猴山水库工程混凝土温度控制与防裂技术研究

郭鹏高

(绥中县水利事务服务中心，辽宁 绥中 125200)

1 坝体混凝土设计

1.1 工程概况

狗河属于绥中县内的独流入海河流，自西北部流向东南，于后王虎屯流入渤海，年径流量约为1.2亿m3，水资源量相对丰富，现阶段的开发利用程度偏低。狗河干流拟建猴山水库，与大风口水库(东戴河新区供水水源)的距离较近，具备自流供水的水源条件，如图1所示。

猴山水库设计总库容1.59亿m3，属于大(2)型水利枢纽，工程等别为Ⅱ等，枢纽建筑物由灌溉与环境供水管、引水隧洞﹑挡水副坝、引水坝段、溢流坝段以及挡水坝段组成，工程任务以供水为主，兼顾防洪，同时改善下游农业灌溉条件。引水隧洞长6.177km，经由大风口水库通过现有管线供给东戴河新区。2030年，拟向经济区最大引水量为3296万m3，相应流量为1.05m3/s，考虑隧洞检修按正常供水加大10%考虑，则需要的隧洞过流能力为1.16 m3/s，引水隧洞规模不需要考虑日变化系数影响。

1.2 坝体混凝土分区

主、副坝为混凝土重力坝，坝体混凝土应按着不同的工作条件和部位，采用不同的标号，并应兼顾坝体分区标号尽量与枢纽各结构物的混凝土标号相一致，以减少混凝土标号种类的原则，进行混凝土分区设计。按照SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》的规定，坝体混凝土应满足强度、抗渗、抗冻、抗侵蚀、抗冲刷、低热、抗裂等性能的要求，工程混凝土特性指标，通过大量工程类比确定[1-4]。水库大坝不同分区混凝土设计指标要求及其使用部位，如表1所示郭鹏高。

图1 猴山水库工程拟建位置

表1 分区混凝土设计指标要求与使用部位

混凝土的水化热，由水泥品种及水泥用量确定，混凝土重力坝体积大，内部混凝土力学指标要求较低，但温控防裂对混凝土低热性则要求较高[5]。因此，该工程要求基础、堰面及闸墩混凝土采用大坝水泥。

1.3 不同分区混凝土配合比

大坝不同分区混凝土配合比，如表2所示。

表2 大坝不同分区混凝土配合比表

2 混凝土性能参数

1)混凝土性能参数。混凝土的弹性模量利用公式E(t)=E0(1-e-atb)进行计算，其中E0、a、b等系数取值，见表3。

2)基岩的性能参数。基岩的弹模为23.0GPa，泊松比为0.32，其性能参数如表4所示。

3)混凝土的性能参数。自生体积变形、热学性能、绝热温升，如表5所示。各分区混凝土的导温系数a均为0.0038 m2/h，导热系数λ均为8.88kJ/(m·h·℃)，比热c均为0.98kJ/(kg·℃)，线膨胀系数α均为9.0×10-6/℃，混凝土绝热温升如表6所示。

表3 弹模公式拟合系数

表4 基岩的热力学参数

每根水管的长度：200m；水管的水平间距1.5m，垂直间距为混凝土浇筑层厚度；冷却水初温：12℃；流量：1.0 m3/h；开始通水时间：一期冷却在开始浇筑混凝土时立即进行；每根水管通水天数：14天。冷却水管参数，如表7所示。

表5 混凝土自生体积变形(10-6)

表6 混凝土绝热温升

表7 冷却水管参数

3 温度控制设计

3.1 浇筑温度及最高温度

结合实际情况和相关资料合理确定浇筑温度及最高控制温度，如表8。施工时，当河水温度低于设定的水管冷却水温时，用河水冷却。当气温低于表中设定的浇筑温度时，采用自然入仓。其中，L为浇筑块长边尺寸，当0.2L不是1.5m的倍数时，需采用1.5m倍数的大值。

表8 温控标准及措施

续表8 温控标准及措施

3.2 上下层温差

上下层温差是指龄期超过28d的老混凝土面上、下各1/4块长内，开始浇筑混凝土时上层新浇混凝土与下层老混凝土的平均温度之差，根据规范的建议及其他工程经验，结合工程的具体情况，确定上下层温差主坝≤13℃，副坝≤25℃。

3.3 坝体保温措施

坝体上游面经常性水位以上部分采用GRC复合挤塑板保温，厚度采用100mm，经常性水位以下部分采用挤塑板保温，厚度采用100mm，均采用锚栓固定于混凝土表面。

挤塑板导热系数要求，10℃时导热系数<0.028W/mk，25℃时<0.030w/mk：燃烧性能应达到B级。挤塑板表面喷涂水泥砂浆保护。

采用100mm厚防水岩棉被对闸墩、溢流堰面部位保温，竣工后拆除保温材料。对于下游裸露坝面，施工期采用100mm厚挤塑板保温，至竣工后拆除。

3.4 越冬面混凝土保温

工程所在地区最冷月平均气温为-7.7℃，为寒冷地区。多年平均气温仅为9.5℃，气温年内变幅大，昼夜温差也较大。较大的内表温差是引起越冬层面上、下游较大应力导致混凝土表面裂缝的主要原因，为控制混凝土内表温差，减少混凝土表面裂缝，必须对混凝土越冬面进行表面保温防护。越冬相邻坝体面采用100mm厚挤塑板保温，待浇筑相邻混凝土将其拆除。

3.5 相邻浇筑块高差及浇筑时间间隔

根据规范规定，各坝块在施工过程中都要尽可能的均匀上升，相邻坝块的浇筑时间间隔不宜超过30d，高差不宜超过10m。

4 混凝土防裂技术

为防止混凝土产生裂缝，必须从原材料选择、施工安排、施工质量、保温降温及结构型式等方面采取综合的混凝土温度控制措施[6]。

1)对大体积混凝土优先使用水化热较低的水泥，同时，适当外掺一定比例的粉煤灰，最大程度的减少水化热温升；在混凝土配合比设计中，对大体积混凝土适当增加级配，加大骨料粒径，降低混凝土的绝热温升.

2)根据设计要求，为有效控制浇筑问题必须采取相应的降温措施，如骨料堆高、地垅取料、料堆搭棚遮阳、风冷粗骨料、混凝土冷水拌和、加冰拌和等.

3)将塑料冷却水管埋设于坝体内，通水冷却以降低水化热温升，水管布置为1.0(1.5m)×1.5m，冷却水管材质为φ32mmHDPE管。在新浇混凝土达到终凝后，应采取对整个仓面进行薄层流水养生的措施，可有效降低坝体混凝土温度.

4)合理安排施工工期，安排低温季节浇筑基础约束区混凝土，严格按照设计提出的要求控制相邻块、相邻坝段的高差。基础约束区混凝土不应出现薄层长间歇，尽量短间歇均匀上升。高温季节利用夜间浇筑，冬季浇筑混凝土时，应严格按照冬季施工要求进行.

5)施工中严格控制浇筑层厚和层间间歇期，浇筑层厚1.5m，层间间歇应控制在5天以上；高温季节施工时要尽量在早、晚或夜间安排浇筑。气温超过25℃时，停止浇筑混凝土。春秋季昼夜温差大，加上寒潮频繁极易使得混凝土表面产生裂缝。非冬季施工时停歇7d仍未上覆混凝土时，要采取防水毡布覆盖以防寒潮、昼夜温差对混凝土的影响。对长期暴露在外的混凝土表面均进行保温，防止表面裂缝，并保持混凝土表面湿润，做好养生，防止干缩裂缝。在混凝土过冬期间，应严格按照设计提出的保温标准进行混凝土表面防护。大坝上游面进行长期保温。

6)闸墩、堰面混凝土掺加聚丙烯纤维和Mgo膨胀抗裂剂。大坝上下游越冬面预留水平浅缝。8号及15号坝段上游坝面预留竖向浅缝。廊道、输水管、竖井、底孔等孔洞几出口，在气温骤降期及低温季节时要封堵或遮蔽。

5 结 语

猴山水库工程建于北方寒冷地区，气温年内变幅大，昼夜温差也较大。鉴于寒冷地区大坝的温度应力问题比较突出，设计对大坝进行了温度应力分析和温控方案研究，并提出合理的温控标准和有效的温控措施，为大坝的设计和施工提供参考。猴山水库工程建成后，可以提供稳定可靠的水源，遏制地下水位持续下降和海水入侵的不利状况，可调控流域上游山区洪水，削减洪峰，提高水库下游地区乡村和农田的防洪标准；该水库可提高狗河流域下游农业灌溉供水保证率，对促进经济发展具有重要意义。