1999年三峡大坝混凝土温控防裂研究与实践

　　1999年三峡大坝混凝土温控防裂研究与实践诔妥年（长江水利委员会设计院，湖北武汉430010）高、进度紧、温控设计要求严、高季节浇筑基础约束区混凝土和施工设备投产晚的严竣局面。长江委设计院对1999年高温季节浇筑大坝基础约束区混凝土进行了专题研究。通过对大坝温度应力仿真研究和夏季各种温控措施效果分析，提出了夏季浇筑基础约束区混凝土的综合温控防裂措施。通过三峡工程参建各方共同努力，全面实施综合温控防裂措施，达到了预期效果，避免了大坝基础约束区产生危害性贯穿裂缝，并为顺利完成混凝土年度计划和形象面貌创造了有利条件。

　　表1混凝土配合比设计标号品种级配水灰比砂率（）粉煤掺量（）水水泥材料用量（kg/m3）1999年为三峡工程二期施工阶段关键的一年，是混凝土浇筑的高峰期。计划安排混凝土448万m3，其中大坝混凝土为298万m3，约占70，月高峰浇筑强度35万m3，夏季低温混凝土浇筑量约29万m3.据统计，截至1999年4月15日，大坝混凝土共有仓位161个坝块，其中尚未开浇仓位41块，仍处于约束区的为100块。

　　可见有80以上的坝块需在高温季节浇筑。三峡坝区夏季（6 ~8月）月平均气温为26~28.7，日照较强烈。即使采用1.5m浇筑层厚、浇筑温度14和通~ 8制冷水，也仅能使基础强约束区高允许温度达到3233，尚不能全面满足设计要求。

　　1大坝混凝土温度控制专题研究1.1温度应力仿真研究为研究高温季节浇筑大坝基础约束区混凝土时的温度场和温度应力，选取泄洪1号坝段和左岸厂房14号坝段为代表，进行基础约束区范围混凝土温度应力仿真研究。研究中考虑混凝土标号分区、施工配合比、施工程序、边界条件、浇筑层厚及其间歇期、通水冷却、纵缝影响和混凝土性能随时间变化等因素。

　　1.1.1设计条件仿真计算中泄洪坝段取基岩高程45m，厂房坝段取基岩高程69m，均分两条纵缝。泄洪坝段坝块大底宽57m（第3块），厂房坝段坝块大底宽43m（第3块）。基础2m范围为3级配混凝土，其余部位为4级配混凝土，施工配合比见表1.施工进度：自1999年4月20日开始浇筑，每10d浇筑1层，层厚为1.5~2.0m.浇筑温度冬季为10~12，其余季节约束区为14~17丈，脱离约束区为16~20尤。水管间距为1.5mx2.0m或2.0mx15m，初期通水时间为15d，通水温度为1.1.2计算原理根据相应的边界条件和初始条件，采用热传导方程对温度场进行分析，并应用变分原理求解不稳定温度场。采用有限元求解温度徐变应力，并应用初应变法考虑徐变影响。

　　1.1.3研究成果高温度：泄洪坝段第1、2、3块约束区浇筑层高平均温度分别为31.732.21和32.9；厂房坝段第1、2、3块约束区浇筑层高平均温度分别为32.3丈、32.2和32.3.可见两坝段第1坝块基础强约束区篼温度满足设计要求的32T~34，第2块基本满足设计要求32T，第3块则超过设计要求温度应力：泄洪坝段和厂房坝段后期通水冷却，坝体温度降至稳定温度时，各坝块强约束区部分区域的温度应力a，见第1块第2块表2泄洪坝段、厂房坝段各坝块强约束区温度应力，第3块泄洪坝段厂房坝段泄洪坝段厂房坝段泄洪坝段厂房坝段两坝段各块水平高拉应力区分布较低，位于基础面以上8 -10m区域内。由表2可知，泄洪坝段、厂房坝段第2块温度应力1.9MPa，其防裂安全度不足，第3块温度应力2.1已大于混凝土抗拉强度2.1MPa，可能产生裂缝。

　　1.2各种温度控制措施效果分析采用差分法和实用计算法对运输及浇筑过程的温度回升、混凝土浇筑层高温度进行了分析计算，从而得出了采取各种温度控制措施后的效果。

　　1.2.1皮带供料线的温度回升以4号塔带机及其混凝土专用槽形皮带供料线为代表，6 ~8月出机口7T混凝土在不同生产率时的温度回升见。由可知，当皮带机生产率为1.5m3/min时，温度回升约6T：，当生产率为4m3/min时，温度回升约4.41 4号塔带机不同生产率时混凝土的温升值及温度回升率1.2.2浇筑过程温度回升~9月浇筑基础约束区，混凝土为7T出机口温度，人仓温度10.6，浇筑坯厚0.5m，计算成果表明，在保温条件下，坯间覆盖时间在2h内混凝土浇筑温度约14因此，夏季浇筑混凝土应控制混凝土覆盖时间不超过2h，相应台阶法浇筑的混凝土浇筑强度不低于90m3/h. 1.2.3混凝土级配4级配混凝土胶凝材料用量比3级配混凝土低30 ~36kg/m3，可使混凝土高温度相应降低约1.51C. 1.2.4粉煤灰掺量粉煤灰掺量35比粉煤灰掺量30的混凝土高温度降低1.2.5混凝土浇筑温度R200号混凝土浇筑层厚1.5m条件下，浇筑温度每降低It可使混凝土高温度降低1.2.6初期通水冷却浇筑层厚1.54200号混凝土，初期通6~8X：制冷水可使混凝土高温度降低IT~21，通水时间以10~15d为宜。

　　1.2.7夜间浇筑夏季白天太阳幅射热较高，对混凝土浇筑温度影响很大。

　　计算表明，正午高温时段由于太阳幅射热引起浇筑温度升高。因此夏季混凝土浇筑宜尽量安排在夜间进行。由于浇筑块一般较大，为避免白天正午时段浇筑混凝土，须提高施工机械生产率，使混凝土浇筑强度不小于100m3/h，并保证连续均衡浇筑。

　　1.3夏季温控防裂综合措施研究通过对各种温控措施的效果分析，并结合温度应力仿真研究成果和设计有关温控防裂要求，提出1999年大坝基础约束区混凝土夏季温度控制综合措施。

　　1.3.1优化混凝土配合比，提高混凝土抗裂能力混凝土配合比设计和混凝土施工应保证设计要求的强度、极限位伸、施工均质性和强度保证率等指标。同时对混凝土配合比进一步优化，在满足混凝土各项性能条件下，降低混凝土胶凝材料用量，I级优质粉煤灰掺量可适当增加至35，改进水泥性能使混凝土自生体积变形产生微膨胀或不收缩。还应加强施工管理，合理组织施工，提高施工工艺水平，确保混凝土施工质量，提高混凝土抗裂能力。

　　1.3.2控制混凝土高温度混凝土出机口温度必须控制7，并减少运输及浇筑过程中温度回升，使浇筑温度不超过14采用具体措施为：二次风冷内料和加冰拌和生产7制冷混凝土；尽量缩短运输时间，运送混凝土自卸汽车和皮带机加遮阳蓬；混凝土浇筑过程中采用仓面喷雾，振捣完后立即用保温材料保冷。

　　加快供料线和塔带机安装速度并力争早投产，提高人仓强度不低于100~150m3/h，以减少混凝土运输和浇筑过程中温度回升。

　　解决好塔带机浇筑4级配混凝土的施工工艺，在避免混凝土分离、架空确保施工质量的前提下使用4级配混凝土。

　　尽量利用夜间浇筑，避开日照强烈的高温时段。

　　-8制冷水。

　　层厚宜控制1.5m，层间间歇期宜控制5 ~10d，不宜超1.3.3合理安排混凝土施工程序和进度根据各坝段温控防裂具体设计要求，首先确保设计高温度较低的基础约束区等重要结构部位做到层间间歇期内连续均上升，避免簿层长间歇，并宜在气温较低的季节安排施工。

　　相邻块、相邻坝段符合设计允许高差要求，即相邻块高差不大于6~8m，相邻坝段高差不大于10~ 1.3.4混凝土表面保护混凝土表面保护是防止表面裂缝的主要措施之一。三峡大坝暴露面大、坝址气温骤降频繁，更突出了表面保护的重要性。

　　特别是基础约束区，上游面在气温骤降期应及时采用表面等效放热系数矣1.5~2.0W/mt的材料进行表面保护，并在人秋时封堵廊道、孔洞等越冬。

　　中期通水中期通水是削减坝体内外温差的有效措施之一。应对当年高温季节浇筑的混凝土在夏末秋初时进行中期通水，通水采用江水，通水时间1.5~2.5月，以坝体温度降至20~22"C为准。

　　混凝土养护是保证混凝土性能正常发挥和防止干缩裂缝的重要措施。混凝土养护应在浇筑收仓后及时洒水或流水养护，使表面经常保持湿润状态。连续养护时间不少于28d或设计2实施概况2.1施工机械设备投产情况2.1.1拌和与制冷系统79m高程混凝土生产系统设置意大利产CIFA4x4.5m3拌和楼1座，铭牌产量320~340m3/h，于1999年3月投产，另设置郑州产4x4.5m3拌和楼1座，铭牌产量320m3/h.90m高程混凝土系统设置美国产OHNSON4x6m3拌和楼1座，铭牌产量360m3/h，1996年6月投产，另设置郑州产4x3m3拌和楼1座，铭牌产量240m3/h.120m高程混凝土系统设置郑州4x3m3拌和楼2座，已于1998年4月投产。1999年6~9月统计资料表明，除OHNSON楼运行欠正常外，其余拌和楼台班产量均达650 ~940m3，月产量一般达5~8万m3.各拌和楼均配置制冷系统，总制冷容量为21.98万k/h，成功地在国内首次采用二次风冷骨料和加片冰拌和混凝土新工艺，于1999年4月以后陆续投产，生产7低温混凝土。

　　2.1.2浇筑机械早安装的TB4号塔带机于1998年8月投产，晚安装的TB6号塔带机于1999年6月投产。早形成1号供料线于1999年8月投产，晚形成的4号供料线于1999年11月投产。在正式供料线形成前以临时供料线配自卸汽车作为混凝土水平运输手段。此外采用胎带机、门塔机作为辅助浇筑机械。据1999年6~9月统计资料，塔带机承担大坝55~67的筑筑任务，胎带机、门塔机承担33~45.塔带机月浇筑量为1.5~4.7万m3，平均小时产量60 ~160m3；胎带机月浇筑量一般为1.0 ~2.3万m3，平均小时产量30 ~50m3；门塔机月浇筑量一般为0.5 1.5万m3，平均小时产量25~45m3. 2.2混凝土抗裂能力~9月监理月报统计，均以抗压强度监测为主，很少进行混凝土极限拉伸和抗拉强度监测。这些资料显示氏200号混凝土的抗压强度均满足设计指标，C为0.15-0.18；劈拉强度28d为一组极限位伸，满足设计指标。

　　为改善混凝土抗裂性，525号中热水泥控制MgO含量为3.55.0.据坝内埋设仪器实测混凝土自生体积变形大多数为膨胀，混凝土6个月的膨胀量一般为20~50从而提高了混凝土的抗裂能力。

　　2.3混凝土出机口温度与浇筑温度8月对拌和系统混凝土出机口温度的检测成果表明，基础约束区混凝土出机口温度平均值为6.0<1C-7.0，合格率达80以上。1999年610月，对浇筑温度进行了检测，结果表明，基础约束区混凝土浇筑温度满足设计要求14T的合格率达85以上。

　　2.4供料线温度回升1999年9月上旬，对1号供料线及塔带机输送制冷混凝土的温度回升进行两次现场实测。观测时段环境气温为32 ~38，混凝土出机口平均温度为6.0T：~7.8t，经全长约500m的供料线和塔带机后，混凝土温度回升为~8　　2.5混凝土高温度混凝土高温度采用在大坝内部埋设仪器和浇筑层临时埋设测温管监测，共计约328支仪器中除15支仪器观测值超温2T以上外，其余均满足设计要求，合格率达95以上。

　　深槽坝段第3块于1999年8月下旬开始陆续浇筑，其中泄4号下块高程20.3m实测高温度超过设计值2~3丈。

　　2.6通水冷却。大坝基础约束区混凝土于1999年5月开始陆续通制冷水进行初期冷却，至6月份以后基本具备全面向大坝通冷水的条件，但有的标段通水水温与设计要求的6~8T有差距。1999年9月中旬开始陆续对高温季节浇筑的坝体通江水进行中期冷却，至12月上旬经闷温检，坝体温度已有96达到设计要求2.7养护及保温自1999年5月以来，承建单位成立了专门队伍负责混凝土养护工作。大坝混凝土浇筑层收仓后及时进行洒水或流水养护，并在坝块上升的顶部水平层面设置自动喷水装置对上、下游面和纵、横缝侧面进行长流水养护，养护达90d设计龄期。入秋后大坝暴露面较及时地采用发泡聚乙烯板与塑料彩条布编织的保温材料保护，但对较长间歇的浇筑层顶面，遇气温骤降尚不能及时保温。发泡聚氯乙烯板的孔结构不封闭，浸水后保温效果有所降低。

　　2.8裂缝自二期工程大坝混凝土浇筑至今共发现施工期浇筑层顶面或棱角部位裂缝约90条，计每万立方米混凝土裂缝发生率0.25条。其中绝大多数为表面裂缝，深度仅数十厘米，宽度一般小于0.3mm.这些裂缝常处于坝体内部，日后如不发展，对大坝不构成危害。另有约20条裂缝宽度大于0.3mm，长度有的贯通仓面，且有的发生在上游面或基础约束区，日后有继续发展的可能性，因而属于有一定危害的裂缝，对此采取了慎重的综合处理措施目前大坝经去冬今春坝体后期冷却和接缝灌浆，已将基础约束区范围混凝土降至稳定温度。据2000年2月份泄洪坝段和左岸厂房13号段基础约束区埋设的32支应变计分析，其应变为-40~+69之间变化；基础约束区浇筑层裂缝上布设的钢筋计和裂缝计共44支的实测值表明，目前裂缝处于稳定状态，未进一步发展。2000年2~ 3月份，对大坝廊道进行了初步检，尚未发现新的裂缝，极少数原有裂缝也未发展。

　　综上，可以初步判断1999年浇筑的大坝基础约束区混凝土尚没有发生危害性的贯穿裂缝。表明1999年三峡大坝温控防裂研究与实施达到了预期的目的。

　　截至1999年底，除泄洪坝段第3块有8个坝块、左岸厂房坝段第3块有4个坝块尚未脱离弱约束区外，其余坝段均脱离基础约束区，从而为完成关键部位施工形象面貌和今后进行高强度地施工奠定了基础。

　　上述情况表明，1999年三峡大坝温控防裂研究与实施较好地解决了高温季节全面浇筑大坝基础约束区这一关系大坝质量和进度的关键问题，攻克了1999年三峡二期工程施工的一大难关。

　　（编辑：徐诗银）