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极端气候下五道库水电站大体积混凝土温控防裂策略探究

一、引言

1.1研究背景与意义

大体积混凝土在现代水利水电工程中应用广泛，其具有结构厚实、混凝土量大、工程条件复杂、施工技术要求高等特点。在水电站建设中，大坝等关键部位多采用大体积混凝土结构，以承受巨大的水压和其他荷载，保障工程的安全稳定运行。然而，大体积混凝土在浇筑和硬化过程中，水泥水化会产生大量的热量，这些热量积聚在混凝土内部，导致内部温度急剧上升。当混凝土内部温度与表面温度差异过大时，就会产生温度应力。一旦温度应力超过混凝土的抗拉强度，混凝土就会出现裂缝。

裂缝的出现不仅会降低坝体的完整性、耐久性和抗渗性，还可能削弱大坝的结构强度，降低大坝的安全度，对水电站的长期稳定运行构成严重威胁。已有研究表明，温度应力是导致碾压混凝土坝坝体裂缝的主要荷载，相比其他荷载作用所引起的应力，温度应力的影响更为显著。因此，对大体积混凝土进行有效的温控防裂至关重要，它是确保水电站工程质量和安全的关键环节。

五道库水电站位于汤旺河流域，该区域属于中温带大陆性季风气候区。春季少雨干旱多风，夏季湿热多雨但较为短暂，秋季降温迅速且多早霜，冬季严寒干燥且漫长。工程所在地季节变化大，昼夜温差大，冰冻时间长，冬春季常有寒潮袭击，年均气温仅为0.9℃，坝体稳定温度低。而大量混凝土又在夏季浇筑，这使得基础温差进一步增大。同时，由于冬季气候条件恶劣，无法正常施工，存在基岩上薄层混凝土过冬的问题。

与温暖湿润地区的常规混凝土坝相比，五道库水电站所处的特殊气候条件给大体积混凝土的施工和温控带来了更大的挑战。在这种情况下，研究施工期温度应力与温度控制措施对于预防裂缝的产生、保证工程的安全具有极为重要的意义。通过深入研究，可以探索出适合该特殊气象条件下大坝混凝土的温控标准及温控防裂措施，制定出科学、完整、可操作性强的温控方案，为大坝的施工与设计提供有力的指导，确保大坝具有较高的抗裂安全性，保障五道库水电站的顺利建设和长期稳定运行。

1.2国内外研究现状

在大体积混凝土温控防裂技术的研究与应用方面，国内外学者和工程技术人员都开展了大量工作，取得了一系列成果。

国外对大体积混凝土温控防裂的研究起步较早，在理论和实践方面都有深厚的积累。早期主要集中在对混凝土温度场和应力场的基本理论研究上，随着计算机技术的飞速发展，数值模拟方法在大体积混凝土温控防裂分析中得到广泛应用。有限元法成为模拟混凝土温度场和应力场的重要手段，通过建立详细的三维模型，考虑混凝土结构、环境条件以及材料参数等因素，能够较为准确地预测混凝土在施工和运行过程中的温度变化和应力分布。

在温控措施方面，国外研发了多种先进技术。例如，采用高性能混凝土，通过优化配合比，使用优质骨料、掺合料和外加剂，有效降低混凝土的水化热，提高其抗裂性能。智能温控系统也逐渐应用于工程实践，利用传感器实时监测混凝土内部温度，通过自动调节冷却系统、保温措施等，实现对混凝土温度的精准控制。在一些大型水利工程中，通过在混凝土内部埋设冷却水管，通入低温冷却水，带走混凝土水化产生的热量，有效降低了混凝土内部温度峰值，减小了温度应力。

国内在大体积混凝土温控防裂领域的研究虽然起步相对较晚，但发展迅速。通过大量的工程实践和理论研究，形成了较为完善的理论体系和技术措施。在理论研究方面，我国学者深入研究了混凝土的温度应力计算方法、裂缝产生机理以及温控防裂标准等关键问题。针对不同的工程条件和混凝土特性，提出了多种温度应力计算模型，考虑了混凝土的非线性特性、温度场和应力场的耦合效应以及徐变、收缩等因素对温度应力的影响。

在温控措施方面，国内也取得了丰富的经验。优化混凝土配合比是常用的手段之一，通过选择低水化热水泥、合理控制水泥用量、掺加粉煤灰和矿渣粉等掺合料，降低混凝土的水化热温升。在施工过程中，采用分层浇筑、分块浇筑等方法，减小混凝土内部的温度梯度；通过预埋冷却水管进行通水冷却，有效控制混凝土内部温度。加强混凝土的保温保湿养护措施，减少混凝土表面热量散失和水分蒸发，降低混凝土表面温度应力，防止裂缝产生。

然而，目前的研究仍存在一些不足之处。一方面，虽然数值模拟方法在大体积混凝土温控防裂分析中得到广泛应用，但模型的准确性和可靠性仍有待提高。混凝土材料的复杂性以及实际工程中各种不确定因素的影响，使得模拟结果与实际情况可能存在一定偏差。如何更准确地考虑混凝土的非线性特性、材料参数的变异性以及环境因素的影响，是进一步提高数值模拟精度的关键。

另一方面，针对特殊气候条件下的大体积混凝土温控防裂研究相对较少。像五道库水电站所处的中温带大陆性季风气候区，季节变化大、昼夜温差大、冰冻时间长，现有研究成果在这种特殊气象条件下的适用性需要进一步验证和完善。在低温环境下混凝土的性能变化规