深溪沟水电站厂坝混凝土温控方案研究及应用.pdf
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1、第 4 l卷 第 1 8期 2 0 1 0年 9 月 人 民 长 江 Ya n g t z e Ri v e r Vo 1 41, No 1 8 S e p, 2 01 0 文章编号 : 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 0 ) 1 8 0 0 5 4 0 4 深溪沟水电站厂坝混凝土温控方案研究及应用 白 留 星 , 张 文 龙 , 郑 建 民 ( 国电大渡河深溪 沟水 电有 限公 司, 四川 I汉源 6 2 5 3 0 0 ) 摘要 : 根据深 溪沟水 电站工程的基本情况, 结合国 内外河床 式水 电站 混凝 土施 工温控计 术的最新成果和工程 实践经验 , 采 用 A N S
2、 Y S有限元软件 , 对厂坝混凝土温控方案进 行 了分析 计算。根 据计算 结果 , 综合 考虑温控 成本 , 采用的温控方案为 : 选用低热水泥 , 高温季 节( 气 温超 过 l 7 ) 控 制混凝 土浇筑温度 为 1 7 , 通 1 5 C冷 却水( 河水 ) 1 4 d , 冷却水管层 间距为 1 5 i n1 5 I n ; 对局部温控要求更为严格 的部位 , 冷却 水管层 间距为 1 0 I n1 0 m; 低 温季 节( 气温低 于 l 7 ) 按 自然温度入仓 , 通水冷却 , 参数 不变。 目前大坝混凝 土浇筑 已全部完 成 , 未出现温度裂缝。 关键词 : 大坝混凝土 ;
3、 温控 ; 有 限元 ;深溪沟水电站 中图法分类号: T V 4 3 文献标志码 : A 深溪沟 水 电站 是 大 渡河 干 流 2 2级梯 级 规 划 中 的 第 1 8级 电站 , 电站 为河床 式 , 左 岸为 3孔泄 洪 闸 , 厂房 建筑物位于河床右岸 , 分 4个机组坝段 , 右岸为接头坝 和 窑洞式安 装 间。大坝 宽 9 0 0 i n , 顺 水流 方 向依 次分 为上游 挡水 坝 、 主机 间 、 下 游 挡 水 坝 3个 坝 块 , 每个 坝 块宽度 相 当。建筑 物 系挖 除 覆 盖 层后 建 于 基岩 上 , 其 中 1 号 机建基 面为 基岩 面 , 2 4号机 为
4、 C 1 5碾 压 混凝 土 回填 基础 , 厂坝混 凝 土 ( 含 基 础 回填 ) 总浇 筑 方量 约 1 0 0 万 m 1 混凝土材料特性及温控标准 1 1 材料特性 ( 1 )材 料 分 区。深 溪 沟 厂 坝 主体 混 凝 土 主 要 以 C 2 0三级 配 和 C 2 5三 级配 混凝 土 为 主 , 其 中流 道 以下 为 C 2 0 W8三 级 配 、 尾 水 顶 板 和 机 窝 二 期 混 凝 土 为 C 2 5 W6二级 配或 三级配 , 闸墩 为 C 2 0 W6三 级配 , 材 料 分 区情况 如 图 1所示 。 ( 2 )绝热 温升 。绝热 温升是 计算 混凝 土温
5、度场 的 重要参数 , 可直接测定或问接计算 , 根据水泥的水化热 及 混凝 土的 比热 、 容 重 和水 泥 用 量按 下 式 计算 绝 热 温 升 : ( r ) : ( 1 ) c p 图 1 厂坝结构混凝土材料分区示意 式 中 , 0 ( )为绝 热温 升 , K; 为水 泥 用 量 , k g m ; c 为混 凝土 比热 , k J ( k g ) ; P为混凝 土密度 , k g m ; 收 稿 日期 : 2 0 1 00 73 0 作者简介 : 白留星, 男, 工程建设处副处长, 工程师 , 主要从事水利水电工程建设管理 工作 。E ma l l : b a i l i u x
6、 i n g s i n a ( 3 0 1 1 1 第 1 8期 白留星, 等: 深溪 沟水 电站厂坝 混凝土温控方案研 究及应用 5 5 F为 混 合 材 料 用量 , k g m ;Q( f )为 水 泥 水 化 热 , k J k g ; k为折减 系数 。 根据实测, 拟使用的不同水泥的水化热值( k J k g ) 见表 1 。根据所用混凝土配合 比计算 出的不 同类型混 凝 土绝 热温 升参数 见表 2 。 ( 3 )材 料参 数 。通 过试 验 , 得 到 大坝 主 要 混 凝 土 材料的基本参数见表 3 。 表 1 不 同品种水泥各龄期 的水化 热值 k J k g 表 2坝
7、体 不同类型混凝土绝热温升参数 编 号 最 大绝热温升发热指数 绝热温 升 d 表达式 表 3坝 体 材 料 基 本 参 数 1 2 温 控 标 准 按 混凝土重力坝设计规范 ( D L一 5 1 0 81 9 9 9 ) 的约束系数法 , 基础均匀温降条件下 的混凝土容许温 度应 力 由下式估 算 : J=k l E c r 0 ( 2 ) 式中, 为混凝土容许温度应力; 为混凝土极 限 拉伸的标准值 ; E 为混凝土弹性模量标准值 ; 如为结 构系数 , 取 1 5 ; r 0 为结构 重要 性系数 , 取 1 1 ; k 。 为离 差系数 , 取实测值的 2 3 。 由混凝 土容许 温度
8、应 力确 定 的容许 基础 均匀温 降 公 式为 : T ( 1一 ) ( K E R ) ( 3 ) 式 中 , 为 混凝土 结构安 全 系 数 , 取 1 5 ; K p 为 混凝 土 徐变松弛系数 , 取 0 5 ;T为均匀温降下混凝土容许 温差 ; E 为混凝 土 弹性 模 量标 准 值 ; R为 基 础 约束 系 数( 新老约束系数) , 一般取 0 5 1 ; 为混凝 土线膨胀 系数 ; 为混 凝土 泊松 比。 按上述公式 , 结合厂房坝段 的主要材料, 计算的混 凝 土容许 基础 温差 T =1 5 8 4 。故 , 对处 于强 约束 区 的混凝 土 , 容许 温 差取 1 6
9、; 对 于尾 水 顶 板 和 机 窝 混凝土 , 由于体形复杂 , 且受外界温度影响较大 , 其容 许温 差标 准仍按 l 6 控 制 。 2 温控方案研究 深溪 沟水 电站结 构 形 式 复 杂 , 结 构在 温度 与 自重 荷载作 用 下的应 力 分 布状 态 各 异 , 存 在 明显 的局 部 高 应力区域。根据深溪沟水电站工程的基本条件和设计 特点 , 结合国内外河床式水 电站混凝 土施工温控技术 的最新 成果 和工程 实践 经验 , 采用 A N S Y S有 限元 软件 对深溪沟厂坝混凝土温控方案进行 了分析计算 , 计算 选 用空 间六 面体八 节 点 等参 元 剖 分 网格 ,
10、 基 岩各 面和 坝 体纵 缝面按 绝 热边界 处理 ; 基 岩底 面加全 约束 , 基岩 垂直的 4个面加法向约束 , 坝体左右岸 、 上下游面为 自 由面 。计 算分 层厚 度 为基 础 强 约 束 区 1 5 m, 弱 约 束 区 2 0 m, 非 约束 区 3 0 m。 2 1 准温度场计算 根据前述相关参数 , 采用有 限元法计算各机组坝 段准 稳定 温度场 等值 线 , 其 中 1 月 、 7月份 的典 型准 稳 定温度场等值线见图 2和图 3 ; 再根据混凝土温控标 准和准 稳定 温度 场 , 计算 出混 凝 土 内部 各 点最 高 允 许 温度 , 将此作为温控方案中最高温度控
11、制标准。 图 2 机 组坝 段 1月份 气 温 准 稳 定温 度 场 等值 线 图 3 机组坝段 7月份气温准稳定温度场等值线 2 2温控方 案的确定 对温 控方 案 的具 体 确定 , 采 用 逐次渐 近法 , 即选用 不 同的入仓 温 度 , 从 无通 水冷 却到 有通水 冷却 , 再选 择 通水冷却间距从疏到密, 最终选择最经济合理 的温控 小 川 m 哪 3 屯 口 ; 眦 L 5 6 人 民 长 江 2 0 1 0亟 方案。通过有限元计算 , 在 1 3 , 1 5 C浇筑温度下 , 若不 通水冷却, 其最高温度均无法满足要求 , 如 图 4, 5所 示 。因此 , 必 须采用通 水
12、冷 却措 施 , 在 浇筑 温 度 为 1 5 , l 6 , 1 7 时, 通过调整冷却水管布置参数 , 都能使最高 温度满足温控标准要求, 如图 6 、 7所示。 2 8 3 0 3 2 3 4 3 6 3 8 4 0 4 2 温度 图 4 不通水冷却 , 不同浇筑温度混凝土最高温度包络线 圈 5不通水冷却 。 不 同浇筑温度二期混凝土最高温 度包络线 根据 上述 计算结 果 , 综 合考 虑温控 成本 , 深溪 沟工 程 大坝 主体混凝 土采 用 的温控方 案为 : 选用低 热水 泥 , 高温季节 ( 气温超过 1 7 ) 控 制混凝 土浇筑温度 为 l 7 , 通 1 5 冷却水 (
13、河水 ) 1 4 d , 冷却水管层间距 为 1 5 m x 1 5 m; 对局部 温控 要求更 为严格 的部 位 , 如机 窝二 期混 凝土冷 却水 管层 间距为 1 0 m1 0 m; 低 温 季节( 气温低于 1 7 C) 按 自然温度入仓 , 通水冷却参数 不变 。 图 6 通 水冷却 。 不同浇筑温度 混凝土最高温度包络线 叫5 E浇筑 1 5 iii x1 5 ifi 图 7通 水 冷 却 。 不 同浇 筑 温 度 二 期 混 凝 土最 高 温 度 包 络 线 3 温控实施情况及效果 深溪 沟 水 电 站 厂 坝 主 体 结 构 混 凝 土 共 计 约 7 6 万 m , 在混凝土
14、浇筑过程 中, 将确定 的温控方案作为 现场温控的依据 , 采用低热水泥, 若在高温时段浇筑 , 仓面需增设喷雾机 , 以降低混凝土浇筑温度 ; 对流道以 下基 础混凝 土及 闸墩 混凝 土 全 部采 用 低 热水 泥 ; 通过 控制混凝土出机 口温度、 减少运输过程温度损失等措 施 , 使浇筑温度严格控制在 1 7 以内; 在仓面采用柔 韧性能更好的P E管 , 以保证冷却水管的埋设质量 , 将 第 l 8期 白留星, 等 : 深溪沟水电站厂坝混凝 土温控方案研究及 应用 5 7 通 水冷却 时 间延长 至 2 1 d 。此 外 , 深 溪 沟水 电站 还 引 入 了光纤 测温技 术 , 可
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