衬砌混凝土温控试验研究与裂缝原因分析

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1、衬砌混凝土温控试验研究与裂缝原因分析樊启祥黎汝潮(中国三峡总公司)　　摘要：三峡永久船闸输水系统衬砌混凝土，有不少的结构段在1/2长度附近发生了裂缝。为了探明输水洞和竖井地下结构的温度与应力应变分布规律，研究较为合理的温控标准和温控措施，以避免或减少裂缝，特别是危害性贯穿裂缝，在永久船闸北坡延长段进行了观测试验。　　主题词：永久船闸；衬砌混凝土；温控；温度应力1前言　　三峡永久船闸输水隧洞采用钢筋混凝土结构，分别位于双线船闸的南北坡及中隔墩岩石的底部，单线隧洞总长1733m，南北坡内隧洞为单洞，中隔墩隧洞由混凝土衬砌

2、分隔成南北线两个洞室，共计三线四条主输水廊道，分别向两线船闸充泄水。　　输水隧洞标准断面为城门洞形，南北坡输水洞衬砌标准厚度为0.8m，为满足隧洞表面抗冲耐磨的要求，混凝土设计标号为C30(泵送)。　　由于围岩硬度大，弹性模量高等方面的原因，根据现场已浇筑施工的衬砌混凝土来看，有不少的结构段在1/2长度附近发生了裂缝。为了探明输水隧洞衬砌混凝土的温度、温度应力及应变的分布规律，研究较为合理的温控标准措施，以尽可能避免或减少裂缝，特别是危害性贯穿裂缝，在永久船闸北坡输水平洞内埋设了系统温度观测仪器，进行了永久船闸输水洞

3、衬砌混凝土温度与应力观测试验研究。2输水系统衬砌混凝土性能试验情况2.1原材料　　(1)水泥为石门中热525#水泥；　　(2)粉煤灰为重庆珞璜I级灰；　　(3)砂子为下岸溪人工砂；　　(4)石子为下岸溪人工碎石；　　(5)减水剂采用JM-Ⅱ泵送剂，引气剂采用DH9。2.2混凝土配合比　　混凝土配合比采用施工所用的实际配合比，见表1。表1输水洞C30混凝土配合比主要参数外加剂混凝土各材料用量(kg/m3)W/BFA(%)砂率(%)JM-Ⅱ(%)DH9(%)水泥粉煤灰砂小石中石水0.420410.60.252907377

4、65585581452.3混凝土性能试验结果　　混凝土力学性能、热学性能及混凝土自身体积变形，分别见表2、表3、表4、表5。表2混凝土强度试验结果抗压强度(MPa)抗拉强度(MPa)7d28d56d90d120d180d7d28d90d23.330.435.145.81.751.963应力与温度观测3.1输水隧洞温度与应变观测成果与初步分析　　(1)温度观测　　温度计观测成果表明衬砌混凝土温度在浇筑后3天内出现最高温度，而且最高温度值随结构部位的不同而变化，3天后温度持续下降，7天内降幅一般在8℃～17℃之间，28天

5、后温度接近外界气温。埋设在岩体内的温度测点，受混凝土温度变化影响较小，仅有小幅上升，到12月份趋于稳定，约20%。混凝土表面的温度相当洞内空气温度，随气温而变化，波动比内部混凝土明显，10月3日～6日由于气温骤降其温度显著降低；内部混凝土温度处于较均匀的下降过程；中部的二个温度测点也在一定程度上受到了寒潮影响，10月4日～6日温度下降幅度也较大。NY9(北坡输水洞延长段节9块)结构段衬砌混凝土的最高温度52.15℃，发生在开浇后的第三天，最大温升28.4℃；最大温降37.2℃，发生在衬砌中部；顶拱的最高温度和最大温降

6、均比边墙的小，相应部位的最大温降大约要小5℃～8℃。NY10结构段衬砌混凝土的最高温度53.95℃，最大温升27.85%，最大温降39.6℃，也发生在边墙靠近顶部的钢筋附近；顶拱的最高温度和最大温降要小些，但最大温升值要大些。NY10与NY9相比，最高温度NY10要大些，边墙高1.8℃，顶拱高4.85℃，主要是由于NY10的浇筑温度平均要高约7.4℃；最大温降总体平均NY10下降34.56℃，NY9下降32.82℃；最大温升值：NY10平均为23.27℃，NY9平均为25.325℃。　　(2)应变观测　　开浇后3天基

7、本上都是压应变，但NY10的边墙轴线方向有7.04×10-6的拉应变，顶拱环向有23.92×10-6的拉应变；开浇后第7天，NY9结构段的边墙表面有14～20×10-6的拉应变，顶拱环向有10.72×10-6的拉应变；NY10结构段的边墙有7～8×10-6的拉应变，顶拱内表面拉应变达到22～71×10-6，内缘钢筋附近的环向也达到40.97×10-6的拉应变；开浇后第28天，NY9结构段的直立墙轴向拉应变达67.76×10-6，顶拱环向拉应变达到92.92×10-6；NY10结构段直立墙表面轴向应变为35.3×10-

8、6，内缘钢筋附近拉应变达到87.86×10-6，顶拱表面环向拉应变达155.87×10-6，表面轴向拉应变达到114×10-6，比较二者结果，NY10比NY9结构段的拉应变要大，是因为NY10的温降更大之故；衬砌混凝土应变观测值随着温度的降低，拉应变普遍继续增大；通过应变计钢筋计观测的混凝土温度与相邻温度计测得的温度值相接近，变化规律也一致。