亭子口碾压混凝土重力坝坝体温度监测数据分析

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

亭子口碾压混凝土重力坝坝体温度监测数据分析

程思

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

亭子口混凝土重力坝根据建筑物布置及结构特点，大范围采用碾压混凝土，来降低混凝土的水化放热量。尽管如此，混凝土的温度控制在碾压混凝土坝中仍然十分重要，根据亭子口坝体混凝土实时温度监测数据，分析其混凝土内在温度变化规律，对指导工程的施工及大坝的安全运行都具有十分重要的意义。

碾压混凝土 水化放热 温度控制 温度监测 亭子口水利工程

引言

混凝土的水化放热是影响坝体温升变化的主要因素，自大坝大体积混凝土施工及坝体内部绝热温升过程中，在施工期间，几乎所有的混凝土坝都要实施严格的温度控制措施。因碾压混凝土具有快速施工的特点，混凝土坝大范围采用碾压混凝土，增大了碾压混凝土的温控难度。为确保大坝安全，及时准确地获取大坝混凝土的温度场信息是大坝混凝土温度控制的关键。

本文根据亭子口碾压混凝土重力坝各典型部位埋设的测温仪，利用其多年观测的实时数据，对坝体混凝土温度变化进行分析，为亭子口大坝的安全运行提供参考依据。

1 混凝土放热过程

1.1 水泥水化热

亭子口碾压混凝土重力坝坝体较厚，采用通仓浇筑，混凝土自浇筑开始即放热，主要为施工期水泥的水化放热、后期高掺粉煤灰水化放热以及残余的水泥水化放热。水泥的水化放热过程主要发生在施工期，自浇筑混凝土开始到混凝土放热结束大约30d～60d。

1.2 粉煤灰水化热

粉煤灰的水化又取决于水泥水化的次生物CaO，这就使得粉煤灰的水化放热对坝体内部温度回升的影响是不可忽视的一个因素。亭子口RCC大坝大体积混凝土采用3级配，限制水胶比0.55，大坝主体工程及重要结构建筑物部位采用强度等级为42.5的中热硅酸盐水泥，采用Ⅰ级粉煤灰，粉煤灰的掺量综合考虑水泥、掺合料和砂子的品质因素，并通过试验确定。根据《大体积混凝土温度应力与温度控制》资料，掺加粉煤灰对绝热温升有重要影响，降温效果见表1。因此，反思掺粉煤灰这种减少混凝土放热量的温度控制措施，对于碾压混凝土坝的温控防裂具有重要意义。据国内实践经验，大量掺粉煤灰，掺合料的用量可达到胶凝材料用量的25%～60%，而亭子口RCC大坝粉煤灰最大掺量达到60%，这不仅简化了碾压混凝土坝大体积混凝土温控措施，同时也降低了工程成本。

表1 掺加混合材料对混凝土绝热温升效果

2 亭子口碾压混凝土重力坝实测温度成果

亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内，是嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程，以防洪、灌溉及城乡供水、发电为主，兼顾航运，并具有拦沙减淤等效益的综合利用工程。大坝为碾压混凝土重力坝，从左至右依次布置为：左岸非溢流坝段、厂房坝段及坝后式电站厂房、底孔坝段、表孔坝段、升船机坝段和右岸非溢流坝段。坝轴线总长995.4m，坝顶高程465.0m，最大坝高116m，大坝共分为50个坝段。根据大坝建筑物的结构特点以及坝体混凝土的功能分布不同，坝体混凝土在对几种不同强度等级的混凝土进行分区，其中碾压混凝土细化分为A区(碾压混凝土R90150W6F50)、B区(富胶碾压混凝土R90200W8F100)。

图1 典型坝段温度计埋设分布

图2 典型坝段混凝土浇筑分区

为监测大坝安全，亭子口大坝进行较为严格的温度控制措施，自工程初期开始在坝体内布设温度仪器，对坝体内部混凝土的温度变化等进行了系统的监测，为混凝土的温度控制提供了重要的数据支撑。据温度仪器施工埋设分布图1，整个坝段分别在337m、347m、357m、367m、377m、389m、401m、413m、423m、433m高程布置了测温仪器。本文选取亭子口碾压混凝土重力坝典型坝段(表孔坝段)作为混凝土内部温度变化的研究对象，分析亭子口碾压混凝土重力坝内部温度变化趋势，典型坝段28#坝段共安装有57支温度计，完好率达98.25%，其实测数据能真实反映坝体内部混凝土温升过程。

亭子口大坝监测人员以每天2次的频度对坝体内部温度变化进行监测，并对回收数据进行一次统计分析，从实测监测成果来看，高程401.0m截面监测数据较好，且远离基础约束区，故选取这一高程作为典型截面来分析监测到的温度情况。表2所示为28#坝段401.0m温度计埋设参数。图3所示为高程401.0m温度仪2011年10月-2016年9月监测到的混凝土平均温度变化过程曲线。

表2 28#坝段401.0m温度计埋设参数

图3 表孔28#坝段401.0m温度计变化过程线

3 相同坝段实测成果对比分析

混凝土温度变化前期主要为水泥水化放热，亭子口大坝碾压混凝土在表面保温、水管冷却水温、冷却速度、冷却时间以及降温总量等方面进行严格的温度控制，防止混凝土发生温度裂缝。如图4所示为401.0m高程相同坝段(28#、31#)的同一位置温度仪2011年10月-2011年11月监测到的混凝土平均温度变化过程曲线。

对实测温度曲线图4进行分析，可得如下结论：

(1)碾压混凝土浇筑初期放热剧烈，强放热过程持续至少一周，在2周内达到最大极值，前期放热持续时间为约一个月；

(2)高程401.0m相同坝段(28#、31#)坝体内部碾压混凝土的各控制参数相同，根据图4对比分析28#、31#坝段各趋势线，相同坝段同一位置混凝土的温度回升趋势基本一致。

图4 高程401.0m28#、31#坝段内部混凝土温度变化趋势

4 下闸蓄水运行期混凝土温度变化过程分析

亭子口大坝混凝土温度变化后期受上游水位及环境的变化影响较大，结合图示水库蓄水初期的坝体混凝土温度变化曲线，分析研究影响亭子口大坝运行期混凝土温度变化的主要因子，为亭子口大坝运行提供科学的决策依据。

对实测温度曲线图5进行分析，可得如下结论：

(1)坝体上游表层混凝土温度变化受水库水温影响明显。随着季节变化以及上游来水量引起的水库水位变化，都对水库水温产生明显影响，高程367m至433m混凝土温度变化影响较大，高程367m至337m底层混凝土温度比较稳定，基本与水库水温分层现象大体一致；

(2)坝体内部混凝土温度逐渐趋于稳定。远离基础约束区的高程367m至433m的上部混凝土后期放热趋于稳定，高程367m至337m底层混凝土温度变化小。分析认为，基层区混凝土温度与地温的长期影响有关；

(3)坝体内部的碾压混凝土温度横向分层。坝体内部从高程367m至433m浇筑层为碾压混凝土区，从温度曲线变化可以看出，混凝土温度沿坝体横线出现分层现象。分析认为，表层混凝土与水体接触，温度受温度影响大，而坝体内部混凝土不受外界环境影响，且后期碾压混凝土粉煤灰放热，内部混凝土处于绝热温升状态，坝体碾压混凝土出现由外至内横向分层现象。

(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

图5亭子口大坝蓄水初期表孔内部混凝土温度曲线

5 结语

(1)亭子口电站经过多年的坝体混凝土温度监测，形成了一整套行之有效的测温体系。本文通过对监测数据的统计分析，归纳坝体温度多年变化规律，对其后期安全运行具有重要的指导意义；

(2)由于大坝监测仪器丰富，本文只研究了典型坝段的温度监测数据，为了提高研究的准确性，应尽可能选择更多的影响因子，从而对大坝的运行提供更精确的决策依据。

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TV642.2∶TV698.1

A

2095-1809(2017)06-0005-03