高寒地区高拱坝混凝土温度控制技术研究

成果名称：高寒地区高拱坝混凝土温度控制技术研究

获奖情况：水力发电科学技术奖三等奖（2014年度）

任务来源：中国水电工程顾问集团公司

中国水电顾问集团西北勘测设计研究院有限公司

起止时间：2010年4月～2013年12月

完成单位：中国水电顾问集团西北勘测设计研究院有限公司；中国水利水电科学研究院；武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室

主要完成人：黄天润、雷丽萍、郭红彦、王天广、李蒲建、白兴平、胡平

主要研究内容：

（1）以拉西瓦、李家峡、龙羊峡水电站工程为依托，结合高寒地区气候特点、高拱坝混凝土温控标准和要求，全面系统地对高寒地区高拱坝混凝土原材料及混凝土配合比热力学性能等进行了全面系统的试验研究，对影响混凝土性能的主要因素进行了敏感性分析，尤其在提高混凝土抗裂强度、抗冻等级等耐久性指标方面，从原材料选择、配合比设计、天然骨料砂石系统加工工艺提出了相应的质量保证措施，提出了高寒地区高拱坝混凝土原材料选择及配合比设计原则。

（2）对黄河上游龙羊峡水库单库运行和（龙羊峡+李家峡+公伯峡）大型水库联合运行对下游河道水温的影响进行敏感性分析，分析了多年调节性水库和坝高大于100m 的日调节水库对下游河道的调节作用。结合高寒地区气候特点和拉西瓦、李家峡水库施工期、运行期监测资料，采用估算的方法和数值分析的方法，对高寒地区高拱坝运行期水库水温分布规律进行分析与反分析研究，并对拉西瓦大坝运行期准稳定温度场进行仿真分析研究。结合高寒地区气温特点，明确了水库水温计算中较难确定的水库水温常数如库底水温、库表水温、库表水温变幅等参数的取值原则，提出了高寒地区高拱坝封拱温度宜采用平均准稳定温度进行封拱的原则。

（3）采用三维有限元温控仿真计算程序，按照理论分析——数值仿真——经验判断的技术线路，结合拉西瓦拱坝的实际体形和材料参数，对拉西瓦典型坝段拱冠坝段、陡坡坝段、孔口坝段混凝土施工期温度应力进行了全过程仿真计算，对影响混凝土温度应力的主要温控措施均进行了敏感性分析，提出了符合高寒地区高拱坝工程实际的夏季温控防裂措施；对高寒地区高拱坝冬季混凝土施工早期受冻机理、施工方法、不同工况表面温度应力计算、表面保温标准选择等进行全面系统的研究，提出高寒风地区高拱坝混凝土冬季混凝土施工综合防裂措施。

（4）分析总结了我国MgO 微膨胀混凝土筑坝技术的应用现状、MgO 微膨胀混凝土的膨胀机理和温度应力补偿理论，并以李家峡水电站工程双曲拱坝为依托，全面系统地对李家峡拱坝基础外掺MgO 微膨胀混凝施工期温度补偿应力、拱坝基础或全坝外掺MgO 微膨胀混凝土对拱坝横开度和整体应力进行全过程仿真分析研究。提出了高寒地区高拱坝应用MgO 微膨胀混凝土关键技术及其施工工艺。

（5）结合现场混凝土温度控制措施以及施工期和运行期监测资料，对拉西瓦高拱坝施工期温度应力进行了全过程反演分析研究，对施工期典型坝段出现的裂缝成因进行了系统分析，揭示了混凝土浇筑间歇期过长、频繁的寒潮冲击，是造成大坝裂缝的客观原因，施工组织管理不善，造成混凝土最高温度超标，寒潮频发季节未对水平施工层面及时进行表面保护是造成大坝裂缝的主观原因。提出了严格进行混凝土温度控制，加强混凝土表面保温（尤其是寒潮频发季节），避免长间歇浇筑混凝土，是防止混凝土裂缝的最有效措施。对于高寒地区高拱坝上下游面宜采取全年保温的方式。

本科研成果对黄河上游、西藏怒江上游、澜沧江上游等高寒地区同类工程高拱坝混凝土温度控制设计提供了有力的技术储备，具有广泛的推广应用价值，对我国高拱坝混凝土温控防裂具有较高的现实意义。

代表性图片：

拉西瓦拱坝施工现场（2007年4月）

拉西瓦拱坝永久暴露面的表面保护（2007年1月）

  拉西瓦拱坝冬季施工仓面保护（2007年1月）