氧化镁混凝土拱坝的宏观变形

资料大小：1.3M
资料类型：.PDF
资料等级：
发布时间：2021-09-03

资料介绍

氧化镁混凝土拱坝的宏观变形
赵其兴1,2
(1. 贵州中水建设管理股份有限公司,贵州贵阳摇550002; 2. 中国水利水电科学研究院,北京摇100038)
摘要:在整理三江拱坝等氧化镁混凝土拱坝工程长达十年之原型监测资料的基础上,结合拱坝在库
水、空气、地基等边界条件下的实测温度,讨论拱坝的温度场及温度作用。同时,三江拱坝的正倒垂观
测资料表明,全坝混凝土外掺氧化镁后使拱坝产生了类似于温升作用的变形效果,在宏观变形上进一
步验证氧化镁混凝土的膨胀效应,并从拱坝宏观变形的角度讨论了混凝土外掺氧化镁后的工程意义。
关键词:氧化镁混凝土;拱坝;正倒垂观测;宏观变形;微膨胀
中图分类号:TV642. 4摇摇摇文献标志码:A摇摇摇文章编号:1006 7647(2015)06 0073 05
Macroscopic deformation of MgO concrete arch dams / / ZHAO Qixing1,2 (1. Guizhou Zhongshui Construction Project
Management Co. , Ltd. , Guiyang 550002, China; 2. China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing
100038, China) Abstract: Based on 10 years of prototype monitoring data of existing MgO concrete arch dams in China, such as the
Sanjiang Arch Dam, and in combination with measured temperatures under the boundary conditions in regard to reservoir
water, air, and foundation, the temperature field and temperature load of arch dams are discussed. Observed data from the
Sanjiang Arch Dam using the plumb line and inverted plumb line method indicate that the deformation of the arch dam
induced by adding MgO to concrete for dam construction is similar to that caused by temperature rise, verifying the
expansion effect of MgO concrete. From the viewpoint of the macroscopic deformation of the arch dam, the engineering
significance of MgO concrete is further discussed. Key words: MgO concrete; arch dam; monitoring with plumb line method and inverted plumb line method; macroscopic
deformation; micro鄄expansion
摇摇贵州省境内第一座全坝外掺氧化镁(MgO)混
凝土拱坝是建于2001 年的沙老河拱坝,该坝在两坝
端产生了多条竖直、径向分布的贯穿性裂缝[1] 。三
江拱坝在总结沙老河拱坝经验的基础上于2003 年
建成并获得成功,成为贵州省运用全坝外掺MgO 混
凝土拱坝技术的范例[2鄄5] ,其在两坝端设置诱导缝的
经验先后在落脚河、马槽河、老江底、鱼简河、黄花寨
等拱坝工程得到推广应用[6鄄7] 。
笔者结合三江拱坝长达十年的原型监测资
料[8] ,以分析正倒垂观测资料为主线,从拱坝宏观
变形角度讨论混凝土外掺MgO 后的工程意义。
1摇大坝温控设计
三江水库是贵阳市北郊水厂的主要水源,总库
容687 万m3,为年调节小(一)型水库。大坝为全坝
外掺MgO 混凝土双曲拱坝,坝高71郾5 m,坝顶弧长
137郾538 m,顶宽4m,底厚10郾482 m。
设计时采用中国水利水电科学研究院的Saptis
程序[9] 进行了多种温控措施方案下的仿真计算,对
比分析了无膨胀补偿、单纯膨胀补偿、补偿加少量缝
等温控方案。仿真计算表明三江拱坝由于坝体薄、
散热快,完工后第一个冬季即可回落至环境温度。
在无MgO 混凝土膨胀补偿作用时,拱坝基础约
束区出现大范围拉应力, 两坝端拉应力超过
3郾75 MPa,拱冠梁拉应力达到1郾86 MPa,大坝将开
裂。在考虑MgO 混凝土膨胀补偿作用后,坝高40m
以下部位应力满足抗裂要求,补偿作用效果明显,但
两坝肩有超过2郾0 MPa 的拉应力,仍需辅以其他温
控措施。在两坝肩1145 m 高程各设一条诱导缝后,
除基础面局部应力集中部位外,坝体拉应力明显改
善且大都在1郾5 MPa 以内,见图1。在此基础上,最
终选择了在两坝肩各设置一条诱导缝并全坝外掺
MgO 混凝土的温控措施方案。
MgO 混凝土具有延迟性微膨胀的特性,主要利
用该特性来补偿大坝混凝土浇筑后升温并回落到环
境温度所带来的收缩问题,依靠自然散热而不进行
人工通水冷却,必要时设置少量的诱导缝或横缝,这
是三江拱坝工程温控措施设计的基本理念。
·73·
水利水电科技进展,2015,35(6)摇Tel:025 83786335摇E鄄mail:jz@ hhu. edu. cn摇http: / / www. hehaiqikan. cn
图1摇中剖面各点第一主应力最大值等值线(单位:MPa)
(诱导缝+MgO 4郾5%)
2摇大坝原型监测
表2摇大坝温度监测成果
高程/ m 1/3 拱圈(左) 拱冠(中) 1/3 拱圈(右)
夏季/ 益冬季/ 益夏季/ 益冬季/ 益夏季/ 益冬季/ 益
1163 25郾0 ~25郾8 12郾7 ~14郾2 25郾0 ~25郾2 13郾4 ~14郾8
1159 23郾3 ~23郾8 12郾7 ~14郾7
1145 15郾1 ~18郾0 10郾1 ~10郾3 15郾0 ~20郾0 10郾1 ~11郾5 14郾9 ~19郾9 10郾0 ~11郾6
1132 13郾5 ~19郾5 10郾2 ~11郾6 12郾9 ~18郾6 9郾8 ~10郾9 12郾9 ~18郾4 10郾1 ~11郾0
1115 13郾4 ~14郾3 11郾8 ~11郾9 12郾5 ~17郾0 10郾1 ~10郾5 13郾0 ~15郾7 11郾3 ~11郾8
1100 14郾4 ~14郾5 13郾4 ~13郾7
摇摇注:淤表中数据包含了各监测断面上、中、下3 个点坝体混凝土温度;于夏季和冬季分别以2006 年8 月和2009 年3 月为代表。
摇摇三江拱坝原型监测项目有坝体变形(含挠度)、
混凝土自生体积变形、坝体温度、诱导缝开合度及坝
基渗压等,共在坝体内部埋设了各类仪器142 支
(套),其中应变计50 支、无应力计28 套、温度计39
支、裂缝计14 套、测缝计6 支、渗压计5 支。
正倒垂观测以拱冠梁为基本监测断面,分别在
约1/3 坝高、2/3 坝高和坝顶设置了变形监测点,能
够了解坝体1125郾60 m、1 148郾00 m、1 169郾50 m 等3
个高程的绝对位移状态,表1 摘录了部分冬季和夏
季时的监测数据。
表1摇大坝拱冠梁正倒垂位移监测成果
观测日期
位移/ mm
高程1125郾58m 高程1148郾00m 高程1169郾50m
上下游左右岸上下游左右岸上下游左右岸
水库
水位/ m
2003鄄11鄄12 0郾00 0郾00 0郾00 0郾00 0郾00 0郾00
2004鄄02鄄16 0郾96 -1郾71 -0郾33 2郾31 -1郾91 -0郾66
2004鄄07鄄08 -2郾86 -2郾20 -6郾30 0郾29 -4郾92 -2郾64
2005鄄02鄄24 -0郾68 -1郾14 -3郾05 1郾91 -3郾99 -0郾93
2005鄄06鄄17 -1郾53 -0郾77 -8郾45 1郾36 -6郾31 -1郾64 1134郾5
2006鄄03鄄18 5郾13 -1郾10 -2郾51 1郾74 -1郾27 -1郾25 1158郾4
2006鄄08鄄16 3郾46 -0郾88 -21郾13 0郾81 -13郾66 -2郾60 1163郾0
2007鄄03鄄14 6郾79 0郾25 -5郾60 2郾71 -2郾68 -0郾57 1159郾6
2008鄄02鄄19 8郾54 1郾10 0郾20 -0郾12 6郾97 3郾29 1156郾0
2009鄄03鄄28 5郾86 -0郾82 -9郾05 2郾55 -5郾32 -1郾45 1155郾0
2010鄄08鄄25 1郾71 -1郾00 -20郾41 1郾41 -15郾74 -2郾48 1155郾0
摇摇注:以下游、左岸位移为正,反之为负;基准日期为2003 年11 月
12 日。
坝体温度场监测断面包含拱冠梁及两侧1/3 拱
圈共3 个断面,能够了解到1100m、1115m、1132m、
1145 m、1159 m、1163 m 等高程坝体温度,表2 为冬
季和夏季代表性日期坝体温度的监测成果。
3摇关于三江拱坝变形的讨论
拱坝是一种大体积的空间壳体结构,多拱梁试
载法将之简化为水平拱圈和竖直梁体系,通过拱和
梁变位协调来求解结构内力,以下讨论基于该算法。
水库水位和环境温度周期性变化会导致水压力
及坝体温度周期性变化,这是使拱坝产生周期性变
形的原因。而坝体自重、泥沙压力、地基变形、混凝
土徐变及混凝土自生体积变形等则会导致拱坝非周
期性的变形,除此以外,地震等其他原因也会引起大
坝变形。
3. 1摇水压力作用下的拱坝变形
三江拱坝下游水位较低,可忽略其影响,上游库
水压力是引起拱坝变形的主要因素。上游水压力在
立面上呈三角形分布,平面上则为均匀分布,在其作
用下,拱圈和梁都向下游产生变形(图2)。