中咀坡重力坝施工期温度场分布分析

◇重庆江源工程勘察设计有限公司 罗 良

混凝土重力坝规模大，混凝土浇筑量多，容易在施工过程中因温度应力过大而产生裂缝。因此，本文以重庆中咀坡重力坝为实例研究对象，结合坝体的具体参数尺寸以及施工方案进行详细的数模仿真分析，模拟施工过程中的温度应力分布状态，为实例工程以及其他类似工程的温度应力防治提供思路。

1 实例工程概况

实例工程为重庆市奉节县防洪发电的重点工程之一，主要功能为防洪、灌溉，兼顾发电。实例工程的断面布置图情况如下：坝顶高程为894.1 m，背水坡坡比为1:08；校核洪水位为892.33 m，设计挡水构筑物的富裕高度为1.77 m。坝体挡水建筑物主要采用C30混凝土浇筑。

2 数模建立

采用迈达斯温度应力计算软件进行模拟计算。考虑到工程的规模较大，在保证精度的前提下得适当优化计算工作量，因此网格间距取5 m，并在局部区域进行加密处理。实例工程网格划分见图1。

图1 中咀坡重力坝数模建立

3 温度变化过程模拟分析

3.1 实测温度过程

本文搜集了中咀坡重力坝于2008年建设过程（施工过程共33个月）的温度应力变化过程，见图2。分析可知，温度变化为螺旋式摆动，可分为4个明显温度折点。

图2 中咀坡重力坝施工过程中实测温度历程

3.2 数值模拟计算结果

根据中咀坡重力坝施工过程中实测温度历程的4个明显温度折点。在数模计算结果中，对应的选择231m、270m、342m以及360.5m作为典型分析计算高度，并在每组高程节点处均取20个典型采样点。将典型采样点数值模拟分析结果绘于图3。分析可知：

图3 各典型高程的采样节点温度变化过程

（1）四组高程由于外部环境和施工条件的差异，最大温度和最小温度略有差别，但总体温度变化过程基本一致。

（2）在231m高程，内部三个节点的温度大小及变化过程基本一致，温度变化过程较为稳定。外部两个节点的温度大小及变化过程也较为相似，因为外部散热条件略有差异，因此单一时间状态下温度大小略有0～0.5 ℃的偏差。

（3）在270m高程，内部三个节点的温度大小及变化过程基本一致，在后期温升末端出现了部分差别，主要是因为与外部距离不同导致散热性能偏差引起的。

（4）在342m高程和360.5m高程内部典型采样节点的温度变化过程基本一致，但单体之间的温度大小差异较大。主要原因是因为在342m高程和360.5m高程浇筑时，施工现场为冬季；混凝土内部和外部温度偏差太大。

3.3 浇筑温度对重力坝温度场的影响分析

本文设计三个对比工况（不控制温度、10 ℃和15 ℃），来研究浇筑温度对混凝土温度分布的具体影响，计算结果如图4所示：

图4 实例工程典型采样节点在不同浇筑温度下温度场变化过程

（1）在不同高程，浇筑温度对混凝土场内的温度的影响规律差异较大。

（2）在231m高程与360.5m高程下，两组工况的情况一致：在不控制浇筑温度的情况下，混凝土场内的温度显著大于其他两个工况，而将浇筑温度控制在10 ℃下，混凝土场内的温度整体最低。

（3）在270m、342m高程下，两组工况的情况一致，且明显与231m高程与360.5m高程下的情况不同；在该两组工况下，将浇筑温度控制在15 ℃下的混凝土场内的温度最高。

出现这样差异的原因是因为不同高程点坝体的浇筑温度差异较大。浇筑温度对于重力坝段不同位置的影响程度区别较大。同时，外界气温越低，浇筑温度对于重力坝段温度场影响越明显。

4 实例工程开裂指数变化过程分析

分析实例工程在施工过程中的开裂指数变化过程，分析结果显示，按照原方案施工，水平和竖直方向的最大开裂指数分别是0.225和0.952，均小于X方向的限值（0.50）和Y方向的限值（1.00）。可见实例工程能够保证施工过程中温度应力小于规范要求，不会出现开裂。

图5 X与Y方向开裂指数分析

5 结论

本文以中咀坡混凝土重力坝为研究对象，建立三维数模研究了实例工程在施工过程中混凝土温度场的变化过程，研究结果显示浇筑温度对于重力坝段不同位置的影响程度区别较大。同时，外界气温越低，浇筑温度对于重力坝段温度场影响越明显，且实例工程在施工过程水平和竖直方向的最大开裂指数分别是0.225和0.952，均小于规范限值，不会出现开裂。