第五节 厂房坝段设计分缝措施下温度应力仿真分析
一、厂房坝段分缝措施及施工进度
类比工程经验可知，采取控制混凝土浇筑温度、水管冷却方案及结构分缝措施可解决厂房坝段的温控防裂问题。但是，如采用控制混凝土浇筑温度方案，在夏季必须具备混凝土骨料预冷系统，并且需加水管冷却及保温措施，由于厂房混凝土为钢筋混凝土结构，配筋量大，如采用水管冷却，对施工进度和钢筋混凝土施工质量会产生不利影响，因此，工程现场希望采用结构分缝加简单温控措施来满足温控防裂要求。
厂房坝段分缝一般采用在拉应力超标的高程范围内预留宽槽措施来实现，类似措施已应用于国内许多厂房坝段实际施工中，但宽槽措施有时也可能存在一些问题，首先是要求施工进度与预定的进度相差不大，再者是如在流道周边预留宽槽，宽槽一般为几十厘米宽、十余米高的窄条结构，无止水措施，易发生漏水现象，因此如需在流道周边分块浇筑，采取预留宽槽措施时，宽槽宽度要大并且需加止水措施，或采取直接分缝加止水措施。
考虑到峡江水电站水轮机安装等多种因素，采用图2-20所示分缝方案，即：将厂房坝段分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4块，先浇筑Ⅰ块、Ⅲ块、Ⅳ块，后浇筑Ⅱ块。由于Ⅱ块部位在实际施工中需进行水轮机安装的有关工作，此种浇筑方案对总体施工进度影响不大。据此，可将峡江水电站主厂房坝段施工混凝土分为3期，即，一期1：Ⅰ块、Ⅲ块、Ⅳ块混凝土浇筑；一期2：Ⅱ块混凝土浇筑；二期：进水闸和尾水闸混凝土浇筑。
图2-20 厂房坝段分块浇筑示意图
通过仿真计算与工程类比，Ⅱ块混凝土的浇筑时间只能在寒冷季节，否则，Ⅱ块混凝土的最大拉应力会超过混凝土抗拉强度，产生裂缝。
二、主厂房不同施工进度下的仿真分析
1.厂房坝段施工进度A（4月开始浇筑）的仿真分析
厂房坝段于4月1日开始浇筑Ⅰ块、Ⅲ块、Ⅳ块混凝土，第二年11月开始浇筑Ⅱ块混凝土，第四年6月完工。混凝土采用自然浇筑，在夏季温度控制在26℃以下（夏季白天停工），无水管冷却措施。
图2-21和图2-22为厂房坝段侧面与中面的温度包络图，图2-23～图2-26为厂房坝段侧面与中面的第一主应力与顺河向应力包络图。
图2-21 厂房坝段外侧面温度包络图（4月开浇）（单位：℃）
图2-22 厂房坝段中面温度包络图（4月开浇）（单位：℃）
图2-23 厂房坝段外侧面第一主应力包络图（4月开浇）（单位：MPa）
图2-24 厂房坝段外侧面顺河向应力包络图（4月开浇）（单位：MPa）
图2-25 厂房坝段中面第一主应力包络图（4月开浇）（单位：MPa）
图2-26 厂房坝段中面顺河向应力包络图（4月开浇）（单位：MPa）
从温度包络图可知：厂房坝段中面最高温度值与混凝土浇筑时间密切相关，高温季节浇筑的混凝土，由于浇筑温度高，其最高温度值大，在低温季节浇筑的混凝土，最高温度值小。同一季节浇筑的混凝土，距边界越近，散热条件越好，最高温度值越小；距边界越远，最高温度值越大。峡江厂房坝段缝面最高温度值超过50℃，中面最高温度超过45℃小于50℃。
从应力包络图可知：采用设计分块浇筑方案后，最大拉应力值明显下降，无论是厂房坝段中面还是厂房坝段侧面，除局部较小区域外，绝大部分区域的最大拉应力值不超过2.0MPa，未超过允许应力值，满足温控防裂要求。
2.厂房坝段施工进度B（5月开始浇筑）的仿真分析
厂房坝段于5月1日开始浇筑Ⅰ块、Ⅲ块、Ⅳ块混凝土，第二年11月开始浇筑Ⅱ块混凝土，第四年7月完工。混凝土采用自然浇筑，在夏季温度控制在26℃以下（夏季白天停工），无水管冷却措施。
图2-27和图2-28为厂房坝段侧面与中面的温度包络图，图2-29～图2-32为厂房坝段侧面与中面的第一主应力与顺河向应力包络图。
图2-27 厂房坝段外侧面温度包络图（5月开浇）（单位：℃）
图2-28 厂房坝段中面温度包络图（5月开浇）（单位：℃）
图2-29 厂房坝段外侧面第一主应力包络图（5月开浇）（单位：MPa）
图2-30 厂房坝段外侧面顺河向应力包络图（5月开浇）（单位：MPa）
图2-31 厂房坝段中面第一主应力包络图（5月开浇）（单位：MPa）
图2-32 厂房坝段中面顺河向应力包络图（5月开浇）（单位：MPa）
从温度包络图可知：厂房坝段中面最高温度值与混凝土浇筑时间密切相关，高温季节浇筑的混凝土，由于浇筑温度高，其最高温度值大，在低温季节浇筑的混凝土，最高温度值小。同一季节浇筑的混凝土，距边界越近，散热条件越好，最高温度值越小；距边界越远，最高温度值越大。峡江厂房坝段缝面最高温度值超过50℃，中面最高温度超过45℃小于50℃。
从应力包络图可知：采用设计分块浇筑方案后，最大拉应力值明显下降，无论是厂房坝段中面还是厂房坝段侧面，除中面局部较小区域外，绝大部分区域的最大拉应力值不超过2.0MPa，未超过允许应力值，满足温控防裂要求。
同样可做6—11月开始浇筑厂房坝段的仿真分析，并得到相应的温度包络图和应力包络图，此处略。
三、小结
峡江水电站厂房主厂房坝段采用设计分缝分块方案后，通过8种施工进度的温度应力仿真分析，可以看出：只要后浇筑块Ⅱ安排在低温季节浇筑，混凝土浇筑温度控制在26℃时，并且辅之以表面养护及表面保温措施，厂房坝段混凝土除中面局部小范围外，最大拉应力值不超过允许应力，满足温控防裂要求，说明设计分缝方案有效合理。