江垭全断面碾压混凝土大坝高131m，最大底宽107m，混凝土胶凝材料单位体积中水泥用量少，而掺合料占55%～60%，相对于水泥用量高的常态混凝土来说，水化热较低，对温度控制有利，但碾压混凝土中的水化热温升持续时间长，坝体内部温度下降非常缓慢，这是其温控有别于常态混凝土的重要特性，因此，在温度控制设计中应十分重视低温和气温骤降的表面保温以及基础温差的研究。坝区气象资料表明：多年平均气温16.7℃，5～9月份月平均气温为21.2～28.5℃，要使坝体温度应力不超过碾压混凝土的允许值，仍需对坝体温度进行控制。因此，根据坝区气象、水温、碾压混凝土性能和地基等资料，对大坝的稳定温度场、不稳定温度场及温度产生的应力进行分析，并提出温度控制的标准和措施。

（一）基本资料

1.气象

根据坝址区附近的慈利气象站（距坝址66km）1956～1993年实测气象资料统计，有关气象要素如下。

1）多年气温要素见表5-11。

表5-11　多年气温要素表　单位：℃

2）多年旬平均气温见表5-12。

表5-12　多年旬平均气温表　单位：℃

3）寒潮气温骤降幅度见表5-13。

表5-13　寒潮气温骤降幅度表　单位：℃

注　1.极端最低气温和气温骤降值系统计1989～1993年连续5年资料选取，近似地当作20%的频率。
2.寒潮形态基本上属U形。

4）多年月平均水温见表5-14。

表5-14　多年月平均水温表　单位：℃

5）江垭坝址多年平均地温见表5-15。

表5-15　江垭坝址多年平均地温表　单位：℃

2.混凝土性能

1）混凝土配合比见第八章表8-16。

2）混凝土设计龄期极限拉伸值见表5-16。

表5-16　混凝土设计龄期极限拉伸值表

3）混凝土弹模与龄期关系见表5-17。

表5-17　混凝土弹模与龄期关系表　单位：104MPa

4）混凝土允许拉应力见表5-18。

表5-18　混凝土允许拉应力表

5）水泥水化热见表5-19。

表5-19　中热硅酸盐525号水泥水化热

6）混凝土热学性能参数见表5-20。

表5-20　混凝土热学性能参数表

（二）稳定温度场计算

坝体稳定温度是确定运行期温度荷载和施工期控制基础混凝土温差、防止贯穿裂缝的重要依据。稳定温度场应满足拉普拉斯方程和边界条件。本工程以5号溢流坝和4号挡水坝段作为典型计算剖面，按二维有限元计算。溢流坝底宽107m，故在基岩内取深100m、宽300m的范围，作为有限元计算域。

1.边界条件

1）水库水温。

（a）水库表面年平均水温为坝区年平均气温16.7℃加Δt（一般地区Δt取3℃），即16.7+3=19.7（℃）。

（b）库底年平均水温考虑坝基有承压热水影响，取8.5℃。

2）露出水面的坝面温度。因受日照影响，按坝区年平均气温16.7℃加2.5℃计算，即19.2℃。

3）下游尾水温度取多年平均水温16.5℃。

4）基础温度。坝前基础表面按库底水温8.5℃计算；坝下基岩表面按年平均水温16.5℃计算。

2.稳定温度场

按上述边界条件，用平面有限元法求得稳定温度场，溢流坝表孔剖面各高程平均稳定温度场见图5-5。

图5-5　各高程平均稳定温度场图

（三）温度控制标准

根据坝体运用条件、基岩特性和结构要求，参照国内、外有关规范规定和工程经验，结合该工程的具体条件，经计算分析拟定该工程混凝土温度控制标准如下。(www.daowen.com)

1.混凝土抗裂能力标准

混凝土抗裂能力以中心受拉极限拉伸值为控制标准，各种混凝土极限拉伸值控制标准，见表5-21。

表5-21　混凝土抗裂能力标准

2.基础允许温差

基础允许温差引起的基础约束应力，应小于混凝土的允许拉应力。根据该工程具体条件，经应力分析确定本工程的基础允许温差，见表5-22。

表5-22　坝体基础允许温差　单位：℃

3.上、下层温差

对于常态混凝土垫层的长间歇面，因其处于强约束区内，其上下层温差控制为15℃，非强约束区则控制为20℃。

对于碾压混凝土的长间歇面，当间歇面处于约束区（离坝底高小于0.4浇筑块长度）内时，其上下层温差控制为13℃，非约束区则控制为17℃。

4.内、外温差

在常态混凝土施工中，一般内外温差控制为20～25℃。碾压混凝土抗裂能力较低，施工期内、外温差控制为18℃。

碾压混凝土坝体达到稳定温度的时间较长，这样水库蓄水运行初期，坝体与库水间形成内外温差，因碾压混凝土龄期超过设计龄期，故控制水库蓄水运行初期坝体内外温差为23℃。

5.坝体最高温度

坝体混凝土最高温度的确定分为基础约束区和脱离约束区的上部两种情况。前者，应分别由满足基础温差和内、外温差要求来确定最高温度；后者，应满足上、下层温差和内、外温差要求来确定最高温度。参照已建工程经验，并控制混凝土内外温差在20℃左右，按混凝土浇筑块均匀上升考虑，江垭坝体最高温度限制见表5-23。

表5-23　坝体最高温度限制表

6.表面保护标准

由于碾压混凝土的水化热过程较缓慢，浇筑后达到最高温度的时间较长，降温过程也将延续很长时间，坝体内部长时间处于高温状态，当遇寒潮气温骤降时，或冬季低温，容易形成较大的内外温差，引起表面裂缝。因此，碾压混凝土的表面保护是防止裂缝的重要措施之一。其保护标准如下：

1）气温骤降保护。当日平均气温在2～3d内连续下降6～8℃时，未满28d龄期的常态混凝土应进行表面保护；当日平均气温在2～3d内连续下降5～7℃时，未满90d龄期的碾压混凝土应进行表面保护。

2）低温季节保护。当浇筑温度大于12℃的碾压混凝土，其龄期为30～90d，在日平均气温小于8℃时，应进行表面保护；龄期大于90d，在日平均气温小于4℃时，坝体上游面及长间歇顶面应进行表面保护。

（四）不稳定温度场解算

解算坝块不稳定温度场的目的，在于根据边界条件、初始条件和设计控制性的施工进度，求出坝块最高温度与稳定温度之差，以及坝体施工长间歇的上、下层温差等，分别计算相应的温度应力，进而根据温差标准提出温控要求。

1.边界条件

（1）基础边界。施工期考虑承压热水水温影响。

（2）坝块顶面边界。外界温度取月平均气温，混凝土的热交换系数在通常风速条件下取β=41.87～83.74kJ/（m2·h·℃）计算。

（3）坝块上下游侧面边界。拆模前取β=25.12kJ/（m2·h·℃）计算，拆模后与坝块顶面相同。

（4）坝块顶面过水时。顶面、侧面的外部温度均取月平均水温，与水接触面取β=16747.2kJ/（m2·h·℃）。

2.初始条件

基岩初温按坝体开始浇筑和铺筑月份，选用当月不稳定地温场作为基础初温。混凝土浇筑温度，10～次年4月按多年月平均气温计。

3.控制性施工进度

汛期5～9月高温季节停浇，坝体缺口过水。第一年（1996年）汛前浇筑VCC垫层，坝体达到高程116m（实际达到高程115m，垫层厚1m）。第二年（1997年）汛前坝体达到高程178m（实际达到高程158m）。第三年（1998年）汛前坝体达到高程200m，同年底基本达到坝顶高程245m。

4.不稳定温度场解算

按边界条件、初始条件及施工进度仿真模拟解算。RCC铺筑一次升程3m，包括铺筑及必要的准备，间歇时间一般为8～10d，而VCC垫层则按1m薄层浇筑，间歇期为7d。

5.解算结果

基础强约束区的坝体最高温度高于允许最高温度，基础约束应力超过混凝土允许拉应力，需采取温控措施加以限制；而弱约束区因低温季节浇筑，故可满足坝体最高温度的要求。

（五）温度控制与防裂措施

1）控制混凝土施工质量，提高混凝土抗裂能力。混凝土施工配合比设计和施工应保证设计所必须的混凝土极限拉伸值和强度要求、施工匀质指标和强度保证率，并改进施工管理和施工工艺，改善混凝土性能，力争混凝土抗裂能力有所提高。

2）降低混凝土水化热温升。采用525号中热硅酸盐水泥，优化人工骨料级配，掺用优质粉煤灰（VCC掺胶凝材料的25%，RCC掺胶凝材料的55%～60%）及高效减水剂，以减少水泥用量，降低水化热温升。

3）控制混凝土浇筑温度。降低混凝土浇筑温度可从降低混凝土出机口温度和减少运输途中及仓面的温度回升两方面考虑。该工程配备两套制冷系统，制冷总容量为1.67×107kJ/h，采用风冷骨料加4℃水拌和，控制出机口温度不大于12℃。运输皮带机及负压溜槽均有橡胶带遮盖，加快入仓速度和仓面喷雾，防止热量倒灌，以减少预冷混凝土温度回升。

4）合理安排混凝土施工程序和施工进度。该项措施是防止发生基础贯穿裂缝、减少表面裂缝的主要措施之一。施工程序和施工进度安排应满足基础约束区混凝土在设计规定间歇时间内连续均匀上升，不得出现薄层长间歇，其余部位基本做到短间歇均匀上升。为了简化温控，该工程设计6月、7月、8月、9月高温季节停浇混凝土。实施中河床5号、6号、7号坝段5月中浇完厚1m的基础垫层混凝土，停浇度汛。由于混凝土初期生产不正常，无温控措施，浇筑进度缓漫，致使块体最高温度普遍超过允许值，在基岩约束作用和气温骤降、基坑淹水的冷击作用下，沿着块体的薄弱部位发生了裂缝（详见第八章第十节）。

5）加强表面保护，防止表面裂缝产生。碾压混凝土坝由于通仓浇筑，坝块长度大，上升速度较快，散热条件较差，同时早期强度低，当坝体内外温差过大时，常发生碾压混凝土表面裂缝，因此应重视在气温骤降期间和低温季节碾压混凝土表面（包括坝面、仓面及侧面）的保护，减少温差，防止裂缝。应根据设计表面保护标准，确定不同部位、不同条件的表面保温要求。尤其应重视基础约束区、上游坝面及其他重要结构部位的表面保护。在冬季应将所有孔口、廊道通风部位及时封闭。