古 軍 呂 軼

（1.西安市防汛機動搶險隊 陜西 西安 710016；2.西安市水務局漕運明渠建設管理處工程部 陜西 西安 710016）

某拱壩樞紐屬?。?）型工程。整個壩體包括左、右岸擋水壩段和河床溢流壩段。擋水壩段上游面鉛直，下游面為變坡組合面，坡度為1∶0.15～1，其最大壩高68.0m，厚高比為0.45，屬厚拱壩。溢流壩段布置在左、右岸擋水壩段中間，總長28.2m，溢流表孔孔口凈寬10m，共兩孔。

由于壩址處冬季外界氣溫較低，且溢流壩段邊界條件較為復雜，對混凝土的溫控極為不利，因此有必要采用三維有限元方法對其進行深入的研究。

1 計算參數(shù)

該工程混凝土試驗數(shù)據(jù)及由試驗數(shù)據(jù)擬合所得的主要計算參數(shù)如下。

1.1 熱力學參數(shù)

壩體混凝土主要熱力學參數(shù)見表1。

1.2 混凝土的徐變參數(shù)

本文計算采用的徐變度擬合公式為:

上式單位為 10-6/MPa，式中 A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2、為材料特性參數(shù)，擬合所得數(shù)值見表2。

1.3 計算方法

2 溫度場、溫度應力計算及成果分析

2.1 計算模型

在封拱灌漿之前各個壩段獨立作用，因此建立有限元模型時取兩個橫縫間的整個溢流壩段：壩高63.5m，壩段寬度 28.2m，底寬24.3m。計算模型在壩基深度方向及上、下游方向均取70m。整體坐標系為：壩軸線指向右岸為x軸正向，指向下游方向為y軸正向，鉛直向上為z軸正向。有限元計算模型見圖1。

表1 混凝土主要熱力學參數(shù)

表2 溢流壩段混凝土徐變度擬合參數(shù)值表

表3 溢流壩段溫度應力、綜合應力最大值及出現(xiàn)部位

2.2 施工進度、計算方案及蓄水過程

溢流壩段在2008年3月初～2008年6月底，澆筑高程為1078.0m～1083.7m，大壩澆筑至地面高程；2008年7月初～2008年11月底，澆筑高程為1083.7m～1099.7m；2008年12月初～2009年2月底停工；2009年3月初～2009年6月底，澆筑高程為1099.7m～1112.65m；2009年7月初～2009年11月底，澆筑高程為1112.65m～1146.0m，達到設計高程。2008年10月1日起，對大壩底部進行回填保護，回填時取多年地面平均溫度12.2℃，回填至地面高程1083.7m。

計算方案：2008年5月1日至2008年9月底以及2009年4月1日至2009年10月底澆筑的部位，進行初期冷卻，冷卻水管間距為1.5m×1.5m，4月、5月、9月和10月的通水溫度為多年平均入庫水溫，6月、7月和8月的通水溫度為12℃，通水時間為20天；2008年11月1日起，對2008年8月和9月澆筑的部位（高度8.7m～14.7m）進行中期冷卻，通水溫度為8℃，通水時間為20天；2008年12月1日起，對2008年3月初至9月底澆筑的部位（高度0m～14.7m）進行后期冷卻，通水溫度為6℃，通水時間為30天；2009年11月1日起，對2009年5月初至9月底澆筑的部位（高度28.7m～52.7m）進行中期冷卻，通水溫度為8℃，通水時間為20天；2009年12月1日起，對2008年10月初至2009年11月底澆筑的部位（高度14.7m～63.5m）進行后期冷卻，通水溫度為6℃，通水時間為30天。2008年11月1日至2009年3月31日以及2009年11月1日至2010年3月31日對已澆混凝土表面采用3cm厚的泡沫塑料板進行保溫。混凝土的澆筑溫度為多年平均氣溫加3℃。

2.3 壩體溫度場計算成果分析

（1）溢流壩段最高溫度為44.58℃，最高溫度出現(xiàn)在高程1116.7m處的壩體中心。該部位混凝土澆筑時間為2009年7月13日，澆筑溫度較高（27.2℃），外界平均氣溫也較高（24.2℃），從而導致該部位溫度較高。

（2）壩體表面在冬季采用3cm厚的泡沫塑料板對壩體表面進行保溫，保溫后壩體表面最低溫度由未保溫的-4.17℃升高到0.04℃，保溫后壩體表面的最低溫度值大大提高。

（3）由施工進度可知2008年10月1日起對大壩底部進行回填保護，回填至地面高程1083.7m，回填后上下游回填面以下溫度為12℃左右，提高了大壩底部表面的最低溫度值，從而減小了大壩底部在低溫季節(jié)的表面溫差。

（4）從不同高程水平截面上典型點的溫度歷時曲線可以看出：壩體表面溫度隨外界環(huán)境溫度變化明顯，當外界溫度高，壩體表面溫度也高，外界溫度低，壩體表面溫度也低。

2.4 壩體溫度徐變應力計算成果分析

溫度應力是溫度變化引起的應力，主要包括溫差、徐變和自生體積變形產(chǎn)生的應力；綜合應力主要包括溫差、徐變和自生體積變形以及自重和水壓力引起的應力。壩體溫度應力、綜合應力(溫度變化、自重和水壓力共同作用所產(chǎn)生的應力)最大值及出現(xiàn)位置分別見表3。

（1）基礎約束區(qū)溫度應力和綜合應力較大，主要原因是基礎面基巖約束很強。

（2）從2008年10月1日起，對壩段上游面和下游面進行回填保護，回填至地面高程1083.7m，回填高程以下溫度變化較小，而地面高程附近溫度應力和綜合應力也相對較大。

（3）夏季高溫季節(jié)，壩體表面應力以壓應力為主；低溫季節(jié)，壩體表面應力以拉應力為主，表面應力隨外界氣溫呈簡諧變化，應力分布符合一般規(guī)律。

（4）從典型點應力歷時曲線可以看出：壩體表面溫度應力受外界環(huán)境溫度影響較大，應力隨外界環(huán)境溫度的變化呈簡諧變化，最大溫度應力出現(xiàn)在第一個或第二個冬季氣溫最低時期；壩體內(nèi)部溫度應力隨著壩體溫度的下降而緩慢增大，隨著壩體溫度趨于穩(wěn)定溫度而逐漸穩(wěn)定下來。

3 結語

通過對拱壩溢流壩段溫度場及溫度徐變應力場全過程的仿真計算可以得知，溢流壩段綜合應力最大值均小于相應的溫度應力的最大值，尤其σz相差較大，降低約30%。由于自重及水壓力是客觀存在的，因此研究溫度應力時應考慮自重及水庫水壓力對溫度應力的影響。計算所得溢流壩段三個方向綜合應力最大值均未超過混凝土抗拉強度，由此可以說明溢流壩段的溫控方案是可行的。陜西水利