三湾泄洪闸混凝土施工温度监测及温控评价

邹世奎，沈 慧，潘 琳

（1.丹东市三湾水利枢纽及输水工程建设管理局，辽宁丹东118000；2.国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司，江苏南京211106）

0 引言

水闸的闸墩及底板属于薄壁结构，寒冷地区岩基上修建的水闸极易产生裂缝。三湾水利枢纽工程地处北方严寒地区，施工期闸墩混凝土发生裂缝，部分裂缝贯穿整个闸墩。闸墩布置有大量温度计以及可兼测温度的应变计组，测值连续、可靠，为了解闸墩混凝土施工期温度状态提供了重要依据，也为研究裂缝成因提供了线索。从监测资料入手，详细分析了泄洪闸墩施工期各部位的温度变化过程及变化特点，并与设计温控指标进行了对比。监测资料表明，施工期温度升降剧烈，对闸墩混凝土应力造成不利影响，易产生裂缝。北方严寒地区夏季混凝土施工应采取必要的温控措施。

1 工程概况

三湾水利枢纽是以供水为主、兼顾发电的大Ⅱ型工程。其中大坝由挡水坝段、电站坝段、泄洪闸坝段、取水坝段及鱼道坝段组成，为闸坝结合的重力坝。坝长545.37 m，最大坝高28.02 m，大坝级别为二级。正常蓄水位为20.5 m，死水位为15.6 m，汛期限制水位为20.5 m，设计洪水位和校核洪水位分别为23.38 m和26.89 m。

三湾工程地处北方寒冷地区，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。根据凤城气象站多年（1960～2000年）气象资料统计，该地区多年平均气温8.1℃。夏季7、8月份多年平均气温23.3℃，曾经观测到的极端最高气温为37.3℃；冬季1月份多年平均气温-10.3℃，曾经观测到的极端最低气温为-32.4℃[1]。

2011年10月，三湾泄水闸左右岸工程均发现由底部向上延伸的竖向混凝土裂缝，且有部分裂缝已贯穿整个闸墩。根据辽宁省水科院的检测结果，抽检的8个闸墩共存在19条裂缝，缝宽0.19～1.00 mm。

2 温度监测布置

三湾大坝共设置了3个温度监测断面，1个在左岸门库坝段，2个在泄洪闸坝段，桩号分别为0+051.50（3号坝段）、0+204.870（12号闸墩）、0+353.67（20号闸墩），各处温度计进行库水温、坝体表面温度、坝体温度及坝基温度的观测。除温度计外，埋设于闸墩的4组应变计组也可兼测温度。闸墩测点位置示意图见图1。

图1 闸墩测点位置示意图Fig.1 Distribution of the monitoring points in gate pier

3 泄洪闸设计温控标准[2-3]

3.1 基础温差

基础温差是指建基面0.4L（L为浇筑块长边尺寸）高度范围内的基础约束区内混凝土的最高温度和该部位稳定温度之差。根据设计指标，该工程枢纽不同部位的基础约束区混凝土允许温差及最高允许温度见表1和表2。

3.2 上下层温差

上、下层温差是指老混凝土面（混凝土龄期超过28 d）上下各1/4块长范围内，上层新浇混凝土的最高平均温度与开始浇筑混凝土时下层老混凝土的平均温度之差。根据设计指标，三湾混凝土浇筑上、下层温差不得大于17℃。

4 施工期温度监测及成果分析

如果只有温控指标，没有必要的温度监测手段，温控效果就无从评价，也不利于分析发生裂缝的原因及进行施工反馈研究和施工管理。因此，应对混凝土施工全过程进行温度测量，包括对已浇筑混凝土的内部温度状况进行监测。

三湾泄洪闸施工期采用人工温度观测。混凝土浇筑首日，每2 h测量一次混凝土温度，2日后每4 h观测一次，3日后逐渐减少至每日一次，温度监测测次较密，尤其在埋设早期，基本捕捉到了泄洪闸混凝土温度升降全过程。根据实测数据对泄洪闸12号闸墩各高程混凝土浇筑温度进行了统计，详见表3。典型温度计过程线见图2。图3为根据实测数据绘制的温度等值线，可直观看到12号闸墩的温度分布情况。绘图选取了3个典型时刻，分别为浇筑后第一个最高温度的时刻（2010年6月10日）；迄今为止经历过的最低温度的时刻（2012年1月5日）；以及当前温度状态（2012年6月22日）。

表1 基础允许温差Table 1 :Temperature difference allowed in base

表2 混凝土最高允许温度Table 2 :Highest permissible temperature of concrete

从闸墩混凝土温度监测成果来看，三湾泄洪闸施工期温度变化呈现以下特点：

（1）最高温度高。12号闸墩施工期最高温度高达59.2℃，20号闸墩更高达62℃（应变计测），均远远超过设计标准。

（2）温度变幅大。12号闸墩温度最大变幅67.4℃（应变计测），20号闸墩温度最大变幅60.6℃。

（3）内部混凝土水化热温度升幅明显大于表面混凝土，这是由于表面散热条件较好。

（4）不同高程的闸墩混凝土温度存在显著差异，总体来看，高高程部位的混凝土温度最高值与变幅均大于低高程部位，这与浇筑时间有很大关系。三湾闸墩混凝土多在4～6月份浇筑。工程所在地4月份平均气温9.1℃，但6月份平均气温达到20℃，6月份浇筑的混凝土入仓时温度已经较高，在水化热影响下，1～3 d内温度陡升，幅度超过30℃，见图2。4月浇筑的混凝土最高温度则比6月份浇筑的明显低很多。

表3 12号闸墩各高程温度统计Table 3 :Statistic of temperature in gate pier No.12

图2 12号闸墩20.25 m高程温度实测过程线Fig.2 Measured temperature in gate pier No.12,on elevation of 20.25 m

（5）同层混凝土最大温差约为13℃，上下层混凝土最大温差约为16℃（按浇筑层厚度3 m估算）。

（6）约束区各高程浇筑时间稍早，温度升降变化均比上部高程情况稍好，但仍超过设计温控标准。

图3 12号闸墩温度等值线（单位：℃）Fig.3 Temperature contours in gate pier No.12

上述数据、图表表明，泄洪闸多数部位混凝土温度已超过设计温控标准。泄洪闸混凝土夏季浇筑后水化热升温期正处于一年中最炎热的时段，必造成温度的陡升，水化热消散后的持续降温期又经历冬季零下十几度的严寒考验，温度升降变化剧烈，对混凝土应力十分不利，易产生裂缝。埋设于12号、20号闸墩的应变计组监测资料可证实，目前闸墩牛腿部位混凝土已出现不同程度的受拉现象，拉应力接近或已超过混凝土抗拉强度允许值。由此可见，在北方严寒地区夏季浇筑混凝土时须采取必要的温控措施，以降低入仓温度，及时消散水化热，减小温升温降幅度，避免对应力产生不利影响。

5 结语

从温度监测资料出发，分析了三湾泄洪闸闸墩施工期各部位温度变化过程与变化特点。分析可知，多数部位监测到的混凝土温度均已超过设计温控标准，施工期发现的裂缝与之不无关系。监测资料反映，6、7月份浇筑混凝土后温升很大，进入冬季后又持续降温，这种大幅度的温度升降变化对应力十分不利，易产生裂缝。由于三湾地处北方严寒地区，冬夏温差大，在夏季浇筑混凝土尤其要采取有效的温控措施，浇筑后应注意养护，以减少对应力的不利影响。

[1]中国水利水电科学研究院结构材料研究所,水利部水工程建设与安全重点实验室,北京中水科海利工程技术有限公司.丹东三湾泄水闸底板及闸墩裂缝成因分析及对闸室安全的影响评价[R].

[2]董晓燕.三湾水利枢纽混凝土温度控制与防裂措施[J].市政技术，2009，27（6）：651-655.

[3]SL319-2005，混凝土重力坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2005.