碾压混凝土坝表面流水养护敏感性分析

万芳芳 温睿 温世和

摘 要：利用基于Fortran和Visual Fortran语言编写的，采用三维有限元及网格浮动法自开发的程序，对某一碾压混凝土坝进行表面流水养护温控措施的敏感性分析，设置了3个方案进行对比研究。其成果对大体积混凝土结构温控设计与裂缝控制具有重要的参考价值。

关键词：碾压混凝个；三维有限元法；表面流水养护

碾压混凝土坝由于结构尺寸大、施工速度快和层面间歇时间短，所以热量不能及时散发而形成较大的温差，从而引起混凝土体积的变化，由于混凝土各部位都受到不同程度地约束，当温度变形产生的拉应力大于混凝土的抗拉强度时，便产生了裂缝。而碾压混凝土坝体中若出现大裂缝，即使修补也很难在恢复其结构的整体性，因此应尽可能的避免坝体中出现裂缝。目前我国常用的主要温控防裂措施有以下几个方面：①降低混凝土浇筑温度②埋设冷却水管③表面流水养护④采用斜层平摊法浇筑⑤表面保温。

本文主要是利用基于Fortran和Visual Fortran语言编写的，采用三维有限元及网格浮动法自开发的程序，对某一碾压混凝土坝进行常用温控措施——表面流水养护进行敏感性分析研究。

1工程实例

1.1计算模型

本次敏感性分析是以某工程的碾压混凝土溢流坝段为原型，对其进行简化并取其中的一部分为模型进行仿真计算，计算模型见图1，坐标原点在坝段左侧坝踵处，坝轴线指向右岸为x轴正向，下游为y轴正向，铅直向上为z轴正向。计算模型在坝基深度方向、上游方向和下游方向均取100m。

温度场的计算中边界条件的选取：地基底面、4个侧面和坝段横缝面都为绝热边界，坝体上、下游面水位以上为固-气边界，按第三类边界条件计算，水位以下固-水边界，按第一类边界条件计算。应力场的计算中边界条件的选取：地基底面按固定支座计算，地基在上、下游面按y向简支计算，其余为自由边界。

坝基面高程为73.0m，坝顶高程为131m，坝高58m，坝段长度为19.0m，坝底宽度为82.5m。材料分区见图2。

1.2 计算方案

本次敏感性分析是针对两个升程之间间歇期的长短对混凝土温度的影响进行分析。分析时，不考虑水库蓄水，外界气温取年平均气温27.2℃，地温按27℃考虑，，浇筑温度为25℃，基础强约束区和基础弱约束区碾压混凝土在间歇期内进行表面流水养护，表面流水养护水温为库表水温，流水养护过程中混凝土表面放热系数取2250 kJ/m2.h.℃。方案1，两个升程之间混凝土间歇期为5天；方案2，两个升程之间混凝土间歇期为7天；方案3，两个升程之间混凝土间歇期为10天。具体计算方案见表1。

4.4.2 仿真计算成果分析

图3 不同流水养护时间高程91.5m水平面中心点施工期温度历时曲线

图4 不同流水养护时间高程92.4m水平面中心点施工期温度历时曲线

图5 不同流水养护时间高程93m水平面中心点施工期温度历时曲线

仿真计算给出了不同流水养护时间高程91.5m、92.4m、93m、105m和114m水平面中间点施工期温度历时曲线，如图3～图7；给出了各方案在坝体不同区域的最高温度值，见表2。

3 结论

由图3～图7和表2可看出：

（1）升程混凝土浇筑完成后，间歇期内采用库表水流水养护，升程表面点散热很快，升程表面（93.0m高程、105.0m高程、114.0m高程）中心点温度未出现大的温升。升程内各高程水平面中心点混凝土浇筑完后，温度开始上升，距升程表面愈远，温升愈明显。

（2）一升程内，自上向下各高程点温度受升程间歇期表面流水养护的影响越来越小。

（3）基础强约束区碾压混凝土中，方案1的最高温度较方案2高出0.7℃，方案2的最高温度较方案3高出0.5℃，方案1的最高温度较方案3高出1.2℃。

（4）基础弱约束区碾压混凝土中，方案1的最高温度较方案2高出0.8℃，方案2的最高温度较方案3高出0.5℃，方案1的最高温度较方案3高出1.3℃。

（5）非约束区碾压混凝土中，方案1的最高温度较方案2高出0.6℃，方案2的最高温度较方案3高出0.4℃，方案1的最高溫度较方案3高出1.0℃。

通过分析，可见表面流水养护这种温控措施对降低坝体温度都有明显的作用，在大坝建设中发挥着重要的作用。

参考文献

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