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        倒流河水庫碾壓混凝土拱壩溫控技術(shù)方案及實(shí)施效果評(píng)價(jià)

        2020-06-30 07:22:18
        四川水利 2020年3期
        關(guān)鍵詞:溢流壩段拱壩溫控

        (四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,成都,610072)

        1 工程概況

        倒流河水庫碾壓混凝土拱壩主要建筑物由左岸非溢流壩段、溢流壩段、右岸非溢流壩段和壩下護(hù)坦組成。壩頂高程1043.0m,壩頂寬度5.0m,壩頂弧長191.288m,最大壩高60.0m,壩底寬度20.0m,建基高程983.00m。大壩兩端為非溢流壩段,左岸非溢流壩長71.63m,右岸非溢流壩長77.16m。大壩河床段為溢流壩段,設(shè)有開敞式溢洪道。大壩建基面為微風(fēng)化與新鮮厚~巨厚層三疊系上統(tǒng)須家河組砂巖?;炷凉橇狭显礊槿B系下統(tǒng)嘉陵江組(T1j2)灰?guī)r,水泥采用普通硅酸鹽水泥。

        大壩碾壓混凝土設(shè)計(jì)部位如下:

        (1)上游防滲表面層(Ⅰ區(qū))采用C18020W6(二級(jí)配富膠變態(tài))混凝土,0.5m厚;

        (2)上游防滲層(Ⅱ區(qū))采用C18020W6(二級(jí)配富膠)碾壓混凝土,1.5m厚;

        (3)壩體內(nèi)(Ⅲ區(qū))采用三級(jí)配C18020碾壓混凝土;

        (4)基礎(chǔ)墊層采用2m厚常態(tài)C2820混凝土(Ⅲ-1區(qū));

        (5)廊道、管道和放空底孔檢修門槽周邊、壩體下游表面(Ⅳ區(qū))采用C18020(變態(tài))混凝土。

        2 主要溫控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

        對約束區(qū)采用容許溫差控制,非約束區(qū)采用內(nèi)外溫差控制。參照《碾壓混凝土壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 314-2004)表明,基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)的容許溫差為12.0℃~14.5℃,允許最高溫度為30℃~32.5℃;弱約束區(qū)的容許溫差為14.5℃~16.5℃,允許最高溫度為32.5℃~34.5℃;非約束區(qū)內(nèi)外最大溫差按18.0℃控制,允許最高溫度36.5℃。

        3 主要溫控技術(shù)方案

        3.1 大壩分縫

        設(shè)置兩條誘導(dǎo)縫和兩條橫縫,其中誘導(dǎo)縫位置分別位于壩左0+022.00與壩右0+026.00樁號(hào)處;橫縫位置分別位于壩左0+055.00與壩右0+059.00樁號(hào)處,詳見圖1。

        圖1 倒流河碾壓混凝土拱壩橫縫和誘導(dǎo)縫位置

        3.2 分層厚度與間歇期

        墊層混凝土為1m,其余層以3m為主。間歇期3d~10d。

        3.3 有限元計(jì)算施工進(jìn)度模擬

        每年10月16日-次年4月15日進(jìn)行碾壓混凝土施工。大壩碾壓混凝土開澆日期為2013年12月1日,至2014年4月26日,大壩澆筑至1034.0m高程;2014年10月15日,恢復(fù)大壩碾壓混凝土澆筑,至2014年11月8日,達(dá)到壩頂高程1043.0m。

        3.4 澆筑入倉溫度

        無預(yù)冷,取自然狀態(tài)下各月澆筑溫度,為各月平均氣溫+2℃。

        3.5 封拱與通水冷卻

        初擬設(shè)計(jì)灌漿封拱溫度為17℃。壩內(nèi)預(yù)埋外徑為32mm HDPE高密度聚乙烯管,壁厚為2.3mm,抗伸屈服壓力≥20MPa。通水流量為1.0m3/h,水流方向應(yīng)24h調(diào)換一次,進(jìn)口水溫與混凝土內(nèi)部溫度之差不應(yīng)超過20.0℃,降溫速率不大于1.0℃/d,冷卻水管長度不大于250m,間距1.5m×1.5m。

        (1)初期冷卻:3月-4月澆筑的部位以及10月-11月澆筑的部位進(jìn)行初期冷卻,3月和11月通河水冷卻,4月和10月通16℃冷卻水冷卻,通水時(shí)間為15d。

        (2)中后期冷卻:封拱前兩個(gè)月,進(jìn)行中期通河水冷卻。

        (3)后期冷卻:封拱前1個(gè)月,進(jìn)行后期通12℃冷卻水冷卻。

        (4)為比較通水冷卻措施對最高溫度和封拱溫度的影響,提出了不通水冷卻的方案。

        3.6 其他常規(guī)溫控措施。

        4 三維有限元驗(yàn)證成果

        三維有限元驗(yàn)證由西安理工大學(xué)完成,前期基礎(chǔ)資料參照類似項(xiàng)目提出,后期采用試驗(yàn)資料修正。

        4.1 準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場計(jì)算成果分析

        1月、7月份的準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場見圖2,準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場計(jì)算結(jié)果符合一般規(guī)律。從圖中可以看出,壩體內(nèi)部穩(wěn)定溫度為18.0℃左右,較多年平均溫度略高。

        圖2 倒河流碾壓混凝土拱壩1月(左)與7月(右)份準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場云圖

        4.2 非穩(wěn)定溫度場計(jì)算成果分析

        (1)在基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)最高溫度均為26.1℃,出現(xiàn)在拱冠梁剖面988.0m高程的碾壓混凝土中,滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

        (2)在基礎(chǔ)弱約束區(qū)最高溫度均為27.0℃,出現(xiàn)在拱冠梁剖面995.0m高程的碾壓混凝土中,滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

        (3)不通水冷卻方案非約束區(qū)碾壓混凝土區(qū)域最高溫度為38.2℃,通水冷卻最高溫度為34.1℃,出現(xiàn)在拱冠梁剖面1028.0m高程的碾壓混凝土中。于2014年4月上旬澆筑,設(shè)計(jì)入倉溫度20.5℃,允許最高溫度36.5℃。

        (4)通水冷卻封拱時(shí),最高溫度為17.5℃~18℃之間,基本滿足接縫灌漿要求;不通水冷卻最高溫度為24.8℃~27℃之間,不滿足接縫灌漿的要求。

        4.3 應(yīng)力場計(jì)算成果分析

        壩體內(nèi)部的最大主拉應(yīng)力為1.5MPa,出現(xiàn)的時(shí)間為2014年8月,不通水冷卻為1.6MPa;壩體表面的最大主拉應(yīng)力兩方案均為1.2MPa,最大主拉應(yīng)力出現(xiàn)在鼻坎部位,其余表面部位的最大拉應(yīng)力均小于1.0MPa,出現(xiàn)的時(shí)間為2015年1月。

        5 實(shí)施效果

        大壩于2014年10月5日正式開始碾壓澆筑,2015年4月上旬大壩澆筑至1023m高程,高溫季節(jié)繼續(xù)施工,于2015年8月3日全面上升至壩頂高程1043.00m。2015年4月完成一期(高程1001.6m以下)封拱接縫灌漿,2016年4月完成二期封拱接縫灌漿。大壩碾壓實(shí)際施工時(shí)段與計(jì)算初擬時(shí)段差別較大,1026m高程以下在低溫季節(jié)澆筑,以上高程在中高溫季節(jié)完成。

        5.1 監(jiān)測成果分析

        基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)(高程983m~993m):澆筑時(shí)間為2014年10月5日至11月10日,實(shí)測最高溫度為35.3℃(2014年10月9日前后),測點(diǎn)高程為986m,澆筑時(shí)間為2014年10月6日,環(huán)境溫度為23.5℃,設(shè)計(jì)允許最高溫度為32.5℃。

        基礎(chǔ)弱約束區(qū)(高程993m~1003m):澆筑時(shí)間為2014年11月11日至12月28日,實(shí)測最高溫度為30.95℃(2014年11月19日前后),測點(diǎn)高程為995.1m,澆筑時(shí)間為2014年11月13日,環(huán)境溫度為15.0℃,設(shè)計(jì)允許最高溫度34.5℃。

        非約束區(qū)(高程1003m~1043m):澆筑時(shí)間為2015年1月至8月3日,實(shí)測最高溫度為39.6℃(編號(hào)T39,2015年4月21日前后),測點(diǎn)高程為1025.1m,澆筑時(shí)間為2015年4月18日,環(huán)境溫度為28.4℃,設(shè)計(jì)允許最高溫度為36.5℃。

        5.2 溫度控制評(píng)價(jià)

        (1)強(qiáng)約束區(qū)986m高程以下在10月上旬環(huán)境溫度較高時(shí)澆筑,溫度超標(biāo);10月中下旬至11月上旬澆筑段最高溫度30.1℃,滿足設(shè)計(jì)要求。

        (2)弱約束區(qū)混凝土在低溫季節(jié)澆筑,最高溫度均符合設(shè)計(jì)要求。

        (3)非約束區(qū)混凝土1023.0m高程以下主要在低溫季節(jié)澆筑,最高溫度34.4℃,基本符合設(shè)計(jì)要求;1023.0m高程以上主要在高溫季節(jié)澆筑,尤其是4月中旬出現(xiàn)連續(xù)高溫時(shí)段澆筑,最高溫度達(dá)到39.6℃。1032m高程以上主要安排在6、7月份高溫季節(jié)澆筑,盡管環(huán)境溫度相對較高,但可能有該段體型相對變薄、散熱條件較好這一條件,最高溫度在35℃~39℃之間,部分高于設(shè)計(jì)允許值。

        5.3 后期壩體裂縫及處理情況

        (1)主要裂縫:3#誘導(dǎo)縫靠溢流壩段側(cè)上下游貫穿裂縫1條,上游沿縫為1035.5m~1006.5m、下游1038.5m~1007.5m高程,最大縫寬2mm。表面鑿“U”型槽填料封閉,縫內(nèi)磨細(xì)水泥低壓灌漿,迎水面刷防滲彈性材料防滲。

        (2)次要裂縫:擋水壩左岸壩段4條表面裂縫,長度4m左右,最大縫寬0.2mm,深度小于5mm。直接沿縫鑿“U”型槽填料封閉。

        6 結(jié)語

        從有限元驗(yàn)證成果看來,在無預(yù)冷條件下通過合理分縫、低溫季節(jié)澆筑、適當(dāng)?shù)拈g歇期和其他常規(guī)手段等溫控措施是可以滿足中低拱壩溫控要求的,兼顧封拱需要適當(dāng)通水冷卻更為有利。從實(shí)踐看來,在低溫季節(jié)澆筑的混凝土最高溫度均滿足要求;部分強(qiáng)約束區(qū)在中低溫季節(jié)澆筑,最高溫度超標(biāo),但沒有發(fā)生裂縫;非約束區(qū)中部出現(xiàn)貫穿裂縫原因是多方面的,沒有控制好最高溫度可能是其中因素之一??傮w看來,對于一般中低碾壓混凝土拱壩來說,合理應(yīng)用常規(guī)技術(shù)進(jìn)行無預(yù)冷條件下溫度控制是可行的。

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