山口岩碾压混凝土拱坝温度控制设计

杨志华 谢卫生

（江西省水利规划设计院 江西南昌 330029)

1 工程概况

山口岩水库位于赣江支流袁水上游，坝址以上控制集雨面积为 230km2，水库总库容为1.05×108m3，是一座以防洪、供水为主，兼顾发电、灌溉等综合效益的大（Ⅱ)型水库。主要建筑物有大坝、溢流堰、放空洞、引水隧洞及发电厂房等。

大坝为碾压混凝土抛物线双曲拱坝，最大坝高99.1m，坝顶高程为247.6m，坝顶宽度5.0m，坝底最大宽度 30.0m，坝顶弧长 268.23m，坝体为全断面碾压混凝土。

2 基本资料

2.1 气象资料

山口岩坝址区多年年平均气温为17.3℃，多年最高月平均气温 28.7℃(7月份)，多年最低月平均气温5.3℃(1月份)，6～8月份的月平均气温均高于25℃, 属高温季节，5月和9月份的月平均气温高于 22℃，属次高温季节。山口岩坝址区各月的多年平均气温见表1。

2.2 碾压混凝土热力学指标

大坝主体混凝土材料为 R90200三级配碾压混凝土，其热力学指标见表2。

表1 山口岩坝址区各月的多年平均气温

表2 碾压混凝土热力学指标

3 坝体混凝土温度控制标准

根据大坝三维有限元温度仿真计算，为保证坝体应力满足规范要求，提出了山口岩碾压混凝土拱坝各月份坝体混凝土温度控制标准。

3.1 坝体混凝土允许峰值温度

各月份坝体内部混凝土峰值温度控制标准见表3。

3.2 坝体混凝土基础温差

基础温差是指基础约束范围以内混凝土最高温度与该部位稳定温度（或准稳定温度)之差。基础温差标准为：强约束区（0～0.2L)≤16℃，一般约束区≤19℃。

3.3 坝体混凝土内外温差

表3 各月份坝体内部混凝土峰值温度控制标准 单位：℃

内外温差指的是坝块内外两点的温降之差。允许内外温差控制标准为23.5℃。

3.4 坝体混凝土上下层温差、封拱温度

上、下层温差指在老混凝土（龄期28d以上)面上下各0.25L范围内，上层新浇混凝土最高平均温度与新浇混凝土开始浇筑时下层老混凝土实际平均温度之差。上、下层混凝土容许温差控制标准为20℃。封拱温度为17.3℃。

4 碾压混凝土温控措施

4.1 优化混凝土配合比

选用优质粉煤灰，掺高效缓凝减水剂，通过优化碾压混凝土配合比，降低水泥用量，从而降低混凝土绝热温升。根据山口岩碾压混凝土配合比优选及性能试验成果，Ⅲ级配碾压混凝土的极限拉伸值（90d)大于140×10-6，对提高混凝土的抗裂性能有利，但其绝热温升（90d)高达24℃，需采取一定的温控措施来控制混凝土内部峰值温度。

4.2 控制浇筑温度

（1)水泥、粉煤灰等原材料提前组织进场，以降低其出厂温度。

（2)骨料采用地垄取料，控制骨料堆高大于6m，骨料温度不大于月平均气温。

（3)混凝土运输、传料设备采取遮阳防晒措施，尽量缩短其暴晒时间。

（4)高温季节施工时，为了防止热量倒灌，采取喷水雾等措施，形成混凝土浇筑仓面小气候，降低仓面温度。合理安排浇筑时段，将混凝土浇筑尽量安排在早晚和夜间施工。

（5)尽量安排浇筑块尺寸较大、温度控制较严部位的混凝土在低温季节施工。

4.3 合理安排浇筑分层和层间间歇

碾压混凝土每间歇层浇筑高度一般不小于3m，每一碾压层厚度按300mm控制。碾压混凝土层间施工时间控制在5～8h之内，并且碾压混凝土从拌和楼出机口出来至混凝土在仓面碾压完成，宜控制在 2h之内。碾压混凝土间歇层间歇时间控制在 4d左右，最长不能超过 15d。除渡汛期间和高温期停浇碾压混凝土外，其他时间碾压混凝土严禁长间歇。

4.4 坝体内预埋冷却水管

（1)冷却水管布置原则。碾压混凝土坝体内部冷却水管采用φ32mm聚丙烯塑料管（PPR)，管材的导热系数宜为1.0W/（m·℃)，管壁厚度宜为 2～2.5mm。在仓面上冷却水管呈“S”形布置，按1500mm（碾压厚度)×1500mm（水管间距)布置，,单根水管长度不宜超过200m。

（2)初期通水冷却。初期通水冷却一般起削峰作用，消减混凝土内部的峰值温度，使坝体内部混凝土峰值温度不超过设计要求的允许值。坝体混凝土初期冷却在混凝土碾压完成后 12h内进行。

水管通水冷却时管内水温与管外混凝土温度相差过大和冷却速度过快会产生裂缝，初期通水时冷却水管内水温与坝体内部的混凝土温度之差控制在 22℃之内。在通水冷却时，坝体混凝土冷却速率不应超过 1℃/d。每隔24h变换一次水流方向，通水流量为15～18L/min。

（3)中期通水冷却。中期通水冷却是削减坝体内外温差，预防坝块产生表面或深层裂缝的有效措施之一，也是在后期冷却前进行浇筑块的再降温，降低后期冷却容量。中期通水应根据施工进度和封拱灌浆时间而定，可安排在初期通水冷却后立即进行，也可安排在后期冷却前2个月进行。中期通水一般采用河水，通水历时为2个月左右，以坝体混凝土温度降至略高于年平均气温为准。

（4)后期通水冷却。后期通水是使混凝土柱状块达到接缝灌浆温度的必要措施，目的是将坝体温度降至温控标准中规定的封拱温度。后期冷却应在封拱前1个月开始，通水结束以坝体达到封拱温度为准。后期冷却一般采用河水冷却。

4.5 低温季节保温措施

（1)坝面和仓面保温。坝面保温是为了有效防止气温骤降使坝体混凝土产生裂缝而采取的措施。如果气温骤降，坝体表层混凝土温降梯度较大，易在混凝土表层先形成表层裂缝，后期极有可能发展延伸、逐步加大。当遇气温骤降（日平均气温 2～3d连续下降超过 6℃)时，所有新浇混凝土需要采取适当有效的表面保温措施。表面保温后的混凝土表面等效防热系数β不大于2.43KJ/m2·h·℃。

（2)坝体孔洞和廊道保温。考虑到坝体放空洞和廊道口等部位超冷现象和应力集中，控制混凝土最高温度比一般的基础约束块低（约3～4℃)。因此，需加强上述部位的表面保温措施。工程上一般将聚苯乙烯泡沫塑料板贴在模板内侧进行保温。尽量在孔洞过水之前经过中期冷却，把混凝土温度降到设计规定温度，减少过水时的混凝土内外温差。

（3)控制混凝土拆模时间。大体积混凝土拆模时间除满足混凝土拆模时需要的强度要求外，还需满足温度控制要求。在气温骤降时和寒冷气温条件下不能拆模。当遇寒潮天气或气温低于零摄氏度时适当延长拆模时间约 2d，并应尽量安排在白天气温较高时段进行拆模。

4.6 下闸蓄水温度

下闸蓄水时水温过低会对坝体上游表面混凝土产生冷击，使坝体上游面产生表面裂缝。故水库在下闸蓄水时要求蓄水水温不低于 10℃，水库蓄水水位宜缓慢上升。

5 温度控制效果分析

选取埋设于坝体内部编号为 TA6、TAZ3两只温度计的监测数据进行分析。温度计TA6埋设高程为 154.5m，该仓碾压混凝土在 3月底浇筑，未采取温控措施，其温度过程线见图 1。由图 1可知，该仓混凝土的入仓温度为 24℃，最高温度为34℃，经过12个月后混凝土自然冷却至稳定温度场。温度计 TAZ3埋设高程为 160.5m。该仓碾压混凝土在5月中旬（次高温季节)浇筑，采取了地垄取料、遮阳防晒、通水冷却等温控措施，其温度过程线见图2。由图2可知，混凝土入仓温度为22℃，最高温度为36℃，经过7个月后混凝土冷却至稳定温度场。通过对TA6、TAZ3的温度过程线对比分析表明：（1)5月中旬（次高温季节)浇筑的混凝土入仓温度低于 3月底（低温季节)浇筑的混凝土入仓温度约2℃，说明采取的温控措施能有效地降低混凝土的浇筑初始温度。（2)混凝土浇筑后及时进行了初期冷却，削峰效果明显，降温速度较快，混凝土冷却到稳定温度场的时间缩短了近5个月，有效地控制了混凝土内部的最高温度。

图1 TA6温度时序曲线变化图

图2 TAZ3温度时序曲线变化图

6 结语

（1)山口岩碾压混凝土拱坝温度控制措施经济合理，能够有效控制坝体混凝土的最高温度，满足混凝土抗裂要求，对类似工程具有一定参考借鉴作用。

（2)碾压混凝土拱坝一般采用通仓浇筑，温度控制是保证工程质量和进度的关键措施之一，应引起高度重视。

1 朱伯芳.大体积混凝土温度应力及温度控制[M]，北京：中国电力出版社，1998.

2 龚召熊主编.水工混凝土的温控与防裂[M]，北京：中国水利水电出版社，1999.