1、簡述
1.1 壩體結(jié)構(gòu)簡介
此拱壩設(shè)計為對數(shù)螺旋線型碾壓混凝土雙曲拱壩，建基面高程198.5m，壩頂高程305.5m，最大設(shè)計壩高107m，底厚18.5m，頂厚6m，高厚比0.17。壩體上游部位采用二級配富膠材碾壓混凝土防滲，壩體內(nèi)部采用三級配混凝土。二級配碾壓混凝土設(shè)計標(biāo)號為C9020F150W8，三級配碾壓混凝土設(shè)計標(biāo)號為C9020F100W6。上下游面及兩岸巖坡設(shè)50cm寬變態(tài)混凝土。從壩底到壩頂二、三級配混凝土分界線距大壩上游面6m～1.5m。 大壩設(shè)置3條誘導(dǎo)縫和2條橫縫，誘導(dǎo)縫和橫縫將壩體從左到右分成6個壩段，其上游弧長依次為22.28m、18m、34m、41.5m、49.33m和31.9m。誘導(dǎo)縫采用預(yù)埋雙向間隔誘導(dǎo)板成縫，橫縫采用預(yù)埋雙向連續(xù)誘導(dǎo)板成縫。誘導(dǎo)縫和橫縫內(nèi)均設(shè)置重復(fù)灌漿系統(tǒng)。
1.2 水文氣象
此流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，多年平均氣溫16.2℃，月平均氣溫以7月最高，為27.5℃，以1月最低，為4.6℃，極端最高氣溫42.1℃，極端最低氣溫-12.0℃；濕度大，多年平均相對濕度為80%。
表1 壩址多年氣溫、水溫、濕度統(tǒng)計表
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
全年
|
|
|
月平均氣溫(℃)
|
4.6
|
6.3
|
10.5
|
16.4
|
21.1
|
24.8
|
27.5
|
27.2
|
22.6
|
17.4
|
11.8
|
6.6
|
16.2
|
|
|
月平均最高氣溫(℃)
|
9
|
10.5
|
15.4
|
21.5
|
26.2
|
29.9
|
32.8
|
32.6
|
27.6
|
22.5
|
16.5
|
10.9
|
21
|
|
|
月平均最低氣溫(℃)
|
1.4
|
2.9
|
7.1
|
12.4
|
17
|
20.7
|
23.6
|
23.4
|
19.1
|
14
|
8.7
|
3.3
|
12
|
|
|
月平均極端最高氣溫(℃)
|
21.6
|
26.1
|
31.8
|
37.9
|
39.8
|
40.5
|
40.5
|
42.1
|
39.4
|
33.5
|
29.9
|
22.9
|
42
|
|
|
月平均極端最低氣溫(℃)
|
-12
|
-6.5
|
-1.3
|
0.3
|
8.7
|
12.7
|
17
|
17.2
|
10.6
|
3.4
|
-1.2
|
-5.3
|
-12
|
|
|
月平均河水水溫（℃）
|
7.5
|
8.6
|
12.1
|
16.1
|
19
|
21.6
|
23.2
|
24.7
|
21.7
|
18.1
|
14.2
|
9.7
|
16.4
|
|
|
平均相對濕度(%)
|
76
|
77
|
79
|
80
|
80
|
79
|
81
|
80
|
81
|
82
|
81
|
78
|
80
|
2、溫度控制分析
2.1設(shè)計溫控標(biāo)準(zhǔn)
某水利水電勘測設(shè)計院于2003年8月下達(dá)了《某水利水電樞紐工程碾壓混凝土拱壩溫度控制設(shè)計報告》，報告中規(guī)定了大壩碾壓混凝土施工期溫度控制標(biāo)準(zhǔn)：
1）混凝土澆筑溫度除5月份施工的非約束區(qū)部位澆筑溫度不高于20℃外，其它部位碾壓混凝土入倉溫度均不高于18℃；
2）壩體碾壓混凝土最高溫度不超過36℃。
2.2自然狀態(tài)下混凝土澆筑溫度估算分析
2.2.1自然狀態(tài)下混凝土出機(jī)口溫度計算
1）混凝土配合比選用
表2 碾壓混凝土施工配合比
|
級配
|
水泥
|
水
膠
比
|
煤灰
摻量
|
減
水
劑
|
引
氣
劑
|
每方混凝土材料用量（Kg/m3）
|
||||||
|
水
|
水泥
|
煤灰
|
砂子
|
小石
|
中石
|
大石
|
||||||
|
二
|
P.O42.5
|
0.48
|
50％
|
0.6％
|
15/萬
|
85
|
88.5
|
88.5
|
785
|
676
|
679
|
－
|
|
三
|
P.O42.5
|
0.48
|
55％
|
0.6％
|
15/萬
|
75
|
70.3
|
85.9
|
742
|
437
|
585
|
442
|
|
二級配碾壓混凝土：C9020W8F150；三級配碾壓混凝土：C9020W6F100
|
||||||||||||
2）混凝土原材料計算溫度選擇
水泥、粉煤灰計算溫度按高于相應(yīng)月月平均氣溫15℃考慮；骨料計算溫度取相應(yīng)月平均氣溫；水計算溫度取相應(yīng)月平均河水溫度。
表3 2003年氣溫、水溫月平均溫度統(tǒng)計表（℃）
|
項目
|
1月
|
2月
|
3月
|
4月
上旬
|
4月
中旬
|
4月
下旬
|
5月
|
9月
|
10月
上旬
|
10月
中旬
|
10月
下旬
|
11月
|
12月
|
|
氣溫
|
4.7
|
6.3
|
10.9
|
14.4
|
16.3
|
18.2
|
21
|
22.6
|
18.9
|
17.8
|
16.1
|
11.8
|
6.5
|
|
水溫
|
9.1
|
8.6
|
12.1
|
16.1
|
16.1
|
16.1
|
19
|
22.3
|
18.8
|
18.8
|
18.8
|
14.6
|
10.4
|
3）自然狀態(tài)下混凝土出機(jī)口溫度計算
經(jīng)計算，自然狀態(tài)下各月混凝土出機(jī)口溫度見表，計算結(jié)果與2003年已澆混凝土出機(jī)口溫度基本相符合。
表4 自然狀態(tài)下混凝土出機(jī)口溫度（℃）
|
項 目
|
1月
|
2月
|
3
月
|
4月
上旬
|
4月
中旬
|
4月
下旬
|
5
月
|
9
月
|
10月
上旬
|
10月
中旬
|
10月
下旬
|
11
月
|
12
月
|
|
出機(jī)口
溫度
|
7.2
|
8.9
|
12.9
|
15.3
|
17.1
|
18.7
|
23.6
|
23.4
|
19.7
|
18.8
|
18.4
|
14.1
|
9.1
|
4）2003年～2004年澆筑的混凝土出機(jī)口溫度、澆筑溫度統(tǒng)計
表5 2003～2004年澆筑的混凝土出機(jī)口溫度、澆筑溫度統(tǒng)計表（℃）
|
項 目
|
1月
|
2月
|
3月
下旬
|
4月
中下旬
|
5月
|
6月
|
7月
上旬
|
10月
下旬
|
11月
|
12月
|
|
出機(jī)口溫度
|
8.9
|
12.2
|
15.8
|
19.1
|
23.5
|
25.5
|
27.3
|
19.7
|
15.1
|
10.3
|
|
澆筑溫度
|
9.3
|
12.7
|
16.9
|
20.3
|
－
|
27.1
|
29
|
20.3
|
15.5
|
10.7
|
|
溫度回灌
|
0.4
|
0.5
|
1.1
|
1.2
|
－
|
1.6
|
1.7
|
0.6
|
0.4
|
0.4
|
2.2.2自然狀態(tài)下混凝土澆筑溫度
根據(jù)以往經(jīng)驗和2003~2004年已澆筑的混凝土出機(jī)口溫度、澆筑溫度統(tǒng)計資料，10月至次年2月混凝土澆筑前的溫度回灌按1℃考慮，3月、4月、5月、9月混凝土澆筑前的溫度回灌按2℃考慮，初步估算出自然狀態(tài)下混凝土的澆筑溫度。
表6 自然狀態(tài)下混凝土澆筑溫度估算表（℃）
|
項 目
|
1
月
|
2
月
|
3
月
|
4月
上旬
|
4月
中旬
|
4月
下旬
|
5
月
|
9
月
|
10月
上旬
|
10月
中旬
|
10月
下旬
|
11
月
|
12月
|
|
出機(jī)溫度
|
7.2
|
8.9
|
12.9
|
15.3
|
17.1
|
18.7
|
23.6
|
23.4
|
19.7
|
18.8
|
18.4
|
14.1
|
9.1
|
|
澆筑溫度
|
8.2
|
9.9
|
13.9
|
17.3
|
19.1
|
20.7
|
25.6
|
25.4
|
21.7
|
19.8
|
19.4
|
15.1
|
10.1
|
2.2.3估算混凝土澆筑溫度與設(shè)計要求澆筑溫度比較
根據(jù)碾壓混凝土澆筑溫度估算結(jié)果，4月、5月、9月、10月混凝土澆筑溫度略高于相應(yīng)設(shè)計要求的混凝土澆筑溫度，其它月份估算澆筑溫度均低于設(shè)計要求的澆筑溫度。
表7 估算混凝土澆筑溫度與設(shè)計要求澆筑溫度比較（℃）
|
項 目
|
4月
中旬
|
4月
下旬
|
5月
|
9月
|
10月
上旬
|
10月
中旬
|
10月
下旬
|
|
|
出機(jī)口溫度
|
17.1
|
18.7
|
21.6
|
23.3
|
19.6
|
18.7
|
17.4
|
|
|
估算澆筑溫度
|
19.1
|
20.7
|
23.6
|
25.3
|
19.6
|
18.7
|
18.4
|
|
|
EL266m以下
|
設(shè)計要求澆筑溫度
|
≤18
|
≤18
|
≤18
|
≤18
|
≤18
|
≤18
|
≤18
|
|
高出設(shè)計要求差值
|
1.1
|
2.7
|
5.6
|
7.3
|
1.6
|
0.7
|
0.4
|
|
|
EL266m以上
|
設(shè)計要求澆筑溫度
|
≤20
|
≤20
|
≤20
|
≤20
|
≤20
|
≤20
|
≤18
|
|
高出設(shè)計要求差值
|
-
|
0.7
|
3.6
|
5.3
|
-
|
-
|
0.4
|
|
2.3壩體最高溫度分析
由于此大壩壩體較薄，氣溫變化幾乎影響大壩全斷面，壩體在施工期受氣溫影響比較敏感。根據(jù)某碾壓混凝土施工配合比，經(jīng)初步計算，并借鑒其它工程的有關(guān)資料，壩體混凝土二級配區(qū)溫升估算值約在16～19℃之間，混凝土二級配區(qū)溫升值取17℃，計算壩體最高溫度估算值見下表。計算結(jié)果顯示，5月、9月壩體最高溫度估算值高于設(shè)計要求4～7℃，4月中旬、4月下旬壩體最高溫度估算值略高于設(shè)計要求，其它月份壩體最高溫度估算值均低于設(shè)計要求。
表8 壩體最高溫度估算值（℃）
|
項 目
|
4月
中旬
|
4月
下旬
|
5月
|
9月
|
10月
上旬
|
10月
中旬
|
10月
下旬
|
|
估算澆筑溫度
|
19.1
|
20.7
|
23.6
|
25.3
|
19.6
|
18.7
|
18.4
|
|
估算壩體最高溫度
|
36.1
|
37.7
|
40.6
|
42.3
|
36.6
|
35.7
|
35.4
|
|
設(shè)計要求壩體最高溫度
|
36
|
36
|
36
|
36
|
36
|
36
|
36
|
|
高出設(shè)計要求差值
|
0.1
|
1.7
|
4.6
|
6.3
|
0.6
|
－
|
－
|
3、碾壓混凝土施工溫度控制措施
根據(jù)以上溫度控制分析，結(jié)合某的具體情況，制定經(jīng)濟(jì)、可行的溫度控制措施。
3.1溫度控制基本思路
1）6月、7月、8月高溫季節(jié)停止碾壓混凝土施工；
2）根據(jù)施工總進(jìn)度計劃，5月、9月基本不進(jìn)行碾壓混凝土施工；
3）4月中下旬、10月上旬次高溫季節(jié)澆筑的碾壓混凝土，預(yù)埋冷卻水管通河水進(jìn)行一期冷卻，控制壩體最高溫度不高于設(shè)計規(guī)定的壩體最高溫度值；
4）其它低溫季節(jié)混凝土澆筑溫度和壩體最高溫度均能滿足設(shè)計要求。
3.2溫度控制措施
1）優(yōu)化混凝土配合比，降低水化熱溫升
經(jīng)我局中心試驗室混凝土施工配合比設(shè)計和優(yōu)化，在滿足設(shè)計各項技術(shù)指標(biāo)的前提下，盡可能減少水泥用量。
2）降低混凝土原材料入機(jī)溫度
a.水泥、粉煤灰提前組織進(jìn)場，降低出廠溫度；
b.砂子已經(jīng)搭了避雨、遮陽棚，高溫季節(jié)對粗骨料采取可行的遮陽措施；
c.增加骨料堆高，堆料高度不低于6m；
d.砂子和粗骨料均采取地弄取料，降低骨料入機(jī)溫度；
e.對入機(jī)前的皮帶機(jī)增加遮陽棚。
3）加強(qiáng)施工組織，降低混凝土溫度回灌
a.加強(qiáng)施工組織，盡可能縮短混凝土出機(jī)到碾壓的時間；
b.對混凝土儲存和運(yùn)輸設(shè)備采取必要的遮陽措施；
c.實(shí)施倉內(nèi)噴霧，營造倉內(nèi)小氣候。
4）壩體內(nèi)預(yù)埋冷卻水管，通河水進(jìn)行一期冷卻，降低壩體混凝土最高溫度
壩體全斷面預(yù)埋HPED塑料冷卻水管，水管間距1.5m，層高間距1.5m。預(yù)埋48h后通河水進(jìn)行一期冷卻。
4、溫控措施實(shí)施效果
4.1混凝土澆筑溫度統(tǒng)計
2003年10月16日開始碾壓混凝土施工，截止2004年3月底對混凝土澆筑溫度實(shí)測值統(tǒng)計見下表。統(tǒng)計結(jié)果顯示，10月份混凝土澆筑溫度高于設(shè)計要求2℃，其他各月均能滿足設(shè)計要求。
表9 混凝土澆筑溫度實(shí)測值統(tǒng)計（℃）
|
月份
|
10月
|
11月
|
12月
|
1月
|
2月
|
3月
|
|
實(shí)測入倉溫度
|
20
|
15.5
|
10.8
|
8.9
|
12.8
|
14.4
|
|
設(shè)計要求入倉溫度
|
≤18
|
≤18
|
≤18
|
≤18
|
≤18
|
≤18
|
|
高出設(shè)計要求差值
|
2
|
－
|
－
|
－
|
－
|
－
|
4.2壩體最高溫度值統(tǒng)計
通過對208.5m和215m高程實(shí)測壩體溫度統(tǒng)計（見圖1）， 2003年11月6日壩內(nèi)二級配區(qū)溫度達(dá)到最大峰值36.6℃，高于設(shè)計要求0.6℃，其它統(tǒng)計值均低于設(shè)計要求。
5、一期冷卻效果分析
2003年10月26日在208.5m高程埋設(shè)了4支溫度計，TSI和TS3埋設(shè)在三級配區(qū)，TS2和TS4埋設(shè)在二級配區(qū)。TS1和TS2埋設(shè)在大壩對稱中心軸上，TS3和TS4埋設(shè)在距大壩對稱中心軸左半拱18m位置。TSI距大壩上游面9m，距大壩下游面7.9m；TS2距大壩上游面3m，距大壩下游面13.9m；TS3距大壩上游面9m，距大壩下游面9.1m；TS4距大壩上游面3m，距大壩下游面15.1m，見圖2。
2003年10月26日日平均氣溫實(shí)測值為17.3℃，混凝土入倉溫度實(shí)測值為18.5℃，混凝土澆筑溫度實(shí)測值為20℃。2003年11月17日TS3溫度計所測溫度值達(dá)到峰值，Tmax＝31.7℃，齡期22d；2003年11月17日TS1溫度計所測溫度值達(dá)到峰值，Tmax＝32.5℃，齡期22d。
TS1和TS3距大壩上下游面均大于7m，且208.5m在206.4～211.8m升程中，如果不考慮一期冷卻，TS1和TS3溫度計所測的水化熱溫升值可近似認(rèn)為絕熱溫升值。
表10 每立方米混凝土各種組分百分比
|
成分
|
水
（kg/m3）
|
水泥
（kg/m3）
|
粉煤灰（kg/m3）
|
砂
（kg/m3）
|
石子
（kg/m3）
|
總計
（kg/m3）
|
|
重量
|
75
|
70.3
|
85.9
|
785
|
1419
|
2435
|
|
百分比
|
3.08
|
2.89
|
3.53
|
32.24
|
58.26
|
100
|
圖1
本工程所用水泥為荊門P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥水化熱7d實(shí)測值為292.1KJ/kg。
根據(jù)經(jīng)驗公式計算在齡期為22d時的水泥累積水化熱：
式中：Q(τ)――齡期為22d時的水泥累積水化熱
Q0――τ→∞時的水泥最終水化熱，取350 kJ/kg
a、b為常數(shù)，其中a取0.69，b取0.56
經(jīng)計算：Q(22)＝342.9 kJ/kg
按混凝土配合比中各組分材料的重量百分比加權(quán)法計算溫度為32℃時混凝土的比熱，其中：溫度為32℃時，水的比熱取4.187 kJ/kg?℃；水泥的比熱取0.536 kJ/kg?℃；灰?guī)r骨料的比熱取0.758 kJ/kg?℃；粉煤灰的比熱取0.754 kJ/kg?℃。
c＝1.05（3.08×4.187＋2.89×0.536＋3.53×0.754＋90.5×0.758）/100＝0.857 kJ/kg?℃
根據(jù)經(jīng)驗公式計算齡期22d時的混凝土絕熱溫升：
式中：Q(τ)――齡期22d時水泥水化熱
W――水泥用量
F――粉煤灰用量
C――混凝土比熱
ρ――混凝土密度
k――折減系數(shù)，取k＝0.25
經(jīng)計算：θ(22)＝15.1℃
齡期22d時壩內(nèi)最高溫度計算值為：
Tˊmax＝θ(22)＋20＝35.1℃
本工程采取通河水一期冷卻，降低壩體最高溫度峰值，齡期22d時實(shí)測壩體最高溫度峰值平均值為Tmax＝32.1℃，因此，一期冷卻削減溫度峰值約為：
?T＝Tˊmax－Tmax＝3℃
6、結(jié)語
1）實(shí)踐證明此碾壓混凝土施工所采取的混凝土溫控措施是可行的；
2）冷卻水管埋設(shè)部位可根據(jù)不同的氣溫情況選擇高溫和次高溫季節(jié)埋設(shè)，建議低溫季節(jié)可不埋設(shè)冷卻水管；
3）通河水一期冷卻可以降低壩體溫度3～5℃。
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圖2
