观音阁水库大坝碾压混凝土温度场分析

(辽宁省水利厅， 沈阳 110003)

观音阁水库大坝碾压混凝土温度场分析

姜润文

(辽宁省水利厅， 沈阳 110003)

观音阁水库大坝为碾压混凝土重力坝，内部布置三个观测断面，共有7种210支观测仪器。本文对所采集的混凝土温度观测数据进行了整理和分析，数据表明坝体温度已接近稳定温度。

水库大坝；碾压混凝土；稳定温度

1 概 况

观音阁水库大坝位于本溪县境内的太子河干流上，为碾压混凝土重力坝。大坝断面混凝土为“金包银”形式，坝体外部和基础为常规混凝土，内部为碾压混凝土。最大坝高82.0m，坝顶宽10.0m，坝长1040m，共分65个坝段，由挡水坝段、溢流坝段、底孔坝段及电站坝段组成。1990年5月开工，1995年9月建成。

1.1 观测仪器布置

根据工程地质情况和枢纽布置，内部观测仪器选择10、22、42坝段中心线作为观测基面。埋设应变计组、无应力计、应力计、单向应变计、渗压计、温度计、裂缝计共7种210支。其中10坝段为挡水坝段，坝高80.0m，位于左岸河床内；22坝段为溢流坝段，坝高71.2m；42坝段为挡水坝段，又为河床和右岸的转弯坝段，坝高64.0m。施工期数据采集采用比例电桥人工观测，完工后采用自动监测系统采集数据。

1.2 气温

气温是最基本的边界条件，不仅直接影响坝上、下游面及坝顶暴露在大气中坝体的温度，还影响水温、地温并间接影响到坝体其他部分的温度。太子河流域属温带季风气候，四季冷暖干湿分明，冬季较长且干燥、寒冷；夏季多雨且湿润、炎热。据气象资料，建库前多年平均温度6.2℃，绝对最高气温35.5℃，最低气温-37.9℃，一月最冷，平均气温-14.3℃，七月最热，平均气温23.1℃。年、月平均温度统计见下页表1。水库蓄水后，年平均气温为7.4℃，较建库前升高1.2℃。七月气温最高为22.7℃。较建库前降低0.4℃；一月气温最低为-10.8℃，较建库前升高3.5℃。蓄水后年、月平均温度见下页表2，运行期气温过程线见下页图1。

表1 建库前多年、月平均温度统计

表2 建库后年、月平均温度统计

1.3 库水位

水库自1994年9月28日落闸蓄水，至1995年8月31日蓄水位达到历史最高水位255.77m，1998年7月6日出现最低水位为238.81m。到分析时段末已经历了五年多的蓄水运用，水位一般在8月上升，9、10月为高水位期，11月以后逐渐降落，6、7月为低水位期，库水位最大变幅为16.69m。运行期库水位过程线见图1。

图1 库水位、气温过程线

2 坝体碾压混凝土稳定温度分析

2.1 库水温分析

库水温也是影响坝体混凝土温度场的重要边界条件，其年变化导致影响区混凝土温度的年变化。以210m高程水温为例，最大值为7.57℃，平均值为5.75℃，并有以下特点：以年为周期作波动变化；滞后于气温且低于年平均气温；深层水温基本稳定。

水温以年为周期变化，变幅在2.7～22℃之间，最低温度在2月，最高温度在8月，约滞后一个月。库底水温平均值为5.24℃，库面水温平均值为12.7℃，均滞后于气温，且越深滞后的时间越长，最长近6个月；水温沿水深方向呈明显下降趋势，自201～246m高程不同水深处月平均水温变化情况如图2所示。

图2 不同水深处月平均水温变化

2.2 基岩面温度分析

实体混凝土坝地基处于混凝土之下，不受气温影响，变化较小。以10坝段为例，基岩温度变化有以下规律。见图3。

图3 基岩温度过程线

a. 施工初期受混凝土水化热温升的影响，基岩中也出现升温过程，之后随着坝体降温而进入降温过程。1999年12月中部平均温度为9.99℃，与附近地下水水温接近。

b. 基岩温度沿坝基上下游方向分布呈现为上游较低、坝中最高、下游次之。

c. 基岩温度均高于库区多年平均气温和深层库水温。

2.3 碾压混凝土温度分析

混凝土坝周围和外部介质(空气、水、地基)相接触，相互间不断发生热交换，这些介质的温度状况和热源的变化影响着它们和混凝土之间热量的流动和传导，因而影响着混凝土温度的变化。

坝体混凝土浇筑后，由于水泥水化热作用而产生温升现象，并达到最高温升，经过天然散热或人工冷却，初始温度和水化热温升完全消失以后，坝体降温至稳定温度。观音阁大坝实测温度也遵循上述规律，碾压混凝土与常态混凝土中略有差异。从实测过程线上可以看出，内部碾压混凝土温度变化过程线为双峰型，在第1～2天达到第一个峰顶，然后下降，下降幅度2～6℃，受气温、混凝土浇筑升程速度、层间间隔时间的影响，并随浇筑季节、入仓温度不同，过程线在最初差别较大，一般在第14～60天左右缓慢上升至第二峰，最大水化热温升基本发生在这阶段，大约需两个月时间，下降时间长度几个月不等，然后进入稳定的下降阶段。见图4、图5。

图4 施工期碾压混凝土温度过程线

图5 运行期坝体内部碾压混凝土温度过程线

a. 统计1998年7月以来的资料，坝体内部碾压混凝土温度T1025和T1026两只温度计年降温分别为0.24℃、0.29℃。

b. 比较下游、上游、内部混凝土温度T1018、T1023、T1025三只温度计，温度变幅在混凝土表面最大，愈深处愈小，见图6。下游混凝土温度随气温变化，上游混凝土温度随水温变化，水越深变幅越小。中部温度分布变平，缓慢降低。

c. 从T1018可以看出，冬春季节，坝体下游表层温度低于内部温度；夏秋季节则高于内部温度。

d. 内部碾压混凝土温度基本稳定在11～12℃之间，见图7。

图6 水平剖面上的温度分布

图7 坝体等温线单位：℃

3 结 语

大坝经历了多年高水位蓄水以后，虽然气温和水温是随时间变化的，但其对坝内温度的影响深度不超过7～10m，深层水温已基本稳定，同时地温变化缓慢。因此，对坝体内部碾压混凝土而言，目前坝体温度已基本不受外界影响，降温幅度很小，已趋于稳定的温度场。

[1] 黄淑萍,等. 观音阁水库碾压混凝土大坝温度应力仿真计算研究[J]. 水力发电,1996(7).

[2] 渠磊. 浅谈武都水库大坝碾压混凝土温度控制[J]. 建材发展导向,2011(10).

AnalysisofGuanyingeReservoirDamRCCTemperatureField

JIANG Run-wen

(Liaoning Provincial Water Resources Department, Shenyang 110003, China)

Guanyinge Reservoir Dam belongs to RCC gravity dam, with three observation sections arranged inside. There are a total of 7 categories and 210 observation instruments. The concrete temperature observation data collected in the paper were collated and analyzed, and the data indicate that dam temperature is close to stable temperature.

reservoir dam; RCC; stable temperature

TV62

B

1005-4774(2014)11-0070-03