低熱水泥碾壓混凝土壩適應(yīng)性智能通水策略研究

林 鵬，李 明，劉 科，歐陽建樹，3，楊宗立，喬 雨

(1.清華大學(xué) 水利水電工程系，北京 100084；2.中國三峽建工(集團(tuán))有限公司，四川 成都 610000；3.中國長江三峽集團(tuán)有限公司 科學(xué)技術(shù)研究院，北京 101100)

1 研究背景

碾壓混凝土壩具有施工速度快、建設(shè)工期短、節(jié)省投資等優(yōu)勢，自1980年代建成我國第一座碾壓混凝土重力壩——坑口水電站[1]以來，碾壓混凝土筑壩技術(shù)發(fā)展迅猛[2]，在摻合料選擇、層間結(jié)合、防滲體系、施工工藝、溫度控制、質(zhì)量檢測、智能建造等技術(shù)問題上取得長足進(jìn)展，已成為一種廣泛采用的壩型。近10年來，碾壓混凝土壩正由100 m級向200 m級跨越[3]，如龍灘[4](216.5 m)、黃登[5](203.0 m)、光照[6](200.5 m)等一批200 m級碾壓混凝土重力壩，其溫度與溫度應(yīng)力控制問題更加突出。在筑壩材料多元化，筑壩技術(shù)精細(xì)化、智能化[7-8]的大趨勢下，制定基于全壩不同分區(qū)混凝土換熱規(guī)律的適應(yīng)性通水策略，并依托智能通水技術(shù)[9]實(shí)現(xiàn)高碾壓混凝土壩的精準(zhǔn)溫度控制，是確保實(shí)現(xiàn)高碾壓混凝土壩安全、優(yōu)質(zhì)、綠色、低碳智能建造[10-11]的內(nèi)在要求。

碾壓混凝土壩在筑壩材料特性、建設(shè)工藝等方面與常態(tài)混凝土壩差異較大。碾壓混凝土水泥用量少且高摻粉煤灰，屬于干硬性混凝土，與常態(tài)混凝土相比，具有絕熱溫升低，后期發(fā)熱量大的特點(diǎn)。碾壓混凝土的90 d齡期極限拉伸值略低[12]，一般在(0.65～0.80)×10-4，同時(shí)由于所含膠凝材料更少，碾壓混凝土的徐變度一般低于常態(tài)混凝土，不利于溫控防裂，在冬季及寒潮等條件下易產(chǎn)生表面裂縫。此外，碾壓混凝土普遍采用薄層鋪筑、薄層碾壓、連續(xù)上升[13]的施工方式，入倉過程冷量損失大。國內(nèi)外碾壓混凝土壩因溫度應(yīng)力導(dǎo)致的開裂現(xiàn)象普遍存在，如加拿大的Revelstoke壩[14]雖然采取了通水冷卻、表面保溫等溫控措施，但在經(jīng)歷3個(gè)冬季，拆除保溫層后發(fā)現(xiàn)了不少表面裂縫；美國Dworkshak壩[15]受大壩表層混凝土水泥用量較多、冬季嚴(yán)寒氣候等因素影響，在上游壩面多個(gè)壩段中部出現(xiàn)了表面溫度裂縫，并在滿庫水壓力下進(jìn)一步發(fā)展為劈頭裂縫；觀音巖碾壓混凝土重力壩[14]在蓄水后受結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、多次氣溫驟降、部分區(qū)域最高溫度超標(biāo)等因素綜合作用，左岸11#、14#、16#壩段上游面出現(xiàn)豎直的劈頭縫，其中14#壩段裂縫貫通至大壩下游面，事后采取水下修補(bǔ)。

通過采用預(yù)冷骨料、倉面控制、冷卻通水、表面保溫等溫控措施，碾壓混凝土壩的開裂情況得到了明顯改善，但并未得到完全控制。傳統(tǒng)的碾壓混凝土壩普遍采用中熱水泥混凝土，低熱水泥在三峽、溪洛渡、向家壩、烏東德、白鶴灘等常規(guī)澆筑水電工程[16]的成功應(yīng)用表明，低熱水泥混凝土具有絕熱溫升低、早期發(fā)熱慢、發(fā)熱周期長等特點(diǎn)。針對低熱水泥碾壓混凝土壩溫控特性的通水策略研究工作，國內(nèi)外文獻(xiàn)和工程案例還未見報(bào)道。如何針對低熱水泥材料特性與碾壓混凝土壩施工過程，以溫控達(dá)標(biāo)、經(jīng)濟(jì)合理和工藝簡化為原則，制定最優(yōu)分區(qū)通水策略，并依托清華大學(xué)研制的智能通水2.0系統(tǒng)[9-10，17]，實(shí)現(xiàn)低熱水泥碾壓混凝土壩的適應(yīng)性通水具有重要意義。

本文結(jié)合烏東德低熱碾壓混凝土二道壩的施工溫控實(shí)踐，首先分析工程溫控防裂難點(diǎn)和挑戰(zhàn)；其次利用烏東德拱壩的智能溫控相關(guān)數(shù)據(jù)，基于低熱水泥碾壓混凝土的熱力學(xué)特性，建立烏東德二道壩三維數(shù)值分析模型，分析全壩不同分區(qū)溫度換熱規(guī)律，并研究二道壩低熱水泥碾壓混凝土的適應(yīng)性智能通水冷卻判斷準(zhǔn)則、方法和適應(yīng)性通水策略；最后分析在烏東德二道壩的應(yīng)用情況。

2 工程溫控防裂難點(diǎn)與挑戰(zhàn)

2.1 烏東德二道壩簡介烏東德二道壩位于金沙江下游干熱河谷，處于大壩泄洪中心線下游約355 m，是樞紐主要泄洪消能建筑物之一，也是我國首座全面采用低熱水泥碾壓混凝土澆筑的百米級碾壓混凝土重力壩。壩頂高程EL825.5 m，建基面高程EL730.0 m，壩高95.5 m，分為7個(gè)壩段，碾壓及常態(tài)混凝土方量共約46.6萬m3。以低熱水泥碾壓混凝土為主要筑壩材料(圖1(a))，主要配合比：(1)三級配C9015碾壓混凝土RⅠ，用于壩體內(nèi)部，約36.2萬m3；(2)二級配C9025碾壓混凝土RⅡ，用于壩體靠近下游面2.0 m范圍內(nèi)，約2.2萬m3；(3)三級配C9025碾壓混凝土RbⅡ，用于壩體靠近上游面1.2 m范圍內(nèi)，約1.5萬m3。

烏東德二道壩于2018年4月11日開始澆筑，2019年6月18日全線封頂，EL819 m高程以上作為整塊澆筑，EL819 m高程以下分為左、右兩塊澆筑，其中左塊為①—③壩段，右塊為④—⑦壩段，分為 21層施工。二道壩分區(qū)為脫離基礎(chǔ)約束區(qū)、基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)、基礎(chǔ)弱約束區(qū)(圖1(b))，分區(qū)溫控標(biāo)準(zhǔn)見表1。

圖1 烏東德二道壩結(jié)構(gòu)分區(qū)圖(單位：m)

表1 烏東德二道壩碾壓混凝土溫控標(biāo)準(zhǔn)

2.2 工程溫控防裂挑戰(zhàn)

(1)干熱河谷氣候條件惡劣，溫控難度大。烏東德二道壩壩址處氣候環(huán)境特征為高溫、干燥、大風(fēng)頻發(fā)，多年平均氣溫20.9 ℃，最高月平均氣溫26.9 ℃(7月)，最低月平均氣溫12.3 ℃(1月)，極端最高氣溫42.7 ℃，極端最低氣溫-0.4 ℃。多年平均降水量為825 mm，主要分布在6—10月，降水量占全年降水量的81%，多年平均水面蒸發(fā)量2593 mm，庫區(qū)陸面蒸發(fā)量698 mm，全年濕度小于40%的天數(shù)約為135 d，最小相對濕度接近0。兩岸高山聳立，狹管效應(yīng)顯著，造成壩址區(qū)域大風(fēng)頻發(fā)，7級以上超過100 d，多年最大平均風(fēng)速為18.0 m/s，歷年最大風(fēng)速為26.0 m/s，氣候條件惡劣，全過程溫控難度大。

(2)低熱水泥碾壓混凝土的通水冷卻策略缺乏，尚無成熟經(jīng)驗(yàn)借鑒。烏東德二道壩為首次全壩應(yīng)用低熱水泥碾壓混凝土，其材料成分、水化溫升規(guī)律、抗裂性能發(fā)展特性等特征與中熱水泥碾壓混凝土差異明顯(表2)。烏東德二道壩所用低熱水泥C3S含量低，以C2S為主，水泥水化速率較慢，鈣硅比低，生成的Ca(OH)2含量較低，粉煤灰后期參與水化，消耗了水化體系中的Ca(OH)2。熱力學(xué)特性方面，所用C15、C25低熱水泥碾壓混凝土最大絕熱溫升分別為11.8 ℃、16.7 ℃，相比中熱水泥碾壓混凝土絕熱溫升偏低約2～5 ℃，同時(shí)極限拉伸值略低約為7.2×10-5。雖然低熱水泥碾壓混凝土的綜合抗裂性能優(yōu)于中熱水泥碾壓混凝土，但也面臨后期發(fā)熱量更大、極限拉伸值降低等新挑戰(zhàn)，如何制定低熱水泥碾壓混凝土材料特性的適應(yīng)性通水冷卻策略，是大壩安全、優(yōu)質(zhì)、高效綠色建造的關(guān)鍵。

表2 烏東德二道壩低熱水泥主要技術(shù)參數(shù)對比

(3)施工方式帶來的散熱及約束條件改變，不利于溫控。碾壓混凝土采用大倉面薄層澆筑連續(xù)上升的施工方式，有利于快速施工，但也帶來相鄰層間約束增大，施工過程倉面熱量回灌增加，頂面散熱效果減弱等溫控不利因素。需從骨料預(yù)冷、運(yùn)輸及澆筑過程保溫、碾壓層厚、倉面大小、碾壓方式、施工時(shí)機(jī)、表面養(yǎng)護(hù)、通水冷卻等多方面綜合控制，以制定最優(yōu)溫控施工方案。

(4)溫控精細(xì)化程度提高，傳統(tǒng)人工通水冷卻面臨諸多局限。不同于中熱水泥碾壓混凝土全壩均采用“三期九階段”通水方案，以初期削峰控制為主，低熱水泥碾壓混凝土依據(jù)不同季節(jié)、部位制定精細(xì)化分區(qū)通水方案，同時(shí)更加關(guān)注中后期溫度回升控制。烏東德二道壩碾壓混凝土方量多、壩體上升迅速、施工環(huán)境復(fù)雜、通水冷卻要求精細(xì)，傳統(tǒng)人工通水冷卻方案難以實(shí)現(xiàn)混凝土在線溫控，易導(dǎo)致測控工作量大、調(diào)控滯后，作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)高、數(shù)據(jù)質(zhì)量差等新挑戰(zhàn)問題。通過采用清華大學(xué)研制的智能通水2.0系統(tǒng)開展全壩智能溫控，可有效保障溫控?cái)?shù)據(jù)采集的及時(shí)性與可靠性，實(shí)現(xiàn)全壩溫度、流量狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測和適應(yīng)性精準(zhǔn)控溫，達(dá)到節(jié)能、節(jié)水、減人綠色施工目標(biāo)。

3 低熱水泥碾壓混凝土的適應(yīng)性智能通水策略

3.1 適應(yīng)性通水換熱計(jì)算方法針對烏東德低熱水泥碾壓混凝土的溫控防裂難度和挑戰(zhàn)，首先通過理論分析低熱水泥碾壓混凝土在施工期的溫度場和應(yīng)力場計(jì)算方法，并提出相應(yīng)的適應(yīng)性通水策略和準(zhǔn)則。大壩施工期混凝土溫度場計(jì)算參照文獻(xiàn)[18]所述等效負(fù)熱源法，在平均意義上考慮冷卻水管的作用。水管冷卻等效熱傳導(dǎo)方程為：

(1)

式中：T為混凝土溫度；τ為混凝土齡期；x，y，z為空間坐標(biāo)；a為混凝土導(dǎo)溫系數(shù)；T0為混凝土初始溫度；Tw為冷卻水管進(jìn)口水溫；θ0為混凝土最終絕熱溫升值；φ和ψ分別為無熱源水管冷卻與絕熱溫升相關(guān)的函數(shù)。

式(1)右邊3項(xiàng)分別代表通過柱體邊界熱流而產(chǎn)生的溫度變化，在外表絕熱條件下，由水管冷卻和混凝土絕熱溫升而產(chǎn)生的平均溫度變化。采用有限單元法隱式解法計(jì)算混凝土不穩(wěn)定溫度場，結(jié)合實(shí)際工況下的初始條件和邊界條件，可以求出混凝土各齡期的瞬態(tài)溫度場。

設(shè)n時(shí)段內(nèi)單元應(yīng)變增量為Δεn，考慮混凝土徐變，則該應(yīng)變增量可表示如下：

(2)

(3)

(4)

(5)

3.2 分區(qū)適應(yīng)通水策略基于烏東德、白鶴灘工程智能通水實(shí)踐研究[10，19]，烏東德二道壩提出“小梯度，慢冷卻，精準(zhǔn)控制，分區(qū)通水”的適應(yīng)性通水策略。小梯度即嚴(yán)格控制三向溫度梯度，倉內(nèi)溫差按2 ℃控制，豎向漸變梯度控制、橫向同高程同冷的控溫策略；慢冷卻即采用連續(xù)降溫目標(biāo)曲線，嚴(yán)格控制降溫速率；精準(zhǔn)控制通過智能通水2.0系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最高溫度、溫度過程的精準(zhǔn)控制，確保符合溫控要求(表3)；分區(qū)通水即綜合考慮壩體約束分區(qū)、季節(jié)、澆筑參數(shù)、灌漿需求等特征參數(shù)，將壩體劃分為多個(gè)通水冷卻區(qū)，實(shí)行個(gè)性化通水冷卻方案，如低溫季節(jié)澆筑的部分區(qū)域可取消通水。

表3 烏東德二道壩智能溫控指標(biāo)體系

表3中：εP為混凝土極限拉伸值；Ec為混凝土彈性模量；KF為安全系數(shù)，烏東德二道壩按1.8控制[20]。

4 適應(yīng)性通水的仿真分析

4.1 數(shù)值仿真模型根據(jù)烏東德二道壩材料分區(qū)、實(shí)際施工順序及適應(yīng)性通水策略要求，開展仿真分析進(jìn)一步論證分區(qū)個(gè)性化通水的可行性。首先建立三維仿真分析模型(圖2)。模型范圍順河向?yàn)?09 m，3.9倍底寬；橫河向?yàn)?63 m，2.8倍壩軸線長度；高程方向?yàn)?65 m，2.9倍壩高。模型六面體單元37.8萬，其中壩體單元27.1萬。考慮到碾壓混凝土一次澆筑方量巨大，且多層連續(xù)碾壓施工歷時(shí)較長。為了不影響計(jì)算精度，根據(jù)其鋪筑施工歷時(shí)細(xì)分層，分別對各細(xì)分層的澆筑時(shí)間進(jìn)行賦值。

圖2 二道壩溫度場有限元仿真模型

采用3.1節(jié)所述計(jì)算方法，對烏東德二道壩碾壓混凝土瞬態(tài)溫度場進(jìn)行仿真模擬，參考混凝土配合比、各澆筑倉實(shí)際施工信息和氣溫?cái)?shù)據(jù)，對照混凝土溫度監(jiān)測結(jié)果，對烏東德二道壩碾壓混凝土重要熱學(xué)參數(shù)進(jìn)行反演，結(jié)果如表4所示。

表4 反演碾壓混凝土熱學(xué)參數(shù)

4.2 換熱規(guī)律分析烏東德二道壩前期(EL735～772 m)通水冷卻成果表明，低熱水泥碾壓混凝土發(fā)熱較慢，最高溫度較低，已澆筑各倉最高溫度均符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，且平均低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)3 ℃，溫度控制仍存在優(yōu)化空間。為研究烏東德二道壩低溫季節(jié)取消冷卻通水的適用條件，以EL772～825.5 m高程區(qū)域澆筑倉為研究對象，假設(shè)該區(qū)域澆筑倉均不進(jìn)行冷卻通水，設(shè)計(jì)了考慮不同氣溫、澆筑溫度、間歇期、澆筑倉厚、澆筑強(qiáng)度等因素的11種敏感性分析工況(表5)。

表5 敏感性分析工況

工況1為烏東德二道壩低溫季節(jié)澆筑的基準(zhǔn)工況，其典型截面混凝土最高溫度見圖3，結(jié)果表明，低溫季節(jié)不進(jìn)行冷卻通水時(shí)：(1)與基巖接觸的①和⑦壩段混凝土最高溫度普遍高于接觸灌漿目標(biāo)溫度23 ℃；(2)未與基巖接觸的②—⑥壩段EL772～807.0 m高程區(qū)域混凝土最高溫度低于28 ℃；EL807.0 m高程以上由于大壩頂面附近采用抗沖磨C9040和常態(tài)C9025混凝土，上下游表面附近采用變態(tài)碾壓C9025混凝土，使得相應(yīng)區(qū)域混凝土最高溫度可達(dá)31 ℃。

圖3 全部取消冷卻通水條件下典型截面最高溫度云圖(工況1，單位：℃)

通過工況1—11的敏感性分析，研究各施工、環(huán)境因素對混凝土最高溫度的影響效應(yīng)，有助于溫控策略優(yōu)化。在以上因素作用下，烏東德二道壩EL772～825.5 m高程區(qū)域最高溫度隨高程變化規(guī)律如圖4、表6所示。通過適度降低澆筑溫度、調(diào)整澆筑倉厚度、增大澆筑強(qiáng)度、延長間歇期、低溫季節(jié)施工等措施，混凝土最高溫度可控制在29 ℃以下，具備區(qū)域性取消通水冷卻條件。

表6 低熱水泥碾壓混凝土最高溫度影響規(guī)律

圖4 多種施工因素下低熱水泥碾壓混凝土壩最高溫度特征(單位：℃)

4.3 開裂風(fēng)險(xiǎn)分析按照實(shí)際澆筑時(shí)間、層厚、入倉溫度、環(huán)境溫度等參數(shù)進(jìn)行烏東德二道壩澆筑過程仿真分析，并采用弱化薄層單元考慮橫縫作用，若按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對全壩進(jìn)行通水冷卻，全過程壩體最大主應(yīng)力分布如圖5(a)所示。壩體最大主應(yīng)力特征為：(1)壩體內(nèi)部基本處于受壓狀態(tài)，僅在EL810 m以上高程存在局部受拉區(qū)域，最大拉應(yīng)力低于0.96 MPa；(2)受體型影響，壩體上下游面③、⑤壩段陡坡折角處存在應(yīng)力集中；(3)上下游壩面EL750 m以下強(qiáng)約束區(qū)除應(yīng)力集中部位外，最大拉應(yīng)力可達(dá)1.56 MPa，其余區(qū)域最大拉應(yīng)力低于0.96 MPa。

考慮適應(yīng)性通水方案，在低溫季節(jié)澆筑部位(②—⑥壩段的EL772.0～808.5 m區(qū)域)取消通水，壩體最大主應(yīng)力分布如圖5(b)所示。應(yīng)力分布特征與全壩通水策略下相似，壩體內(nèi)部基本處于受壓狀態(tài)；EL750 m以下強(qiáng)約束區(qū)由于進(jìn)行了通水且與非通水區(qū)較遠(yuǎn)，與全壩通水策略下應(yīng)力分布基本一致；EL772～808 m區(qū)域由于取消通水冷卻，表面拉應(yīng)力平均增大0.16 MPa，但仍低于1 MPa，無開裂風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 不同通水策略下壩體最大主應(yīng)力云圖

取EL765～825 m上游壩面④壩段中心特征節(jié)點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)兩種通水策略下節(jié)點(diǎn)處最大主應(yīng)力過程曲線如圖6所示。各測點(diǎn)最大拉應(yīng)力在EL765 m處節(jié)點(diǎn)取得為0.65 MPa，對比K=1.8的安全系數(shù)線，具備較大安全裕度?？紤]到后期水荷載和自重疊加在混凝土壩內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，則開裂風(fēng)險(xiǎn)會更小。

圖6 EL765～825 m高程上游壩面最大主應(yīng)力過程曲線

根據(jù)仿真結(jié)果，EL772.0～808.5 m區(qū)域取消冷卻通水條件下最高溫度低于29 ℃，10—12月分批開展中期冷卻時(shí)低于28 ℃；與基巖接觸的區(qū)域，取消冷卻通水條件下后期溫度下降緩慢，均難以按時(shí)降至接觸灌漿溫度，故該區(qū)域不可取消通水冷卻；EL772.0～808.5 m區(qū)域取消冷卻通水條件下，壩體最大拉應(yīng)力為0.64 MPa，拉應(yīng)力時(shí)間曲線均在容許應(yīng)力范圍內(nèi)，滿足取消冷卻通水的條件。

5 適應(yīng)性通水實(shí)踐

5.1 分區(qū)通水方案基于溫度及應(yīng)力場仿真成果，結(jié)合施工進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)性考慮，對烏東德二道壩采用了分區(qū)適應(yīng)性通水策略(圖7(a))：(1)有接觸灌漿的①、⑦壩段全部區(qū)域及②、⑥壩段下部區(qū)域進(jìn)行前期-中期-后期通水；(2)③—⑤壩段EL772 m高程以下處于基礎(chǔ)約束區(qū)，進(jìn)行前期-中期通水；(3)②—⑥壩段EL772-808.5 m高程區(qū)域處于非約束區(qū)，且為低溫季節(jié)澆筑，取消冷卻通水；(4)②—⑥壩段EL808.5 m以上區(qū)域，混凝土絕熱溫升較高，且非低溫季節(jié)澆筑，進(jìn)行前期-中期通水。

5.2 現(xiàn)場智能通水系統(tǒng)烏東德二道壩共埋設(shè)冷卻水管775組，水工數(shù)字溫度計(jì)114支，選?、?、④、⑥號壩段中兩層水管的中間埋設(shè)溫度計(jì)，EL795 m以下，上、下游1/3點(diǎn)各1支、EL795 m以上1/2點(diǎn)埋設(shè)1支，高程方向間距3 m(圖7(b))。

圖7 二道壩智能通水布置

烏東德二道壩工程全面應(yīng)用智能通水2.0系統(tǒng)進(jìn)行溫控防裂，系統(tǒng)由一體流量溫度通水控制集成柜、數(shù)據(jù)采集反饋集成控制柜、多種數(shù)字化傳感器和多終端的智能溫控云平臺組成(圖7(c)(d))，實(shí)現(xiàn)對大體積混凝土閉環(huán)、時(shí)空梯度智能溫度控制?；谠贫舜髷?shù)據(jù)及實(shí)時(shí)在線協(xié)同仿真分析，制定適應(yīng)于不同混凝土材料、澆筑過程、部位、季節(jié)的適應(yīng)性溫控策略，由智能通水系統(tǒng)調(diào)控通水時(shí)機(jī)、流量，開度等，實(shí)現(xiàn)混凝土溫度精準(zhǔn)控制。溫控管理人員可通過微信、WEB、工控機(jī)等多端在線查看溫控狀態(tài)信息，必要時(shí)可進(jìn)行人工干預(yù)，確保混凝土溫控質(zhì)量。

5.3 監(jiān)測反饋評價(jià)基于智能通水系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，烏東德二道壩內(nèi)114支溫度計(jì)溫控過程曲線如圖8所示，最高溫度100%滿足設(shè)計(jì)要求，溫度過程曲線平滑連續(xù)。依據(jù)約束、通水冷卻條件，可分為基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)(25支)、基礎(chǔ)弱約束區(qū)(26支)、非約束區(qū)取消冷卻通水區(qū)域(57支)、非約束區(qū)未取消冷卻通水區(qū)域(6支)。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)和弱約束區(qū)實(shí)際最高溫度28.7 ℃，都低于設(shè)計(jì)值29和31 ℃；非約束區(qū)取消冷卻通水區(qū)域(②—⑥EL772.0～808.5 m)，對應(yīng)澆筑時(shí)段為2018年10月10日至2019年3月15日，實(shí)際最高溫度28.5 ℃，平均為27.1 ℃，低于設(shè)計(jì)值32 ℃，且均滿足取消初期、中期通水的需求；非約束區(qū)未取消冷卻通水區(qū)域(②—⑥EL808.5～825.0 m)，實(shí)際最高溫度32.5 ℃，也低于設(shè)計(jì)值34 ℃。

圖8 不同部位溫控過程監(jiān)測分析

烏東德二道壩溫控實(shí)踐表明，低熱水泥碾壓混凝土具有發(fā)熱慢，溫度持續(xù)回升的特點(diǎn)。通過應(yīng)用智能通水2.0系統(tǒng)和適應(yīng)性通水策略，提高混凝土溫控質(zhì)量，簡化施工工藝并降低通水冷卻成本。烏東德大壩及二道壩于2020年1月中旬開始蓄水以來，質(zhì)量檢查未發(fā)現(xiàn)裂縫，壩基上游滲壓水位過程線如圖9所示，蓄水后滲壓保持平穩(wěn)，二道壩安全穩(wěn)定運(yùn)行，為烏東德樞紐工程安全運(yùn)行提供了保障。

圖9 烏東德二道壩壩基上游滲壓水位變化曲線

6 結(jié)論

本文依托烏東德二道壩工程，針對低熱水泥碾壓混凝土水化溫升及抗裂特性，開展了低熱水泥碾壓混凝土壩適應(yīng)性智能通水冷卻策略研究，主要結(jié)論如下：(1)提出了“小梯度，慢冷卻，精準(zhǔn)控制，分區(qū)通水”的適應(yīng)性通水策略與精細(xì)化控制指標(biāo)，將壩體劃分為多個(gè)通水冷卻區(qū)域，對應(yīng)實(shí)行個(gè)性化通水冷卻方案。(2)揭示了烏東德二道壩低熱水泥碾壓混凝土換熱規(guī)律，低溫季節(jié)澆筑部位(②—⑥壩段的EL772.0～808.5 m區(qū)域)具備區(qū)域性取消通水冷卻條件，最高溫度(28.5 ℃)及最大拉應(yīng)力(0.65 MPa)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。現(xiàn)場通過適度降低澆筑溫度、減小澆筑倉厚度、適當(dāng)延長間歇等優(yōu)化措施，施工效果良好。(3)采用智能通水2.0系統(tǒng)和適應(yīng)性通水策略，現(xiàn)場監(jiān)測表明壩體各區(qū)域最高溫度達(dá)標(biāo)率100%，烏東德大壩及二道壩蓄水2年多，質(zhì)量檢查未發(fā)現(xiàn)裂縫，蓄水后原型觀測滲壓保持平穩(wěn)，二道壩安全穩(wěn)定運(yùn)行，為烏東德樞紐工程安全運(yùn)行提供了保障。

實(shí)踐表明低熱水泥碾壓混凝土具有較好的通水適應(yīng)性，與智能通水相結(jié)合能夠較好滿足復(fù)雜環(huán)境下溫控防裂要求，具備廣泛應(yīng)用的潛力，并且已經(jīng)推廣應(yīng)用到非洲坦桑尼亞Julius Nyerere碾壓混凝土大壩智能溫控，也可供其它行業(yè)同類工程借鑒。