分缝分块对金安桥大坝混凝土温度应力的影响分析

2011-04-26吕大勇陈利刚

水力发电 2011年1期

吕大勇，陈利刚

（中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，云南昆明 650051）

1 大坝工程概述

金安桥水电站装机容量4×600 MW。拦河坝为碾压混凝土重力坝，坝顶长640 m，最大坝高160 m，顺流向最大长度156 m。大坝共分21个坝段。坝体内部采用C9015 W906 F90100三级配碾压混凝土和C9020 W906 F90100三级配碾压混凝土，上游坝面采用C9020 W908 F90100二级配碾压混凝土。大坝地处高地震烈度区，地震设防烈度为9度。

坝址区年平均气温为20.0℃，3月～9月平均气温在20℃以上；河道多年平均水温14.2℃，无冬季冰凌情况；日温差较大，集中在冬季。

坝体混凝土采用丽江永保水泥有限责任公司和云南红塔滇西水泥股份有限公司生产的42.5级中热硅酸盐水泥；掺合料采用攀钢发电厂生产的分选Ⅱ级粉煤灰；坝体混凝土采用人工骨料，母岩为玄武岩石料场和工程开挖的弱风化上部、下部玄武岩渣料。

为加快施工进度，预防上游面劈头裂缝的产生，对坝体混凝土通仓浇筑和横缝间距对温度应力的影响进行了计算分析。

2 坝体碾压混凝土通仓浇筑分析

2.1 国内外通仓浇筑实例

早在20世纪40年代就有大尺寸通仓浇筑的先例，目前随着施工技术和制冷技术的发展，通仓浇筑的温控措施进一步加强，可有力保证施工质量。国内外部分工程实例见表1。

2.2 基础浇筑块长度对温度应力的影响分析

采用平面有限元分析法，分析计算5月～8月浇筑基础碾压混凝土（C9020三级配），浇筑层厚1.5 m，间歇5 d，浇筑温度17.0℃，有水管冷却并采取仓面喷雾措施的情况下，浇筑块长度分别为30、45、60、75、100、120 m和156 m时的混凝土温度应力。基础浇筑块长度与混凝土温度应力的关系曲线见图1。计算结果表明：浇筑块愈长，温度拉应力愈大，当浇筑块长边长度超过75 m后，温度应力增幅较小；浇筑块长边长度为156 m时，最大温度应力仍小于允许拉应力。因此，就温度应力而言，碾压混凝土采用通仓浇筑方案是可行的。

表1 混凝土坝通仓浇筑实例

图1 基础浇筑块长度与混凝土温度应力的关系曲线

2.3 混凝土浇筑能力

根据对混凝土系统供料强度、各运输和浇筑设备浇筑能力及不同浇筑方式的综合分析，采用平层铺筑法，能满足通仓浇筑大坝混凝土最大仓面入仓强度的要求。

综上所述，大坝混凝土采用通仓浇筑是可行的，但由于基础浇筑块较长，受拉范围也大，混凝土浇筑过程中出现不利情况的几率增大，因此必须加强施工管理，提高混凝土施工质量的均匀性。

3 横缝间距对温度应力的影响分析

3.1 工程实例

对于碾压混凝土坝来说，横缝间距大，则施工速度快，造价相对较低，但横缝间距越大，温度应力也越大，出现裂缝的几率增大；反之，横缝间距较小，会使切缝程序复杂，施工速度减慢，工程造价增加，但减小横缝间距能够控制和减少温度应力引起的裂缝。

横缝间距的选定是碾压混凝土坝温控设计的关键问题之一，国内外已建或在建工程横缝间距一般在15～80 m之间，如观音阁为15～20 m，铜街子为16～21 m，天生桥为15.2～20 m，岩滩为20 m，大广坝为 40 m，龙滩为 12.3～30 m，景洪为 9～34.3 m（厂房坝段550 m高程以上作并缝处理，550 m高程以下横缝最大间距为21 m），有些工程甚至不设横缝，如坑口和沙溪口工程。

3.2 计算条件

结合工程实际情况，取厂房坝段横缝间距分别为14、20、34 m，进行三维仿真计算，计算条件见表2。

表2 温度应力计算条件

3.3 计算成果及分析

不同横缝间距的最大温度应力见表3。

计算结果分析认为：

（1）横缝间距由14 m增加至20 m，上游面的横河向最大水平温度应力增加并不明显；横缝间距由20 m增加至34 m，各个高程的横河向最大水平温度应力平均增加0.1～0.5 MPa，可见横缝间距增大，增加了坝体上游面劈头裂缝产生的机会。当横缝间距为34 m时，横河向最大水平温度应力仍小于允许温度应力。