引漢濟渭工程大壩溫控防裂與施工質量控制研究

劉曉燕

（陜西省引漢濟渭領導小組辦公室 陜西 西安 710004）

1 項目概況

引漢濟渭工程引水線路上有兩個重要的水利樞紐——黃金峽水利樞紐和三河口水利樞紐。黃金峽水利樞紐是漢江上的徑流電站。三河口水利樞位于漢江支流子午河上，河道順直，地形完整，基巖裸露，初選上下相距近5km兩個壩址方案進行比較。根據地形、地質和建材條件，同時考慮施工期導流、施工進度等技術、經濟條件，對混凝土面板堆石壩、碾壓混凝土重力壩、碾壓混凝土拱壩等壩型方案進行研究。如果兩個樞紐工程如果皆采用碾壓混凝土重力壩方案，則混凝土方量相對較大，投資也較多。如地形和地質條件許可，將碾壓混凝土重力壩優化為碾壓混凝土拱壩是降低投資的有效途徑。相對于碾壓混凝土重力壩，碾壓混凝土拱壩能大大節省混凝土方量，且國內目前最高的碾壓混凝土拱壩沙牌工程(壩高132m)已經經歷了汶川大地震的考驗，碾壓混凝土拱壩被證明是安全度較高的壩型。如地質條件許可，將碾壓混凝土重力壩優化為碾壓混凝土拱壩是降低投資的有效途徑。

無論碾壓混凝土重力壩或拱壩，碾壓混凝土壩施工期的溫控防裂與施工質量控制系統研究是大壩安全的有力保障。

引漢濟渭工程黃金峽水庫攔河壩為混凝土重力壩，最大壩高64.3m。三河口水庫的壩型目前有兩套設計方案，混凝土重力壩和碾壓混凝土拱壩。如果采用碾壓混凝土拱壩方案，138m的壩高，將超越現有世界最高的碾壓混凝土拱壩——四川沙牌電站大壩（132m），成為世界第一高碾壓混凝土拱壩。大體積混凝土結構溫度場和溫度應力的分析、溫度控制和防止裂縫的措施以及施工質量控制是設計和施工中的重要課題，進行大體積混凝土結構溫控防裂與施工質量控制系統研究具有重要的實際意義。

2 研究方向

2.1 碾壓混凝土大壩溫控防裂措施研究

針對引漢濟渭工程大壩的實際情況，模擬碾壓混凝土壩的施工過程進行溫控仿真計算，優化溫控方案，提出合理的溫控防裂措施，為大壩的設計和施工提供重要依據。

2.2 施工質量控制系統研究

在碾壓混凝土壩施工期,利用壩內埋設的溫度和應力監測儀器的觀測資料，通過反分析確定大壩混凝土實際熱力學參數，根據大壩的實際施工過程進行實時仿真計算，分析和評估大壩的施工質量。可根據當時大壩實際狀態及施工計劃預報大壩運行期溫度場、應力場和安全系數，如發現問題可及時采取對策，避免出現事故。同時，可在混凝土澆筑期間就對大壩施工質量進行及時評價，有效保障大壩混凝土的澆筑質量，對大壩作出切合實際的安全評估，實現施工質量數字監控。

3 溫控防裂的影響因素

本項目擬解決的關鍵問題為大壩施工期的溫控防裂和施工質量控制系統研究。而溫控防裂與大體積混凝土的結構形式、氣候條件、施工過程、材料特性以及運行條件等多種因素有密切的關系，因此，項目在實施的過程中，考慮以下因素對溫控防裂的影響：不同開澆日期對壩體溫度和防裂的影響；不同的澆筑溫度對壩體溫度和防裂的影響；大壩基礎常態混凝土墊層分縫分塊對墊層溫度和防裂的影響；不同混凝土級配和配合比對大壩混凝土溫控防裂的影響；高溫季節和次高溫季節通水冷卻對壩體溫度和防裂的影響；寒潮來臨之前和冬季保溫對壩體溫度和防裂的影響；采用平層鋪筑和斜層鋪筑兩種澆筑工藝對壩體溫度和防裂的影響。依據已澆混凝土的溫度觀測資料，對大壩進行溫度場反分析，給出當時溫度場和應力場,預測下一階段的溫度場、應力場及安全系數，評價大壩的安全性并對下一階段的施工提出指導。

在碾壓混凝土壩施工期,利用壩內埋設的溫度和應力監測儀器的觀測資料，通過反分析確定大壩混凝土實際熱力學參數，根據大壩的實際施工過程進行實時仿真計算，分析和評估大壩的施工質量；可根據當時大壩實際狀態及施工計劃預報大壩運行期溫度場、應力場和安全系數，如發現問題可及時采取對策，避免出現事故；同時可在混凝土澆筑期間就對大壩施工質量進行及時評價，可有效保障大壩混凝土的澆筑質量，對大壩作出切合實際的安全評估，實現施工質量數字監控。

擬采取的技術路線：為了提高計算效率，并保證本項目的順利實施，計算按循序漸進、逐步優化的方式進行。計算中首先考慮采用自然澆筑溫度入倉而不采取任何溫控措施，對計算結果進行分析，在計算成果不滿足碾壓混凝土壩規范要求的情況下，再考慮采取控制澆筑溫度措施和通水冷卻措施，提出合理的入倉溫度、通水時間、通水位置、通水溫度以及水管間距，對溫控措施進行敏感性分析。通過計算提出合理的基礎墊層常態混凝土的分縫、分塊型式；提出合理的大壩分縫情況，并據此確定大壩壩體各部位的合理溫控措施，提出合理的封拱溫度和封拱時間，對大壩進行封拱灌漿；通過計算確定大壩澆筑塊的尺寸、分層厚度、間歇時間及不同季節不同部位的溫控措施，特別是高溫季節和低溫季節針對平層鋪筑和斜層鋪筑兩種澆筑工藝條件下的溫控措施等。通過多方案計算研究，提供合理的溫控防裂措施、大壩分縫情況和封拱溫度以及封拱時間等，推薦合理的溫控方案。在施工過程中，因室內試驗參數很難反應施工現場混凝土的真實性能，依據已澆混凝土的溫度和應力觀測資料以及施工的施工特性，對大壩進行溫度場和應力場反分析，得到反映混凝土真實熱學性能的參數，然后進行溫度場和應力場計算,給出當時的溫度場和應力場成果，并預測下一階段的溫度場、應力場及安全系數，評價大壩的安全性并對下一階段的施工提出指導。針對施工條件的變化，及時采取措施，調整施工方案，進行實時的溫控防裂與施工質量控制，對大壩作出切合實際的安全評估，實現施工質量數字監控。

施工過程中，由于實際施工條件往往與設計擬定的條件不太相符，需要根據已澆混凝土的溫度觀測資料，對大壩進行溫度場反分析，給出當時溫度場和應力場，并預測下一階段的溫度場、應力場，對下一階段的溫控方案選擇提供指導。

針對施工條件的變化，及時調整溫控措施，使得壩體內部的最高溫度滿足設計的要求，進行實時溫控防裂與施工質量控制，對大壩作出安全評估，實現施工質量數字監控。

4 相應的預案

針對施工條件的變化，需要采取相應的預案：

（1）施工期間出現寒潮的情況下，需要對大壩及時采取表面保溫措施，保溫材料選擇2cm厚的泡沫塑料保溫板。

（2）高溫季節澆筑的混凝土、由于壩體倉面溫度較高，需要采取倉面噴霧、流水養護和搭建遮陽棚等措施，以降低倉面環境溫度。

（3）施工期間對于高溫季節澆筑的混凝土，需要嚴格控制混凝土澆筑溫度，采取風冷骨料、加冰拌合等措施，使得混凝土的澆筑溫度滿足設計要求。

（4）施工期間混凝土運輸過程中，針對外界氣溫較高的情況，需要在混凝土表面加蓋棉被，以防止熱量倒灌，防止混凝土表面受凍以保證混凝土質量。

（5）施工期間合理安排混凝土的施工進度，在基礎約束區盡量延長混凝土的層間間歇時間，減小澆筑層厚度，使得混凝土的最高溫度滿足設計要求。

（6）施工期間若出現裂縫，對于淺層裂縫，采取鑿除回填混凝土的措施。對于深層裂縫，需要采取灌漿的措施，以保證大壩的整體性。

5 結論

陜西省引漢濟渭工程是《渭河流域重點治理規劃》、《全國水資源綜合規劃》和《渭河流域重點治理規劃陜西省水利項目實施方案》中確定的跨流域調水工程。工程從陜南漢江流域調水至渭河流域的關中地區，向渭河沿岸重要城市、縣城、工業園區供水，逐步退還擠占的農業與生態用水，緩解城市與農業、生態用水的矛盾，同時也是陜北能源化工基地實現引黃置換配置目標的戰略性水源工程。碾壓混凝土壩在施工過程中和運行期間，結構中往往會由于溫度的變化而產生很大的拉應力，當拉應力超過混凝土容許抗拉強度時，就會出現裂縫，影響結構的整體性和耐久性。因此，進行大體積混凝土結構溫控防裂研究和施工質量控制系統研究具有重要的實際意義。

實施大體積混凝土結構溫控防裂研究和施工質量控制系統的研究成果，不僅對該工程的設計、施工和運行期管理提供重要的指導意義，也為其他大體積混凝土結構的溫控防裂與施工質量控制系統研究提供借鑒，具有重要的實際應用和推廣價值，必將為引漢濟渭水利樞紐工程的建設和長遠發展起到重要作用。陜西水利