林 鵬，李 明，劉 科，歐陽(yáng)建樹，3，楊宗立，喬 雨

(1.清華大學(xué) 水利水電工程系，北京 100084；2.中國(guó)三峽建工(集團(tuán))有限公司，四川 成都 610000；3.中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司 科學(xué)技術(shù)研究院，北京 101100)

1 研究背景

碾壓混凝土壩具有施工速度快、建設(shè)工期短、節(jié)省投資等優(yōu)勢(shì)，自1980年代建成我國(guó)第一座碾壓混凝土重力壩——坑口水電站[1]以來，碾壓混凝土筑壩技術(shù)發(fā)展迅猛[2]，在摻合料選擇、層間結(jié)合、防滲體系、施工工藝、溫度控制、質(zhì)量檢測(cè)、智能建造等技術(shù)問題上取得長(zhǎng)足進(jìn)展，已成為一種廣泛采用的壩型。近10年來，碾壓混凝土壩正由100 m級(jí)向200 m級(jí)跨越[3]，如龍灘[4](216.5 m)、黃登[5](203.0 m)、光照[6](200.5 m)等一批200 m級(jí)碾壓混凝土重力壩，其溫度與溫度應(yīng)力控制問題更加突出。在筑壩材料多元化，筑壩技術(shù)精細(xì)化、智能化[7-8]的大趨勢(shì)下，制定基于全壩不同分區(qū)混凝土換熱規(guī)律的適應(yīng)性通水策略，并依托智能通水技術(shù)[9]實(shí)現(xiàn)高碾壓混凝土壩的精準(zhǔn)溫度控制，是確保實(shí)現(xiàn)高碾壓混凝土壩安全、優(yōu)質(zhì)、綠色、低碳智能建造[10-11]的內(nèi)在要求。

碾壓混凝土壩在筑壩材料特性、建設(shè)工藝等方面與常態(tài)混凝土壩差異較大。碾壓混凝土水泥用量少且高摻粉煤灰，屬于干硬性混凝土，與常態(tài)混凝土相比，具有絕熱溫升低，后期發(fā)熱量大的特點(diǎn)。碾壓混凝土的90 d齡期極限拉伸值略低[12]，一般在(0.65～0.80)×10-4，同時(shí)由于所含膠凝材料更少，碾壓混凝土的徐變度一般低于常態(tài)混凝土，不利于溫控防裂，在冬季及寒潮等條件下易產(chǎn)生表面裂縫。此外，碾壓混凝土普遍采用薄層鋪筑、薄層碾壓、連續(xù)上升[13]的施工方式，入倉(cāng)過程冷量損失大。國(guó)內(nèi)外碾壓混凝土壩因溫度應(yīng)力導(dǎo)致的開裂現(xiàn)象普遍存在，如加拿大的Revelstoke壩[14]雖然采取了通水冷卻、表面保溫等溫控措施，但在經(jīng)歷3個(gè)冬季，拆除保溫層后發(fā)現(xiàn)了不少表面裂縫；美國(guó)Dworkshak壩[15]受大壩表層混凝土水泥用量較多、冬季嚴(yán)寒氣候等因素影響，在上游壩面多個(gè)壩段中部出現(xiàn)了表面溫度裂縫，并在滿庫(kù)水壓力下進(jìn)一步發(fā)展為劈頭裂縫；觀音巖碾壓混凝土重力壩[14]在蓄水后受結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、多次氣溫驟降、部分區(qū)域最高溫度超標(biāo)等因素綜合作用，左岸11#、14#、16#壩段上游面出現(xiàn)豎直的劈頭縫，其中14#壩段裂縫貫通至大壩下游面，事后采取水下修補(bǔ)。

通過采用預(yù)冷骨料、倉(cāng)面控制、冷卻通水、表面保溫等溫控措施，碾壓混凝土壩的開裂情況得到了明顯改善，但并未得到完全控制。傳統(tǒng)的碾壓混凝土壩普遍采用中熱水泥混凝土，低熱水泥在三峽、溪洛渡、向家壩、烏東德、白鶴灘等常規(guī)澆筑水電工程[16]的成功應(yīng)用表明，低熱水泥混凝土具有絕熱溫升低、早期發(fā)熱慢、發(fā)熱周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。針對(duì)低熱水泥碾壓混凝土壩溫控特性的通水策略研究工作，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和工程案例還未見報(bào)道。如何針對(duì)低熱水泥材料特性與碾壓混凝土壩施工過程，以溫控達(dá)標(biāo)、經(jīng)濟(jì)合理和工藝簡(jiǎn)化為原則，制定最優(yōu)分區(qū)通水策略，并依托清華大學(xué)研制的智能通水2.0系統(tǒng)[9-10，17]，實(shí)現(xiàn)低熱水泥碾壓混凝土壩的適應(yīng)性通水具有重要意義。

本文結(jié)合烏東德低熱碾壓混凝土二道壩的施工溫控實(shí)踐，首先分析工程溫控防裂難點(diǎn)和挑戰(zhàn)；其次利用烏東德拱壩的智能溫控相關(guān)數(shù)據(jù)，基于低熱水泥碾壓混凝土的熱力學(xué)特性，建立烏東德二道壩三維數(shù)值分析模型，分析全壩不同分區(qū)溫度換熱規(guī)律，并研究二道壩低熱水泥碾壓混凝土的適應(yīng)性智能通水冷卻判斷準(zhǔn)則、方法和適應(yīng)性通水策略；最后分析在烏東德二道壩的應(yīng)用情況。

2 工程溫控防裂難點(diǎn)與挑戰(zhàn)

2.1 烏東德二道壩簡(jiǎn)介烏東德二道壩位于金沙江下游干熱河谷，處于大壩泄洪中心線下游約355 m，是樞紐主要泄洪消能建筑物之一，也是我國(guó)首座全面采用低熱水泥碾壓混凝土澆筑的百米級(jí)碾壓混凝土重力壩。壩頂高程EL825.5 m，建基面高程EL730.0 m，壩高95.5 m，分為7個(gè)壩段，碾壓及常態(tài)混凝土方量共約46.6萬(wàn)m3。以低熱水泥碾壓混凝土為主要筑壩材料(圖1(a))，主要配合比：(1)三級(jí)配C9015碾壓混凝土RⅠ，用于壩體內(nèi)部，約36.2萬(wàn)m3；(2)二級(jí)配C9025碾壓混凝土RⅡ，用于壩體靠近下游面2.0 m范圍內(nèi)，約2.2萬(wàn)m3；(3)三級(jí)配C9025碾壓混凝土RbⅡ，用于壩體靠近上游面1.2 m范圍內(nèi)，約1.5萬(wàn)m3。

烏東德二道壩于2018年4月11日開始澆筑，2019年6月18日全線封頂，EL819 m高程以上作為整塊澆筑，EL819 m高程以下分為左、右兩塊澆筑，其中左塊為①—③壩段，右塊為④—⑦壩段，分為 21層施工。二道壩分區(qū)為脫離基礎(chǔ)約束區(qū)、基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)、基礎(chǔ)弱約束區(qū)(圖1(b))，分區(qū)溫控標(biāo)準(zhǔn)見表1。

圖1 烏東德二道壩結(jié)構(gòu)分區(qū)圖(單位：m)

表1 烏東德二道壩碾壓混凝土溫控標(biāo)準(zhǔn)

2.2 工程溫控防裂挑戰(zhàn)

(1)干熱河谷氣候條件惡劣，溫控難度大。烏東德二道壩壩址處氣候環(huán)境特征為高溫、干燥、大風(fēng)頻發(fā)，多年平均氣溫20.9 ℃，最高月平均氣溫26.9 ℃(7月)，最低月平均氣溫12.3 ℃(1月)，極端最高氣溫42.7 ℃，極端最低氣溫-0.4 ℃。多年平均降水量為825 mm，主要分布在6—10月，降水量占全年降水量的81%，多年平均水面蒸發(fā)量2593 mm，庫(kù)區(qū)陸面蒸發(fā)量698 mm，全年濕度小于40%的天數(shù)約為135 d，最小相對(duì)濕度接近0。兩岸高山聳立，狹管效應(yīng)顯著，造成壩址區(qū)域大風(fēng)頻發(fā)，7級(jí)以上超過100 d，多年最大平均風(fēng)速為18.0 m/s，歷年最大風(fēng)速為26.0 m/s，氣候條件惡劣，全過程溫控難度大。

(2)低熱水泥碾壓混凝土的通水冷卻策略缺乏，尚無(wú)成熟經(jīng)驗(yàn)借鑒。烏東德二道壩為首次全壩應(yīng)用低熱水泥碾壓混凝土，其材料成分、水化溫升規(guī)律、抗裂性能發(fā)展特性等特征與中熱水泥碾壓混凝土差異明顯(表2)。烏東德二道壩所用低熱水泥C3S含量低，以C2S為主，水泥水化速率較慢，鈣硅比低，生成的Ca(OH)2含量較低，粉煤灰后期參與水化，消耗了水化體系中的Ca(OH)2。熱力學(xué)特性方面，所用C15、C25低熱水泥碾壓混凝土最大絕熱溫升分別為11.8 ℃、16.7 ℃，相比中熱水泥碾壓混凝土絕熱溫升偏低約2～5 ℃，同時(shí)極限拉伸值略低約為7.2×10-5。雖然低熱水泥碾壓混凝土的綜合抗裂性能優(yōu)于中熱水泥碾壓混凝土，但也面臨后期發(fā)熱量更大、極限拉伸值降低等新挑戰(zhàn)，如何制定低熱水泥碾壓混凝土材料特性的適應(yīng)性通水冷卻策略，是大壩安全、優(yōu)質(zhì)、高效綠色建造的關(guān)鍵。

表2 烏東德二道壩低熱水泥主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比

(3)施工方式帶來的散熱及約束條件改變，不利于溫控。碾壓混凝土采用大倉(cāng)面薄層澆筑連續(xù)上升的施工方式，有利于快速施工，但也帶來相鄰層間約束增大，施工過程倉(cāng)面熱量回灌增加，頂面散熱效果減弱等溫控不利因素。需從骨料預(yù)冷、運(yùn)輸及澆筑過程保溫、碾壓層厚、倉(cāng)面大小、碾壓方式、施工時(shí)機(jī)、表面養(yǎng)護(hù)、通水冷卻等多方面綜合控制，以制定最優(yōu)溫控施工方案。

(4)溫控精細(xì)化程度提高，傳統(tǒng)人工通水冷卻面臨諸多局限。不同于中熱水泥碾壓混凝土全壩均采用“三期九階段”通水方案，以初期削峰控制為主，低熱水泥碾壓混凝土依據(jù)不同季節(jié)、部位制定精細(xì)化分區(qū)通水方案，同時(shí)更加關(guān)注中后期溫度回升控制。烏東德二道壩碾壓混凝土方量多、壩體上升迅速、施工環(huán)境復(fù)雜、通水冷卻要求精細(xì)，傳統(tǒng)人工通水冷卻方案難以實(shí)現(xiàn)混凝土在線溫控，易導(dǎo)致測(cè)控工作量大、調(diào)控滯后，作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)高、數(shù)據(jù)質(zhì)量差等新挑戰(zhàn)問題。通過采用清華大學(xué)研制的智能通水2.0系統(tǒng)開展全壩智能溫控，可有效保障溫控?cái)?shù)據(jù)采集的及時(shí)性與可靠性，實(shí)現(xiàn)全壩溫度、流量狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和適應(yīng)性精準(zhǔn)控溫，達(dá)到節(jié)能、節(jié)水、減人綠色施工目標(biāo)。

3 低熱水泥碾壓混凝土的適應(yīng)性智能通水策略

3.1 適應(yīng)性通水換熱計(jì)算方法針對(duì)烏東德低熱水泥碾壓混凝土的溫控防裂難度和挑戰(zhàn)，首先通過理論分析低熱水泥碾壓混凝土在施工期的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算方法，并提出相應(yīng)的適應(yīng)性通水策略和準(zhǔn)則。大壩施工期混凝土溫度場(chǎng)計(jì)算參照文獻(xiàn)[18]所述等效負(fù)熱源法，在平均意義上考慮冷卻水管的作用。水管冷卻等效熱傳導(dǎo)方程為：

(1)

式中：T為混凝土溫度；τ為混凝土齡期；x，y，z為空間坐標(biāo)；a為混凝土導(dǎo)溫系數(shù)；T0為混凝土初始溫度；Tw為冷卻水管進(jìn)口水溫；θ0為混凝土最終絕熱溫升值；φ和ψ分別為無(wú)熱源水管冷卻與絕熱溫升相關(guān)的函數(shù)。

式(1)右邊3項(xiàng)分別代表通過柱體邊界熱流而產(chǎn)生的溫度變化，在外表絕熱條件下，由水管冷卻和混凝土絕熱溫升而產(chǎn)生的平均溫度變化。采用有限單元法隱式解法計(jì)算混凝土不穩(wěn)定溫度場(chǎng)，結(jié)合實(shí)際工況下的初始條件和邊界條件，可以求出混凝土各齡期的瞬態(tài)溫度場(chǎng)。

設(shè)n時(shí)段內(nèi)單元應(yīng)變?cè)隽繛棣う舗，考慮混凝土徐變，則該應(yīng)變?cè)隽靠杀硎救缦拢?/p>

(2)

(3)

(4)

(5)

3.2 分區(qū)適應(yīng)通水策略基于烏東德、白鶴灘工程智能通水實(shí)踐研究[10，19]，烏東德二道壩提出“小梯度，慢冷卻，精準(zhǔn)控制，分區(qū)通水”的適應(yīng)性通水策略。小梯度即嚴(yán)格控制三向溫度梯度，倉(cāng)內(nèi)溫差按2 ℃控制，豎向漸變梯度控制、橫向同高程同冷的控溫策略；慢冷卻即采用連續(xù)降溫目標(biāo)曲線，嚴(yán)格控制降溫速率；精準(zhǔn)控制通過智能通水2.0系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最高溫度、溫度過程的精準(zhǔn)控制，確保符合溫控要求(表3)；分區(qū)通水即綜合考慮壩體約束分區(qū)、季節(jié)、澆筑參數(shù)、灌漿需求等特征參數(shù)，將壩體劃分為多個(gè)通水冷卻區(qū)，實(shí)行個(gè)性化通水冷卻方案，如低溫季節(jié)澆筑的部分區(qū)域可取消通水。

表3 烏東德二道壩智能溫控指標(biāo)體系

表3中：εP為混凝土極限拉伸值；Ec為混凝土彈性模量；KF為安全系數(shù)，烏東德二道壩按1.8控制[20]。

4 適應(yīng)性通水的仿真分析

4.1 數(shù)值仿真模型根據(jù)烏東德二道壩材料分區(qū)、實(shí)際施工順序及適應(yīng)性通水策略要求，開展仿真分析進(jìn)一步論證分區(qū)個(gè)性化通水的可行性。首先建立三維仿真分析模型(圖2)。模型范圍順河向?yàn)?09 m，3.9倍底寬；橫河向?yàn)?63 m，2.8倍壩軸線長(zhǎng)度；高程方向?yàn)?65 m，2.9倍壩高。模型六面體單元37.8萬(wàn)，其中壩體單元27.1萬(wàn)?？紤]到碾壓混凝土一次澆筑方量巨大，且多層連續(xù)碾壓施工歷時(shí)較長(zhǎng)。為了不影響計(jì)算精度，根據(jù)其鋪筑施工歷時(shí)細(xì)分層，分別對(duì)各細(xì)分層的澆筑時(shí)間進(jìn)行賦值。

圖2 二道壩溫度場(chǎng)有限元仿真模型

采用3.1節(jié)所述計(jì)算方法，對(duì)烏東德二道壩碾壓混凝土瞬態(tài)溫度場(chǎng)進(jìn)行仿真模擬，參考混凝土配合比、各澆筑倉(cāng)實(shí)際施工信息和氣溫?cái)?shù)據(jù)，對(duì)照混凝土溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)烏東德二道壩碾壓混凝土重要熱學(xué)參數(shù)進(jìn)行反演，結(jié)果如表4所示。

表4 反演碾壓混凝土熱學(xué)參數(shù)

4.2 換熱規(guī)律分析烏東德二道壩前期(EL735～772 m)通水冷卻成果表明，低熱水泥碾壓混凝土發(fā)熱較慢，最高溫度較低，已澆筑各倉(cāng)最高溫度均符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，且平均低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)3 ℃，溫度控制仍存在優(yōu)化空間。為研究烏東德二道壩低溫季節(jié)取消冷卻通水的適用條件，以EL772～825.5 m高程區(qū)域澆筑倉(cāng)為研究對(duì)象，假設(shè)該區(qū)域澆筑倉(cāng)均不進(jìn)行冷卻通水，設(shè)計(jì)了考慮不同氣溫、澆筑溫度、間歇期、澆筑倉(cāng)厚、澆筑強(qiáng)度等因素的11種敏感性分析工況(表5)。

表5 敏感性分析工況

工況1為烏東德二道壩低溫季節(jié)澆筑的基準(zhǔn)工況，其典型截面混凝土最高溫度見圖3，結(jié)果表明，低溫季節(jié)不進(jìn)行冷卻通水時(shí)：(1)與基巖接觸的①和⑦壩段混凝土最高溫度普遍高于接觸灌漿目標(biāo)溫度23 ℃；(2)未與基巖接觸的②—⑥壩段EL772～807.0 m高程區(qū)域混凝土最高溫度低于28 ℃；EL807.0 m高程以上由于大壩頂面附近采用抗沖磨C9040和常態(tài)C9025混凝土，上下游表面附近采用變態(tài)碾壓C9025混凝土，使得相應(yīng)區(qū)域混凝土最高溫度可達(dá)31 ℃。

圖3 全部取消冷卻通水條件下典型截面最高溫度云圖(工況1，單位：℃)

通過工況1—11的敏感性分析，研究各施工、環(huán)境因素對(duì)混凝土最高溫度的影響效應(yīng)，有助于溫控策略優(yōu)化。在以上因素作用下，烏東德二道壩EL772～825.5 m高程區(qū)域最高溫度隨高程變化規(guī)律如圖4、表6所示。通過適度降低澆筑溫度、調(diào)整澆筑倉(cāng)厚度、增大澆筑強(qiáng)度、延長(zhǎng)間歇期、低溫季節(jié)施工等措施，混凝土最高溫度可控制在29 ℃以下，具備區(qū)域性取消通水冷卻條件。

表6 低熱水泥碾壓混凝土最高溫度影響規(guī)律

圖4 多種施工因素下低熱水泥碾壓混凝土壩最高溫度特征(單位：℃)

4.3 開裂風(fēng)險(xiǎn)分析按照實(shí)際澆筑時(shí)間、層厚、入倉(cāng)溫度、環(huán)境溫度等參數(shù)進(jìn)行烏東德二道壩澆筑過程仿真分析，并采用弱化薄層單元考慮橫縫作用，若按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)全壩進(jìn)行通水冷卻，全過程壩體最大主應(yīng)力分布如圖5(a)所示。壩體最大主應(yīng)力特征為：(1)壩體內(nèi)部基本處于受壓狀態(tài)，僅在EL810 m以上高程存在局部受拉區(qū)域，最大拉應(yīng)力低于0.96 MPa；(2)受體型影響，壩體上下游面③、⑤壩段陡坡折角處存在應(yīng)力集中；(3)上下游壩面EL750 m以下強(qiáng)約束區(qū)除應(yīng)力集中部位外，最大拉應(yīng)力可達(dá)1.56 MPa，其余區(qū)域最大拉應(yīng)力低于0.96 MPa。

考慮適應(yīng)性通水方案，在低溫季節(jié)澆筑部位(②—⑥壩段的EL772.0～808.5 m區(qū)域)取消通水，壩體最大主應(yīng)力分布如圖5(b)所示。應(yīng)力分布特征與全壩通水策略下相似，壩體內(nèi)部基本處于受壓狀態(tài)；EL750 m以下強(qiáng)約束區(qū)由于進(jìn)行了通水且與非通水區(qū)較遠(yuǎn)，與全壩通水策略下應(yīng)力分布基本一致；EL772～808 m區(qū)域由于取消通水冷卻，表面拉應(yīng)力平均增大0.16 MPa，但仍低于1 MPa，無(wú)開裂風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 不同通水策略下壩體最大主應(yīng)力云圖

取EL765～825 m上游壩面④壩段中心特征節(jié)點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)兩種通水策略下節(jié)點(diǎn)處最大主應(yīng)力過程曲線如圖6所示。各測(cè)點(diǎn)最大拉應(yīng)力在EL765 m處節(jié)點(diǎn)取得為0.65 MPa，對(duì)比K=1.8的安全系數(shù)線，具備較大安全裕度?？紤]到后期水荷載和自重疊加在混凝土壩內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，則開裂風(fēng)險(xiǎn)會(huì)更小。

圖6 EL765～825 m高程上游壩面最大主應(yīng)力過程曲線

根據(jù)仿真結(jié)果，EL772.0～808.5 m區(qū)域取消冷卻通水條件下最高溫度低于29 ℃，10—12月分批開展中期冷卻時(shí)低于28 ℃；與基巖接觸的區(qū)域，取消冷卻通水條件下后期溫度下降緩慢，均難以按時(shí)降至接觸灌漿溫度，故該區(qū)域不可取消通水冷卻；EL772.0～808.5 m區(qū)域取消冷卻通水條件下，壩體最大拉應(yīng)力為0.64 MPa，拉應(yīng)力時(shí)間曲線均在容許應(yīng)力范圍內(nèi)，滿足取消冷卻通水的條件。

5 適應(yīng)性通水實(shí)踐

5.1 分區(qū)通水方案基于溫度及應(yīng)力場(chǎng)仿真成果，結(jié)合施工進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)性考慮，對(duì)烏東德二道壩采用了分區(qū)適應(yīng)性通水策略(圖7(a))：(1)有接觸灌漿的①、⑦壩段全部區(qū)域及②、⑥壩段下部區(qū)域進(jìn)行前期-中期-后期通水；(2)③—⑤壩段EL772 m高程以下處于基礎(chǔ)約束區(qū)，進(jìn)行前期-中期通水；(3)②—⑥壩段EL772-808.5 m高程區(qū)域處于非約束區(qū)，且為低溫季節(jié)澆筑，取消冷卻通水；(4)②—⑥壩段EL808.5 m以上區(qū)域，混凝土絕熱溫升較高，且非低溫季節(jié)澆筑，進(jìn)行前期-中期通水。

5.2 現(xiàn)場(chǎng)智能通水系統(tǒng)烏東德二道壩共埋設(shè)冷卻水管775組，水工數(shù)字溫度計(jì)114支，選?、?、④、⑥號(hào)壩段中兩層水管的中間埋設(shè)溫度計(jì)，EL795 m以下，上、下游1/3點(diǎn)各1支、EL795 m以上1/2點(diǎn)埋設(shè)1支，高程方向間距3 m(圖7(b))。

圖7 二道壩智能通水布置

烏東德二道壩工程全面應(yīng)用智能通水2.0系統(tǒng)進(jìn)行溫控防裂，系統(tǒng)由一體流量溫度通水控制集成柜、數(shù)據(jù)采集反饋集成控制柜、多種數(shù)字化傳感器和多終端的智能溫控云平臺(tái)組成(圖7(c)(d))，實(shí)現(xiàn)對(duì)大體積混凝土閉環(huán)、時(shí)空梯度智能溫度控制?；谠贫舜髷?shù)據(jù)及實(shí)時(shí)在線協(xié)同仿真分析，制定適應(yīng)于不同混凝土材料、澆筑過程、部位、季節(jié)的適應(yīng)性溫控策略，由智能通水系統(tǒng)調(diào)控通水時(shí)機(jī)、流量，開度等，實(shí)現(xiàn)混凝土溫度精準(zhǔn)控制。溫控管理人員可通過微信、WEB、工控機(jī)等多端在線查看溫控狀態(tài)信息，必要時(shí)可進(jìn)行人工干預(yù)，確?；炷翜乜刭|(zhì)量。

5.3 監(jiān)測(cè)反饋評(píng)價(jià)基于智能通水系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，烏東德二道壩內(nèi)114支溫度計(jì)溫控過程曲線如圖8所示，最高溫度100%滿足設(shè)計(jì)要求，溫度過程曲線平滑連續(xù)。依據(jù)約束、通水冷卻條件，可分為基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)(25支)、基礎(chǔ)弱約束區(qū)(26支)、非約束區(qū)取消冷卻通水區(qū)域(57支)、非約束區(qū)未取消冷卻通水區(qū)域(6支)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)和弱約束區(qū)實(shí)際最高溫度28.7 ℃，都低于設(shè)計(jì)值29和31 ℃；非約束區(qū)取消冷卻通水區(qū)域(②—⑥EL772.0～808.5 m)，對(duì)應(yīng)澆筑時(shí)段為2018年10月10日至2019年3月15日，實(shí)際最高溫度28.5 ℃，平均為27.1 ℃，低于設(shè)計(jì)值32 ℃，且均滿足取消初期、中期通水的需求；非約束區(qū)未取消冷卻通水區(qū)域(②—⑥EL808.5～825.0 m)，實(shí)際最高溫度32.5 ℃，也低于設(shè)計(jì)值34 ℃。

圖8 不同部位溫控過程監(jiān)測(cè)分析

烏東德二道壩溫控實(shí)踐表明，低熱水泥碾壓混凝土具有發(fā)熱慢，溫度持續(xù)回升的特點(diǎn)。通過應(yīng)用智能通水2.0系統(tǒng)和適應(yīng)性通水策略，提高混凝土溫控質(zhì)量，簡(jiǎn)化施工工藝并降低通水冷卻成本。烏東德大壩及二道壩于2020年1月中旬開始蓄水以來，質(zhì)量檢查未發(fā)現(xiàn)裂縫，壩基上游滲壓水位過程線如圖9所示，蓄水后滲壓保持平穩(wěn)，二道壩安全穩(wěn)定運(yùn)行，為烏東德樞紐工程安全運(yùn)行提供了保障。

圖9 烏東德二道壩壩基上游滲壓水位變化曲線

6 結(jié)論

本文依托烏東德二道壩工程，針對(duì)低熱水泥碾壓混凝土水化溫升及抗裂特性，開展了低熱水泥碾壓混凝土壩適應(yīng)性智能通水冷卻策略研究，主要結(jié)論如下：(1)提出了“小梯度，慢冷卻，精準(zhǔn)控制，分區(qū)通水”的適應(yīng)性通水策略與精細(xì)化控制指標(biāo)，將壩體劃分為多個(gè)通水冷卻區(qū)域，對(duì)應(yīng)實(shí)行個(gè)性化通水冷卻方案。(2)揭示了烏東德二道壩低熱水泥碾壓混凝土換熱規(guī)律，低溫季節(jié)澆筑部位(②—⑥壩段的EL772.0～808.5 m區(qū)域)具備區(qū)域性取消通水冷卻條件，最高溫度(28.5 ℃)及最大拉應(yīng)力(0.65 MPa)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求?，F(xiàn)場(chǎng)通過適度降低澆筑溫度、減小澆筑倉(cāng)厚度、適當(dāng)延長(zhǎng)間歇等優(yōu)化措施，施工效果良好。(3)采用智能通水2.0系統(tǒng)和適應(yīng)性通水策略，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)表明壩體各區(qū)域最高溫度達(dá)標(biāo)率100%，烏東德大壩及二道壩蓄水2年多，質(zhì)量檢查未發(fā)現(xiàn)裂縫，蓄水后原型觀測(cè)滲壓保持平穩(wěn)，二道壩安全穩(wěn)定運(yùn)行，為烏東德樞紐工程安全運(yùn)行提供了保障。

實(shí)踐表明低熱水泥碾壓混凝土具有較好的通水適應(yīng)性，與智能通水相結(jié)合能夠較好滿足復(fù)雜環(huán)境下溫控防裂要求，具備廣泛應(yīng)用的潛力，并且已經(jīng)推廣應(yīng)用到非洲坦桑尼亞Julius Nyerere碾壓混凝土大壩智能溫控，也可供其它行業(yè)同類工程借鑒。