高拱坝大体积混凝土自生体积变形回归分析——以溪洛渡水电站为例.pdf

第 4 6卷 第 1 2期 2 0 1 5年 6月 人 民 长 江 Ya ng t z e Ri v e r Vo 1 4 6 No 1 2 J u n e ，2 01 5 文章编 号 ： 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 5 ) 1 2 0 0 6 0 0 3 高拱坝大体积混凝土自生体积变形回归分析 以溪洛渡水 电站为例 伍 文 锋 ， 裴 灼 炎 ， 李 金 河2 ( 1 长江勘测规划设计研 究院 长 江空间公 司， 湖北 武 汉 4 3 0 0 1 0 ； 2 中国长江 三峡集 团公 司 溪 洛渡工程 建 设部， 湖北 宜 昌 4 4 3 0 0 2 ) 摘要 ： 在 大型水电工程施 工过程 中， 对混凝土的 自生体积 变形要求 日趋严格 。准确 掌握混凝土 自生体积 变形 ， 对结构防裂和改善 内部应力状况有重要作 用。以溪洛渡水 电站 为例 ， 通过对坝段 中布设的无应力计观测数据 进行 回归分析 ， 得 出了更接近 实际值 的 自生体 积变形 ， 充分 了解 了坝体 混凝土 温度 变形的 实际线膨胀 系数 以 及 自生体积变化规律 ， 通过 与室 内实验 结果比较 ， 发现回 归分析结果与 实际较为 吻合 。 关键词 ： 拱 坝 ； 大体积混凝土 ；自生体 积变形 ；回归分析 中图法分类号 ： T V 4 3 1 文 献标 志码 ： A D0I ： 1 0 1 6 2 3 2 j e n k i 1 0 0 1 4 1 7 9 2 0 1 5 1 2 0 1 5 1 工程概况 水 电工程 建设 中 ， 大 体 积混 凝 土 自生 体 积变 形 对 结构防裂和改善应力状况有着重要影响。在存在外界 约束的条件下 ， 自生体积收缩将在结构 内引起 附加 的 拉应力 ， 对结构 防裂不利 ； 而 自生体积膨胀则将在结构 中引起附加的压应力 ， 对结构 防裂有利 。 目前工程实 际中， 常采用室 内试验和原型观测两种方式来研究混 凝土 自生体积变形 。由于室内试验的局限性 ， 通过 室 内试验获得的混凝土热学参数与真实情况难免存在一 定差 异 。原 型 观 测 则 是 通 过 在 混 凝 土 中埋 设 无 应 力计直接进行观测 ， 而应变测值 常受到多种环境 因素 的复杂影 响， 并存 在监测误差 。如何消 除误差 ， 求 得与实际值接近的 白生体 积变形 ， 达到结构防裂和改 善应力状况的作用 ， 是无应力计应用和数据分析的重 点 和难点 。 金沙江溪洛渡水电站是金沙江下游梯级开发的第 三级水电站 ， 上接 白鹤滩 电站尾水 ， 下与向家坝水库相 连。电站 以发电为主 ， 兼有防洪、 拦沙和改善下游航运 条件 等 巨大 的综 合效 益 ， 具 有 不 完 全 年 调节 能 力 。 溪 洛渡水电站水库正常蓄水位 6 0 0 m， 总库容 1 2 6 7亿 m ， 调节库容 6 4 6亿 n l ， 水库回水长度约 1 9 9 k m。电 站 总装 机容 量 1 3 8 6 0 MW ( 1 8台 7 7 0 MW 台 ) 。 拱 坝坝高 2 8 5 5 m， 坝顶弧长 6 8 7 m， 拱 冠顶厚 1 4 m， 拱 冠 底厚 约 6 4 m， 厚高 比 0 2 1 6 ， 为 中厚拱 坝 。溪洛 渡水 电站拱 坝规 模 巨大 ， 对混凝 土 自生体 积变 形要求 较 高 ， 自生体积变形数据的准确性对大坝的设计和安全有着 重 要影 响 。 2 大 坝混凝土指标设计和无应力计布置 2 1 混凝土指标 设计 溪洛 渡大 坝混凝 土 骨料采 用玄 武岩 粗骨料 +灰岩 细骨料的组合方式 ， 水泥选 用华新水泥和峨 胜水泥。 骨料 类型决 定 了溪 洛 渡大 坝 混 凝 土 具有 弹模 高 、 极 限 抗 拉 强度低 、 自身体 积变 形收 缩性 较大 、 线膨胀 系 数低 等特点。根据大坝混凝土受力情况 ， 对混凝 土各项指 标进行分区设计 ， 坝体混凝土强度设计共分 3区 ： 分别 为 A区， c 8 0 4 0 ； B区 ， C l 8 o 3 5 ； C区 ， c l 8 0 3 0 。其 中 A区 为拱坝周边高应 力区和孔 口结构区 。具 体混凝土 设计指标详见表 1 。 表 1 溪 洛 渡 大坝 混凝 土设 计 指 标 大 坝 分区 A 区 B 区 c区 强度 设计龄期绝热温升 混凝士 混凝 土 等级d 种类 级配 Cl 8 o 4 0 1 8 0 C1 8 0 3 5 1 8 0 C1 8 0 3 0 1 8 0 2 8 常态 二 一四 2 7 常态 二 一四 2 6 常态 二 四 收稿 日期 ： 2 0 1 5 一O 1 一 O 9 作者 简介 ： 伍 文锋 ， 男 ， 工程师 ， 主要从 事大坝安 全监 测工作。Em a i l ： w u w e n f e “ g 1 2 3 1 2 6 t o m 第 1 2期 伍文锋 ， 等： 高拱坝大体积 混凝土 自生体 积变形 回归分析 以溪洛渡水 电站 为例 6 l 2 2无应力计布置 为监测大坝混凝土 自生体积变形特性 ， 在混凝土 转换区 3 9 04 4 0 m高程 ， l 4号坝段 3 3 2 5 ， 3 3 5 7 m 高程 ， 1 5号 坝 段 3 2 5 2 m 高程 ， 1 6号 坝 段 3 2 8 2 ， 3 4 5 7 5 ， 3 4 8 7 5 ， 3 5 1 7 5 m和 4 1 1 0 m高程 ， 1 7号坝段 3 2 8 2 m 高程 、 1 8号 坝段 3 3 2 5 ， 3 3 5 7 ， 3 4 5 7 5 m 高 程 ， 2 0号坝段 3 5 4 3 m高程 ， 4号深孔及 1 ， 2， 4 ， 3 0 ， 3 1 号坝段 6 0 3 5 m高程安装埋设无应力计共 6 7支。无 应力计具体布置见 图 1 。 图 1 溪洛 渡大 坝混凝土分区和无应力计布置 3 回归分析 3 1 无应 力计 统计模型建立 大体积混凝土的 自由体积应变包 括温度应变、 湿 度应 变 和 自生 体 积 变 形 ， 实 际 工 程 中 ， 一 般 均 采 用 无应力计来监测 。对无应力计监测 资料进行分 析 的主要 目的是： 了解坝体混凝土温度变形的实际线 膨胀系数以及 自生体积变化规律 ； 利用无应力计分 析得到的线膨胀系数和 自生体积变形计算工作应变计 ( 组 ) 的应 力 。 利用统计模式对各测点无应力计观测数据进行回 归分析 ， 通过 回归分析结 果可以了解混凝土无应力应 变的变化规律 ， 即混凝土实际线膨胀系数 以及 自生体 积变 形 趋势性 变 化 的类 型 。无 应力 计 的实测 无应 力应 变主要受测点温度、 自生体积及湿度变化 的影响， 统计 模 型方 程形 式为 0=口 0+0 1 T+O , 2 t+n 3 I n ( 1+ )+0 , 4 e ( 1 ) 式 中 ， 为无应 力计 当前 测 点温 度 ； t 为 测距 分 析起 始 日期 的时 间长度 ， d ； o 。 ， n ， 口 ： ， 口 ， ， 0 为 回归 系数 ； 为 常数 ， 取 一 0 O 1 。 求解上述方程 ， 所得的 。 即为混凝土线胀系数的 估计值 ， 其余 的部分为时效分量 。 3 2无应 力计 统计模型 回归成果 对埋设的无应力计观测数据进行 分析后 ， 选取 其 中的 4 4组数据进行统计模型 回归分析 。计算前先通 过回归过程线对测值进行 粗差处理 。其中， 混凝 土最 长龄期 的为 1 9 6 8 d ， 最短为 6 0 0 d 。 ( 1 )统计 回归计算。采用无应力计实测得到混凝 土的应变 回归复相关 系数均在 0 9以上 ， 除 N Z 1 4 3 X 外 ， 其他处监测 的剩余量标准差均在 l O 8以下。回 归结 果见 表 2 。 ( 2 )线膨胀系数估算。通过计算 ， 混凝土的线膨 胀 系数在 3 5 3 9 0 3 8 e之 间 ， 4 4支无 应力 计 中线 膨胀 系数 数值 在 5以下 的有 4支 ， 5 6之 间 的 9支 ， 6 7之 间 的 2 0 支 ， 7 以 上 的 1 1支 ， 平 均 值 为 6 1 7 ， 与实验室试验结果 6 5 0 基本吻合。 ( 3 )自生体积变形 。由混凝土 自生体积变形 的试 验资料可知 ， 一般初期 自生体积变形变化较大 ， 随后呈 单调递减趋 势 。从无应力计 自生体积变形趋势分 析 ， 4 4支无应力计中收缩 型占大部分 ， 先收缩 后膨胀 的有 5支 ， 先 膨胀后 收缩 的有 1支 ， 膨 胀 型 的有 2支 。 从量值上看 ， 呈收缩变形的无应力计中， 大部分变形量 在 一 5 O 一 3 0 s之 间 。从 变 化 规 律 分 析 ， 初 期 变化 大 ， 随后趋于平稳 ， 与实验资料基本一致。 自生体积变 形 回归成 果 见表 3 。无应 力计 典型 回归 过程 线见 图 2 。 表 2无应力计 回归分析成果 表 3 自生体积变形 回归成果统计 坝 段 类 型 当 坝 段 类 型 当 N 1 5 1 1 5 号 收 缩型 一 2 9 2 5 I C P 1 8 2 1 8 号 收 缩 型 一 5 1 4 5 N 1 6 1 1 6 号 膨 胀型 3 6 5 4 N e P 2 0 1 2 0 号 收 缩 型 一 1 4 O 6 N 1 6 3 1 6 号 先收 缩 后 膨 胀 1 9 1 N C P 2 0 2 2 0 号 膨胀 型 3 1 4 1 N 1 7 3 1 7 号 收 缩型 一 9 5 1 1 N I 6 1 一 z 1 6 号 收 缩 型 一 4 1 0 3 N Z I 4 一 l S 1 4 号 收 缩型 一 4 7 7 2 N 1 8 2 一 Z 1 8 号 收 缩 型 一 4 1 5 6 N Z l 4 2 S 1 4 号 先收 缩 后 膨 胀 2 5 4 1 L A N 一 1 左 岸A 区L 一 先 收 缩 后 膨胀 1 4 9 5 N Z 1 4 3 S 1 4 号 收 缩型 一 4 5 7 7 L A N 3 左 岸A 区L A 一 收 缩 型 一 2 4 7 3 z l 8 2 X 1 8 号 收 缩型 一 4 5 3 5 IJ A N 一 8 A 区L A 一 中 部 收 缩 型 一 4 6 8 4 C P I 4 1 1 4 号 收 缩型 一 5 6 5 2 L A N 一 9 A 区IA一 下 游 收 缩 型 一 7 0 9 0 C P I 6 1 1 6 号 先收 缩 后 膨 胀 1 8 1 1 L A N 一 1 0 I, A 一 区 上 游 收 缩 型 一 4 8 7 4 C P I 6 2 1 6 号 收 缩型 一 4 0 4 1 L A N 一 1 1 L 一 区 中 部 收 缩 型 一 6 7 2 9 C P I 8 1 1 8 号 先膨 胀 后 收缩 一 1 9 5 5 L A N 一 1 2 L A 一 区 下 游 收 缩 型 一 4 9 4 3 4 不 同水泥混凝土 自生体 积变形对 比分析 为对 比采用华 新 水泥 和峨 胜水 泥分别 拌制 的成 品 混凝土 自生体积变化差异 ， 在 1 6号和 1 8号坝段 ( 分别 用新华新和峨胜水泥浇筑) 各埋设 4支无应力计。截 6 2 人 民 长 江 蒹 薹 2期2 d 5 结 论 龄 期 最 大 相 差 仅 ，具 有 一 定 的 可 比 性 。 甲 甲 甲 离 岛 品 时间( 年 月一 日) ( a )N 1 5 3 制 甲 串 亭 辛 蠹 高 时间( 年一 月一 日) ( b )N C P 1 4 一 l 图 2 无 应 力计 目生体 积 变 形 回归 过 程 线 不同水泥混凝土 自生体积变形 回归过程线见 图 3 。分析表 明： 采用峨胜水泥拌制的混凝土当前 自生体 积变形平均值为 一5 0 6 8 8 ， 采用新华新水泥拌制的 混凝土当前 自生体积变形平均值为 一4 6 8 7 ， 两者 相 差 3 8 1 8 。可 见相 同级 配 下 ， 华 新 水 泥拌 制 的混 凝土收缩量略小于峨胜水泥拌制的混凝土收缩量。当 混凝土级配确定后 ， 骨料是影响 自生体积变形的主要 因素。 2 0 0 一 2 0 剖一 4 0 - 6 0 = g 图 3 新华新、 峨胜水泥混凝土 自生体积变形 回归过程线 根据本文分析 ， 认为在溪洛渡水电站大坝混凝土 内系统布 设无 应力计 ， 监 测不 同 区域 混凝 土 的 自生 体 积变形的监测方案是可行的。通过对无应力计观测数 据的回归分析 ， 较大地消除了自生体积变形的误差 ， 分 析得到线膨胀系数平均值为 6 1 7 l x C， 与实验室试 验结果 6 5 0 8 基本吻合， 且变化规律基本一 致 ， 监测 效果 良好 。采用 华新 水泥 和峨胜 水泥 的 同级配 混 凝土 自生体积变形基本相 当， 说明当混凝土级配确定 后 ， 骨 料是影 响 自生 体 积 变 形 的主 要 因 素 。通 过 回归 分析求得接近实际值 的 自生体积变形 ， 为进一步减少 混凝土应力计算误差提供 了基础 ； 同时， 可利用分析成 果调 整施 工方 案 ， 改善 混凝 土 内部应力 ， 为 大坝 的安 全 稳定起到积极作用。 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 黄耀英， 郑宏， 周宜红 基 于实测应 变反演大坝混凝土 实际徐 变度 J 水利 水运工程 学报 2 0 1 2 ， ( 6 ) ： 4 45 0 3 王仁 坤 ， 尹 华安 ， 张 冲 溪 洛渡 拱坝 混 凝 土施 工 温度 控 制 设计 C 水工 大坝 混 凝 土 材料 和 温 度控 制 研 究 与 进展 论 文 集， 2 0 0 9 4 江凯 ， 高祥泽 ， 湛 东升 ， 等 大 体积 混凝 土热 膨胀 系数 反 演分析 J 三峡 大学学报 2 0 1 1 ， 3 3 ( 6 ) ： l 7一l 9 5 储海 宁 混凝土 内部观测技 术 M 北京 ： 水利电力 出版社 ， 1 9 8 9 6 朱伯芳 ， 张超然 高拱 坝结构安全 关键 技术研 究 M 北京 ： 中国 水 利 水 电 出版 社 。 2 0 1 0 ( 编 辑 ： 胡 旭 东 ) Re g r e s s i o n a na l y s i s o f a ut o g e n o us v o l um e de f o r m a t i o n o f l a r g e v o l ume c o nc r e t e o f h i g h a r c h da m ：c a s e o f Xi l uo d u Hy dr o po we r S t a t i o n W U W e n f e n g ， PEI Zh u o y a n ， LI J i n h e ( 1 s p a t i a l I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y C o ， L t d ， C h a n g j i a n g I n s t i t u t e o f S u r v e y ， P l a n n i n g ， D e s i g n a n d R e s e a r c h ， Wu h a n 4 3 0 0 1 0 ， C h i n a ； 2 C o n s t r u c t i o n D e p a r t m e n t o f X i l u o d u H y d r o p o w e r S t a t i o n ， C h i n a T h r e e G o r g e s C o r p o r a t i o n ， Y i c h a n g 4 4 3 0 0 2 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： I n l a r g e s c a l e h y d r o p o w e r p r o j e c t ， t h e r e q u i r e m e n t s f o r c o n c r e t e a u t o g e n o u s v o l u m e d e f o r ma t i o n a r e b e c o mi n g i n c r e a s i ng l y s t r i n g e nt Th e a c c ur a t e l y ma s t e r i ng c o n c r e t e a u t o g e n o us v o l ume de f o r ma t i o n p l a ys a n i mp o r t a n t r o l e i n s t r u c t ur e c r a c k r e s i s t a n c e a n d c a n i mp r o v e t h e s t r e s s c o n d i t i o n Ta k i n g Xi l uo du Hy d r o p o we r St a t i o n a s a c a s e，a c c o r di n g t o r e g r e s s i o n a n a l y s i s o f o bs e r v a t i o n d a t a de r i v e d f r o m n o n s t r e s s me t e r ，t h e a ut o g e n o u s v o l u me d e f o r ma t i o n v a l ue，t ha t a g r e e d we l l wi t h me a s u r e d v a l ue，wa s o b t a i n e d，S O we c a n f ul l y u n de r s t a nd t he a c t u a l l i n e e x p a ns i o n c o e f f i c i e n t o f c o n c r e t e t e mp e r a t ur e d e f or ma t i o n o f t he d am b o d y a nd t h e a u t o g e n o us v o l ume v a r i a t i o n p r i n c i p l e The c o mp a r i s o n wi t h t h e r e s u l t s o f l a b o r a t o r y e x pe r i me n t s r e v e a l s t h a t t h e r e s ul t s o f r e g r e s s i o n a na l y s i s a r e i n g o o d a g r e e me n t wi t h t h e r e a l i t y Ke y wo r ds： a r c h d a m ；l a r g e v o l ume c o n c r e t e；a ut o g e n o us v o l ume d e f o r ma t i o n；r e g r e s s i o n a n a l y s i s N N 上 暑 。 N 一 月 一 年 问 N o _ o - 一 言 时