碾壓混凝土重力壩施工期溫度控制的設(shè)計構(gòu)思

在碾壓混凝土重力壩設(shè)計時，施工期溫度變化效應(yīng)是人們關(guān)注的焦點之一，因為混凝土導(dǎo)熱性能較差，若集聚在混凝土內(nèi)部的水泥水化熱不加控制，那么溫度應(yīng)力就會超過混凝土允許變形的能力而引起開裂，因此施工期溫度控制就成為碾壓混凝土重力壩設(shè)計中的重要問題，下面對其設(shè)計構(gòu)思要點進行了分析：

1 碾壓混凝土重力壩與常態(tài)混凝土重力壩的差異

目前，針對常態(tài)混凝土重力壩施工期溫度變化效應(yīng)的研究比較成熟，但由于碾壓混凝土重力壩出現(xiàn)時間并不長，研究的系統(tǒng)性、深度相對不足，于是很多人習慣于采用常態(tài)混凝土重力壩的觀點和方法來考慮碾壓混凝土重力壩的設(shè)計問題，這就難免產(chǎn)生偏差，實際上碾壓混凝土重力壩與常態(tài)混凝土重力壩在施工期溫度變化效應(yīng)方面有明顯的差別，主要表現(xiàn)在以下3個方面：（1）碾壓混凝土配用水泥較少，摻用大量粉煤灰，水化熱較常態(tài)混凝土少，這是事實，但因主要采用通倉薄層快速澆筑方式，壩體內(nèi)部熱量不易散失，沿澆筑層高度方向溫差大，恒溫時間很長，例如某壩高140m的碾壓混凝土重力壩經(jīng)仿真分析，溫度場穩(wěn)定時間需在30年以上，所以同樣溫差條件下碾壓混凝土重力壩內(nèi)部溫度應(yīng)力比常態(tài)混凝土大。（2）碾壓混凝土水泥含量少，抗拉強度和徐變較小，所以其抗裂能力較弱，再加上一般不設(shè)置縱縫和埋設(shè)冷卻水管，施工期間更易出現(xiàn)表面裂縫和上游面劈頭裂縫。（3）碾壓混凝土重力壩在壩基上通常會澆筑2m厚的常態(tài)混凝土面板，以便停歇一段時間（如2個月）后進行基巖固結(jié)灌漿，該面板常出現(xiàn)貫穿性裂縫，并會向上擴展到碾壓混凝土層，即使跨裂縫布設(shè)騎縫鋼筋也難以避免。以上特點決定了碾壓混凝土重力壩溫控設(shè)計思路與常態(tài)混凝土重力壩不同。

2 碾壓混凝土重力壩施工期溫度控制思路

基于碾壓混凝土重力壩施工期溫度變化效應(yīng)，提出以下設(shè)計思路：（1）優(yōu)化混凝土配合比，協(xié)調(diào)溫度應(yīng)力與混凝土抗拉強度關(guān)系。在滿足混凝土強度、極限拉伸值、抗?jié)B、抗凍等指標基礎(chǔ)上，配制線膨脹系數(shù)小、彈性模量低、澆筑性能好、抗拉強度高的混凝土，例如增加Ⅰ級粉煤灰摻量，摻加高效緩凝減水劑和引氣劑，以降低水膠比。合理選擇的骨料級配，例如采用四級配混凝土，石子骨料按特大石：大石：中石：小石=2：3：3：2（最大粒徑控制在120mm）配制，減少膠凝材料用量，可以簡化溫控措施，提高碾壓層厚（采用50cm）和施工進度。（2）溫控措施應(yīng)結(jié)合混凝土澆筑計劃，也就是根據(jù)混凝土澆筑時的溫度變化、澆筑部位等情況采取相應(yīng)的溫控措施。年溫變化較大的地區(qū)，碾壓混凝土溫度應(yīng)力更大，所以應(yīng)采取更嚴格的溫控措施，反之則可采取較為寬松的溫控措施。在大壩強約束和溫度降幅大的部位，應(yīng)采取更嚴格的溫控措施，而在大壩次要部位和溫度降幅小的部位，可采取相對寬松的溫控措施。（3）溫控措施應(yīng)結(jié)合溫控標準和溫控對象。施工期混凝土約束應(yīng)力主要呈現(xiàn)廣泛分布狀態(tài)，對混凝土自身缺陷較為敏感，所以溫控標準要求更高，溫控措施更加嚴格。同時針對不同的溫控對象要有相應(yīng)的溫控措施，例如水閘底板閘墩以限裂設(shè)計為主導(dǎo)，而廠房進水口框架以抗裂設(shè)計為主導(dǎo)，這些情況不應(yīng)等同于混凝土重力壩。（4）鑒于碾壓混凝土重力壩施工期溫度變化效應(yīng)的復(fù)雜性，應(yīng)結(jié)合大壩結(jié)構(gòu)、施工過程、計算能力與精度要求，并且同時考慮溫度、水壓力和大壩自重三種負荷，采用有限元法計算大壩溫度應(yīng)力。

3 大壩結(jié)構(gòu)型式

大量實踐和理論研究證實，壩體受到約束越強，例如體型復(fù)雜、孔洞較多、基礎(chǔ)不平整等情況，越容易開裂，因為這些型式和部位容易形成應(yīng)力集中，開裂的可能性也就較大，因此對于碾壓混凝土重力壩來說，為避免壩體中產(chǎn)生貫穿性裂縫，就應(yīng)該改善壩體體型和結(jié)構(gòu)，大壩外形應(yīng)盡可能平順，減少突然的轉(zhuǎn)折，內(nèi)部孔洞設(shè)置也應(yīng)盡量減少，基礎(chǔ)面盡量整平。

4 大壩上游面溫度縫的設(shè)置

目前，對于碾壓混凝土重力壩是否分縫有兩種不同的做法：一種主張不分縫，其理由是不分縫的壩體具有類似拱壩的超靜定結(jié)構(gòu)特征，不僅超載能力強，兼具施工簡便、壩體工程量減少、施工工期短等特點，而且對于防滲要求不高的二類壩來說壩體開裂漏水也不影響運行；另一種主張分縫，按20～30m間距設(shè)置橫縫。設(shè)置適當?shù)臏囟瓤p可以減少開裂并無爭議，對防滲要求較高的一類壩宜根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)在應(yīng)力集中的部位設(shè)置橫縫。溫度縫和橫縫宜采用誘導(dǎo)縫型式，不影響大倉面澆筑施工。可在大壩上游面設(shè)置溫度縫，縫深距上游面3m，并應(yīng)采用止縫孔結(jié)構(gòu)，因為槽鋼止縫仍會影響倉面施工。

5 冷卻水管的設(shè)置

一般來說，在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋設(shè)水管，可以降低混凝土溫度，控制混凝土內(nèi)外溫差和減少溫升幅度，但也許不是所有情況都是合適的。據(jù)某工程現(xiàn)場測試，澆筑層每層敷設(shè)水管占用2.5～4h時間，但這段時間混凝土澆筑溫度最大升高了約10℃，也就是說為了降低混凝土溫度而不得不增加倉面覆蓋時間的做法，反而更易引起混凝土溫度升高，因此從施工質(zhì)量控制、施工費用控制角度來講都不夠合理。但如前所述，碾壓混凝土重力壩體積很大，內(nèi)部溫度降低十分緩慢，往往在運行后要經(jīng)過數(shù)十年乃至上百年才能達到穩(wěn)定狀態(tài)，在冬季低溫和寒潮來襲下，上游面易出現(xiàn)劈頭裂縫，對于高碾壓混凝土壩還是應(yīng)該采取通冷卻水的措施，因為不能只注重施工期的溫度控制而不顧運行期的裂縫控制。

6 澆筑層厚與間歇時間的設(shè)置

碾壓混凝土澆筑一般采取薄層短間歇連續(xù)澆筑方式，但近來傾向于厚層短間歇連續(xù)澆筑方法，前者不設(shè)冷卻水管，但因為澆筑層數(shù)多，易受到下雨等不利天氣的影響，并在高溫季節(jié)易受到熱量倒灌影響，后者需配置通水冷卻等倉面保護措施，但溫控成本比前者更低，這種變化值得設(shè)計人員注意。

綜上所述，施工期溫度變化效應(yīng)是碾壓混凝土重力壩設(shè)計工作中關(guān)鍵問題之一，而溫控措施主要基于成本、質(zhì)量、進度三方面考慮，然而無論采取哪種措施，各種措施的綜合協(xié)調(diào)運用都是最重要的，只有綜合壩型、材料、施工、環(huán)境等條件采取最有利的做法，才能確保大壩安全運行。

（作者單位：雅安市水利水電勘測設(shè)計研究院）