第2章 厂房坝段混凝土三维跳仓浇筑施工过程实时仿真分析

2.1 坝后背管施工期性态研究的必要性

钢衬钢筋混凝土压力管道在国外（主要是在苏联）和国内都有成功应用的案例，并由我国西北勘测设计研究院担任水电站压力钢管设计规范的修订主编工作，在《水电站压力钢管设计规范》（DL/T 5141—2001）中增补了坝后背管的内容，随着三峡工程采用了这种结构型式，其可靠性逐步受到实践的检验。三峡的下游坝面浅槽式压力管道在结构形式上表现为钢衬与其外包钢筋混凝土联合受力，且允许外包混凝土在使用荷载下开裂；在布置型式上表现为管道浅埋于坝后，管道施工与坝体施工不同步，由此带来了管道与坝体之间的温度场与应力场相互影响的问题，同时也引起了新老混凝土的约束问题。对于这种管道在运行阶段的计算方法和设计理论，设计研究人员已经进行了大量的工作，但对坝后背管在施工期间的性态研究较少。事实上如果不进行厂房坝段钢衬钢筋混凝土压力管道施工过程的仿真分析是无法解决上述提出的问题的。我国东江、五强溪、李家峡水电站的建设经验表明它们的下游坝面的钢衬钢筋混凝土管外包混凝土在充水前均出现若干裂缝，说明裂缝并非完全是内水压力作用的结果，应该在施工期间找原因，也就是对管道施工全过程进行仿真模拟，并考虑三维跳仓浇筑，设置冷却水管，先后浇筑混凝土的徐变影响等，目的是防止施工期混凝土早期强度较低时因施工初期产生的温度应力造成管道开裂，并为管道运行期裂缝开展计算提供初始准稳定温度场。

施工期早期的裂缝典型实例如李家峡1号背管下镇墩顶面斜直段的浇筑。

1991年1月4日，正值气温较低的时期，1号背管斜直段外包混凝土开始浇筑，浇筑起始高程为2059m（即镇墩顶面），第一层混凝土浇至2062m，层高3m。鉴于设计图上明确规定春冬季节气温过低的时段不应浇筑背管外包混凝土，所以浇筑第一层后，没有继续上升。1996年3月，气温回升重新浇筑混凝土时，在浇筑分层面上共发现6条裂缝。其中四条裂缝在仓面和侧面均有出露，侧面贯穿该浇筑层，并呈现垂直分布。