1、江域全斷面碾壓混凝土重力壩壩體結構與運行溫度特性【摘要】本文介紹江域全斷面碾壓混凝土重力壩壩體結構設計和筑壩材料分區設計，根 據大壩觀測資料簡要總結了碾壓混凝土入倉后的溫度變化情況。【關鍵詞】江坪結構材料 溫度1. 工程概況及建設過程江域水庫位于湖南省慈利縣江規鎮澧水支流婁水屮游。壩址控制流域面積3711km2,占該流域 面積的73%,其中包括五峰、鶴峰兩個長江水系眾雨區。本工程以防洪為主，兼有發電、灌溉、航 運、供水等綜合效益。樞紐工程由攔河壩、發電廠房、灌溉為供水収水系統及貨物過壩提升系統組 成。攔河壩最大壩高131m,水庫總庫容17.4億n?,其中防洪庫容7.4億右岸布置地下發電廠 房，

2、裝機3x 100m,年發電量7. 56億kw -h；壩身設灌溉取水管，灌溉農田5330hm2；改善航道124km,升船機年過壩貨運量8萬噸；解決5萬人生活用水，樞紐布置如圖1所示。江域水庫建成后可將下 游尾閭地區的防洪標準山目前的47年一遇捉髙到1720年一遇，與在建中的皂市水庫及干流宜 沖橋水庫聯合調度，對使防洪標準提高到50年一遇。木工程為國家“九五”期間重點工程建設項冃，是大（一）型綜合性水利樞紐工程，大壩及臨庫擋水建筑物為一級建筑，設計洪水重現期為500年一遇，相應洪峰流量為12200nf7s,下泄流最 8322m7s；校核洪水重現期為5000年一遇，相應洪峰流量為15700m7s,下

3、淞流量10490m7so工程 總投資33. 13億元 利用世界銀行貸款9700萬美元。大壩主體工程于1995年7月進行基礎開挖， 1996年10月澆筑碾壓混凝土，1998年汛前大壩澆筑到200. 0m高程，達100年一遇攔洪標準。1998 年特人洪水期間削減婁水流量的60%,減少了下游沿河市縣的洪災損失。1998年10月水庫下閘蓄 水，1999年5刀大壩達到壩頂高程245.0m,進入金屬結構及壩頂細部結構施工，1999年底主體工 程完工，比設計工期提前6個月完工。2. 壩體結構設計壩體為全斷面碾壓混凝土重力壩壩型，即上游 防滲體和壩內大體積混凝土均釆用碾壓混凝 土。最大壩高131m,壩頂總長度

4、367m,分13個壩段，右岸（t獷壩段為非溢流壩；河床；廣壩 段為溢流壩段；左岸812=壩段為非溢流壩段。溢流壩設于河床屮央，寬88. 0m,設立體重克布置 的雙層泄洪孔口。表孔為4孔開敞式溢流堰，堰頂高程224. 0m,孔口尺寸14mx15m,堰頂上游為 兩段圓弧與豎向壩血銜接，下游為wes型曲線接1:0.8直線段再接高低坎挑流反弧段。中孔設于表 孔閘墩下面,共設3孔,進口底板高程180. 0m,孔口尺寸5mx7m,在壩內約2/3為水平段后接拋 物線。利用表孔閘墩設置進口檢修門豎井,弧型工作門布置在出口高挑坎下面，中孔可單獨下泄50 100年一遇洪水，為經常操作孔，與表孔聯合渲泄人洪水。2個

5、邊表孔和3個屮孔為低挑坎收縮出 流，挑坎高程150.0m；中間2個表孔為高挑坎擴散出流,挑坎高191.20m,形成高差達41.2m的 大差動挑流消能，高低坎兩股水流碰撞后，加劇了水流與空氣的摩擦紊亂，形成水氣二相流加大了 空中消能作用，減緩了下泄水流對河床及岸坡的沖刷。溢流面堰面曲線采用wes曲線，其定型設計 水頭乩，一般為堰頂最大作用水頭的75%95%,取定型設計水頭h尸0. 85弧二14. 5m,堰面曲線 方程為y=0. 0515xl85o堰頂（原點）上游段采用雙園弧曲線與壩體上游鉛宜銜接，園弧半徑分別為 9.0m和3. 5m,園弧中心角對應為19. 471°和45. 32% 1

6、 f邊表孔wes |11|線與低坎反弧曲線之間用 1:0.8的直線段相連接，2 3沖表孔wes曲線與高坎反弧曲線之間用1:0.8的直線段相連接。低坎 反弧半徑為26m,最低點上游段園弧角為51.34°,下游段園弧角為35°；高坎反弧半徑為20m,最低 點上游段園弧角為51.34° ,下游段園弧15%高、低坎鼻坎高程分別為191.2m和150.0m。廣、4# 邊表孔直線段187. 892m高程處設置摻氣坎槽。非溢流壩基本三角形剖面為上游鉛直，下游為1： 0.8的斜坡面，壩頂寬度12m,下游折坡點高 程為228m。根據壩基帷幕灌漿、壩體排水、觀測、交通等要求，沿壩體高

7、度設三層廊道，即基礎灌 漿排水廊道和高程160. 0m和200. 0m的觀測排水廓道，在人壩富膠碾壓混凝土防滲體后設置了排水 孔，以降低壩體內部滲透壓力。上兩層廓道用作鉆排水孔形成壩體排水幕形成高水自排，低水抽排 的壩體排水方式，并布設觀測儀器，以監測人壩運行安全狀況。壩內交通由水平廊道、斜廊道、豎 井和電梯井紐成，供運行期排水和檢修維護。排水孔采用鉆孔法，在壩頂與壩內各層廊道之間鉆孔 形成i道排水幕。排水幕距上游壩面6m10. 3m,孔距3m,孔徑91mm。圖2 大壩標準剖血圖3. 壩體筑壩材料分區設計在壩體材料分區設計屮充分考慮碾壓混凝土人型機械化連續施匸特點，兩岸非溢流壩為上游 鉛直面、

8、下游折面的標準剖面，慕本上為碾壓混凝土為主，只在廊道周邊、棊礎熱層和壩體上游分 縫止水處設置少量的常規混凝土。溢流壩為方便施工和充分發揮碾壓混凝土快速施工的優點，一般 在碾壓混凝土壩內不宜設壩內中孔，但由丁江域壩址具有河床狹窄、洪水陡漲陡落、洪水流量大的 特點，以及防洪調度要求，必須設置較低高程的泄洪孔口，經多方案比較仍確定采用立體重疊的中 表孔聯合泄洪布置及高、低坎人差動挑流空屮碰撞消能方案，開創了在碾壓混凝土壩上設置汕洪屮 孔的先例。為了盡量減少泄洪屮孔對碾壓混凝土的影響，屮孔在大壩基本剖面之內以水平布置為主。壩體混凝土在不同部位采用的等級，根據各部位混凝土的工作條件與所須滿足的強度、抗滲

9、、 抗沖刷等性能對壩體各部位混凝土進行分區，并確定其混凝土等級。碾壓混凝土重力壩混凝土材料 分區，會影響施工機械的配套、施工進度的安排、壩體溫度控制及橫縫設置等多方面的問題。為方 便施匸及減少異種混凝土結合所帶來的問題，宜盡可能多的采用碾壓混凝土，經過研究論證和結構 分析，江規大壩除基礎墊層、屮孔和廊道周邊、溢流面、閘墩及壩頂細部結構處，具余均采川碾壓 混凝十。由于人壩碾壓混凝十采用通倉薄層碾壓，為利于施工，混凝十等級分區原則上按高程劃分,除個別部位有特殊要求外，不采用2種以上的混凝土等級。人壩混凝土的等級分區見表1。壩體混凝土等級分區農表1部位強度等級抗滲標號壩體內部190m高程以下rcc-

10、rsol5os8壩體內部190m高程以上rccroloosi上游防滲層（厚度8m3m）rcc-rgo200s12基礎墊層（厚度加lm）vcc-r2q00ss溢流面板vcc-r28350溢流壩190m高程以上防滲層vcc-r28200s8廊道、電梯井、交通豎井周邊vcc-r：«200ss閘墩、導墻vcc-r：«200ss止水周邊vcc-r2&200ss上游鋪蓋、下游護坦vcc-r2s200s8注：rcc為碾壓混凝土，vcc為常規混凝土，抗滲標號、設計齡期均采用原設計階段表示方法。防滲體二級配碾壓混凝土厚度不小于壩前水頭的1/15,并兼顧碾壓設備的工作尺寸而定：高程 1

11、25m165m,厚度為8.0m；高程165m215m,厚度為5m；高程215m以上，厚度為3m。防滲輕標 號為甌200,抗滲標號為s】2。溢流壩段中孔以下采用碾壓混凝土設置厚度與非溢流壩相同，以上采 用3m厚常規混凝土防滲，混凝十標號為r2.200,抗滲標號s叭4. 壩體溫度運行特性常規混凝土重力壩與碾壓混凝土重力壩在運行階段最人的不同點是壩體溫度場不同，常規混凝 土壩在施工期采用人工降溫措施，運行期壩體已經慕木接近穩定溫度場；碾壓混凝土壩則不同，雖 然碾壓混凝土重力壩的單位體積水泥用竝少、總水化熱低，但碾壓混凝土高摻粉煤灰的配合比使得 壩體溫升緩慢，入倉后90犬具至更長才能達到主溫升最高溫度

12、。而且施工速度快，整體澆筑，散 熱條件差，使得壩體在運行階段岀現高溫核后再緩慢降溫。山于碾壓混凝土重力壩的溫度場變化過圖3江規人壩5# 7#8#壩段溫度核心區測點位置圖水化溫升段多項式（水化溫升段）y = -6e-07x1 + 0.0868x? - 4626. 6x2 + 1e+o8x - 1e+12r2 = 0. 9877水化溫升段y 二-1e-o5x2 + 0. 898x - 16170多項式（水化溫升段）r2 = 0. 9929°c30. 0029. 002& 0027. 0026. 00散熱下降段指數（散熱下降段）y = 562. 51e_8e_05x r2 = 0.

13、993811 1 1iii1|1|1|;:11 11 1 11 1 1 1乙ouu980101990101000101001231011231021231time圖4混凝土主溫升期.副溫升期和降溫期觀測曲線與擬合曲線圖程氏達數年，達不到穩宦溫度場蓄水運行是必然的，在此期間壩體承擔上游水荷載產生的應力和溫 度丿、y力，故研究分析壩體溫度特點和溫度應力是必要的。從江規人壩運行觀測資料來看，壩體上下游區域受庫水和外界氣溫影響，變化較快較容易接近 穩定溫度，在大壩核心區溫度變化為：入倉以后的主溫升期、副溫升期和溫降期，肖冬季施工時山 于外界溫度低，薄層攤鋪的混凝土和外界氣溫急劇交換，還存在一個短暫的降溫階段。主溫升期，發生在混凝土入倉后的60-90天，溫度上升1216°c,日上升平均梯度為0. 15°c 左右，多項指數擬合式和曲線見圖4,和關數r接近1；副升溫期，持續時間長達半年到一年半時 間，主要受混凝土散熱的影響，約靠近高溫核部位持續時間越長，多項指數擬合式和illi線見圖4, 相關數r接近1。此階段持續時間長，但溫度梯度變化很小，月變化梯度為0.2°c左右；降溫期，