三灣泄洪閘混凝土施工溫度監(jiān)測及溫控評價

鄒世奎，沈 慧，潘 琳

（1.丹東市三灣水利樞紐及輸水工程建設(shè)管理局，遼寧丹東118000；2.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院/南京南瑞集團公司，江蘇南京211106）

0 引言

水閘的閘墩及底板屬于薄壁結(jié)構(gòu)，寒冷地區(qū)巖基上修建的水閘極易產(chǎn)生裂縫。三灣水利樞紐工程地處北方嚴寒地區(qū)，施工期閘墩混凝土發(fā)生裂縫，部分裂縫貫穿整個閘墩。閘墩布置有大量溫度計以及可兼測溫度的應(yīng)變計組，測值連續(xù)、可靠，為了解閘墩混凝土施工期溫度狀態(tài)提供了重要依據(jù)，也為研究裂縫成因提供了線索。從監(jiān)測資料入手，詳細分析了泄洪閘墩施工期各部位的溫度變化過程及變化特點，并與設(shè)計溫控指標進行了對比。監(jiān)測資料表明，施工期溫度升降劇烈，對閘墩混凝土應(yīng)力造成不利影響，易產(chǎn)生裂縫。北方嚴寒地區(qū)夏季混凝土施工應(yīng)采取必要的溫控措施。

1 工程概況

三灣水利樞紐是以供水為主、兼顧發(fā)電的大Ⅱ型工程。其中大壩由擋水壩段、電站壩段、泄洪閘壩段、取水壩段及魚道壩段組成，為閘壩結(jié)合的重力壩。壩長545.37 m，最大壩高28.02 m，大壩級別為二級。正常蓄水位為20.5 m，死水位為15.6 m，汛期限制水位為20.5 m，設(shè)計洪水位和校核洪水位分別為23.38 m和26.89 m。

三灣工程地處北方寒冷地區(qū)，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。根據(jù)鳳城氣象站多年（1960～2000年）氣象資料統(tǒng)計，該地區(qū)多年平均氣溫8.1℃。夏季7、8月份多年平均氣溫23.3℃，曾經(jīng)觀測到的極端最高氣溫為37.3℃；冬季1月份多年平均氣溫-10.3℃，曾經(jīng)觀測到的極端最低氣溫為-32.4℃[1]。

2011年10月，三灣泄水閘左右岸工程均發(fā)現(xiàn)由底部向上延伸的豎向混凝土裂縫，且有部分裂縫已貫穿整個閘墩。根據(jù)遼寧省水科院的檢測結(jié)果，抽檢的8個閘墩共存在19條裂縫，縫寬0.19～1.00 mm。

2 溫度監(jiān)測布置

三灣大壩共設(shè)置了3個溫度監(jiān)測斷面，1個在左岸門庫壩段，2個在泄洪閘壩段，樁號分別為0+051.50（3號壩段）、0+204.870（12號閘墩）、0+353.67（20號閘墩），各處溫度計進行庫水溫、壩體表面溫度、壩體溫度及壩基溫度的觀測。除溫度計外，埋設(shè)于閘墩的4組應(yīng)變計組也可兼測溫度。閘墩測點位置示意圖見圖1。

圖1 閘墩測點位置示意圖Fig.1 Distribution of the monitoring points in gate pier

3 泄洪閘設(shè)計溫控標準[2-3]

3.1 基礎(chǔ)溫差

基礎(chǔ)溫差是指建基面0.4L（L為澆筑塊長邊尺寸）高度范圍內(nèi)的基礎(chǔ)約束區(qū)內(nèi)混凝土的最高溫度和該部位穩(wěn)定溫度之差。根據(jù)設(shè)計指標，該工程樞紐不同部位的基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土允許溫差及最高允許溫度見表1和表2。

3.2 上下層溫差

上、下層溫差是指老混凝土面（混凝土齡期超過28 d）上下各1/4塊長范圍內(nèi)，上層新澆混凝土的最高平均溫度與開始澆筑混凝土?xí)r下層老混凝土的平均溫度之差。根據(jù)設(shè)計指標，三灣混凝土澆筑上、下層溫差不得大于17℃。

4 施工期溫度監(jiān)測及成果分析

如果只有溫控指標，沒有必要的溫度監(jiān)測手段，溫控效果就無從評價，也不利于分析發(fā)生裂縫的原因及進行施工反饋研究和施工管理。因此，應(yīng)對混凝土施工全過程進行溫度測量，包括對已澆筑混凝土的內(nèi)部溫度狀況進行監(jiān)測。

三灣泄洪閘施工期采用人工溫度觀測?；炷翝仓兹?，每2 h測量一次混凝土溫度，2日后每4 h觀測一次，3日后逐漸減少至每日一次，溫度監(jiān)測測次較密，尤其在埋設(shè)早期，基本捕捉到了泄洪閘混凝土溫度升降全過程。根據(jù)實測數(shù)據(jù)對泄洪閘12號閘墩各高程混凝土澆筑溫度進行了統(tǒng)計，詳見表3。典型溫度計過程線見圖2。圖3為根據(jù)實測數(shù)據(jù)繪制的溫度等值線，可直觀看到12號閘墩的溫度分布情況。繪圖選取了3個典型時刻，分別為澆筑后第一個最高溫度的時刻（2010年6月10日）；迄今為止經(jīng)歷過的最低溫度的時刻（2012年1月5日）；以及當前溫度狀態(tài)（2012年6月22日）。

表1 基礎(chǔ)允許溫差Table 1 :Temperature difference allowed in base

表2 混凝土最高允許溫度Table 2 :Highest permissible temperature of concrete

從閘墩混凝土溫度監(jiān)測成果來看，三灣泄洪閘施工期溫度變化呈現(xiàn)以下特點：

（1）最高溫度高。12號閘墩施工期最高溫度高達59.2℃，20號閘墩更高達62℃（應(yīng)變計測），均遠遠超過設(shè)計標準。

（2）溫度變幅大。12號閘墩溫度最大變幅67.4℃（應(yīng)變計測），20號閘墩溫度最大變幅60.6℃。

（3）內(nèi)部混凝土水化熱溫度升幅明顯大于表面混凝土，這是由于表面散熱條件較好。

（4）不同高程的閘墩混凝土溫度存在顯著差異，總體來看，高高程部位的混凝土溫度最高值與變幅均大于低高程部位，這與澆筑時間有很大關(guān)系。三灣閘墩混凝土多在4～6月份澆筑。工程所在地4月份平均氣溫9.1℃，但6月份平均氣溫達到20℃，6月份澆筑的混凝土入倉時溫度已經(jīng)較高，在水化熱影響下，1～3 d內(nèi)溫度陡升，幅度超過30℃，見圖2。4月澆筑的混凝土最高溫度則比6月份澆筑的明顯低很多。

表3 12號閘墩各高程溫度統(tǒng)計Table 3 :Statistic of temperature in gate pier No.12

圖2 12號閘墩20.25 m高程溫度實測過程線Fig.2 Measured temperature in gate pier No.12,on elevation of 20.25 m

（5）同層混凝土最大溫差約為13℃，上下層混凝土最大溫差約為16℃（按澆筑層厚度3 m估算）。

（6）約束區(qū)各高程澆筑時間稍早，溫度升降變化均比上部高程情況稍好，但仍超過設(shè)計溫控標準。

圖3 12號閘墩溫度等值線（單位：℃）Fig.3 Temperature contours in gate pier No.12

上述數(shù)據(jù)、圖表表明，泄洪閘多數(shù)部位混凝土溫度已超過設(shè)計溫控標準。泄洪閘混凝土夏季澆筑后水化熱升溫期正處于一年中最炎熱的時段，必造成溫度的陡升，水化熱消散后的持續(xù)降溫期又經(jīng)歷冬季零下十幾度的嚴寒考驗，溫度升降變化劇烈，對混凝土應(yīng)力十分不利，易產(chǎn)生裂縫。埋設(shè)于12號、20號閘墩的應(yīng)變計組監(jiān)測資料可證實，目前閘墩牛腿部位混凝土已出現(xiàn)不同程度的受拉現(xiàn)象，拉應(yīng)力接近或已超過混凝土抗拉強度允許值。由此可見，在北方嚴寒地區(qū)夏季澆筑混凝土?xí)r須采取必要的溫控措施，以降低入倉溫度，及時消散水化熱，減小溫升溫降幅度，避免對應(yīng)力產(chǎn)生不利影響。

5 結(jié)語

從溫度監(jiān)測資料出發(fā)，分析了三灣泄洪閘閘墩施工期各部位溫度變化過程與變化特點。分析可知，多數(shù)部位監(jiān)測到的混凝土溫度均已超過設(shè)計溫控標準，施工期發(fā)現(xiàn)的裂縫與之不無關(guān)系。監(jiān)測資料反映，6、7月份澆筑混凝土后溫升很大，進入冬季后又持續(xù)降溫，這種大幅度的溫度升降變化對應(yīng)力十分不利，易產(chǎn)生裂縫。由于三灣地處北方嚴寒地區(qū)，冬夏溫差大，在夏季澆筑混凝土尤其要采取有效的溫控措施，澆筑后應(yīng)注意養(yǎng)護，以減少對應(yīng)力的不利影響。

[1]中國水利水電科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)材料研究所,水利部水工程建設(shè)與安全重點實驗室,北京中水科海利工程技術(shù)有限公司.丹東三灣泄水閘底板及閘墩裂縫成因分析及對閘室安全的影響評價[R].

[2]董曉燕.三灣水利樞紐混凝土溫度控制與防裂措施[J].市政技術(shù)，2009，27（6）：651-655.

[3]SL319-2005，混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2005.