倒流河水库碾压混凝土拱坝温控技术方案及实施效果评价

(四川省水利水电勘测设计研究院，成都，610072)

1 工程概况

倒流河水库碾压混凝土拱坝主要建筑物由左岸非溢流坝段、溢流坝段、右岸非溢流坝段和坝下护坦组成。坝顶高程1043.0m，坝顶宽度5.0m，坝顶弧长191.288m，最大坝高60.0m，坝底宽度20.0m，建基高程983.00m。大坝两端为非溢流坝段，左岸非溢流坝长71.63m，右岸非溢流坝长77.16m。大坝河床段为溢流坝段，设有开敞式溢洪道。大坝建基面为微风化与新鲜厚～巨厚层三叠系上统须家河组砂岩。混凝土骨料料源为三叠系下统嘉陵江组(T1j2)灰岩，水泥采用普通硅酸盐水泥。

大坝碾压混凝土设计部位如下：

(1)上游防渗表面层(Ⅰ区)采用C18020W6(二级配富胶变态)混凝土，0.5m厚；

(2)上游防渗层(Ⅱ区)采用C18020W6(二级配富胶)碾压混凝土，1.5m厚；

(3)坝体内(Ⅲ区)采用三级配C18020碾压混凝土；

(4)基础垫层采用2m厚常态C2820混凝土(Ⅲ-1区)；

(5)廊道、管道和放空底孔检修门槽周边、坝体下游表面(Ⅳ区)采用C18020(变态)混凝土。

2 主要温控技术标准

对约束区采用容许温差控制，非约束区采用内外温差控制。参照《碾压混凝土坝设计规范》(SL 314-2004)表明，基础强约束区的容许温差为12.0℃～14.5℃，允许最高温度为30℃～32.5℃；弱约束区的容许温差为14.5℃～16.5℃，允许最高温度为32.5℃～34.5℃；非约束区内外最大温差按18.0℃控制，允许最高温度36.5℃。

3 主要温控技术方案

3.1 大坝分缝

设置两条诱导缝和两条横缝，其中诱导缝位置分别位于坝左0+022.00与坝右0+026.00桩号处；横缝位置分别位于坝左0+055.00与坝右0+059.00桩号处，详见图1。

图1 倒流河碾压混凝土拱坝横缝和诱导缝位置

3.2 分层厚度与间歇期

垫层混凝土为1m，其余层以3m为主。间歇期3d～10d。

3.3 有限元计算施工进度模拟

每年10月16日-次年4月15日进行碾压混凝土施工。大坝碾压混凝土开浇日期为2013年12月1日，至2014年4月26日，大坝浇筑至1034.0m高程；2014年10月15日，恢复大坝碾压混凝土浇筑，至2014年11月8日，达到坝顶高程1043.0m。

3.4 浇筑入仓温度

无预冷，取自然状态下各月浇筑温度，为各月平均气温+2℃。

3.5 封拱与通水冷却

初拟设计灌浆封拱温度为17℃。坝内预埋外径为32mm HDPE高密度聚乙烯管，壁厚为2.3mm，抗伸屈服压力≥20MPa。通水流量为1.0m3/h，水流方向应24h调换一次，进口水温与混凝土内部温度之差不应超过20.0℃，降温速率不大于1.0℃/d，冷却水管长度不大于250m，间距1.5m×1.5m。

(1)初期冷却：3月-4月浇筑的部位以及10月-11月浇筑的部位进行初期冷却，3月和11月通河水冷却，4月和10月通16℃冷却水冷却，通水时间为15d。

(2)中后期冷却：封拱前两个月，进行中期通河水冷却。

(3)后期冷却：封拱前1个月，进行后期通12℃冷却水冷却。

(4)为比较通水冷却措施对最高温度和封拱温度的影响，提出了不通水冷却的方案。

3.6 其他常规温控措施。

4 三维有限元验证成果

三维有限元验证由西安理工大学完成，前期基础资料参照类似项目提出，后期采用试验资料修正。

4.1 准稳定温度场计算成果分析

1月、7月份的准稳定温度场见图2，准稳定温度场计算结果符合一般规律。从图中可以看出，坝体内部稳定温度为18.0℃左右，较多年平均温度略高。

图2 倒河流碾压混凝土拱坝1月(左)与7月(右)份准稳定温度场云图

4.2 非稳定温度场计算成果分析

(1)在基础强约束区最高温度均为26.1℃，出现在拱冠梁剖面988.0m高程的碾压混凝土中，满足设计标准。

(2)在基础弱约束区最高温度均为27.0℃，出现在拱冠梁剖面995.0m高程的碾压混凝土中，满足设计标准。

(3)不通水冷却方案非约束区碾压混凝土区域最高温度为38.2℃，通水冷却最高温度为34.1℃，出现在拱冠梁剖面1028.0m高程的碾压混凝土中。于2014年4月上旬浇筑，设计入仓温度20.5℃，允许最高温度36.5℃。

(4)通水冷却封拱时，最高温度为17.5℃～18℃之间，基本满足接缝灌浆要求；不通水冷却最高温度为24.8℃～27℃之间，不满足接缝灌浆的要求。

4.3 应力场计算成果分析

坝体内部的最大主拉应力为1.5MPa，出现的时间为2014年8月，不通水冷却为1.6MPa；坝体表面的最大主拉应力两方案均为1.2MPa，最大主拉应力出现在鼻坎部位，其余表面部位的最大拉应力均小于1.0MPa，出现的时间为2015年1月。

5 实施效果

大坝于2014年10月5日正式开始碾压浇筑，2015年4月上旬大坝浇筑至1023m高程，高温季节继续施工，于2015年8月3日全面上升至坝顶高程1043.00m。2015年4月完成一期(高程1001.6m以下)封拱接缝灌浆，2016年4月完成二期封拱接缝灌浆。大坝碾压实际施工时段与计算初拟时段差别较大，1026m高程以下在低温季节浇筑，以上高程在中高温季节完成。

5.1 监测成果分析

基础强约束区(高程983m～993m)：浇筑时间为2014年10月5日至11月10日，实测最高温度为35.3℃(2014年10月9日前后)，测点高程为986m，浇筑时间为2014年10月6日，环境温度为23.5℃，设计允许最高温度为32.5℃。

基础弱约束区(高程993m～1003m)：浇筑时间为2014年11月11日至12月28日，实测最高温度为30.95℃(2014年11月19日前后)，测点高程为995.1m，浇筑时间为2014年11月13日，环境温度为15.0℃，设计允许最高温度34.5℃。

非约束区(高程1003m～1043m)：浇筑时间为2015年1月至8月3日，实测最高温度为39.6℃(编号T39，2015年4月21日前后)，测点高程为1025.1m，浇筑时间为2015年4月18日，环境温度为28.4℃，设计允许最高温度为36.5℃。

5.2 温度控制评价

(1)强约束区986m高程以下在10月上旬环境温度较高时浇筑，温度超标；10月中下旬至11月上旬浇筑段最高温度30.1℃，满足设计要求。

(2)弱约束区混凝土在低温季节浇筑，最高温度均符合设计要求。

(3)非约束区混凝土1023.0m高程以下主要在低温季节浇筑，最高温度34.4℃，基本符合设计要求；1023.0m高程以上主要在高温季节浇筑，尤其是4月中旬出现连续高温时段浇筑，最高温度达到39.6℃。1032m高程以上主要安排在6、7月份高温季节浇筑，尽管环境温度相对较高，但可能有该段体型相对变薄、散热条件较好这一条件，最高温度在35℃～39℃之间，部分高于设计允许值。

5.3 后期坝体裂缝及处理情况

(1)主要裂缝：3#诱导缝靠溢流坝段侧上下游贯穿裂缝1条，上游沿缝为1035.5m～1006.5m、下游1038.5m～1007.5m高程，最大缝宽2mm。表面凿“U”型槽填料封闭，缝内磨细水泥低压灌浆，迎水面刷防渗弹性材料防渗。

(2)次要裂缝：挡水坝左岸坝段4条表面裂缝，长度4m左右，最大缝宽0.2mm，深度小于5mm。直接沿缝凿“U”型槽填料封闭。

6 结语

从有限元验证成果看来，在无预冷条件下通过合理分缝、低温季节浇筑、适当的间歇期和其他常规手段等温控措施是可以满足中低拱坝温控要求的，兼顾封拱需要适当通水冷却更为有利。从实践看来，在低温季节浇筑的混凝土最高温度均满足要求；部分强约束区在中低温季节浇筑，最高温度超标，但没有发生裂缝；非约束区中部出现贯穿裂缝原因是多方面的，没有控制好最高温度可能是其中因素之一。总体看来，对于一般中低碾压混凝土拱坝来说，合理应用常规技术进行无预冷条件下温度控制是可行的。