锦屏一级坝体混凝土温差情况浅析

张新源张成阔

摘要：大坝混凝土由于温差造成的裂缝是混凝土的主要病害之一。通过锦屏一级水电站大坝混凝土的温控工作，取得了一些混凝土内部温度在空间和时间维度方向上的温差控制经验。

关键词：混凝土；温度计；冷却水管；时间；空间；温差

简述

锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县交界处，是雅砻江干流下游河段的控制性水库梯级电站。锦屏一级水电站规模巨大，主要任务是发电，电站总装机容量360万千瓦（6台x60万千瓦）。坝体为混凝土双曲拱坝，坝高305米，大体积混凝土，其质量控制的关键工作之一——大坝混凝土内部温度控制面临着巨大的压力和挑战。

现行的大坝混凝土温控技术主要是通过冷却水在大坝混凝土内进行与混凝土进行强制对流，从而降低并控制大坝混凝土内部温度，防止有害温度应力造成坝体裂缝，危害大坝混凝土质量。

文中的“温差”释义：用于相互比较的两个或多个温度值之间的差值超过了容许的限度，被认为是不利于大坝混凝土结构稳定的质量隐患，区别于“温度不同”和“温度差异”。

大坝混凝土内部温度温差可以分为以下两大类：时间方向和空间方向上的温差。

1.时间方向上的温差

同一支温度计在一段时间段内各个连续的时间点上的温度计测值点连成线，即这支温度计在这段时间内的温度过程线，主要反映的是单支温度计的升温和降温等情况，比较重要的是降温速率和温度回升两个指标，都属于时间轴上的温差问题。

为了控制最高温度，在混凝土一期冷却的控温阶段，持续较大流量，并且在出现最高温度前后未及时调整流量，致使在出现最高温度之后，降温速率超标。通过实践验证，可以在出现最高温度之前，升温速率变小到一定程度时，采用逐步减小流量的方法解决，防止骤降，具体的操作方法依据具体情况而定。

2.空间方向上的温差

空间方向共分三个方向：平行于拱坝轴线方向，垂直于拱坝轴线方向，竖直方向，其中前两者属于水平方向。

2.1平行拱坝轴线方向

主要有各个坝段之间的温差和同一仓内混凝土左右两侧之间的温差。

由于大坝的各个坝段并非同步浇筑，存在先后浇筑而产生的高低错落两种坝段，一般为相间分布。因此在同一水平面上，相邻坝段间存在的温差在所难免，但是在二期冷却控温阶段，尤其在横缝灌浆期间，按照要求，不允许存在此类温差（相邻坝段封拱温度要求不同的除外），严格控制施工质量。

绝大多数仓的混凝土是整体浇筑，这样的仓内，蛇形冷却水管会对左右两侧的混凝土同步进行冷却，而在设计有孔洞或存在连通下游坝面支廊道的仓内，廊道或孔洞把同一仓内的混凝土和冷却水管分为左右两部分，因此而导致左右两部分混凝土的温控相互独立，左右两部分的混凝土之间如果存在较大温差，同样可引起有害温度应力，导致裂缝。所以，尤其需要注意左右两侧温度计的测值，及时采取措施。

2.2垂直拱坝轴线方向

即横缝的水平延伸方向。一般叫做“上下游温差”，在温控实践中较为常见，比较复杂，并且如果长期存在的话，容易引起与拱坝轴线相平行的裂缝，危害很大。

大坝同一仓内的上下游温差主要分为两种类型：

2.2.1局部冷却力度不足

有两种情况：

①由于浇筑混凝土时候，冷却水管存在缺陷，比如水管某段被折弯过度而受损，或被异物堵塞等原因，导致该段水管的过流能力有限甚至根本不能过流。这种情况可能出现在主管上，也可能出现在支管上。这种冷却水管的缺陷一旦形成，并且没有及时发现和解决，将会贻害无穷，对于之后的温度控制造成极大困难，简直是事故。所以，需要严格监控、坚决杜绝。

②溢流坝段，下游和上游存在牛腿，尤其是下游牛腿，体型较大，并且有锚索架、闸门槽等复杂钢筋结构延伸进入仓内很远。浇筑混凝土时，上述部位附近用的多是二级配或三级富浆等水泥含量较高的高产热混凝土，而其余无复杂结构的部位（位于上游）一般浇筑四级料等水泥含量相对较低的混凝土，于是非常容易造成下游部位的温度高于上游温度。

冷却水在仓内的流动是一个温度逐渐升高的过程，尽管存在有主支管的设计，用以使得仓内冷却力度趋于均衡，但是，冷却水在仓内仍然有大致流向是从上游流向下游还是从下游流向上游的区别。可以特别使冷却水的大致流向从下游流向上游，使其入仓之后首先冷却下游，待流至上游时，水温略高，这样，可以使得冷却水对下游水化热较多部位的冷却力度大于上游，继而达到平衡上下游温差的效果。

2.2.2温度计相对位置不合适

这种情况并不一定真正存在温差，而是仓内的几支温度计显示的温度不能准确代表混凝土的内部温度，如果温度计本身测值准确，一般可以分为以下两种情况：

①有温度计距离廊道或电梯井等与外界空气相连通的结构过近，那么这些温度计就受廊道或者电梯井的气温影响较大，基本不能代表混凝土的内部温度。如果已然存在，只有测闷水温度，来代表混凝土内部温度，查看是否真正存在温差。

②由于冷却水管冷却混凝土的力度会随着混凝土深度增大而递减，形成以水管为中心的一个近似同心柱状温度场，内层温度低，外层温度高。这样，在冷却通水的初期，温度计所在位置与冷却水管之间距离的远近将很大程度上影响它显示的温度的高低，上游和下游两支温度计分别与冷却水管之间的这两个距离的大小相差越大，它们的温差往往也会越大。

这种失误的人为因素占主导地位，但是，现场施工，也会有客观因素，例如，混凝土在振捣过程中造成冷却水管或温度计的位置偏移等原因，可以加强盯仓值班来减小。如果已经存在这种情况，并且没办法纠正，可以通过调整上下两层水管的流量一大一小和使用略高的水温，同时加大上下两层水管流量等方法。

2.3竖直方向

先后浇筑在同一坝段的不同龄期混凝土之间的温差，较为类似同一支温度计在时间轴方向上的温度发展过程，其实也是处于不同冷却阶段的混凝土所组成的温度梯度现象。这样的一个温度梯度理论上应该是严格从上到下温度递减的，不同龄期的混凝土处于不同冷却阶段、受到不同力度的通水冷却措施、呈现不同的内部温度，这些需要合理的过渡。才有利于大坝整体内部结构的稳定性。

在温控工作实践中，此类温差主要表现在以下两个方面：

①同一坝段相继先后浇筑的两个高程的混凝土内部温度之间相差过大，致使该高程范围内的局部混凝土温度梯度过大；

②同一坝段内高程范围较低的先浇混凝土内部温度反而高于高程范围较高的后浇混凝土（新仓温度未升到最高温度之前的情况除外），构成与正常梯度相反的温度梯度。

以上两种情况都会引起局部混凝土受到的温度应力过大，从而容易造成平行于水面的裂缝，对于大坝安全和密封性造成极大危害。必须加强对于整体大坝混凝土内部温度在竖直方向上的温度梯度监控，及时处理局部温度梯度不合理的情况。这种温差在大坝混凝土内部温度控制中不难处理。

结语

在锦屏一级双曲拱坝的混凝土温控实践中，通过对混凝土内部温度监测和冷却通水降温措施两项工作的总结，笔者认为混凝土温控的核心工作就是进行混凝土四维时空内的温差控制，这对于简化混凝土温控工作的工作模式很有帮助，尤其对于现场施工人员的工作安排。易于减轻对庞大的混凝土内部温度测值和冷却通水资料等繁重的分析工作，理清思路，提纲挈领，快速采取有效的温控措施，取得满意的温控成果。