水利工程：从英那河水库扩建工程浅议重力坝的加高温度应力的控制

1、水利工程：从英那河水库扩建工程浅议重力坝的加高温度应力的控制张延成简介：混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝，温度应力可以达到甚至超过外部荷载。对于加高培厚重力坝混凝土的约束体就是原坝体，温度应力不但会对新浇混凝土造成破坏，而且可以波及到原坝体，进而影响整个大坝的稳定，所以必须严格加以控制。关键字：重力坝加高，温度应力，英那河水库，扩建工程，宽缝1引言水资源短缺将成为制约我国可持续发展的一个重要因素，随着水资源的不断开发，适合建坝的新坝址越来越少，由于需水量的增长和水库淤积的发

2、展，已建的以供水、灌溉等为目的水库越来越不能满足生产与生活用水对水资源的需求，因此己建大坝的加高，将成为未来大坝建设的一个重要任务。大坝加高在国外已有许多工程先例，如委内瑞拉的古里坝，日本的王泊坝、川上坝，美国的也尔奇坝，印度的科伊纳大坝，瑞士的大狄克桑斯坝等。英那河水库大型混凝土浆砌石重力坝加高培厚工程在我国还属首例。英那河水库位于辽宁省大连市庄河地区的英那河中游，工程始建于1972年，1974年建成蓄水，扩建前工程是以农业灌溉为主的中型水库，最大库容6053万。坝型为浆砌石重力坝，最大坝高，坝长276。由于1999、2000年大连连续干旱，为了满足大连城市供水的需要，大坝于2001年5月进

3、行扩建。扩建工程是在原有的大坝上加高培厚，扩建后坝长346.6。其中左挡水坝段长123.33，右挡水坝段长108.27，溢流坝长115；挡水坝坝顶高程为83.1，比原坝增高15.1，溢流堰顶高程72.60，比原坝增高13.60，坝底扩宽11.12，既由原坝25.54扩至36.66。总库容为2.87亿3，扩建后的水库为大型水库。具体剖面如下所示：挡水坝扩建部面溢流坝扩建部面温度应力造成坝体裂缝是混凝土重力坝很难解决的的问题，而对扩建工程，由于原坝体温度场、弹性模量和徐变等同新浇坝体的差异使温度应力造成的各种不利情况更严重、更复杂。因此，砼重力坝采取有效的温控措施是十分必要的。在此结合英那河水库扩

4、建工程实际，分析论述此类扩建工程温度应力控制措施，供同行借鉴。2提高结合面的强度由于在已经运行三十多年的老混凝土上浇筑新混凝土，其结合面为一个施工冷缝，强度一般低于整体浇筑的混凝土；沿结合面的法向拉应力或切向剪应力超标，因此重力坝加高培厚工程容易在结合面开裂，必须采取措施提高结合面的强度，英那河扩建工程采取的具体措施如下：21挡水坝段斜坡人工拆除呈水平台阶状，高1.0m，宽0.7m。溢流坝段人工凿毛至钢筋、粗集料出露，去掉碳化层，严格清洗。22在其结合面钻孔插筋，钢筋直径为22。溢流坝垂直立面筋间距500mm，水平间距866mm；挡水坝垂直立面筋间距500mm，水平方向间距520mm，立面筋呈

5、梅花状布置于整个大坝。23对老坝体原留横向分缝或形成的自然分缝均采用充满GBW止水材料的150半圆钢管正扣，上面铺三层并缝筋加固；现浇坝体新设的横缝分布在老坝体无缝处，采用同样的方法，只是将钢管反扣。这种方法不但起到了止水防渗的作用，更重要的是避免了由于分缝处应力集中对混凝土的破坏，新老坝面结合良好，至今未见异常。3结构措施加高培厚的重力坝当坝体浇筑完成时，正是新混凝土因温降而收缩的时候，由于收缩从而在老坝体上作用一个向下拉的力，使坝踵产生附加拉应力，对坝踵产生破坏。通常解决的办法就是设置宽槽，将新浇混凝土沿坝坡方向分成若干块，减少收缩长度，从而减少由于新混凝土的收缩引起坝踵应力恶化。等新混凝

6、土温度下降到准稳定温度后，于低温季节将宽槽回填，这样以后新混凝土会因气温回升整体膨胀，使坝踵产生部分压应力，且部分消除低温季节坝坡方向的大拉应力。英那河水库扩建工程经过大量的仿真计算，计算采用不稳定温度场与准稳度场，按工程实际施工方案及运行工况，对坝体进行仿真计算。其结果为设置宽槽方案比不设宽槽方案坝踵处最大拉应力降低了0.7Mpa，使材料满足要求，坝踵处的应力也基本满足有关重力坝规范要求，所以设置宽槽是十分必要的。考虑到充分利用原坝体的原则，将宽槽设在原溢流坝体挑流鼻坎外缘外，可以减小原坝体的拆除量，留槽宽为1.5m，内设连接钢筋，于施工后的第二年，即2002年3月份用微膨胀混凝土灌注。使用

7、宽槽虽然能有效地解决大坝加高培厚后对坝踵的恶化，但是会影响工期和造价，施工难度很大，所以必须经过大量的仿真计算后，考虑工程的具体情况慎重使用。4混凝土温度控制主要措施混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝，温度应力可以达到甚至超过外部荷载。对于加高培厚重力坝混凝土的约束体就是原坝体，温度应力不但会对新浇混凝土造成破坏，而且可以波及到原坝体，进而影响整个大坝的稳定，所以必须严格加以控制。英那河水库扩建工程主要采取了以下的温控措施：41混凝土出机口温度控制预冷骨料。高温季节用土工布进

8、行遮阴防晒，必要时进行洒水降温。选用合适的配合比。使用中热水泥，适量掺入粉煤灰，尽量减少水泥用量，减小水化热。预冷拌和水温度。由于该工程混凝土的量不是很大，采用制冷设备对混凝土降温成本太高，采取冬季储冰，就是在冬季将冰块放于自制的冰窖中，待明年6月份使用。拌和楼设保温水池，将冰置于其中，加冰量取决于水温，一般控制水温在0。经实测400多次混凝土温度在18以下的占41%、1922占47%、23占7%，2425占5%。效果十分明显。42浇筑温度控制混凝土浇筑温度控制的另一个重点就是仓内浇筑时所采取的措施，主要有：分块浇筑。根据混凝土温控对块体尺寸的一般规律，大体积混凝土施工块体长边一般不宜大于40

9、45 m，长边不宜大于短边的4倍，分层厚度一般不超过2 m。英那河水库按坝段划分单元，一共分为26个坝段，最长的为19.5m，最短的为7.5m，浇筑层高在1.52.0m，并且跳仓浇筑，保证砼有充分的散热面。避开高温时段浇筑。大体积混凝土浇筑选在3、4、5及6月上旬10、11月低温季节进行，高温天气尽量不作业，温度达到25坚决停止浇筑。并且尽量按排在晚上浇筑。大坝80%以上的混凝土是在以上的时间完成的，从而保证的混凝土的质量。43循环水降温在层高1.8m处放置一排后冷却水循环钢管。后冷却时间由原来的20天增至40天。循环水为英那河水库的深层水，在冷却水管出口及时测量水温，保证混凝土内部温度降到28以下。混凝土的外部用流水养生。44外露面保温混凝土表内温差太大易产生温度裂缝，破坏坝体稳定。所以混凝土冬季要用草袋全面进行覆盖保温减小内表温差。45加强混凝土的质量管理建立强有力的混凝土质量管