天花板碾压混凝土双曲拱坝温控设计.pdf

第 3 7卷第 6期 2 0 1 1 年6月 水 力 发 电 M舢 舢 舢 皿． S 天 花 板 碾 压 混 凝 土 双曲 拱 坝 温 控 设 计 ．s ． 址． 址． 址． s 也 ． I L—止 ． 址． 址． 址． 址． 址— L ． 址 林健 勇，王毅鸣 ，李贺林 ，周飞平 ( 中国水 电顾 问集 团北京勘测设计研 究院 ，北京1 0 0 0 2 4 ) 址 ． ； 屯 摘 要 ：天花板拱坝坝体体形结构较复杂 、河道底部较宽 ，坝体受基础岩体和两侧 坝肩 约束作用较强 ，强 约束 区混 凝 土为高温季节浇筑 ，施工期温度应力非常突出。采用有限元 仿真程序 ，模拟坝体混凝土分层浇筑方式 、人仓温度 、 浇筑厚度等施工参数 ，考虑混凝土 自生体积变形及徐变等影响因素 ，对坝体温度场及应力进行仿 真计算 ，确定 了以 坝体内预埋冷却水管通 水冷却为重点 、其余措施为辅 的坝体温控原则 ，提 出了温控的重点部位及其对应的温控措施 ， 有 针对 性 地 指 导 了 施工 。 关键词 ：双 曲拱坝；碾压混凝土 ；温度控制 ；天花板水电站 Te mp e r a t u r e Co n t r o l De s i g n f o r t h e RCC Do u b l e - c ur v a t u r e Ar c h Da m o f Ti a nh u a b a n Hy d r o p o we r S t a t i o n L i n J i a n y o n g ， W a n g Yi mi n g ， L i He l i n ， Zh o u F e i p i n g ( Hy d r o C h i n a B e i j i n g E n g i n e e ri n g C o r p o r a t i o n ， B e i j i n g 1 0 0 0 2 4 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：B e c a u s e t h e s h a p e a n d s t r u c t u r e o f T i a n h u a b a n Ar c h Da m i 8 mo r e c o mp l e x ． t h e fi v e r b e d i S wi d e r ． t h e d a m b o d y wi l l b e a r s t r o n g e r r e s t r a i n t s i mp o s e d b y t h e f o u n d a t i o n r o c k ma s s e s a n d d a m a b u t me n t s a n d t h e c o n c r e t e i n s t r o n g - r e s t r a i n e d p a r t s wi l l b e p o u r e d i n h o t s e a s o n ， t h e t h e r ma l s t r e s s o f d a m d u rin g t h e p e ri o d o f c o n s t r u c t i o n i s v e r y s i g n i fi c a n t ． B y a d o p t in g f i n i t e e l e me n t p r o g r a m t o s i mul a t e t he c o nc r e t e c o n s t r uc t i o n pr oc e s s ，i nc l u di ng l a y e r e d p o uring ，pl a c i ng t e mp e r a t ur e ，l i ft t h i c k n e s s a n d o t h e r s ， a n d c o n s i d e rin g c o n c r e t e a u t o g e n o u s v o l u me d e f o rm a t i o n a n d c r e e p ，t h e s t r e s s a n d t e mp e r a t u r e d i s t ri b u t i o n i n d a m b o d y a r e c a l c u l a t e d ． T h e t e mp e r a t u r e c o n t r o l p r i n c i p l e o f p r e - e mb e d d e d wa t e r c o o l i n g p i p e i n d a m a n d t a k i n g wa t e r c o o l i n g a s k e y wa y a nd o t he r s a s s up pl e me n t s i s d e t e r mi n e d，a n d t h e ke y p o s i t i o n s o f t e mpe r a t u r e c o n t r ol a n d i t s c o r r e s p o n d i n g me a s u r e s a r e a l s o p r o p o s e d b a s e d o n t h e s i mu l a t i o n ． Ke y W o r d s ： d o u b l e - c u r v a t u r e a r c h d a m； RC C； t e mp e r a t u r e c o n t r o l ； T i a n h u a b a n Hy d r o p o w e r S t a t i o n 中图分 类号 ： T V 6 4 2 ． 4 2 ( 2 7 4 ) 文献标识码 ： A 文章编号 ： 0 5 5 9 — 9 3 4 2 ( 2 0 1 1 ) 0 6 — 0 0 4 7 — 0 3 1 工程概况 天 花 板 水 电 站 为 等 中 型 工 程 ，拦 河 坝 及 泄 洪 建 筑 物 等 主 要 建 筑 物 为 3级 建 筑 物 。 拦 河 坝 为 碾 压 混 凝 土 双 曲 拱 坝 ， 最 大 坝 高1 0 7 ． 0 m， 坝 轴 线 长 1 5 9 ． 8 7 m ．坝 体 混 凝 土 浇 筑 总 量 约 2 7 - 3万 I／ 1 ，其 中 碾 压 混 凝 土 约 2 0 ． 2万 r l l ， 强 度 等 级 为 Cl 8 o 2 o； 常 态 混 凝 土 约 7 ． 1万 m’ ，强 度 等 级 为 C 2 8 2 5；局 部 高 强 耐 磨 常态 混凝 土强 度等级 为 C 0。 拱 坝 坝 体 结 构 较 复 杂 ， 正 对 主 河 床 的 坝 体 中 部 相 间 布 置 有 3个 泄 洪 表 孑 L 和 2个 泄 洪 中 孔 ，溢 流 前 沿 总 宽 6 7 ． 5 m，表 孑 L 堰 顶 高 程 1 0 6 2 ． 5 I l l- ，孑 L口静 宽 1 0 m： 中 孔 进 口高 程 1 0 2 0 ． O 0 r n ．孔 口尺 寸 5 mx 6 ． 5 m ( 宽 X高 ) 。 此 外 ，为 保 证 电 站 进 水 口“ 门 前 清 ” ， 在 坝 身 还 设 置 了 冲 沙 孔 。 坝 体共 设 置 两 条诱 导 缝 ；在 9 7 9 ～ 1 0 2 7 m 高 程 之 问 ． 距 离 泄 洪 中 心 线 3 m 处 ，设 置 了 一 条 平 行 于 泄 洪 中 心 线 的 横 缝 。 大 坝 于 2 0 0 9年 4月 1 8 日 开 始 浇 筑 ，碾 压 混 凝 土 施 工 于 2 0 1 0年 6月 7 日完 成 ， 2 0 1 0年 1 2月 完 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 4 — 0 8 作者简介 ：林健勇( 1 9 6 6 一) ，女 ，吉林长春人 ，高级： ： 程师 ，从 事水利水电工程水工 专业设计工作． 水 力 发 电 2 0 1 1 年 6月 成 坝 体 施 工 ，电 站 于 2 0 1 1年 2月 2 7 日并 网发 电 。 2 水文气象资料 牛 栏 江 流域 属 暖 温 带 高 原 季 风 气 候 ，年 温 差 大 、 13温 差 小 ，干 湿 季 节 明 显 ，径 流 主 要 由 大 气 降 水 补 给 为 主 。鲁 甸 气 象 站 是 与 天 花 板 水 电 站 最 临 近 的 气 象 站 ，海 拔 约 1 9 4 5 m，鲁 甸 气 象 站 的 多 年 平 均 相 对 湿 度 为 7 6 ％ ， 最 小 相 对 湿 度 为 0 ； 多 年 平 均 气 温 l 2 ． 1℃ 。极 端 最 高 气 温 3 3 ． 0℃ ，极 端 最 低 气 温 一 1 1 ． 5 ℃ 。 天 花 板 水 电站 坝 址 区海 拔 约 1 0 0 0 m，坝 址 区 采 用 的气 象 资 料 由 鲁 甸 气 象 站 资 料 根 据 两 地 高 程 差 别 推 算 得 到 。 坝址 区各月 平 均 气温 及 水 温见 表 1 。坝 址 多 年 平 均 气 温 1 7 ． 2℃ ，月 平 均 气 温 以 7月 份 最 高 ，为 2 5 ． 1℃ ．以 1月 份 最 低 ，为 7 ． 8 。 表 1 坝 址 区各 月 平 均气 温 及 水 温 月份 水温／ ℃ 月份 水温 l 7 ． 8 l l 7 2 5． 1 21 ． 9 2 1 O 1 】 ． 9 8 2 4 ． 4 2 1 ．5 3 1 4 ． 5 1 4 ．9 9 21 ． 5 2 O ． 1 4 l 8 ． 7 l 7．5 l O l 7 ． 5 l 7．8 5 21 ． 5 2 o l 1 1 3 ． 1 1 4．7 6 2 3 - 3 2 0．9 1 2 9 ． 1 l 1 ． 8 3 混凝土和基岩的设计参数 混 凝 土原 材料 为 ：① 水 泥采用 昭通华 新水 泥股 份 有 限公 司 生 产 的“ 保 垒 牌 ”4 2 ． 5普 通 硅 酸 盐 水 泥 。 ② 粉煤 灰采 用 宣威发 电厂生 产 的 Ⅱ级粉 煤灰 。⑧ 砂 石 骨 料 选 用 人 工 骨 料 ，岩 性 为 白 云 岩 。④ 减 水 剂 选 用 江 苏 博 特 新 材 料 有 限 公 司 生 产 的 J M— I I 和 山 西 桑 穆斯 U NF 一 3 C缓凝 减 水剂 ，引气 剂选 用 江苏 博特 生 产 的 GYQ和 山西桑穆 斯 AE引气剂 。 碾 压 混 凝 土 力 学 参 数 见 表 2，材 料 的 热 学 参 数 见 表 3 。 基 岩 变 形 模 量 ： Ⅱ类 岩 体 1 1 ～ 1 2 G P a ； I I I 。 表 2 碾压混凝土参数 表 3材料 的热学参数 材 料 导 温 系 数 ， 荦 数 ， 比 热 ，l(J ． 线 胀 系 数 ／绝 热 1 0 。。 r n 2 ． h “ J_ _ ( k g ) 1 0 。 6 0 c 温升 ， ℃ 圃W a t e r P o w e r V o 1 ． 3 7 N o ． 6 类 岩 体 8 ～ 1 0 GP a；m 类 岩 体 5 ～ 8 GP a 。 4 坝体混凝土施工仿真计算 天 花 板 拱 坝 温 控 设 计 采 用 S A P I ’ I S、WKF I 刷 B 有 限 元 仿 真 计 算 软 件 ，考 虑 外 界 气 温 和 水 温 随 时 间 的 变 化 ．模 拟 坝 体 混 凝 土 分 层 浇 筑 方 式 、入 仓 温 度 、 浇 筑 厚 度 、 施 工 间 歇 等 施 工 参 数 ，考 虑 混 凝 土 水 化 热 、 弹 性 模 量 、 自生 体 积 变 形 及 徐 变 等 性 能 参 数 随 时 间 的变 化 ，对 坝 体 温 度 场 及 应 力 进 行 仿 真 计 算 。 4 ． 1施工 进度 坝 体 垫 层 施 工 于 2 0 0 9年 4月 1 8 日开 始 ，5月 7 日施工至 9 7 9 i n高程 后 因坝 基 固结 灌浆而暂 停浇筑 。 2 0 0 9年 6月 1日开始 继续 浇筑 并连 续上 升 至坝顶 高 程 。 其 中 ，碾 压 混 凝 土 施 工 于 2 0 1 0年 6月 7 日结 束 ，常 态 混 凝 土 于 2 0 1 0年 1 0月 施 工 至 坝 顶 高 程 。 4 ． 2 仿 真计算 成果及分 析 ( 1 ) 对 于 天 花 板 碾 压 混 凝 土 拱 坝 而 言 ， 由 于 坝 体体形 结构 复杂 ，河道 底部较 宽 ，河道相 对较狭 窄 ， 坝 体 受 基 础 岩 体 和 两 侧 坝 肩 约 束 作 用 较 强 ， 中 问 设 3个表 孔 和 2个 中 孔 ．施 工 期 温 度 应 力非 常 突 出 。 采 取 简 单 的 温 控 措 施 难 以 满 足 大 坝 混 凝 土 施 工 期 和 运 行 期 温 控 防 裂 要 求 。 ( 2 ) 从 仿 真 计 算 结 果 来 看 ，该 工 程 开 裂 风 险 较 大 的 区 域 主 要 位 于 基 础 约 束 区 ， 以 及 夏 季 浇 筑 的 大 坝 上 下 游 表 面 区 域 。 基 础 约 束 区表 面 应 力 主 要 是 内 外 温 差 、年 变 化 温 差 以 及 基 础 的 强 约 束 作 用 所 致 ； 而 上 下 游 表 面 应 力 则 主 要 是 内 外 温 差 和 年 变 化 温 差 所 致 ，施 工 期 防 裂 应 着 重 关 注 这 些 区 域 。 ( 3) 由 于 基 础 约 束 区在 高 温 季 节 浇 筑 ， 无 论 是 温 度 还 是 应 力 都 明 显 较 大 。 如 施 工 过 程 中不 采 取 任 何 措 施 ， 则 坝 体 应 力 水 平 较 高 ，超 过 混 凝 土 抗 拉 强 度 。故 在 结 构 布 置 方 面 ，除 在 坝 体 两 侧 靠 坝 肩 处 设 置 两 条诱 导缝 外 ，对 高温 季 节浇 筑 的 9 7 9 ～1 0 2 7 i n 高 程 局 部 应 设 置 横 缝 ；温 控 措 施 方 面 ， 除 一 期 冷 却 外 ，对 高 温 季 节 浇 筑 的 混 凝 土 还 应 采 用 制 冷 水 或 低 温河 水 进行 中期 冷 却及 二期 冷 却 ：应 尽可 能地 降低 浇 筑 温 度 ．进 行 流 水 养 护 及 冬 季 保 温 。 ( 4) 在 采 用 有 效 温 控 措 施 的 前 提 下 ，大 坝 基 础 区 内 、外 表 面 ，非 约 束 区 内 外 表 面 温 度 和 应 力 均 可 控 制 在 一 定 的 范 围 内 。 4 ． 3温控标 准 温 控 标 准 为 ：混 凝 土 内 外 温 差 应 小 于 2 0℃ ：上 下 层 容 许 温 差 应 不 大 于 1 5℃ ：基 础 允 许 温 差 标 准 见 表 4；容 许 最 高 温 度 见 表 5。 坝 体 碾 压 混 凝 土 除 l 2月 ～ 2月 考 虑 自然 浇 筑 外 ， 其 他 各 月 应 采 取 可 能 的 手 段 ，尽 可 能 地 降 低 浇 筑 温 第 3 7卷第 6期 林健勇 ， 等 ： 天花板碾压混凝土双曲拱坝温控设计 表 4碾 压 混 凝 土 基 础容 许 温差 o C 不 同月份最高温度 约束 区— — — — — — — — — — — — — _二 — — — — — — 一 3月 ～ 5月 6月 ～ 8月 9月 一 1 1月 1 2月～ 2月 注 ：①约束区碾压混凝土按小值控制 ，常态混凝土按大值控制 ； ②非约束区 1 0 5 0 m ( 含 1 0 5 0 m )高程以下最高温度按括号内小值 控制 、1 0 5 0m 高程 以上按括号内大 、小值插值控制 。 度 。 在 高 温 季 节 施 工 时 ，尽 可 能 将 浇 筑 温 度 控 制 在 2 4 ℃ 以 下 。 水冷 却 为主 。一期 、 中期 、二 期 冷却 通水 技 术 方案 宜 贯 彻 早 通 水 、调 整 水 温 、加 大 流 量 。二 期 降 温 要 慢 等 要 点 。 ( 6)9 7 9 - 1 0 0 0 i n高 程 范 围 为 高 温 季 节 浇 筑 的 强 约 束 区 混 凝 土 ， 此 范 围 内 混 凝 土 应 采 用 制 冷 水 进 行 冷 却 ， 尽 可 能 削 减 温 度 峰 值 ，温 度 峰 值 过 后 即 可 采 用 河 水 冷 却 ，人 冬 前 逐 步 冷 却 至 2 0℃ 以 下 。 ( 7 ) 除冬 季外 ，施 工期 均 应做 好 仓 面 喷雾 、流 水 或 洒 水 养 护 ， 降 低 环 境 温 度 ， 使 仓 面 始 终 保 持 湿 润 。 这 是 确 保 大 坝 安 全 入 冬 非 常 关 键 的 温 控 措 施 。 此外 ，采 用表 面保 温 等 措 施 ，作 为 冬季 的 辅助 温控 手 段 。 ( 8 ) 冬 季 浇 筑 坝 体 时 ，可 在 混 凝 土 中 加 早 强 剂 ； 混 凝 土 浇 筑 完 毕 以 后 ， 对 外 露 表 面 应 及 时 保 温 ，易 受 冻 的 棱 角 和 突 出 部 位 应 加 强 保 温 。 ( 9)入 冬 前 考 虑 用 渣 土 填 满 坝 前 基 坑 。 5 主要温控措施 6 结语 ( 1 )优 化 混凝 土施 工配 合 比 ，尽 可 能 地 降 低混 凝 土 中水泥用 量 ，以降低水 化热 温升 。 ( 2)避免 高 温 时段 施 工或 混 凝 土直 接 暴 晒 于 阳 光 下 ， 以 减 少 混 凝 土 温 度 回 升 。 宜 利 用 春 秋 冬 季 适 宜温度 安排 高强度 混凝 土浇 筑施工 。 ( 3 )应增 加 骨料 堆料 高 度( 不应 低 于 6 m) ，用 地 垄取 料 ，并 且应搭 设 凉棚 以降低 骨料 温度 。 ( 4 ) 控 制 混 凝 土 细 骨 料 的含 水 率 。 ( 5 )混 凝 土 降温 措施 以坝 体 内预埋 冷 却水 管通 天 花 板 拱 坝 坝 体 体 形 结 构 较 复 杂 ．河 道 底 部 较 宽 ，坝 体受 基 础岩 体 和 两侧 坝 肩 约束 作 用较 强 ，强 约束 区混 凝 土 为高 温 季 节浇 筑 ，施 工 期 温度 应 力非 常 突 出 。 结 合 施 工 现 场 可 行 的 温 控 手 段 ，确 定 了 以 坝体 内预埋 冷 却水 管 、通水 冷 却 为重 点 ，其 余 措施 为辅 的 坝体 温 控原 则 ，通过 仿 真分 析 计算 提 出了温 控 的重点 部 位及 其 对 应 的温 控 措施 ，有针 对 性地 指 导 了施 工 。 ( 责 任编辑焦 雪梅 ) 广 告 目 次 成都安特力建筑工程有限公司 ⋯ ⋯⋯ ⋯⋯ ⋯封二 国网电力科 学研 究院南京南瑞 集 团公 司 ⋯ ⋯前插 1 广 西地 凯 防雷工程 有 限公 司 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯前 插 2 施耐德 电气 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯前插 3 北京奥技 异 电气技 术研 究所 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯前 插 4 施 耐德 电气 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 前插 5 上海华 测导航 技术 有 限公 司 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯前 插 6 四川 中鼎 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 前 插 7 江苏博特 新材料 有 限公 司 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯前插 8 南京科 明 自动化设备 有 限公 司 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯前 插 9 北 京华科 同安监 控技 术有 限公 司 ⋯ ⋯前插 1 0 、1 l 深圳 市 国立智 能 电力 科技 有 限公 司 ⋯ ⋯ ⋯前插 l 2 北 京 时代 中基 科技发 展有 限公 司 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 前插 1 3 郑 州机械 研 究所 ⋯ ⋯ ⋯⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯⋯ ⋯前插 l 4 挪曼尔特 ( 上海)贸易有限公司 ⋯⋯ ⋯⋯ 前插 l 5 长沙华能 自控制集团湖南华 自 科技有限公 司 ⋯前插 1 6 杭 州 国 电大坝安全 工程 有 限公 司 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯后插 1 北 京 中水科 海利 工程 技术 有 限公 司 ⋯ ⋯后插 2 、3 福建晟 达新 型管 材有 限公 司 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯后插 4 北京木 联 能软 件技 术有 限公 司 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯后插 5 西安联 能 自动化 工程有 限 责任 公 司 ⋯ ⋯ ⋯后插 6 山西黄 腾化 工有 限公 司 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯． 后插 7 基康仪 器( 北京 )有 限公 司 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯．后插 8 布鲁 克 ( 成 都) 工程有 限公 司 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 封 三 西安联 能 自动化 工程有 限责任 公 司 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯封底 无锡俊达机 电制造有限公 司 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯内9 2 武汉 武大 巨成加 固实 业有 限公 司⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯内 9 3 中铁岩 锋成都 科技 有 限公 司 ⋯⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯内 9 4