高寒地区碾压混凝土坝上游面保温方案比选.pdf

第 4 7卷 第 1期 2 0 1 6 年 1 月 人 民 长 江 Ya n g t z e Ri v e r Vo 1 4 7， No 1 J a n ，2 0 1 6 文章编 号 ： 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 6 ) O 1 0 0 7 9 0 4 高寒地区碾压混凝土坝上游面保温方案比选 尚 层 ( 新疆 额尔齐斯河流域开发工程建设 管理局 ， 新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 0 0 ) 摘要 ： 高寒地 区混凝土 大坝 的裂缝 问题 一直是诸 多学者研 究的重点 。结合 某严寒地 区碾压 混凝土坝的实测温 度资料 ， 考虑在 目前坝体 温度相 对稳 定的前提下 ， 采 用三维有限元方法对该坝进行温度应力计算和分析 ， 以确 定相 关保 温措施 。计 算结果表明 ： 不修补 已剥落的上游坝 面保 温板对 大坝混凝 土会 产生 不利 影响 ， 建议粘贴 厚 5 c m及 以上 的保 温板 ， 采取该措施 后无论是混凝土 内部 最大应 力还是 内部 应力超标 深度 ， 均将符合规 范要 求 。 关键词 ： 碾 压 混 凝 土 ；严 寒 地 区 ；混 凝 土 保 温 ；保 湿板 中 图法 分 类号 ：T V 4 3 1 文献 标 志 码 ：A DOI ： 1 0 1 6 2 3 2 j c n k i 1 0 0 141 7 9 2 0 1 6 01 0 1 9 对于大体积混凝 土， 其温度应力 问题一直是学术 界研究的重点 ， 大体积混凝土 的内外温差较大 ， 是引起 屁凝土裂缝的根本原因 ， 尤其是在高寒地区， 温度的变 幅极大 ， 混凝土裂缝 的产生更加显著。前人在大体积 混凝 土 温 度 应 力 和 温 度 控 制 方 面 已有 较 为 深 入 的 研 究 。 ， 考虑到工程运行多年后 ， 坝体混凝土温度相对 稳定 ， 本文在前人研究的基础上 ， 探讨大坝上游面保温 措施有所损坏时水位变动区碾压混凝土的保温方案选 择问题 。 l 工 程概 况 某水库总库容为 2 4亿 m ， 碾压混凝土大坝最大 坝高 1 2 1 5 m， 水库 正常 蓄水 位 7 3 9 m， 死 水 位 6 8 0 m， 工程 以供水 为主 ， 兼顾发 电， 属 I等大 ( 一 ) 型工程。 主坝 由碾 压混凝 土 重 力 坝 、 溢 流 表 孑 L 、 泄 洪 中孔 、 放 水 底孔 、 发 电 引水 系统 、 电站 厂房 和副 坝组 成 ， 全长 1 5 7 0 m。电 站 厂 房 布 置 在 右 岸 ， 电 站 总 装 机 容 量 为 1 4 0 MW 。 该 枢 纽工 程 坝 址 区 多 年 平 均 气 温 为 2 7 ， 极 端 最高气 温 4 0 1 ， 极 端 最 低 气 温 一 4 9 8 C； 多 年 平 均 降水量为 1 8 3 9 m m； 多年平均相对湿度为 6 0 ； 多年 平 均风 速 1 8 m s ； 最 大风 速 2 5 m s ， 风 向 wN w ； 最 深 积雪 7 5 c m； 最 大冻 土深 1 7 5 c m。 2 稳定温度场有限元计算原理 当坝体 竣工 或 蓄水后 ， 经 过长 时 间的散热 ， 水 化热 和浇筑温度这类初始条件的影 响将会消失。此时 ， 坝 体温度只随边界温度的变化而变化 ， 上游库水温度 随 时间作规律的周期性变化 ， 边界温度的变化 ， 对混凝土 内温度的影响只限于表面附近 ， 所 以坝 内各点温度也 将呈 稳 定 的周 期 性 变 化 ， 从 而 形 成 一 个 稳 定 的 温 度 场 。 根据热传导理论 ， 稳定温度场 T ( ， Y ， z ) 在 区域 内应 满足 拉普 拉斯 方程 0 2 T + + ：0 ( 1 ) 1 0 0 ， 、 ， y6 。 在第 一类 边界 条件 上应 满足 T = T ( 2) 在第 三类 边界 条件 上应 满足 A +卢 ( TT ) =0 ( 3 ) f , 在绝热边界条件上应满足 收 稿 日期 ： 2 0 1 50 52 2 作者简 介 ： 尚 层 ， 男 ， 工程 师， 硕士 ， 主要从 事工程安全监测技术研 究工作 。Em a i l ： s h a n g c e n g s c 1 6 3 e o m 8 0 人 民 长 江 A ：0 ( 4 ) 典型坝段 7月份实测地温。 O n 表 1 混凝土材料热学参数统计 式 中 ， 。 、 为 给定 的边 界 温 度 ； n为 外 法 线 方 向 ； A 为导 热 系数 ； 为表 面放 热系数 。 3 有限元计算 3 1 计算方案 目前坝体混凝土温度已趋于稳定 ， 为了解不再修 补已剥落的上游坝面保温板是否会对大坝混凝土产生 不利影响 ， 拟通过有限元模型计算来评价分析， 并通过 计 算 结果提 出较 为合 理 的保 温 方案 。具 体 包 括 以下 3 种计算方案 ： 上游坝面水位变动区没有保温板保护 ( 即全部去除) ； 补贴 上3 e m厚的苯板 ； 补贴上 5 e m厚 的苯 板 。 3 2有 限元计算模型 选 取某 一典 型坝 段 ( 沿 坝 轴线 方 向 1 5 m) 构 建 计 算 模 型 ， 基础 范 围为 ： 在坝踵 上 游 和坝 趾下 游 各 取 1 0 0 m， 深度 取 1 0 0 n l 。外 界 温度 使 用 观 测 资料 ， 资 料 序 列 为 2 0 0 7年 4月 至 2 0 1 4年 1 2月 。 计 算整 体 坐标 系坐 标原 点 在坝 段 坝 踵处 ， 轴 为 顺水流方向， 正向为上游指向下游 ； Y轴为垂直水流方 向 ， 正 向为右岸 指 向左岸 ； 轴正 向为铅 直 向上 。 应力 场计 算 中 ， 计 算模 型地 基 底 面按 固定 支 座处 理 ， 地基在上下游方向按 向简支处理 ， 地基沿坝轴线 方 向 的两个边 界按 Y向简 支处理 。三 维有 限元模 型 见 图 1 。 图 1 典 型 坝 段 三 维 有 限 兀计 算 模 型 3 3 材料参数 5种混凝 土材 料热学 参数见 表 1 。 3 4 边界条件 计算 过程 中 ， 考 虑 了设 计 的温 控方 案 和 大 坝 实 际 的施 工 以及 运行 状况 ， 通过 对 大 坝 混凝 土 监 测 温度 的 反馈 分析最 终得 到贴 近实 际效果 的温 控措施 。计 算过 程 中典型 坝段 浇筑块 采用 的边 界条件 如下 。 ( 1 )初 始 条件 。仿 真 计算 开 始 时 ， 地 基 温度 采 用 ( 2 )横缝面。按绝热边界考虑 。 ( 3 )上 、 下游 面温控 措施 情况 。越冬 期 之前 ， 采 用 2 e m 厚 聚 氨 酯 泡 沫 被 临 时 保 温 ， 等 效 放 热 系 数 取 9 8 5 8 k J ( m d ) ， 浇 筑 至 越 冬 面 高 程 时 ， 粘 贴 1 0 e m 厚X P S 板 保 温 ( 等 效 放 热 系 数 取 2 9 7 9 k J ( m d ) ) 。 ( 4 )蓄水情 况 。第 一 次 蓄 水 时 间为 2 0 0 8年 9月 2 0日， 上下游 水位 分别 为 6 6 8 0 m 和 6 4 5 0 1 m； 第 二 次蓄水时间为 2 0 1 0年 6月 2日， 上 下游水位分别为 7 1 8 5 m 和 6 5 1 6 8 m。 ( 5 )计算 时段 。取 2 0 0 7年 7月 1 2日至 2 0 1 5年 9 月 2 8日。 ( 6 )气温选 取 。从 2 0 0 7年 7月 1 2日浇 筑开 始 至 2 0 1 4年 1 2月 3 1 日， 外 界 气 温 采 用 当 地 实 测 气 温 ， 2 0 1 5年采 用多 年旬 平均气 温 。 ( 7 )计 算 步 长 。2 0 1 3年 1 2月 3 1日前 为 1 d 1 步 ； 2 0 1 4 ， 2 0 1 5年为 5 d 1步 。 4 计算成果分析 为 了研 究上 游坝 面水 位 变 动 区 ( 7 3 0 07 3 9 0 m 高程) 保温方案对该 区域大坝应力的影响 ， 取该高程 范 围内 的上 游坝 面及其 内部 一定 深度典 型 点 的应 力过 程线进 行 分 析 。典 型 点 高 程 分 别 为 7 3 0 5 ， 7 3 3 5 ， 7 3 6 5 m 和 7 3 8 m， 各 高 程 顺 河 向 坐 标 分 别 为 6 6 ， 6 8 5， 7 2 8 m 和 8 m， 距 上游面距离分别 为 0 ， 0 2 5 ， 0 6 8 m和 1 4 0 m。 4 1方案一 ( 无保温 ) 从 图 2 ( a ) 中可 以看 出 ： 如果水 位变 动 区 的保 温板 完全脱落并在后续运行中不再修补 ， 则这一高程范 围 内的上游 面最大拉应力值 ( 5 7 76 8 9 MP a ) 会远远 超过混凝土的允许拉应力 ， 不能满足抗裂要求 ( 外部 碾压混 凝土 上游 面允 许水 平应 力 为 2 2 4 MP a ， 竖 向应 力为1 6 1 MP a ) ； 同时 ， 坝 面 内部一 定 范 围 的混 凝 土最 大拉应 力也 会 超 过 混 凝 土 的 允 许 拉 应 力 ( 图 中 S l为 混 凝土 的最 大拉应 力 ) ， 超 标深 度 在 1 0 m 左右 ， 局 部 可超过 1 4 I l l 。 第 1期 尚 层 ： 高寒地 区碾压混凝土坝上游面保温方案 比选 8 1 4 2 方案 二 ( 3 c m苯板 ) 从 3 c m 厚苯 板 保 温 方 案 中 ( 见 图 2 ( b ) ) 可 以 看 出 ： 如果 水位 变动 区保 温板 完 全脱 落 后 再 补贴 上 3 e m 厚的苯板 ， 这 一高程 范 围内的上游 面最大拉 应力 值 ( 1 8 6 2 4 2 MP a ) 还是超过混凝土的允许拉应力 ， 不 能 满 足抗 裂要 求 ； 上 游 坝 面 内部 一 定 范 围 的混 凝 土 最 大拉 应力 也超 过混 凝土 的允 许拉 应 力 ， 超 标 深度在 0 7 m 以内 。 时阊 ( 年一 月日) ( a ) 无保温措施 一 时间 ( 年一 月一 日) ( b ) 粘贴3 c m 厚苯板 时间( 年 月 目) ( c ) 粘贴5 c m 厚苯板 图 2 某 典 型 点 混 凝 土 温 度 及 应 力过 程线 ( 高程 7 3 0 5 m， 距上游面深度为 0 m) 4 3方 案三 ( 5 c m苯板 ) 从 5 c m 厚 苯 板 保 温 方 案 中 ( 见 图 2 ( c ) ) 可 以 看 出： 如果水温变动区保温板完全脱落后再补贴上 5 c m 厚 的苯板 ， 则 在 7 3 0 5 m 和 7 3 3 5 m 两 个 高 程 的 上 游 面 最大 拉应 力值 ( 1 1 5 MP a和 1 2 9 MP a ) 将 低 于混 凝 土 的允许 拉 应力 ， 满 足抗 裂 要 求 ； 7 3 6 5 m 和 7 3 8 0 m 两 个高程 的上 游 面的最 大拉应 力 值 ( 1 6 3 M P a和 1 8 1 MP a ) 还是略高出混凝土的允许拉应力 ， 不能满足抗裂 要求 ， 超标深度在 0 2 5 m以内。 前 述各 方 案 中的 最 大 主 应 力 计 算 结 果 汇 总 于 表 2 ， 从 中可 得 出各方 案 不 同 高程 上 游 面应 力超 标 深 度 ， 见表 3 。 表 2各方案不同高程上游面及 内部最大主应力 MP a 表 3各方案不 同高程上游面应 力超标深 度 m 5 结 语 综上所述 ， 如果不再修补 已剥落 的上游坝 面保温 板 ， 会使坝面产生裂缝 ， 深度影响范围可达 1 0 m 以 上 ， 建议 粘 贴 5 c m厚 及 以上 的保 温板 或 聚氨酯 来进 行 保 温 ， 基本 能保 证上 游坝 面不 致产 生温 度裂缝 。 参 考 文献 ： 1 朱伯芳 大体 积混凝 土结构 的温度应力与温度控制 M 北 京： 中 国 电 力 出版社 1 9 8 0 2 何劲 ， 陈尧隆 ， 李守 义 寒潮 引起 的碾 压混凝 土坝 温度应 力计 算 J 西安理 工大学学报 。 1 9 9 9， 1 5 ( 4) ： 9 1 9 4 3 张子明 ， 石瑞学 ， 倪志强 寒潮袭击时的温度应力及简化计算 J 红 水 河 ， 2 0 0 6， 2 5 ( 2 ) ： 1 1 91 2 2 4 李彬彬 ， 王社 良， 苏三庆 多种 因素耦合作用下的大体 积混凝土 温 度应力仿 真分析 J 安徽建筑， 2 0 0 9， 1 6 ( 4 ) ： 1 3 61 3 8 5 王一凡 高寒地 区碾压混凝土重力坝劈头裂缝温度应力仿真计 算 u 娟 柏 加m。 瑚珈 8 6 4 2 0 2 4 6 R p 埘明 加 。 删瑚 6 4 2 O 2 4 鼍 R p 蝎 蚰 。 珈珈 6 5 4 3 2 O _ _屯 R 8 2 人 民 长 江 2 0 l 6年 研究 D 西安 ： 西安理工大学， 2 0 1 0 力出版社 ， 2 0 0 3 6 孙恭尧， 王三一， 冯树荣 高碾压混凝 土重力坝 M 北京 ： 中国电 ( 编辑： 胡旭东) Co m p a r i s o n o f t e m p e r a t ur e i n s u l a t i o n s c h e m e o f u ps t r e a m f a c e o f RCC da m i n a l p i n e r e g i o n S HANG Ce ng ( Pr c t C o n s t r u c t i o n A u t h o r i t y，X i n fi a n g l r t y s h Ri v e r B a s i n，Ur u mq i 8 3 0 0 0 0，C h i n a) Ab s t r a c t ：Da m c o n c r e t e c r a c k s i n a l p i n e r e g i o n h a v e be en t h e f o c u s o f ma n y r e s e a r c h s c ho l a r s By u s i n g t h e me a s u r e d t e mp e r a t u r e d a t a o f a RCC d a m i n a l pi n e r e g i o n a nd i n c o n s i d e r a t i o n wi t h t he s i t u a t i o n t h a t t h e d a m i s i n r e l a t i v e l y s t a b l e t mnp e r a t ur e， t h e t e mp e r a t u r e s t r e s s o f RCC d a m a r e c a l c ul a t e d a n d a na l y z e d b y t hr e e d i me n s i o na l f i n i t e e l e me u t me t h o d t o d e t e r mi n e t he t e m。_ pe r a t u r e i ns u l a t i o n me a s ur e s The r e s u l t s s h o w t h a t i f t he i n s u l a t i o n b o a r d s f a l l e n o ff f r o m t he u ps t r e a m d a m s u rfa c e a r e n o t r e pa i r e d，t he r e wo ul d b e n e g a t i v e i mpa c t o n t h e c o n c r e t e d a m；t h e i n t e r na l ma x i mu m s t r e s s o f t h e c o n c r e t e a n d s t a nd a r de x e e e d i n g de g r e e c a n me e t t h e d e s i g n c o d e by p a v i n g 5c m o r a b o v e t hi c kn e s s i ns u l a t i o n b o a r d K e y w o r ds： RCC ；c o l d a r e 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t s o f s a f e t y s u pe r vi s i on a r e d i s c us s e dCo mpr e h e n s i v e a n d s y s t e ma t i c s u pe r v i s i o n me a s u r e s a r e p u t f o r wa r dTh e d i s t i nc t i v e f e a t u r e s o f t he s u p e r v i s i o n p r a c t i c e a t J i n p i n g Hy d r o p o we r S t a t i o n I b y C h a n g j i a n g Wa t e r R e s o u r c e s C o mmi s s i o n a r e i n t r o d u c e d w i t h t h e e x p e c t a t i o n t o for m a l o n g t e r m me c h a n i s m i n c o ns t r uc t i o n s a f e t y s u pe r v i s i on a nd t o e n s ur e c o n s t r u c t i o n s a f e t y t h r o u g h s c i e n t i f i c s u p e r v i s i o n a n d pr o c e s s c o n t r o 1 Ke y wo r d s ： c o n s t r u c t i o n s a f e t y ；s a f e t y s u p e r v i s i o n；s a f e t y s u p e r v i s i o n a c c o u n t a b i l i t y ；s a f e t y s u p e r v i s i o n s y s t e m；J i n p i n g Hy d r o p o we r St a t i o n I 】0】1 ( 上接第 7 2页) I ns t a l l a t i o n t e c hn i qu e s o f wa t e r g ui d e s t r uc t ur e o f t u bu l a r t u r b i ne o f Ta o y u a n Hy dr o p o we r St a t i o n P AN J u n we i ，J I ANG Mi n g z h o n g ，ZHANG Zh a n wu ( 1 Hy d r o C h i n a L o n g h u i Wi n d Po we r C o ，L t d ，S h a o y a n g 4 2 2 2 0 0，C h i n a； 2 Ma n u f a c t u r i n g a n d I n s t a l l a t i o n S u bb u r e a u， S i n o h y d r o B u r e a u 3 C o ，L t d ，Xi a n 7 1 0 0 3 2，C h i n a ) Ab s t r a c t ： As t h e a p pa r a t u s c o nt r o l l i n g t h e i n flo w o f t h e wh o l e u ni t ，t h e wa t e r g u i d e s t r u c t ur e o f b u l b t u b u l a r t u r b i ne i s g e n e r a l l y c o mp os e d o f i n ne r wa t e r d i s t r i bu t i n g r i n g，o u t e r wa t e r di s t r i b ut i n g r i ng，g ui de v a n e，a n d c o n t r o l l o o p I n a s s e mbl i n g t he t u r - bi ne，i n s t a l l a t i o n o f t he wa t e r g ui de s t r u c t u r e s h o u l d be t a k e n a s t he k e y s t e p a n d po i n t ，a n d t h e a p p r o p r i a t e l a y o u t o f t he a s s e m bl y s i t e，t he a c c e s s o f t h e e qu i p me n t ，t h e c a p a c i t y a nd r e a c h o f t h e h o i s t i n g ma c h i n e r y，t h e d e for ma t i o n o f t h e a p pa r a t u s c a us e d by l i f t i n g a n d i t s o v e r a l l r e i n f o r c e me nt ，t h e fle x i b l e us e o f t h e i n s t a l l a t i o n t o o l s，q u a l i t y c o n t r o l o f t h e a p pa r a t us，r es o u r c e a l l o c a t i o n a n d i n s t a l l a t i o n d u r a t i o n s h o u l d a l s o b e t a k e n i n t o c o n s i d e r a t i o n The s t r uc t ur a l c ha r a c t e r i s t i c s，i ns t a l l a t i o n p r o c e d u r e s，i n s t a l l a t i o n t e c hn i q u e s a n d s o me t e c hn i c a l di ffi c u l t i e s o f t he wa t e r g u i d e s t r uc t u r e o f t he bu l b t u b ul a r t u r bi n e o f Ta o y ua n Hy d r o p o we r S t a t i o n i n Yu a n j i a n g Ri v e r o f Hu n a n P r o v i n c e a r e i n t r o d u c e d t o p r o v i d e r e f e r e n c e f o r o t h e r s i mi l a r h y d r o p o w e r s t a t i o n s Ke y wo r ds： wa t e r g ui d e s t ruc t ur e；s t r uc t u r a l c ha r ac t e r i s t i c s；i ns t a l l a t i o n t e c hn i qu e s；t u bu l a r t u r b i n e；Ta o y u a n Hy d r o p o we r S t a r i o n