引漢濟(jì)渭工程大壩溫控防裂與施工質(zhì)量控制研究

劉曉燕

（陜西省引漢濟(jì)渭領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室 陜西 西安 710004）

1 項(xiàng)目概況

引漢濟(jì)渭工程引水線路上有兩個(gè)重要的水利樞紐——黃金峽水利樞紐和三河口水利樞紐。黃金峽水利樞紐是漢江上的徑流電站。三河口水利樞位于漢江支流子午河上，河道順直，地形完整，基巖裸露，初選上下相距近5km兩個(gè)壩址方案進(jìn)行比較。根據(jù)地形、地質(zhì)和建材條件，同時(shí)考慮施工期導(dǎo)流、施工進(jìn)度等技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件，對(duì)混凝土面板堆石壩、碾壓混凝土重力壩、碾壓混凝土拱壩等壩型方案進(jìn)行研究。如果兩個(gè)樞紐工程如果皆采用碾壓混凝土重力壩方案，則混凝土方量相對(duì)較大，投資也較多。如地形和地質(zhì)條件許可，將碾壓混凝土重力壩優(yōu)化為碾壓混凝土拱壩是降低投資的有效途徑。相對(duì)于碾壓混凝土重力壩，碾壓混凝土拱壩能大大節(jié)省混凝土方量，且國內(nèi)目前最高的碾壓混凝土拱壩沙牌工程(壩高132m)已經(jīng)經(jīng)歷了汶川大地震的考驗(yàn)，碾壓混凝土拱壩被證明是安全度較高的壩型。如地質(zhì)條件許可，將碾壓混凝土重力壩優(yōu)化為碾壓混凝土拱壩是降低投資的有效途徑。

無論碾壓混凝土重力壩或拱壩，碾壓混凝土壩施工期的溫控防裂與施工質(zhì)量控制系統(tǒng)研究是大壩安全的有力保障。

引漢濟(jì)渭工程黃金峽水庫攔河壩為混凝土重力壩，最大壩高64.3m。三河口水庫的壩型目前有兩套設(shè)計(jì)方案，混凝土重力壩和碾壓混凝土拱壩。如果采用碾壓混凝土拱壩方案，138m的壩高，將超越現(xiàn)有世界最高的碾壓混凝土拱壩——四川沙牌電站大壩（132m），成為世界第一高碾壓混凝土拱壩。大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫度場和溫度應(yīng)力的分析、溫度控制和防止裂縫的措施以及施工質(zhì)量控制是設(shè)計(jì)和施工中的重要課題，進(jìn)行大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂與施工質(zhì)量控制系統(tǒng)研究具有重要的實(shí)際意義。

2 研究方向

2.1 碾壓混凝土大壩溫控防裂措施研究

針對(duì)引漢濟(jì)渭工程大壩的實(shí)際情況，模擬碾壓混凝土壩的施工過程進(jìn)行溫控仿真計(jì)算，優(yōu)化溫控方案，提出合理的溫控防裂措施，為大壩的設(shè)計(jì)和施工提供重要依據(jù)。

2.2 施工質(zhì)量控制系統(tǒng)研究

在碾壓混凝土壩施工期,利用壩內(nèi)埋設(shè)的溫度和應(yīng)力監(jiān)測(cè)儀器的觀測(cè)資料，通過反分析確定大壩混凝土實(shí)際熱力學(xué)參數(shù)，根據(jù)大壩的實(shí)際施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真計(jì)算，分析和評(píng)估大壩的施工質(zhì)量?？筛鶕?jù)當(dāng)時(shí)大壩實(shí)際狀態(tài)及施工計(jì)劃預(yù)報(bào)大壩運(yùn)行期溫度場、應(yīng)力場和安全系數(shù)，如發(fā)現(xiàn)問題可及時(shí)采取對(duì)策，避免出現(xiàn)事故。同時(shí)，可在混凝土澆筑期間就對(duì)大壩施工質(zhì)量進(jìn)行及時(shí)評(píng)價(jià)，有效保障大壩混凝土的澆筑質(zhì)量，對(duì)大壩作出切合實(shí)際的安全評(píng)估，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量數(shù)字監(jiān)控。

3 溫控防裂的影響因素

本項(xiàng)目擬解決的關(guān)鍵問題為大壩施工期的溫控防裂和施工質(zhì)量控制系統(tǒng)研究。而溫控防裂與大體積混凝土的結(jié)構(gòu)形式、氣候條件、施工過程、材料特性以及運(yùn)行條件等多種因素有密切的關(guān)系，因此，項(xiàng)目在實(shí)施的過程中，考慮以下因素對(duì)溫控防裂的影響：不同開澆日期對(duì)壩體溫度和防裂的影響；不同的澆筑溫度對(duì)壩體溫度和防裂的影響；大壩基礎(chǔ)常態(tài)混凝土墊層分縫分塊對(duì)墊層溫度和防裂的影響；不同混凝土級(jí)配和配合比對(duì)大壩混凝土溫控防裂的影響；高溫季節(jié)和次高溫季節(jié)通水冷卻對(duì)壩體溫度和防裂的影響；寒潮來臨之前和冬季保溫對(duì)壩體溫度和防裂的影響；采用平層鋪筑和斜層鋪筑兩種澆筑工藝對(duì)壩體溫度和防裂的影響。依據(jù)已澆混凝土的溫度觀測(cè)資料，對(duì)大壩進(jìn)行溫度場反分析，給出當(dāng)時(shí)溫度場和應(yīng)力場,預(yù)測(cè)下一階段的溫度場、應(yīng)力場及安全系數(shù)，評(píng)價(jià)大壩的安全性并對(duì)下一階段的施工提出指導(dǎo)。

在碾壓混凝土壩施工期,利用壩內(nèi)埋設(shè)的溫度和應(yīng)力監(jiān)測(cè)儀器的觀測(cè)資料，通過反分析確定大壩混凝土實(shí)際熱力學(xué)參數(shù)，根據(jù)大壩的實(shí)際施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真計(jì)算，分析和評(píng)估大壩的施工質(zhì)量；可根據(jù)當(dāng)時(shí)大壩實(shí)際狀態(tài)及施工計(jì)劃預(yù)報(bào)大壩運(yùn)行期溫度場、應(yīng)力場和安全系數(shù)，如發(fā)現(xiàn)問題可及時(shí)采取對(duì)策，避免出現(xiàn)事故；同時(shí)可在混凝土澆筑期間就對(duì)大壩施工質(zhì)量進(jìn)行及時(shí)評(píng)價(jià)，可有效保障大壩混凝土的澆筑質(zhì)量，對(duì)大壩作出切合實(shí)際的安全評(píng)估，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量數(shù)字監(jiān)控。

擬采取的技術(shù)路線：為了提高計(jì)算效率，并保證本項(xiàng)目的順利實(shí)施，計(jì)算按循序漸進(jìn)、逐步優(yōu)化的方式進(jìn)行。計(jì)算中首先考慮采用自然澆筑溫度入倉而不采取任何溫控措施，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，在計(jì)算成果不滿足碾壓混凝土壩規(guī)范要求的情況下，再考慮采取控制澆筑溫度措施和通水冷卻措施，提出合理的入倉溫度、通水時(shí)間、通水位置、通水溫度以及水管間距，對(duì)溫控措施進(jìn)行敏感性分析。通過計(jì)算提出合理的基礎(chǔ)墊層常態(tài)混凝土的分縫、分塊型式；提出合理的大壩分縫情況，并據(jù)此確定大壩壩體各部位的合理溫控措施，提出合理的封拱溫度和封拱時(shí)間，對(duì)大壩進(jìn)行封拱灌漿；通過計(jì)算確定大壩澆筑塊的尺寸、分層厚度、間歇時(shí)間及不同季節(jié)不同部位的溫控措施，特別是高溫季節(jié)和低溫季節(jié)針對(duì)平層鋪筑和斜層鋪筑兩種澆筑工藝條件下的溫控措施等。通過多方案計(jì)算研究，提供合理的溫控防裂措施、大壩分縫情況和封拱溫度以及封拱時(shí)間等，推薦合理的溫控方案。在施工過程中，因室內(nèi)試驗(yàn)參數(shù)很難反應(yīng)施工現(xiàn)場混凝土的真實(shí)性能，依據(jù)已澆混凝土的溫度和應(yīng)力觀測(cè)資料以及施工的施工特性，對(duì)大壩進(jìn)行溫度場和應(yīng)力場反分析，得到反映混凝土真實(shí)熱學(xué)性能的參數(shù)，然后進(jìn)行溫度場和應(yīng)力場計(jì)算,給出當(dāng)時(shí)的溫度場和應(yīng)力場成果，并預(yù)測(cè)下一階段的溫度場、應(yīng)力場及安全系數(shù)，評(píng)價(jià)大壩的安全性并對(duì)下一階段的施工提出指導(dǎo)。針對(duì)施工條件的變化，及時(shí)采取措施，調(diào)整施工方案，進(jìn)行實(shí)時(shí)的溫控防裂與施工質(zhì)量控制，對(duì)大壩作出切合實(shí)際的安全評(píng)估，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量數(shù)字監(jiān)控。

施工過程中，由于實(shí)際施工條件往往與設(shè)計(jì)擬定的條件不太相符，需要根據(jù)已澆混凝土的溫度觀測(cè)資料，對(duì)大壩進(jìn)行溫度場反分析，給出當(dāng)時(shí)溫度場和應(yīng)力場，并預(yù)測(cè)下一階段的溫度場、應(yīng)力場，對(duì)下一階段的溫控方案選擇提供指導(dǎo)。

針對(duì)施工條件的變化，及時(shí)調(diào)整溫控措施，使得壩體內(nèi)部的最高溫度滿足設(shè)計(jì)的要求，進(jìn)行實(shí)時(shí)溫控防裂與施工質(zhì)量控制，對(duì)大壩作出安全評(píng)估，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量數(shù)字監(jiān)控。

4 相應(yīng)的預(yù)案

針對(duì)施工條件的變化，需要采取相應(yīng)的預(yù)案：

（1）施工期間出現(xiàn)寒潮的情況下，需要對(duì)大壩及時(shí)采取表面保溫措施，保溫材料選擇2cm厚的泡沫塑料保溫板。

（2）高溫季節(jié)澆筑的混凝土、由于壩體倉面溫度較高，需要采取倉面噴霧、流水養(yǎng)護(hù)和搭建遮陽棚等措施，以降低倉面環(huán)境溫度。

（3）施工期間對(duì)于高溫季節(jié)澆筑的混凝土，需要嚴(yán)格控制混凝土澆筑溫度，采取風(fēng)冷骨料、加冰拌合等措施，使得混凝土的澆筑溫度滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）施工期間混凝土運(yùn)輸過程中，針對(duì)外界氣溫較高的情況，需要在混凝土表面加蓋棉被，以防止熱量倒灌，防止混凝土表面受凍以保證混凝土質(zhì)量。

（5）施工期間合理安排混凝土的施工進(jìn)度，在基礎(chǔ)約束區(qū)盡量延長混凝土的層間間歇時(shí)間，減小澆筑層厚度，使得混凝土的最高溫度滿足設(shè)計(jì)要求。

（6）施工期間若出現(xiàn)裂縫，對(duì)于淺層裂縫，采取鑿除回填混凝土的措施。對(duì)于深層裂縫，需要采取灌漿的措施，以保證大壩的整體性。

5 結(jié)論

陜西省引漢濟(jì)渭工程是《渭河流域重點(diǎn)治理規(guī)劃》、《全國水資源綜合規(guī)劃》和《渭河流域重點(diǎn)治理規(guī)劃陜西省水利項(xiàng)目實(shí)施方案》中確定的跨流域調(diào)水工程。工程從陜南漢江流域調(diào)水至渭河流域的關(guān)中地區(qū)，向渭河沿岸重要城市、縣城、工業(yè)園區(qū)供水，逐步退還擠占的農(nóng)業(yè)與生態(tài)用水，緩解城市與農(nóng)業(yè)、生態(tài)用水的矛盾，同時(shí)也是陜北能源化工基地實(shí)現(xiàn)引黃置換配置目標(biāo)的戰(zhàn)略性水源工程。碾壓混凝土壩在施工過程中和運(yùn)行期間，結(jié)構(gòu)中往往會(huì)由于溫度的變化而產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土容許抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)裂縫，影響結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。因此，進(jìn)行大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂研究和施工質(zhì)量控制系統(tǒng)研究具有重要的實(shí)際意義。

實(shí)施大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫控防裂研究和施工質(zhì)量控制系統(tǒng)的研究成果，不僅對(duì)該工程的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行期管理提供重要的指導(dǎo)意義，也為其他大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫控防裂與施工質(zhì)量控制系統(tǒng)研究提供借鑒，具有重要的實(shí)際應(yīng)用和推廣價(jià)值，必將為引漢濟(jì)渭水利樞紐工程的建設(shè)和長遠(yuǎn)發(fā)展起到重要作用。陜西水利