高海拔地区混凝土坝温控防裂及工程应用研究

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1、第12卷第1期中国水利水电科学研究院学报Vo1．12No．12014~3,qJourna1ofChinaInstituteofWateTResouTcesandHydrop0werResearehMarch，2014文章编号：1672—3031(2014)01—0022—09高海拔地区混凝土坝温控防裂及工程应用研究欧阳海军1，秦鹏祥2胡平3赵丽娜(1．华能西藏发电有限公司，西藏拉萨850000；2．华能西藏藏木水电分公司，西藏拉萨8564003．中国水利水电科学研究院结构材料研究所，北京100038)摘要：我国大型水电资源开发的重心已向云南、四川、青海和西藏等高海拔、高寒地

2、区转移。此类地区气候环境条件恶劣，对混凝土大坝的筑坝技术、温控设计和施工方法提出了新的要求和挑战。本文重点分析介绍了高海拔地区的气候特征、筑坝材料特点、混凝土温度控制的特点以及混凝土温控防裂的关键技术和研究成果，并结合目前在建的西藏地区藏木水电站混凝土重力坝工程，介绍了高海拔、高寒地区混凝土温控技术的应用情况及存在问题。关键词：高海拔；混凝土坝；温度控制；关键技术中图分类号：TV642．3文献标识码：Adoi：10．13244／j．cnki．jiwhr．2014．01．0041研究背景大体积混凝土结构往往会由于温度的变化而产生很大的拉应力以致使得昆凝土出现裂缝，因此，温控防

3、裂技术是混凝土筑坝的关键技术之一⋯。新中国成立以来的数十年间，我国的水电站建设飞速发展，混凝土筑坝技术已进入世界先进行列。进入21世纪后，我国大型水电资源开发的重心已向云南、四川、青海和西藏等高海拔地区转移，例如雅鲁藏布江干流的藏木水电站、街需水电站、加查水电站和澜沧江上的古学水电站以及金沙江支流巴楚河的党恩水电站等，均为高海拔地区的水电站。此类地区气候环境条件恶劣，对混凝土大坝的温控设计和施工方法提出了新的要求和挑战。我国目前在高海拔地区已建的混凝土坝数量较少，在筑坝技术方面的经验还不够成熟。笔者近几年来针对高海拔地区的气候特征、筑坝材料特点以及混凝土温控防裂的关键技术等

4、方面，进行了大量的分析研究工作，力图通过三维有限元仿真计算的方法，研究探索不利气象条件下混凝土的温控标准、温控防裂方法以及低温季节混凝土的施工措施，提出科学系统、合理完整和可操作性强的研究成果，以期指导工程的设计和施工，并为今后同类工程的建设积累经验。2高海拔地区的气候及筑坝材料特点高海拔地区通常气候环境条件恶劣，具有年平均温度低、低温季节长且最低气温低、太阳辐射强、寒潮及昼夜温差大的气候特征。高海拔地区的主要气候特征如下。(1)年平均气温随海拔上升而降低，低温季节长且最低气温低，年内0℃以上气温天数不足1／3；年平均河道水温随海拔上升而降低，部分地区冬季有3个月以上的河流

5、冰冻期。(2)与低海拔地区气温年较差大的情况有所不同，高海拔地区的气温年较差(一年中最高月平均气温与最低月平均气温之差)随海拔上升而减小；同时河道水温年较差亦随海拔上升而减小。(3)海拔越高，太阳辐射强度越大，日照越强，因此随着海拔高度的增加，昼夜温差值也逐渐增大。(4)在一般气候条件下，水电站运行期上游年均库水温度，要低于年均气温。但在高海拔地区情收稿日期：2013—11—12基金项目：973项目(2013CB036406，2013CB035904)；“十二五”科技支撑项目(2013BABO6B02)作者简介：欧阳海军(1973一)，男，湖南双峰人，高级工程师，主要从事水

6、工结构研究。E—mail：13981755799@126．corn一22—高海拔地区混凝土坝温控防裂及工程应用研究欧阳海军秦鹏祥胡平赵丽娜况则相反。由于4℃液态水的密度最大，因此库底水温≥4℃，水电站运行期上游年均库水温高于年均气温。即使考虑太阳辐射影响，对于坝体绝大多数部位而言，上游年均库水温也高于气温边界条件。(5)通常水电站大坝的(准)稳定温度场分布规律是自上游至下游温度由低到高分布。但对于高海拔地区的大坝，由于上述(4)之原因，(准)稳定温度场有可能是自上游至下游由高到低分布。表1为大气压力、空气密度、湿度与海拔高度的关系。表2为空气温度与海拔高度的关系。空气温度在

7、无热源、无遮护的情况下，海拔高度每升高1000Ill，年内最高温度会降低5℃，同时年平均温度也会降低5℃。表1大气压力、空气密度和湿度与海拔高度的关系海拔高度，mlOOO150020002500300035004000以往高海拔地区的大坝，多以土石坝或面板堆石坝为主。在此类地区建造大体积混凝土工程，混凝土材料施工期的温度控制和运行期的耐久性指标，是影响建筑物结构整体稳定的关键。在高海拔环境下能保持长期性能的水工混凝土，应具有良好的抗冻耐久性能和变形性能，为此，在混凝土设计中，在满足强度等级的基础上，应尽量提高混凝土