闸墩混凝土较高温季节浇筑温控防裂研究<br/>——以出山店水库表孔闸墩混凝土浇筑为例

闸墩混凝土较高温季节浇筑温控防裂研究
——以出山店水库表孔闸墩混凝土浇筑为例

2018-05-18王桂生马东亮杨中强

治淮 2018年4期

王桂生马东亮杨中强晟

（1.中水淮河规划设计研究有限公司合肥 230601 2.河海大学水利水电学院南京 210098）

1 引言

出山店水库重力坝表孔坝段总长150.5m，共8孔，每孔净宽15.0m，边墩厚3.0m，中墩厚3.5m，顺水流向长度31.0m，堰顶至墩顶高17.4m。闸墩采用C30W4F150和C35W4F150混凝土，工程所在地春季环境气温具有日平均气温不断上升、日夜温差大等特点，在此时段浇筑大体积、高标号混凝土，若不采取有效的温度控制措施，混凝土内部最高温度、最大温升及温度梯度等温度指标将急剧上升，由此产生的温度应力将突破混凝土自身的抗拉强度，导致混凝土产生裂缝。因此必须对闸墩混凝土浇筑采取有效的温度控制措施。

2 计算模型及计算参数

2.1 计算模型

对表孔坝段选取其典型9#坝段建立有限元整体模型网格，见图1。其中坝基盖重层及坝下游面为C20混凝土，坝体上游防渗层为C25混凝土，坝体内部为C15混凝土，堰面83.0m高程以上闸墩内部为C30混凝土，外部为C35混凝土。本文的主要研究对象是表孔坝段堰面上部闸墩结构混凝土。典型表孔坝段有限元模型节点数77756，单元数70888，图2是表孔坝段典型坝段有限元混凝土模型网格，混凝土材料的热学与力学参数见表1。

在温度场仿真计算时，假定坝基础底面及四周均为绝热边界，坝体横缝面为绝热边界，其他面为热量交换边界。在应力场计算时，假定基础底面为铰支座，四周为连杆支撑，上部结构均自由。由于温度应力是一个自平衡力系，其影响主要发生在温度变化激烈部位及其周围，同时考虑到在计算规模和时间上的限制，取计算域基础在坝体向外扩展范围为：基础上、下游各取60m，垂直水流方向各取25m，地基深度取70m。

2.2 计算参数

计算时多年平均日气温变化拟合为：

t为月份。

主要的热力学参数见表1。

图1 孔坝段整体模型网格图

图2 表孔坝段混凝土模型网格图

图3 表孔坝段浇筑分层示意图

3 计算工况和结果

3.1 计算工况

表孔坝段从2016年11月份开始浇筑盖重层混凝土，按照2017年新的浇筑进度计划，2017年5月份之前浇筑到坝顶，从6月1日到9月30日为汛期，混凝土表面过水，2018年4月份水库开始蓄水，仿真计算一直模拟到蓄水后约10年时间。

2017年浇筑进度见表2，浇筑分层示意见图3，根据实际进度计划模拟表孔闸墩的浇筑进度，根据实际进度对闸墩采取通冷却水管加保温措施进行温度控制，选择两种不同水管密度和保温措施作为计算工况。

工况1：按照四月份浇筑进度进行模拟，仓面采用保温被覆盖直至上层混凝土浇筑或覆盖到5月初，立面拆模后挂保温被，保温到5月初。闸墩内部采用金属冷却水管，布置密度为1.0m×1.0m，采用河水冷却。

工况2：在工况1基础上，闸墩第一大层混凝土水管加密到0.5m×0.5m。溢流面C35混凝土掺入膨胀剂，减小80%的自变，并布置0.5m×0.5m的水管。各浇筑层立面拆模后以及仓面均保温28d。

3.2 计算结果

根据工况1和工况2计算得到相应的温度，由于4月份和5月份气温高，导致浇筑温度高，冷却水温高。在1.0m×1.0m的水管布置密度条件下，第一大层混凝土的温度峰值为57.6℃，第二大层混凝土的温度峰值为64.2℃，闸墩底部2m高范围内的拉应力是闸墩中最大的，达到3.7MPa，超过了抗拉强度。闸墩第二大层的最大拉应力为2.6MPa，未超过抗拉强度。工况2条件下，由闸墩底部2m高范围内的温度峰值降至50℃，最大拉应力降至3.4MPa，仍超过C30混凝土的抗拉强度。闸墩表面的C35混凝土由于受到了较好的保温，内外温差减小，表面拉应力不再超过C35的抗拉强度。