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1簡述

1.1壩體結構簡介

此拱壩設計為對數螺旋線型碾壓混凝土雙曲拱壩，建基面高程198.5m，壩頂高程305.5m，最大設計壩高107m，底厚18.5m，頂厚6m，高厚比0.17。壩體上游部位采用二級配富膠材碾壓混凝土防滲，壩體內部采用三級配混凝土。二級配碾壓混凝土設計標號為C9020F150W8，三級配碾壓混凝土設計標號為C9020F100W6。上下游面及兩岸巖坡設50cm寬變態混凝土。從壩底到壩頂二、三級配混凝土分界線距大壩上游面6m～1.5m。大壩設置3條誘導縫和2條橫縫，誘導縫和橫縫將壩體從左到右分成6個壩段，其上游弧長依次為22.28m、18m、34m、41.5m、49.33m和31.9m。誘導縫采用預埋雙向間隔誘導板成縫，橫縫采用預埋雙向連續誘導板成縫。誘導縫和橫縫內均設置重復灌漿系統。

1.2水文氣象

此流域屬亞熱帶季風氣候區，氣候溫和，多年平均氣溫16.2℃，月平均氣溫以7月最高，為27.5℃，以1月最低，為4.6℃，極端最高氣溫42.1℃，極端最低氣溫-12.0℃；濕度大，多年平均相對濕度為80%。

表1壩址多年氣溫、水溫、濕度統計表

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

全年

月平均氣溫(℃)

4.6

6.3

10.5

16.4

21.1

24.8

27.5

27.2

22.6

17.4

11.8

6.6

16.2

月平均最高氣溫(℃)

9

10.5

15.4

21.5

26.2

29.9

32.8

32.6

27.6

22.5

16.5

10.9

21

月平均最低氣溫(℃)

1.4

2.9

7.1

12.4

17

20.7

23.6

23.4

19.1

14

8.7

3.3

12

月平均極端最高氣溫(℃)

21.6

26.1

31.8

37.9

39.8

40.5

40.5

42.1

39.4

33.5

29.9

22.9

42

月平均極端最低氣溫(℃)

-12

-6.5

-1.3

0.3

8.7

12.7

17

17.2

10.6

3.4

-1.2

-5.3

-12

月平均河水水溫（℃）

7.5

8.6

12.1

16.1

19

21.6

23.2

24.7

21.7

18.1

14.2

9.7

16.4

平均相對濕度(%)

76

77

79

80

80

79

81

80

81

82

81

78

80

2溫度控制分析

2.1設計溫控標準

某水利水電勘測設計院于2003年8月下達了《某水利水電樞紐工程碾壓混凝土拱壩溫度控制設計報告》，報告中規定了大壩碾壓混凝土施工期溫度控制標準：

1）混凝土澆筑溫度除5月份施工的非約束區部位澆筑溫度不高于20℃外，其它部位碾壓混凝土入倉溫度均不高于18℃；

2）壩體碾壓混凝土最高溫度不超過36℃。

2.2自然狀態下混凝土澆筑溫度估算分析

2.2.1自然狀態下混凝土出機口溫度計算

1）混凝土配合比選用

表2碾壓混凝土施工配合比

級配

水泥

水

膠

比

煤灰

摻量

減

水

劑

引

氣

劑

每方混凝土材料用量（Kg/m3）

水

水泥

煤灰

砂子

小石

中石

大石

二

P.O42.5

0.48

50％

0.6％

15/萬

85

88.5

88.5

785

676

679

－

三

P.O42.5

0.48

55％

0.6％

15/萬

75

70.3

85.9

742

437

585

442

二級配碾壓混凝土：C9020W8F150；三級配碾壓混凝土：C9020W6F100

2）混凝土原材料計算溫度選擇

水泥、粉煤灰計算溫度按高于相應月月平均氣溫15℃考慮；骨料計算溫度取相應月平均氣溫；水計算溫度取相應月平均河水溫度。

表32003年氣溫、水溫月平均溫度統計表（℃）

項目

1月

2月

3月

4月

上旬

4月

中旬

4月

下旬

5月

9月

10月

上旬

10月

中旬

10月

下旬

11月

12月

氣溫

4.7

6.3

10.9

14.4

16.3

18.2

21

22.6

18.9

17.8

16.1

11.8

6.5

水溫

9.1

8.6

12.1

16.1

16.1

16.1

19

22.3

18.8

18.8

18.8

14.6

10.4

3）自然狀態下混凝土出機口溫度計算

經計算，自然狀態下各月混凝土出機口溫度見表，計算結果與2003年已澆混凝土出機口溫度基本相符合。

表4自然狀態下混凝土出機口溫度（℃）

項目

1月

2月

3

月

4月

上旬

4月

中旬

4月

下旬

5

月

9

月

10月

上旬

10月

中旬

10月

下旬

11

月

12

月

出機口

溫度

7.2

8.9

12.9

15.3

17.1

18.7

23.6

23.4

19.7

18.8

18.4

14.1

9.1

4）2003年～2004年澆筑的混凝土出機口溫度、澆筑溫度統計

表52003～2004年澆筑的混凝土出機口溫度、澆筑溫度統計表（℃）

項目

1月

2月

3月

下旬

4月

中下旬

5月

6月

7月

上旬

10月

下旬

11月

12月

出機口溫度

8.9

12.2

15.8

19.1

23.5

25.5

27.3

19.7

15.1

10.3

澆筑溫度

9.3

12.7

16.9

20.3

－

27.1

29

20.3

15.5

10.7

溫度回灌

0.4

0.5

1.1

1.2

－

1.6

1.7

0.6

0.4

0.4

2.2.2自然狀態下混凝土澆筑溫度

根據以往經驗和2003~2004年已澆筑的混凝土出機口溫度、澆筑溫度統計資料，10月至次年2月混凝土澆筑前的溫度回灌按1℃考慮，3月、4月、5月、9月混凝土澆筑前的溫度回灌按2℃考慮，初步估算出自然狀態下混凝土的澆筑溫度。

表6自然狀態下混凝土澆筑溫度估算表（℃）

項目

1

月

2

月

3

月

4月

上旬

4月

中旬

4月

下旬

5

月

9

月

10月

上旬

10月

中旬

10月

下旬

11

月

12月

出機溫度

7.2

8.9

12.9

15.3

17.1

18.7

23.6

23.4

19.7

18.8

18.4

14.1

9.1

澆筑溫度

8.2

9.9

13.9

17.3

19.1

20.7

25.6

25.4

21.7

19.8

19.4

15.1

10.1

2.2.3估算混凝土澆筑溫度與設計要求澆筑溫度比較

根據碾壓混凝土澆筑溫度估算結果，4月、5月、9月、10月混凝土澆筑溫度略高于相應設計要求的混凝土澆筑溫度，其它月份估算澆筑溫度均低于設計要求的澆筑溫度。

表7估算混凝土澆筑溫度與設計要求澆筑溫度比較（℃）

項目

4月

中旬

4月

下旬

5月

9月

10月

上旬

10月

中旬

10月

下旬

出機口溫度

17.1

18.7

21.6

23.3

19.6

18.7

17.4

估算澆筑溫度

19.1

20.7

23.6

25.3

19.6

18.7

18.4

EL266m以下

設計要求澆筑溫度

≤18

≤18

≤18

≤18

≤18

≤18

≤18

高出設計要求差值

1.1

2.7

5.6

7.3

1.6

0.7

0.4

EL266m以上

設計要求澆筑溫度

≤20

≤20

≤20

≤20

≤20

≤20

≤18

高出設計要求差值

-

0.7

3.6

5.3

-

-

0.4

2.3壩體最高溫度分析

由于此大壩壩體較薄，氣溫變化幾乎影響大壩全斷面，壩體在施工期受氣溫影響比較敏感。根據某碾壓混凝土施工配合比，經初步計算，并借鑒其它工程的有關資料，壩體混凝土二級配區溫升估算值約在16～19℃之間，混凝土二級配區溫升值取17℃，計算壩體最高溫度估算值見下表。計算結果顯示，5月、9月壩體最高溫度估算值高于設計要求4～7℃，4月中旬、4月下旬壩體最高溫度估算值略高于設計要求，其它月份壩體最高溫度估算值均低于設計要求。

表8壩體最高溫度估算值（℃）

項目

4月

中旬

4月

下旬

5月

9月

10月

上旬

10月

中旬

10月

下旬

估算澆筑溫度

19.1

20.7

23.6

25.3

19.6

18.7

18.4

估算壩體最高溫度

36.1

37.7

40.6

42.3

36.6

35.7

35.4

設計要求壩體最高溫度

36

36

36

36

36

36

36

高出設計要求差值

0.1

1.7

4.6

6.3

0.6

－

－

3碾壓混凝土施工溫度控制措施

根據以上溫度控制分析，結合某的具體情況，制定經濟、可行的溫度控制措施。

3.1溫度控制基本思路

1）6月、7月、8月高溫季節停止碾壓混凝土施工；

2）根據施工總進度計劃，5月、9月基本不進行碾壓混凝土施工；

3）4月中下旬、10月上旬次高溫季節澆筑的碾壓混凝土，預埋冷卻水管通河水進行一期冷卻，控制壩體最高溫度不高于設計規定的壩體最高溫度值；

4）其它低溫季節混凝土澆筑溫度和壩體最高溫度均能滿足設計要求。

3.2溫度控制措施

1）優化混凝土配合比，降低水化熱溫升

經我局中心試驗室混凝土施工配合比設計和優化，在滿足設計各項技術指標的前提下，盡可能減少水泥用量。

2）降低混凝土原材料入機溫度

a.水泥、粉煤灰提前組織進場，降低出廠溫度；

b.砂子已經搭了避雨、遮陽棚，高溫季節對粗骨料采取可行的遮陽措施；

c.增加骨料堆高，堆料高度不低于6m；

d.砂子和粗骨料均采取地弄取料，降低骨料入機溫度；

e.對入機前的皮帶機增加遮陽棚。

3）加強施工組織，降低混凝土溫度回灌

a.加強施工組織，盡可能縮短混凝土出機到碾壓的時間；

b.對混凝土儲存和運輸設備采取必要的遮陽措施；

c.實施倉內噴霧，營造倉內小氣候。

4）壩體內預埋冷卻水管，通河水進行一期冷卻，降低壩體混凝土最高溫度

壩體全斷面預埋HPED塑料冷卻水管，水管間距1.5m，層高間距1.5m。預埋48h后通河水進行一期冷卻。

4溫控措施實施效果

4.1混凝土澆筑溫度統計

2003年10月16日開始碾壓混凝土施工，截止2004年3月底對混凝土澆筑溫度實測值統計見下表。統計結果顯示，10月份混凝土澆筑溫度高于設計要求2℃，其他各月均能滿足設計要求。

表9混凝土澆筑溫度實測值統計（℃）

月份

10月

11月

12月

1月

2月

3月

實測入倉溫度

20

15.5

10.8

8.9

12.8

14.4

設計要求入倉溫度

≤18

≤18

≤18

≤18

≤18

≤18

高出設計要求差值

2

－

－

－

－

－

4.2壩體最高溫度值統計

通過對208.5m和215m高程實測壩體溫度統計（見圖1），2003年11月6日壩內二級配區溫度達到最大峰值36.6℃，高于設計要求0.6℃，其它統計值均低于設計要求。

5一期冷卻效果分析

2003年10月26日在208.5m高程埋設了4支溫度計，TSI和TS3埋設在三級配區，TS2和TS4埋設在二級配區。TS1和TS2埋設在大壩對稱中心軸上，TS3和TS4埋設在距大壩對稱中心軸左半拱18m位置。TSI距大壩上游面9m，距大壩下游面7.9m；TS2距大壩上游面3m，距大壩下游面13.9m；TS3距大壩上游面9m，距大壩下游面9.1m；TS4距大壩上游面3m，距大壩下游面15.1m，見圖2。

2003年10月26日日平均氣溫實測值為17.3℃，混凝土入倉溫度實測值為18.5℃，混凝土澆筑溫度實測值為20℃。2003年11月17日TS3溫度計所測溫度值達到峰值，Tmax＝31.7℃，齡期22d；2003年11月17日TS1溫度計所測溫度值達到峰值，Tmax＝32.5℃，齡期22d。

TS1和TS3距大壩上下游面均大于7m，且208.5m在206.4～211.8m升程中，如果不考慮一期冷卻，TS1和TS3溫度計所測的水化熱溫升值可近似認為絕熱溫升值。

表10每立方米混凝土各種組分百分比

成分

水

（kg/m3）

水泥

（kg/m3）

粉煤灰（kg/m3）

砂

（kg/m3）

石子

（kg/m3）

總計

（kg/m3）

重量

75

70.3

85.9

785

1419

2435

百分比

3.08

2.89

3.53

32.24

58.26

100

圖1

本工程所用水泥為荊門P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥水化熱7d實測值為292.1KJ/kg。

根據經驗公式計算在齡期為22d時的水泥累積水化熱：

式中：Q(τ)――齡期為22d時的水泥累積水化熱

Q0――τ→∞時的水泥最終水化熱，取350kJ/kg

a、b為常數，其中a取0.69，b取0.56

經計算：Q(22)＝342.9kJ/kg

按混凝土配合比中各組分材料的重量百分比加權法計算溫度為32℃時混凝土的比熱，其中：溫度為32℃時，水的比熱取4.187kJ/kg∙℃；水泥的比熱取0.536kJ/kg∙℃；灰巖骨料的比熱取0.758kJ/kg∙℃；粉煤灰的比熱取0.754kJ/kg∙℃。

c＝1.05（3.08×4.187＋2.89×0.536＋3.53×0.754＋90.5×0.758）/100＝0.857kJ/kg∙℃

根據經驗公式計算齡期22d時的混凝土絕熱溫升：

式中：Q(τ)――齡期22d時水泥水化熱

W――水泥用量

F――粉煤灰用量

C――混凝土比熱

ρ――混凝土密度

k――折減系數，取k＝0.25

經計算：θ(22)＝15.1℃

齡期22d時壩內最高溫度計算值為：

Tˊmax＝θ(22)＋20＝35.1℃

本工程采取通河水一期冷卻，降低壩體最高溫度峰值，齡期22d時實測壩體最高溫度峰值平均值為Tmax＝32.1℃，因此，一期冷卻削減溫度峰值約為：

∆T＝Tˊmax－Tmax＝3℃

6結語

1）實踐證明此碾壓混凝土施工所采取的混凝土溫控措施是可行的；

2）冷卻水管埋設部位可根據不同的氣溫情況選擇高溫和次高溫季節埋設，建議低溫季節可不埋設冷卻水管；

3）通河水一期冷卻可以降低壩體溫度3～5℃。