亭子口碾壓混凝土重力壩壩體溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

亭子口碾壓混凝土重力壩壩體溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

程思

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

亭子口混凝土重力壩根據(jù)建筑物布置及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，大范圍采用碾壓混凝土，來降低混凝土的水化放熱量。盡管如此，混凝土的溫度控制在碾壓混凝土壩中仍然十分重要，根據(jù)亭子口壩體混凝土實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析其混凝土內(nèi)在溫度變化規(guī)律，對(duì)指導(dǎo)工程的施工及大壩的安全運(yùn)行都具有十分重要的意義。

碾壓混凝土 水化放熱 溫度控制 溫度監(jiān)測(cè) 亭子口水利工程

引言

混凝土的水化放熱是影響壩體溫升變化的主要因素，自大壩大體積混凝土施工及壩體內(nèi)部絕熱溫升過程中，在施工期間，幾乎所有的混凝土壩都要實(shí)施嚴(yán)格的溫度控制措施。因碾壓混凝土具有快速施工的特點(diǎn)，混凝土壩大范圍采用碾壓混凝土，增大了碾壓混凝土的溫控難度。為確保大壩安全，及時(shí)準(zhǔn)確地獲取大壩混凝土的溫度場(chǎng)信息是大壩混凝土溫度控制的關(guān)鍵。

本文根據(jù)亭子口碾壓混凝土重力壩各典型部位埋設(shè)的測(cè)溫儀，利用其多年觀測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)壩體混凝土溫度變化進(jìn)行分析，為亭子口大壩的安全運(yùn)行提供參考依據(jù)。

1 混凝土放熱過程

1.1 水泥水化熱

亭子口碾壓混凝土重力壩壩體較厚，采用通倉(cāng)澆筑，混凝土自澆筑開始即放熱，主要為施工期水泥的水化放熱、后期高摻粉煤灰水化放熱以及殘余的水泥水化放熱。水泥的水化放熱過程主要發(fā)生在施工期，自澆筑混凝土開始到混凝土放熱結(jié)束大約30d～60d。

1.2 粉煤灰水化熱

粉煤灰的水化又取決于水泥水化的次生物CaO，這就使得粉煤灰的水化放熱對(duì)壩體內(nèi)部溫度回升的影響是不可忽視的一個(gè)因素。亭子口RCC大壩大體積混凝土采用3級(jí)配，限制水膠比0.55，大壩主體工程及重要結(jié)構(gòu)建筑物部位采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5的中熱硅酸鹽水泥，采用Ⅰ級(jí)粉煤灰，粉煤灰的摻量綜合考慮水泥、摻合料和砂子的品質(zhì)因素，并通過試驗(yàn)確定。根據(jù)《大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制》資料，摻加粉煤灰對(duì)絕熱溫升有重要影響，降溫效果見表1。因此，反思摻粉煤灰這種減少混凝土放熱量的溫度控制措施，對(duì)于碾壓混凝土壩的溫控防裂具有重要意義。據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，大量摻粉煤灰，摻合料的用量可達(dá)到膠凝材料用量的25%～60%，而亭子口RCC大壩粉煤灰最大摻量達(dá)到60%，這不僅簡(jiǎn)化了碾壓混凝土壩大體積混凝土溫控措施，同時(shí)也降低了工程成本。

表1 摻加混合材料對(duì)混凝土絕熱溫升效果

2 亭子口碾壓混凝土重力壩實(shí)測(cè)溫度成果

亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內(nèi)，是嘉陵江干流開發(fā)中唯一的控制性工程，以防洪、灌溉及城鄉(xiāng)供水、發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)，并具有攔沙減淤等效益的綜合利用工程。大壩為碾壓混凝土重力壩，從左至右依次布置為：左岸非溢流壩段、廠房壩段及壩后式電站廠房、底孔壩段、表孔壩段、升船機(jī)壩段和右岸非溢流壩段。壩軸線總長(zhǎng)995.4m，壩頂高程465.0m，最大壩高116m，大壩共分為50個(gè)壩段。根據(jù)大壩建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及壩體混凝土的功能分布不同，壩體混凝土在對(duì)幾種不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土進(jìn)行分區(qū)，其中碾壓混凝土細(xì)化分為A區(qū)(碾壓混凝土R90150W6F50)、B區(qū)(富膠碾壓混凝土R90200W8F100)。

圖1 典型壩段溫度計(jì)埋設(shè)分布

圖2 典型壩段混凝土澆筑分區(qū)

為監(jiān)測(cè)大壩安全，亭子口大壩進(jìn)行較為嚴(yán)格的溫度控制措施，自工程初期開始在壩體內(nèi)布設(shè)溫度儀器，對(duì)壩體內(nèi)部混凝土的溫度變化等進(jìn)行了系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，為混凝土的溫度控制提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。據(jù)溫度儀器施工埋設(shè)分布圖1，整個(gè)壩段分別在337m、347m、357m、367m、377m、389m、401m、413m、423m、433m高程布置了測(cè)溫儀器。本文選取亭子口碾壓混凝土重力壩典型壩段(表孔壩段)作為混凝土內(nèi)部溫度變化的研究對(duì)象，分析亭子口碾壓混凝土重力壩內(nèi)部溫度變化趨勢(shì)，典型壩段28#壩段共安裝有57支溫度計(jì)，完好率達(dá)98.25%，其實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)能真實(shí)反映壩體內(nèi)部混凝土溫升過程。

亭子口大壩監(jiān)測(cè)人員以每天2次的頻度對(duì)壩體內(nèi)部溫度變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)回收數(shù)據(jù)進(jìn)行一次統(tǒng)計(jì)分析，從實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)成果來看，高程401.0m截面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較好，且遠(yuǎn)離基礎(chǔ)約束區(qū)，故選取這一高程作為典型截面來分析監(jiān)測(cè)到的溫度情況。表2所示為28#壩段401.0m溫度計(jì)埋設(shè)參數(shù)。圖3所示為高程401.0m溫度儀2011年10月-2016年9月監(jiān)測(cè)到的混凝土平均溫度變化過程曲線。

表2 28#壩段401.0m溫度計(jì)埋設(shè)參數(shù)

圖3 表孔28#壩段401.0m溫度計(jì)變化過程線

3 相同壩段實(shí)測(cè)成果對(duì)比分析

混凝土溫度變化前期主要為水泥水化放熱，亭子口大壩碾壓混凝土在表面保溫、水管冷卻水溫、冷卻速度、冷卻時(shí)間以及降溫總量等方面進(jìn)行嚴(yán)格的溫度控制，防止混凝土發(fā)生溫度裂縫。如圖4所示為401.0m高程相同壩段(28#、31#)的同一位置溫度儀2011年10月-2011年11月監(jiān)測(cè)到的混凝土平均溫度變化過程曲線。

對(duì)實(shí)測(cè)溫度曲線圖4進(jìn)行分析，可得如下結(jié)論：

(1)碾壓混凝土澆筑初期放熱劇烈，強(qiáng)放熱過程持續(xù)至少一周，在2周內(nèi)達(dá)到最大極值，前期放熱持續(xù)時(shí)間為約一個(gè)月；

(2)高程401.0m相同壩段(28#、31#)壩體內(nèi)部碾壓混凝土的各控制參數(shù)相同，根據(jù)圖4對(duì)比分析28#、31#壩段各趨勢(shì)線，相同壩段同一位置混凝土的溫度回升趨勢(shì)基本一致。

圖4 高程401.0m28#、31#壩段內(nèi)部混凝土溫度變化趨勢(shì)

4 下閘蓄水運(yùn)行期混凝土溫度變化過程分析

亭子口大壩混凝土溫度變化后期受上游水位及環(huán)境的變化影響較大，結(jié)合圖示水庫(kù)蓄水初期的壩體混凝土溫度變化曲線，分析研究影響亭子口大壩運(yùn)行期混凝土溫度變化的主要因子，為亭子口大壩運(yùn)行提供科學(xué)的決策依據(jù)。

對(duì)實(shí)測(cè)溫度曲線圖5進(jìn)行分析，可得如下結(jié)論：

(1)壩體上游表層混凝土溫度變化受水庫(kù)水溫影響明顯。隨著季節(jié)變化以及上游來水量引起的水庫(kù)水位變化，都對(duì)水庫(kù)水溫產(chǎn)生明顯影響，高程367m至433m混凝土溫度變化影響較大，高程367m至337m底層混凝土溫度比較穩(wěn)定，基本與水庫(kù)水溫分層現(xiàn)象大體一致；

(2)壩體內(nèi)部混凝土溫度逐漸趨于穩(wěn)定。遠(yuǎn)離基礎(chǔ)約束區(qū)的高程367m至433m的上部混凝土后期放熱趨于穩(wěn)定，高程367m至337m底層混凝土溫度變化小。分析認(rèn)為，基層區(qū)混凝土溫度與地溫的長(zhǎng)期影響有關(guān)；

(3)壩體內(nèi)部的碾壓混凝土溫度橫向分層。壩體內(nèi)部從高程367m至433m澆筑層為碾壓混凝土區(qū)，從溫度曲線變化可以看出，混凝土溫度沿壩體橫線出現(xiàn)分層現(xiàn)象。分析認(rèn)為，表層混凝土與水體接觸，溫度受溫度影響大，而壩體內(nèi)部混凝土不受外界環(huán)境影響，且后期碾壓混凝土粉煤灰放熱，內(nèi)部混凝土處于絕熱溫升狀態(tài)，壩體碾壓混凝土出現(xiàn)由外至內(nèi)橫向分層現(xiàn)象。

(a) (b) (c) (d)

6月18日9∶00 6月25日9∶00 7月17日9∶00 8月14日9∶00

(e) (f) (g) (h)

9月18日9∶00 10月16日9∶00 11月13日9∶00 12月18日9∶00

圖5亭子口大壩蓄水初期表孔內(nèi)部混凝土溫度曲線

5 結(jié)語

(1)亭子口電站經(jīng)過多年的壩體混凝土溫度監(jiān)測(cè)，形成了一整套行之有效的測(cè)溫體系。本文通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，歸納壩體溫度多年變化規(guī)律，對(duì)其后期安全運(yùn)行具有重要的指導(dǎo)意義；

(2)由于大壩監(jiān)測(cè)儀器豐富，本文只研究了典型壩段的溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為了提高研究的準(zhǔn)確性，應(yīng)盡可能選擇更多的影響因子，從而對(duì)大壩的運(yùn)行提供更精確的決策依據(jù)。

〔1〕金 峰，周宜紅.分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在特高拱壩真實(shí)溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2015，8(4)：451-458.

〔2〕周宜紅，王利杰，黃耀英，等.基于測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的拱壩垂直向溫度分布繪制研究[J].人民黃河，2015，5(5)：101-103.

〔3〕蘇振華，周宜紅、趙春菊，等.基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的溪洛渡大壩施工期溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析[J].水電能源科學(xué),2016，3(3)：70-73.

〔4〕徐衛(wèi)軍，侯建國(guó)，李端有.分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在景洪電站大壩混凝土溫度監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2007，2(1)：97-101.

TV642.2∶TV698.1

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2095-1809(2017)06-0005-03