分縫分塊對(duì)金安橋大壩混凝土溫度應(yīng)力的影響分析

呂大勇，陳利剛

（中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650051）

1 大壩工程概述

金安橋水電站裝機(jī)容量4×600 MW。攔河壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂長(zhǎng)640 m，最大壩高160 m，順流向最大長(zhǎng)度156 m。大壩共分21個(gè)壩段。壩體內(nèi)部采用C9015 W906 F90100三級(jí)配碾壓混凝土和C9020 W906 F90100三級(jí)配碾壓混凝土，上游壩面采用C9020 W908 F90100二級(jí)配碾壓混凝土。大壩地處高地震烈度區(qū)，地震設(shè)防烈度為9度。

壩址區(qū)年平均氣溫為20.0℃，3月～9月平均氣溫在20℃以上；河道多年平均水溫14.2℃，無(wú)冬季冰凌情況；日溫差較大，集中在冬季。

壩體混凝土采用麗江永保水泥有限責(zé)任公司和云南紅塔滇西水泥股份有限公司生產(chǎn)的42.5級(jí)中熱硅酸鹽水泥；摻合料采用攀鋼發(fā)電廠生產(chǎn)的分選Ⅱ級(jí)粉煤灰；壩體混凝土采用人工骨料，母巖為玄武巖石料場(chǎng)和工程開(kāi)挖的弱風(fēng)化上部、下部玄武巖渣料。

為加快施工進(jìn)度，預(yù)防上游面劈頭裂縫的產(chǎn)生，對(duì)壩體混凝土通倉(cāng)澆筑和橫縫間距對(duì)溫度應(yīng)力的影響進(jìn)行了計(jì)算分析。

2 壩體碾壓混凝土通倉(cāng)澆筑分析

2.1 國(guó)內(nèi)外通倉(cāng)澆筑實(shí)例

早在20世紀(jì)40年代就有大尺寸通倉(cāng)澆筑的先例，目前隨著施工技術(shù)和制冷技術(shù)的發(fā)展，通倉(cāng)澆筑的溫控措施進(jìn)一步加強(qiáng)，可有力保證施工質(zhì)量。國(guó)內(nèi)外部分工程實(shí)例見(jiàn)表1。

2.2 基礎(chǔ)澆筑塊長(zhǎng)度對(duì)溫度應(yīng)力的影響分析

采用平面有限元分析法，分析計(jì)算5月～8月澆筑基礎(chǔ)碾壓混凝土 （C9020三級(jí)配），澆筑層厚1.5 m，間歇5 d，澆筑溫度17.0℃，有水管冷卻并采取倉(cāng)面噴霧措施的情況下，澆筑塊長(zhǎng)度分別為30、45、60、75、100、120 m和156 m時(shí)的混凝土溫度應(yīng)力?；A(chǔ)澆筑塊長(zhǎng)度與混凝土溫度應(yīng)力的關(guān)系曲線見(jiàn)圖1。計(jì)算結(jié)果表明：澆筑塊愈長(zhǎng)，溫度拉應(yīng)力愈大，當(dāng)澆筑塊長(zhǎng)邊長(zhǎng)度超過(guò)75 m后，溫度應(yīng)力增幅較??；澆筑塊長(zhǎng)邊長(zhǎng)度為156 m時(shí)，最大溫度應(yīng)力仍小于允許拉應(yīng)力。因此，就溫度應(yīng)力而言，碾壓混凝土采用通倉(cāng)澆筑方案是可行的。

表1 混凝土壩通倉(cāng)澆筑實(shí)例

圖1 基礎(chǔ)澆筑塊長(zhǎng)度與混凝土溫度應(yīng)力的關(guān)系曲線

2.3 混凝土澆筑能力

根據(jù)對(duì)混凝土系統(tǒng)供料強(qiáng)度、各運(yùn)輸和澆筑設(shè)備澆筑能力及不同澆筑方式的綜合分析，采用平層鋪筑法，能滿足通倉(cāng)澆筑大壩混凝土最大倉(cāng)面入倉(cāng)強(qiáng)度的要求。

綜上所述，大壩混凝土采用通倉(cāng)澆筑是可行的，但由于基礎(chǔ)澆筑塊較長(zhǎng)，受拉范圍也大，混凝土澆筑過(guò)程中出現(xiàn)不利情況的幾率增大，因此必須加強(qiáng)施工管理，提高混凝土施工質(zhì)量的均勻性。

3 橫縫間距對(duì)溫度應(yīng)力的影響分析

3.1 工程實(shí)例

對(duì)于碾壓混凝土壩來(lái)說(shuō)，橫縫間距大，則施工速度快，造價(jià)相對(duì)較低，但橫縫間距越大，溫度應(yīng)力也越大，出現(xiàn)裂縫的幾率增大；反之，橫縫間距較小，會(huì)使切縫程序復(fù)雜，施工速度減慢，工程造價(jià)增加，但減小橫縫間距能夠控制和減少溫度應(yīng)力引起的裂縫。

橫縫間距的選定是碾壓混凝土壩溫控設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一，國(guó)內(nèi)外已建或在建工程橫縫間距一般在15～80 m之間，如觀音閣為15～20 m，銅街子為16～21 m，天生橋?yàn)?5.2～20 m，巖灘為20 m，大廣壩為 40 m， 龍灘為 12.3～30 m， 景洪為 9～34.3 m（廠房壩段550 m高程以上作并縫處理，550 m高程以下橫縫最大間距為21 m），有些工程甚至不設(shè)橫縫，如坑口和沙溪口工程。

3.2 計(jì)算條件

結(jié)合工程實(shí)際情況，取廠房壩段橫縫間距分別為14、20、34 m，進(jìn)行三維仿真計(jì)算，計(jì)算條件見(jiàn)表2。

表2 溫度應(yīng)力計(jì)算條件

3.3 計(jì)算成果及分析

不同橫縫間距的最大溫度應(yīng)力見(jiàn)表3。

計(jì)算結(jié)果分析認(rèn)為：

（1）橫縫間距由14 m增加至20 m，上游面的橫河向最大水平溫度應(yīng)力增加并不明顯；橫縫間距由20 m增加至34 m，各個(gè)高程的橫河向最大水平溫度應(yīng)力平均增加0.1～0.5 MPa，可見(jiàn)橫縫間距增大，增加了壩體上游面劈頭裂縫產(chǎn)生的機(jī)會(huì)。當(dāng)橫縫間距為34 m時(shí)，橫河向最大水平溫度應(yīng)力仍小于允許溫度應(yīng)力。

表3 不同橫縫間距 （m）的混凝土最大溫度應(yīng)力計(jì)算成果

（2）橫縫間距減小后，順河向最大水平溫度應(yīng)力較原來(lái)略有增加；鉛直向溫度應(yīng)力較原來(lái)增加的幅度較大。

根據(jù)上述計(jì)算成果，為控制和減少溫度應(yīng)力引起的劈頭裂縫，需在壩體上游面設(shè)置短縫。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)壩體通倉(cāng)澆筑的分析，確定大壩混凝土采用通倉(cāng)澆筑是可行的，但必須加強(qiáng)施工管理，提高混凝土施工質(zhì)量的均勻性。根據(jù)橫縫間距對(duì)溫度應(yīng)力的影響分析成果，橫縫間距減小可相應(yīng)減小橫河向水平溫度應(yīng)力，為控制和減少溫度應(yīng)力引起的劈頭裂縫，需在壩體上游面設(shè)置短縫。