引汉济渭工程大坝温控防裂与施工质量控制研究

刘晓燕

（陕西省引汉济渭领导小组办公室 陕西 西安 710004）

1 项目概况

引汉济渭工程引水线路上有两个重要的水利枢纽——黄金峡水利枢纽和三河口水利枢纽。黄金峡水利枢纽是汉江上的径流电站。三河口水利枢位于汉江支流子午河上，河道顺直，地形完整，基岩裸露，初选上下相距近5km两个坝址方案进行比较。根据地形、地质和建材条件，同时考虑施工期导流、施工进度等技术、经济条件，对混凝土面板堆石坝、碾压混凝土重力坝、碾压混凝土拱坝等坝型方案进行研究。如果两个枢纽工程如果皆采用碾压混凝土重力坝方案，则混凝土方量相对较大，投资也较多。如地形和地质条件许可，将碾压混凝土重力坝优化为碾压混凝土拱坝是降低投资的有效途径。相对于碾压混凝土重力坝，碾压混凝土拱坝能大大节省混凝土方量，且国内目前最高的碾压混凝土拱坝沙牌工程(坝高132m)已经经历了汶川大地震的考验，碾压混凝土拱坝被证明是安全度较高的坝型。如地质条件许可，将碾压混凝土重力坝优化为碾压混凝土拱坝是降低投资的有效途径。

无论碾压混凝土重力坝或拱坝，碾压混凝土坝施工期的温控防裂与施工质量控制系统研究是大坝安全的有力保障。

引汉济渭工程黄金峡水库拦河坝为混凝土重力坝，最大坝高64.3m。三河口水库的坝型目前有两套设计方案，混凝土重力坝和碾压混凝土拱坝。如果采用碾压混凝土拱坝方案，138m的坝高，将超越现有世界最高的碾压混凝土拱坝——四川沙牌电站大坝（132m），成为世界第一高碾压混凝土拱坝。大体积混凝土结构温度场和温度应力的分析、温度控制和防止裂缝的措施以及施工质量控制是设计和施工中的重要课题，进行大体积混凝土结构温控防裂与施工质量控制系统研究具有重要的实际意义。

2 研究方向

2.1 碾压混凝土大坝温控防裂措施研究

针对引汉济渭工程大坝的实际情况，模拟碾压混凝土坝的施工过程进行温控仿真计算，优化温控方案，提出合理的温控防裂措施，为大坝的设计和施工提供重要依据。

2.2 施工质量控制系统研究

在碾压混凝土坝施工期,利用坝内埋设的温度和应力监测仪器的观测资料，通过反分析确定大坝混凝土实际热力学参数，根据大坝的实际施工过程进行实时仿真计算，分析和评估大坝的施工质量。可根据当时大坝实际状态及施工计划预报大坝运行期温度场、应力场和安全系数，如发现问题可及时采取对策，避免出现事故。同时，可在混凝土浇筑期间就对大坝施工质量进行及时评价，有效保障大坝混凝土的浇筑质量，对大坝作出切合实际的安全评估，实现施工质量数字监控。

3 温控防裂的影响因素

本项目拟解决的关键问题为大坝施工期的温控防裂和施工质量控制系统研究。而温控防裂与大体积混凝土的结构形式、气候条件、施工过程、材料特性以及运行条件等多种因素有密切的关系，因此，项目在实施的过程中，考虑以下因素对温控防裂的影响：不同开浇日期对坝体温度和防裂的影响；不同的浇筑温度对坝体温度和防裂的影响；大坝基础常态混凝土垫层分缝分块对垫层温度和防裂的影响；不同混凝土级配和配合比对大坝混凝土温控防裂的影响；高温季节和次高温季节通水冷却对坝体温度和防裂的影响；寒潮来临之前和冬季保温对坝体温度和防裂的影响；采用平层铺筑和斜层铺筑两种浇筑工艺对坝体温度和防裂的影响。依据已浇混凝土的温度观测资料，对大坝进行温度场反分析，给出当时温度场和应力场,预测下一阶段的温度场、应力场及安全系数，评价大坝的安全性并对下一阶段的施工提出指导。

在碾压混凝土坝施工期,利用坝内埋设的温度和应力监测仪器的观测资料，通过反分析确定大坝混凝土实际热力学参数，根据大坝的实际施工过程进行实时仿真计算，分析和评估大坝的施工质量；可根据当时大坝实际状态及施工计划预报大坝运行期温度场、应力场和安全系数，如发现问题可及时采取对策，避免出现事故；同时可在混凝土浇筑期间就对大坝施工质量进行及时评价，可有效保障大坝混凝土的浇筑质量，对大坝作出切合实际的安全评估，实现施工质量数字监控。

拟采取的技术路线：为了提高计算效率，并保证本项目的顺利实施，计算按循序渐进、逐步优化的方式进行。计算中首先考虑采用自然浇筑温度入仓而不采取任何温控措施，对计算结果进行分析，在计算成果不满足碾压混凝土坝规范要求的情况下，再考虑采取控制浇筑温度措施和通水冷却措施，提出合理的入仓温度、通水时间、通水位置、通水温度以及水管间距，对温控措施进行敏感性分析。通过计算提出合理的基础垫层常态混凝土的分缝、分块型式；提出合理的大坝分缝情况，并据此确定大坝坝体各部位的合理温控措施，提出合理的封拱温度和封拱时间，对大坝进行封拱灌浆；通过计算确定大坝浇筑块的尺寸、分层厚度、间歇时间及不同季节不同部位的温控措施，特别是高温季节和低温季节针对平层铺筑和斜层铺筑两种浇筑工艺条件下的温控措施等。通过多方案计算研究，提供合理的温控防裂措施、大坝分缝情况和封拱温度以及封拱时间等，推荐合理的温控方案。在施工过程中，因室内试验参数很难反应施工现场混凝土的真实性能，依据已浇混凝土的温度和应力观测资料以及施工的施工特性，对大坝进行温度场和应力场反分析，得到反映混凝土真实热学性能的参数，然后进行温度场和应力场计算,给出当时的温度场和应力场成果，并预测下一阶段的温度场、应力场及安全系数，评价大坝的安全性并对下一阶段的施工提出指导。针对施工条件的变化，及时采取措施，调整施工方案，进行实时的温控防裂与施工质量控制，对大坝作出切合实际的安全评估，实现施工质量数字监控。

施工过程中，由于实际施工条件往往与设计拟定的条件不太相符，需要根据已浇混凝土的温度观测资料，对大坝进行温度场反分析，给出当时温度场和应力场，并预测下一阶段的温度场、应力场，对下一阶段的温控方案选择提供指导。

针对施工条件的变化，及时调整温控措施，使得坝体内部的最高温度满足设计的要求，进行实时温控防裂与施工质量控制，对大坝作出安全评估，实现施工质量数字监控。

4 相应的预案

针对施工条件的变化，需要采取相应的预案：

（1）施工期间出现寒潮的情况下，需要对大坝及时采取表面保温措施，保温材料选择2cm厚的泡沫塑料保温板。

（2）高温季节浇筑的混凝土、由于坝体仓面温度较高，需要采取仓面喷雾、流水养护和搭建遮阳棚等措施，以降低仓面环境温度。

（3）施工期间对于高温季节浇筑的混凝土，需要严格控制混凝土浇筑温度，采取风冷骨料、加冰拌合等措施，使得混凝土的浇筑温度满足设计要求。

（4）施工期间混凝土运输过程中，针对外界气温较高的情况，需要在混凝土表面加盖棉被，以防止热量倒灌，防止混凝土表面受冻以保证混凝土质量。

（5）施工期间合理安排混凝土的施工进度，在基础约束区尽量延长混凝土的层间间歇时间，减小浇筑层厚度，使得混凝土的最高温度满足设计要求。

（6）施工期间若出现裂缝，对于浅层裂缝，采取凿除回填混凝土的措施。对于深层裂缝，需要采取灌浆的措施，以保证大坝的整体性。

5 结论

陕西省引汉济渭工程是《渭河流域重点治理规划》、《全国水资源综合规划》和《渭河流域重点治理规划陕西省水利项目实施方案》中确定的跨流域调水工程。工程从陕南汉江流域调水至渭河流域的关中地区，向渭河沿岸重要城市、县城、工业园区供水，逐步退还挤占的农业与生态用水，缓解城市与农业、生态用水的矛盾，同时也是陕北能源化工基地实现引黄置换配置目标的战略性水源工程。碾压混凝土坝在施工过程中和运行期间，结构中往往会由于温度的变化而产生很大的拉应力，当拉应力超过混凝土容许抗拉强度时，就会出现裂缝，影响结构的整体性和耐久性。因此，进行大体积混凝土结构温控防裂研究和施工质量控制系统研究具有重要的实际意义。

实施大体积混凝土结构温控防裂研究和施工质量控制系统的研究成果，不仅对该工程的设计、施工和运行期管理提供重要的指导意义，也为其他大体积混凝土结构的温控防裂与施工质量控制系统研究提供借鉴，具有重要的实际应用和推广价值，必将为引汉济渭水利枢纽工程的建设和长远发展起到重要作用。陕西水利