台山碾压混凝土重力坝温度场仿真研究.pdf

台山碾压混凝土重力坝温度场仿真研究 徐衍 t 胡 靖 葛 瑶 张晓飞 ( 1中国水利水电第四工程局有限公司 青海 西宁8 1 0 0 0 6 ； 2陕 西省人防建筑研究设计 院 陕西 西安7 1 0 0 6 1 ； 3陕西省水利 电力勘测设计研 究院 陕西 西安7 1 0 0 0 1 ； 4西安理工 大学水利水 电学院 陕西 西安7 1 0 0 4 8 ) 摘要考虑台山核电厂淡水水源工程碾压混凝土重力坝结构设计和布置特点， 模拟大坝混凝土施工过 程， 采用有限单元进行温度场仿真计算研究， 结果表明： 对低温季节浇筑的部位， 采取 自然入仓 浇筑方式， 高温季节浇筑的部位采取控制浇筑温度措施， 且对整个区域的混凝土通天然河水冷 却， 最高温度可满足碾压混凝土重力坝设计规范要求。研究成果为该碾压混凝土重力坝的设计 和施工提供 了重要依据。 关键词 碾压混凝土重力坝； 温度场； 三维有限元法； 施工过程 中图分类号 ： T U 3 7 文献标识码 ： A 1工 程概 况 台山核电厂淡水水 源工程位 于台山市 赤溪镇 曹冲溪上 ， 工程靠 南海海边 ， 由拦河 坝、 输水隧洞及进场道路等组成。 拦河坝为 碾压混凝 土重力坝 ，坝址 位于赤溪镇 新松 村旁上游 l k m，距离南海海边直线距离约 3 k m。 碾压砼重力坝坝顶长度 3 2 8 m， 坝顶高 程 5 3 6 m，防浪墙高程 5 4 8 m ，最大坝高 5 4 m， 坝顶宽 7 0 m， 坝体上游面垂直 ， 下游 边坡为 1： 0 7 5 。河床部位布置溢流坝段， 共 5 孔 ， 每孔净宽 1 0 m， 为开敞式 自由溢流 堰， 堰顶高程为正常蓄水位 4 8 4 m 。溢流坝 段上游面垂直 ， 堰面为 WE S曲线 ， 堰面曲 线 以下坡 比为 1： 0 7 5 ， 采用 阶梯式 溢流面 接消力池联合 消能方式 。 2计算原理与方法 在计算域 R内任一点 ， 需满足热传导方程 1 2 2 2 式 中： A 弹性 应变增量 ； n c 徐变应变增量 ； 8 n T 温度应变增量 ； A 8 n 干缩应变增量 ； s 自生体积应变增量。 应力 场有 限元计算方法见文献 。 3计算参数 工程所在地多年月平均最高气温为 2 8 2 C， 最低气 温为 1 5 0 C， 多年平均气 温 为 2 2 5 ， 坝址 区多年月平均气温见表 1 。 大坝上 游面采 用二级 配碾压 混凝土 ， 大坝内部采用三级配碾压混凝土 ，基 础垫 层采用 三级配常态混凝土 ，混凝 土热 力学 参数见表 2 。 从 2 0 0 9年 1 1 月 2 1日开始浇 筑底 板 1 5 m厚常态混凝 土 ，碾压 混凝 土的开浇时 间为 2 0 0 9年 1 2月 2 0 13，至 2 0 1 0年 6月 2 0日， 坝体浇筑至设计高程 4 5 8 0 m 。大坝 表 1 坝址 区多年月平均气温 单位 ： 月份 l 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 2 气温 1 5 0 1 5 7 1 8 8 2 2 6 2 6 0 2 7 5 2 8 -2 2 7 9 2 6 7 2 4 - 3 2 0 _3 1 6 5 2 2 5 t 表 2 大坝混凝土热力学参数 大坝混凝土 导温系数 ( m2 h ) 比热( k J &g o C ) 导热 系数( k J m h o C ) 水化热温升( ) 大坝上游面 O o o 3 1 7 2 0 9 6 2 7 - 3 1 T = 2 3 O O t ( 2 2 9 + 0 大坝内部 O o 0 3 0 6 1 0 9 1 9 6 8 5 T = 1 9 8 3 t ( 2 7 5 + 0 大坝基 础垫层 0 0 0 3 1 7 2 0 9 6 2 7 31 T = 2 3 5 5 t ( 1 1 5 + 0 非稳定温度场 表 3 8 T 0 r + + 盟 0 ,r a a a z 式 中： 导温系数 ； 0 混凝 土的绝热温升 。 混凝 土在 复杂应力状态 下的应变增 量 包括弹性应变 增量 、 徐变应 变增 量 、 温度 应 变增量 、干缩应 变增量和 自生体积变形增 量 ， 因此有 n = h e +A t ie +A li T + n n 0 大坝混凝土施工进 度安排 序号 开始施工时间 起始高度 终止高度 序号 开始施工时间 起始高度 终止高度 1 2 O o 9 1 221 O 1 5 1 1 2 01 0 O 5 1 1 2 4 2 7 2 2 0 0 9 1 2 2 5 2 0 1 0 0 2 2 0 固结灌浆 1 2 2 0 1 0 0 5 2 l 2 7 3 0 3 2 01 00 221 1 5 3 1 3 2 01 0 0 6 Ol 3 0 3 3 4 2 01 OO 30l 3 6 1 4 2 01 0 0 6 1 1 3 3 3 6 5 2 01 0O 3 1 1 6 9 1 5 2 0l O 0 6 2 1 3 6 3 9 6 2 01 0O 3- 2 1 9 1 2 1 6 2 01 0 0 7 0 1 3 9 4 2 7 2 01 00 4 01 1 2 1 5 1 7 2 01 0 0 7 1 1 4 2 4 5 8 2 01 00 4 1 l 1 5 l 8 1 8 2 01 0 0 7 _ 2 l 4 5 4 8 9 2 01 0 04 21 1 8 21 1 9 2 01 0 O 8 0 1 4 8 51 1 0 2 01 0 0 5 O1 2 1 2 4 2 0 2 01 0 O 8 1 1 51 5 4 基金项 目： 国家自然科学基 g( 5 1 4 7 9 1 6 8 、 5 1 4 0 9 2 0 7 ) 。 oC ( ) C r = Q 摘要 关键词 引水隧洞工程灌浆施工方法优化研究 龚雪燕曾庆平 ( 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 湖南 长沙4 1 0 0 1 4 ) 引水隧洞在实际施工中存在众多困难， 其中在引水隧洞主洞的掘进和衬砌施工过程中， 采用传 统灌浆施工技术难以开展。本文就水电站引水隧洞工程中灌浆施工技术进行优化， 能够较好地 解决固结灌浆施工技术中存在的问题， 亦可为其他水工建筑物的施工提供参考。 水利水电工程； 水电站； 引水隧洞； 灌浆技术； 施工优化 中图分类 号 ： T V 7 3 2 文献标识码 ： A 引水隧洞在水 电站工程建设 中 占有非 常重要的地位 ， 其工程意义和作用也比较 显著 ，但是在工程施 工过程 中存 在一些难 点，其中在引水隧洞主洞的挖掘和衬砌工 程施工过程中，采用传统的灌浆施工技术 开展存在不合理性 。规范中对于引水隧 洞固结灌浆的要求是均按技术经济比较进 行确定。从安全层面上看 ， 对于 I、 、 类 围岩 ， 均可 以不灌 浆 ； 但从 电站运行 效益层 面上看 ， 则应进一 步深入研究 ， 特别 是引水 隧洞 工程灌浆施工方法的优化研究 。 本文 以某水电站的引水隧洞工程灌浆施工为例 进 行阐述 。该工程 位于构造运动 比较剧烈 的地质 区域 ， 容 易产生地应力集 中现象 ， 因 此 ，应对引水 隧洞 洞顶断层破碎带进 行加 固处 理。 1固结 灌浆 工艺 流 程 在引水隧洞混凝 土衬 砌段需要进 行 固 结灌浆施工，固结灌浆钻孔深度为基岩内 3 0 m， 每个断面 5 8 个孔， 孔距 2 8 m， 固结 灌浆工程量 约 6 5 0 m。固结灌浆施工工艺流 程如 图 1 所示 。 首 先根据控制点进行 现场放样 ，搭设 钻 架 ， 校正并 固定钻机 。钻机固定后 ， 应 按 照设计 施工图纸和预埋灌 浆管道 ，确定 钻 孔 的位置及深度 ， 同时 ， 在确定好 的钻孔 位 置 做上标记 。在浇筑混凝 土时的预 留孔 内 或者管道内钻孔时， 孔位 、 孔斜及孔深均应 满足相应 的设计规定及要求。在本工程 中， 钻孔分为 I序孔和 序孔 ，且 序孔应 当 在 I序孔全部施工完成后方 能进行 ，灌浆 孔位 布置如 图 2所示。 钻孔后应检查钻孔孑 L 斜是否合格 ， 若 图 1 灌浆施工工艺流程 环境进行热交换，坝体内最高温度逐渐减 小。运行 1 0年左右， 坝体内部温度基本趋 于准稳定温度场 。 ( 6 ) 方案 2为推荐方案 。 7结 论 采用三维 有限元法 ，模 拟台 山碾压 混 凝土重力坝 的施工过程进行 了温度场仿 真 研究 ， 分析 了不 同方案温度场 的分布规律 。 从 计算成果可 以看 出：对 1 1 月份到次 年 4 月浇筑的部位 ， 采取自然人仓浇筑， 5 月 8 月浇筑的部位采取控制浇筑温度措施 ， 且 对整个区域的混凝土通天然河水冷却 ， 最 高温度 可满足碾压混凝土重 力坝设计规范 要求 。研 究成果为该碾压混凝 土重力坝 的 设计和施工提供了重要依据。陕西水利 参考文献 1 朱伯芳 大体积 混凝 土温度应 力与温度 控制 M 北京： 中国电力 出版社 ， 1 9 9 9 2 薛元琦， 张晓飞， 白继 中 碾压混凝土拱坝 温度 场和应 力场仿 真计 算研 究 I 人 民黄 河 2 0 1 4 ( 3 6 ) 1 ： 1 0 0 - - 1 0 6 3 林鹏， 胡杭， 郑 东等 大体积混凝土真 实温 度 场演 化规律 试验 T 清华 大 学学报 ( 自 然科 学版 ) ， 2 o 1 5 ( 5 o ) 1 ： 2 7 3 2 4 J 练迪， 黄耀 英， 郑 晓晖等 混凝土 浇筑仓 一 期 冷却通水措施优 选初探 I 中国农村 水利水 电。 2 0 1 4 ( 1 1 ) 9 0 - 9 2 5 张石虎， 傅少君， 陈胜宏基于复合单元法 的含层 面碾 压混凝土坝温度场研 究 I 长 江科 学院 院报， 2 0 1 3 ( 3 0 ) 1 2 ： 1 0 1 1 0 6 ( 责任 编辑 ： 黄灵 芝) 0C OC O