壩段壩體有限元網(wǎng)絡(luò)模型

壩段溫度場(chǎng)計(jì)算設(shè)基巖的底面加上4個(gè)側(cè)面為絕熱面，與大氣接觸的基巖頂面是散熱面，壩體上下游面、頂面是散熱面，兩個(gè)橫側(cè)面是絕熱面。在溫度應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算中，三向全約束只有基巖底面，自由面有上游面。壩體頂面及4個(gè)側(cè)面[2]。

依據(jù)相關(guān)公式計(jì)算水電站運(yùn)行期壩前水庫水溫分布情況，結(jié)合實(shí)際工程，設(shè)定庫底水溫均值是6℃，并將此值作為邊界值，得到穩(wěn)定溫度場(chǎng)分布情況，具體見圖。由圖1 可以得到大壩平均穩(wěn)定溫度變化范圍是8-10℃，取其均值9℃設(shè)定是大壩平均穩(wěn)定溫度。依據(jù)平均穩(wěn)定溫度，MIDAS/GTS軟件明確壩體基礎(chǔ)溫差、最高溫度控制標(biāo)準(zhǔn)，具體情況如表3所示。

圖3 10#壩段穩(wěn)定溫度場(chǎng)圖

表3 基礎(chǔ)溫差、最高溫度控制標(biāo)準(zhǔn)表

備注：強(qiáng)約束區(qū)、弱約束區(qū)、自由區(qū)的分界點(diǎn)是壩底長(zhǎng)的20%、40%處。

4 溫控措施

4.1 澆筑溫度

根據(jù)施工情況，選擇3種不同工況條件的澆筑溫度進(jìn)行分析，在4-10月期間強(qiáng)約束區(qū)、弱約束區(qū)、自由區(qū)的混凝土澆筑溫度依次是12/15/18℃(1)、14/17/20℃(2)、16/19/21(3)℃，三種施工條件下壩體內(nèi)部最高溫度變化趨勢(shì)見圖4。

圖4 種施工條件下壩體內(nèi)部最高溫度隨高程變化趨勢(shì)

由圖2分析，不難看出，壩體整體的最高溫度與3種約束區(qū)的澆筑溫度、高程均成正相關(guān)關(guān)系。3種約束區(qū)壩體最高溫度，自由區(qū)達(dá)到最大值后呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。從3種工況角度看，工況3澆筑溫度最高，壩體內(nèi)部最高溫度也最高，但其變化趨勢(shì)在同一約束區(qū)比工況2變化急促。綜合考慮多種因素，給定在強(qiáng)約束區(qū)、弱約束區(qū)、自由區(qū)混凝土澆筑溫度宜為：14℃、17℃、20 ℃[3-4]。

4.2 冷卻水管

水利壩體溫度控制主要通過布設(shè)冷卻水管，按照計(jì)劃進(jìn)行通水，可以有效降低內(nèi)部升溫速度，控制最高溫度大小。本工程中冷卻水管規(guī)格是：長(zhǎng)180m，管內(nèi)徑28mm，壁厚6mm。其布置方式采用蛇形布設(shè)。

4.2.1 冷卻水管間隔

改變冷卻水管間隔形成3種不同布設(shè)方案，通水時(shí)長(zhǎng)一樣，均24d，水溫保持在12℃，測(cè)定三種間隔下壩體內(nèi)部不同約束區(qū)的最高溫度情況如表4所示。

由表4數(shù)據(jù)分析。

表4 不同間隔的冷卻水管壩體內(nèi)部不同約束區(qū)最高溫度 ℃

4.2.2 冷卻水溫

冷卻水溫也是影響壩體內(nèi)部最高溫度的一個(gè)關(guān)鍵因素，為了找到最佳冷卻水溫，依次改變冷卻水溫，設(shè)定10、12、14℃，測(cè)定壩體內(nèi)部不同約束區(qū)最高溫度(冷卻水管間隔選用1.2m×1.2m，通水時(shí)長(zhǎng)24d)，具體見表5。

表5 不同冷卻水穩(wěn)條件下壩體內(nèi)部不同約束區(qū)最高溫度 ℃

分析表5中的數(shù)據(jù)，冷卻水的溫度對(duì)混凝土最高溫度影響不大，冷卻水溫度升高2℃，混凝土最高溫度僅升高0.6℃?？紤]到經(jīng)濟(jì)成本考慮，冷卻水建議選取10℃的天然水即可。

4.2.3 通水時(shí)長(zhǎng)

冷卻水的通水時(shí)長(zhǎng)同樣也影響著壩體內(nèi)部最高溫度，同理確定最佳通水時(shí)長(zhǎng)，依次改變冷卻水通水時(shí)長(zhǎng)，設(shè)定測(cè)定12d、18d、24d，測(cè)定壩體內(nèi)部不同約束區(qū)最高溫度(冷卻水管間隔選用1.2m×1.2m，冷卻水溫10℃)，變化曲線見圖5。

圖5 3種通水時(shí)長(zhǎng)同一位置壩體內(nèi)部溫度跟蹤變化曲線

由圖3可以看出，混凝土澆筑完成后的7d內(nèi)其溫度不斷上升，在7d左右達(dá)到最高溫度，之后有一段下降期，后期處于緩慢上升階段。對(duì)比3個(gè)通水時(shí)長(zhǎng)，24d的通水時(shí)長(zhǎng)，使得混凝土壩體最高溫度有效降低，抗裂安全系數(shù)降低。綜合考慮工程成本及工程質(zhì)量，通水時(shí)長(zhǎng)最佳為24d。

4.3 混凝土表面保溫

高寒地區(qū)壩體混凝土表面在越冬時(shí)期，常常由于外界溫度驟降，造成內(nèi)外溫差大，極易形成裂縫，所以混凝土表面保溫很有必要。選用三種保溫措施，依次是不保溫-1、覆蓋一層4cm的聚苯乙烯保溫板-2、覆蓋一層8cm聚苯乙烯保溫板。3種措施下均通一期冷卻水，測(cè)定其溫度變化見圖6。

圖6 3種不同表面保溫措施大壩同一位置溫度變化曲線

分析圖6，不難看出，不采取保溫措施壩體混凝土溫度在9月份開始迅速降溫。覆蓋一層4cm的聚苯乙烯保溫板額混凝土溫度緩慢下降，而覆蓋一層8cm的聚苯乙烯保溫板的混凝如溫度上升，不利于溫度控制。綜合考慮工程中各因素，混凝土表面保溫措施以采用覆蓋一層4cm的聚苯乙烯保溫板。

4.4 計(jì)算結(jié)果分析

綜上分析，本施工宜采用是溫控措施有：強(qiáng)約束區(qū)、弱約束區(qū)、自由區(qū)混凝土澆筑溫度宜為：14℃、17℃、20 ℃。冷卻水管鋪設(shè)間隔為1.2m*1.2m，蛇形鋪設(shè)，冷卻水選取10℃的天然水，通水時(shí)長(zhǎng)24d?；炷帘砻娓采w一層4cm的聚苯乙烯保溫板實(shí)現(xiàn)表面保溫。在上述溫控措施下，應(yīng)用MIDAS/GTS軟件計(jì)算得到10#壩段的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)見圖7。

通過圖6溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)分布，均符合工程設(shè)計(jì)要求，且有效降低了混凝土裂縫安全系數(shù)，充分表明溫控措施的有效性。

圖7 10號(hào)壩段溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)

5 總 結(jié)

文章以西部高寒地區(qū)某碾壓混凝土重力壩混凝土施工為例，探究施工期間溫控措施。認(rèn)為設(shè)定具有可以對(duì)比性的試驗(yàn)，對(duì)壩體溫度跟蹤，將其變化進(jìn)行對(duì)比分析，標(biāo)定其溫控參數(shù)，選取經(jīng)濟(jì)合理有效的溫控措施，得到如下結(jié)論：

1)強(qiáng)約束區(qū)、弱約束區(qū)、自由區(qū)混凝土澆筑溫度宜為：14℃、17℃、20 ℃。

2)冷卻水管鋪設(shè)采用1.2m×1.2m間隔的蛇形布設(shè)；冷卻水建議選取10℃的天然水，通水時(shí)長(zhǎng)最佳為24d。

3)壩體上下游面、倉面混凝土表面保溫通過覆蓋一層4cm的聚苯乙烯保溫板來實(shí)現(xiàn)。

[1]崔俊峰,宋秀萍,肖自龍.高寒地區(qū)施工大體積混凝土溫度控制[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2003(04):21-23.

[2]馬敬,蔣兵.高寒地區(qū)碾壓式瀝青混凝土心墻施工配合比的確定及溫度控制[J].中國農(nóng)村水利水電,2008(07):84-85.

[3]阮新民,魯一暉,夏世法.高寒地區(qū)某RCC重力壩夏季高溫期施工溫控措施及應(yīng)用效果分析[J].水利建設(shè)與管理,2009(08):25-28.

[4]劉要武.高寒地區(qū)施工大體積混凝土溫度控制[J].交通世界(建養(yǎng).機(jī)械),2011(10):192-193.