渡口坝水电站拱坝混凝土温度控制.pdf

设计与施工 水利规划与设计 2 0 1 0年第 3期 渡 口坝水电站拱坝混凝土 温 度 控 制 白伟 张志雄 ( 重庆市水利 电力建筑勘测设计研究院 重庆4 0 0 0 2 0 ) 【 摘要】 渡口坝水电站挡水建筑物为双曲拱坝。根据坝区气象条件和混凝土热学力学性能，经有限元仿真计 算提出较为合理的混凝土温度控制措施，如选择合适的原材料、优化配合 比、降低混凝土浇筑温度、控制浇筑 层间的间歇期、通水冷却、加强养护和保护等。 【 关键词】 水电站拱坝温控 【 D OI 编码】 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 0 1 0 0 3 0 2 5 【 中图分类号】T V 6 4 2 4 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 6 7 2 2 4 6 9( 2 0 1 0 )0 3 0 0 7 6 0 3 渡 口坝水电站工程位于重庆市奉节县新政乡梅 溪河上游河段 ，是梅溪河梯 级水 电站 的龙头水库 。 工程以发电为主，兼有旅 游 、防 洪等综合 效益 的 等中型工程。水库 总库 容 9 8 5 4万 m ，属年 调 节水库。电站装机容量 1 2 9 MW ，多年平均发电量 4 3 5亿 k W h 。大坝设计 为抛物线形混凝土双曲 拱坝 ，最大坝高 1 0 8 5 m，坝顶弧线长 2 8 4 1 2 3 m， 拱冠梁 底厚 2 0 m，厚 高 比 0 1 8 4，弧 高 比 2 6 2 。 拱坝共分 1 6个坝段 ，设 3层廊道 、1个 电梯井 ， 在坝顶布 置 3孔 1 2 0 m1 3 0 m( bh )溢 流 表 孔。拱坝混凝土工 程量 为 2 0 5万 m ，工程计划 于 2 0 1 1 年完建 。 l 设计条件 ( 1 )气温。渡口坝坝址多年平均气温 1 6 8 C， 极端最高气温 3 9 8 ，极端最低气温 9 2 C，全 年 最 低 月 平 均 气 温 5 3 ，最 高 月 平 均 气 温 2 7 I 。 ( 2 )水 温 。坝址 区无 长序 列实 测水 温 资料 ， 仅有 2 0 0 4 2 0 0 7年大坝下游康乐镇断 面及罗汉大 桥断 面 表层 水 温 监测 数 据 ，其 中多年 月 平均 气 温 2 0 6 C。 ( 3 )混凝土施工配合 比。基础约束 区混凝土 7 6 强度等级为 C 帅 2 5 ，三级配水胶 比 0 5 、粉煤灰掺 量 3 0 、用水量 1 0 0 k g m 、水泥 用量 1 4 0 k g m 、 粉煤灰用量 6 0 k g m ，四级配水胶 比 0 5 、粉煤灰 掺量 3 0 、用水量 8 0 k g m。 、水泥用量 1 1 2 k g m 、 粉煤灰用量 4 8 k g m ；除了基础约束区均 为 C 2 0， 三级 配水 胶 比 0 4 6 、粉煤 灰 掺量 3 0 、用水 量 1 0 2 k g I n 3 、水泥用量 1 5 5 k g m 3 、粉煤灰用量 6 7 k g m ， 四级 配水 胶 比 0 4 6 、粉煤 灰 掺量 3 0 、用水 量 8 2 kg m 、水 泥 用 量1 2 5 k g m 、粉 煤 灰 用 量 5 3 kg H 1 。 ( 4 )热学性能。水 泥采用 中热水 泥 ，粗细骨 料为无碱活性的灰岩人工骨料。混凝土热学性能采 用武汉大学试验成果 。 2 坝体 准稳定温度场 2 1水库水温分析 根据纬度与水温相关关系，库表年平均水温值 取 1 8 8 C，根据表层水温监测数据拟 合后 ，水 温 年变幅为 8 4 。考虑进水 口出水扰动影 响水库水 温深度为 2 0 m，水库变温层深度取 7 0 m，库底水温 取 1 3 。下游水深 较浅 ，水温 主要受太 阳辐射 热 作者简介：白伟 ( 1 9 7 5 年一) ，男，工程师。 设计与施工 水利规划 与设计 2 0 1 0年 第3期 影响 ，下 游 水 面 年 平 均 水 温 1 7 3 C，年 变 幅 8 4 ，下游底部年平均水温 1 3 5 C。坝体下游混 凝土表 面年平 均温 度 为 1 9 5 c I = ，年 变 幅 1 0 2 C。 在溢流丽等不受 日照影响的部位 ，混凝土表面温度 按气 温 取 值 ，即 年 平 均 温 度 1 6 8 ，年 变 幅 8 4 C。坝顶及上游水面以上坝面气温参 照下游 坝 面气温取值。 2 2 准 稳定 温度 场 应用三维有限元程序计算大坝运行期的准稳定 温度场。 处于水面 以下 的基础强约束 区混凝土准稳定温 度为 1 21 4 ，基础弱约束 区为 1 21 6 。处于 水面以上 的基础约束 区混凝土 内部 准稳定温 度为 1 31 7 c lC。坝体上下游面主要受水温和气温影响 ， 而坝体 各高 程 内部 温 度 为 1 41 7 ，基 本 趋 于 稳定。 以准稳定温度场作为温差计算的起点 ，对大坝 施工期温度场和温度应力进行仿真模拟分析 ，全面 系统地分析其温度及温度应力 ，确定坝体各部位在 不同时段、不 同季 节 的温控标 准 ，提 出切合实 际 的，从简单到复杂的温控措施 。 2 3 封 拱温 度 根据坝体准稳定温度场的分析和计算 ，拱坝接 缝灌浆封拱温度 为 ：高程 4 7 0 O 05 1 4 5 0 m之 间 为 1 2 ；高程 5 1 4 5 05 5 0 5 0 m之间为 1 3 c 【 = ；高 程 5 5 0 5 05 7 8 5 0 m之间为 l 6 。 3 温控标准 3 1 温 度控 制标 准 ( 1 )基础允 许温差 。基础容许温差按 河床坝 段和岸坡坝段 、不 同混 凝土 强度 等级 分别 提 出。 根据有关规范及工程经验 ，经计算 分析拟定拱 坝 基础混凝 土允许温 差见表 1 ( L为 浇筑块 最 长边 尺寸) 。 表 1 基础允许温差标准 单位： 强度等级 部位 O O 2 0 20 4 O 4 三 岸坡坝段 1 8 2 1 2 1 C 9 o 2 0 河床坝段 1 9 2 2 2 2 岸坡坝段 l 9 2 2 2 2 C 9 o 2 5 河床坝段 2 0 2 3 2 3 ( 2 )上下层温差标 准。在龄期 2 8 d以上 的老 混凝土面上浇筑混凝土时 ，老混凝土 面以上 0 2 5 L 范围内的新浇混凝土应按上下层温差控制 ，温差标 准为 1 6 0 。老混凝 土面 以上新 浇混凝土应短 间 歇均匀上升 ，避免再次产生老混凝土。 ( 3 )内外温差。控制拱 坝混凝土 内外温差 不 超过 1 8 。 ( 4 )坝体设 计允许最 高温度 。根据 温差标准 和坝体准稳定温度确定 的各坝段不 同浇筑月份容许 最高温度见表 2 。当浇筑部位出现 老混凝土时 ，最 高温度还应满足上下层温差控制标准 。 表 2 坝体设计 允许最高温度 容许最高 温度 ( ) 部 位 31 1月 l 2月 翌年 2月 河床部分强约束区 3 l 2 7 两岸强 约束 区 3 0 2 7 弱 约束区 3 3 2 7 ( 5 )坝段高差控 制。混凝土施 工 中，各 坝块 应尽量均匀 上升 ，相邻坝段高差不大于 1 2 m，整个 拱坝上升最高和最低坝段高差控制在 3 0 m以内。 3 2施工期应力控制标准 根据相关规范计算了不同强度等级的混凝土在 不同龄期时的允许拉应力 ，同时比较 了用抗拉强度 计算 的应 力控 制 标 准 。施 工 期应 力 控 制 标 准见 表 3 。 表 3 施工期混凝土温度应力标准 单位：MP a 强度等级 计算方法 7 d 2 8 d 9 0 d 规 范方法 0 7 4 1 6 4 2 0 1 C 9 o 2 0 抗拉强度法 0 7 9 1 2 1 6 1 采用的允许拉应力 0 7 4 1 2 1 6 1 规范方法 0 8 5 1 8 l 2 1 9 C 9 0 2 5 抗拉强度法 0 9 7 1 3 l 1 8 8 采用的允许拉应力 O ， 8 5 1 3 1 l _ 8 8 4温控措施 4 1 优选混凝土原材料与配合比优化设计 混凝土的良好性能首先要从原材料选择和优化 配合比人手。选用强度等级为 4 2 5的中热水泥， 并掺3 0 的级粉煤灰以降低水泥用量。选用弹 7 7 设计与施工 水利规划与设计 2 0 1 0年第 3期 性模量较小 、极限拉伸系数适 中、热膨胀系数较小 的灰岩作为人工骨料 ，并优选复合外加剂。大坝混 凝土主要采用 四级配 ，进行混凝 土配合 比优 化设 计 ，降低混凝土单位水泥用量 ，以减少混凝土水化 热温升并延缓水化热发散速率，提高混凝土抗裂 能力 。 4 2控制拌和楼出机 口温度 散装 水 泥运 至 工 地 的入 罐 最 高温 度 不 超 过 6 5 ，控制混凝 土细骨料的含水率在 6 以下 ，且 含水率波动幅度小于 2 。根据浇筑部位、浇筑月 份等因素选择混凝土出机 口温度 ，高温季节拌和楼 设计 出机 口温度为 1 1 o C。通过对混凝土骨料进行 预冷，并采取加片冰、加制冷水拌和等措施以降低 混凝土出机 口温度 。 4 3 降低浇筑温度 为防止浇筑过程中的热量倒灌 ，需加快混凝土 的运输、吊运和平仓振捣速度 。31 1 月运输过程 中宜对吊罐等运输设备采取保温措施 ，以减少运输 过程 中温度回升。浇筑过程 中上坯混凝土覆盖时间 必须控制在 4 h之内。根据浇筑部位、浇筑月份等 因素 ，采取恰 当的隔热保温措施 ，保温材料的等效 热交换系数 1 5 k ,J ( m h ) 。浇筑仓 内气温 高于 2 5 q C 时需要采取仓 面喷雾措施 ，喷雾后浇筑 仓内气温较外界气温至少降低 3 C。尽量避免高温 时段浇筑混凝土 ，应充分利用低温季节和早晚气温 低的时段浇筑 。高温季节强约束区混凝土最低浇筑 温度控制在不超过 1 6 。 4 4 控制浇筑层厚及间歇期 在满 足浇 筑 计 划 的 同 时 ，应 尽 可 能采 用 薄 层 、短 间歇 、均 匀 上 升 的浇 筑 方法 。根 据浇 筑 部位 、浇筑 月份等 因素控制 浇筑 层厚 和间歇期 ， 高温季 节( 4一l O月 ) 层 厚 为 3 m，低 温 季 节 ( 1 1月 翌 年 2月 )层 厚 可 为 1 53 m。控 制 混 凝土层 问间歇期 ，对 1 5 m层厚 ，层 间间歇一 般按 5 7 d控制 ；对 3 m层厚 ，层 间间歇一般按 71 0 d控制 。 4 5 通水冷却 ( 1 )冷却水管布置。冷却水管采用外径 3 2 m m 的 H D P E塑料管 ，局部区域采用外径 2 5 4 c m的金 属管 ，水管间距一般采用 1 5 m1 5 m ( 水平间距 垂直间距 ) ，必要时水管 间距采用 1 0 m1 5 m 或 1 0 m1 0 m。 ( 2 )一期通 水冷却。一期通水冷却 通水时 间 78 高温季 节不 少 于 2 1 d ，低 温季 节不 少于 1 5 d 。前 1 0 d通水流量 1 21 8 m h ，1 0 d后通水流量 0 5 1 0 m h 。水流方 向每 2 4 h变换一次。一期冷却 蛇形管人 口处水温采用 1 1 1 。进 口水温与混凝 土最高温度之差不超过 2 3 12 。一期冷却结束时的 混凝土温度要求为 2 41 o C。 ( 3 ) 中期通水冷却 。开始 中期冷 却的混凝土 需同时满足混凝土龄期不小于 6 0 d和混凝土温度高 于一冷结束时温度标准。中期冷却在每年 的 l 0 1 1 月进行 ，中期冷却进 口水温与混凝土最高温度 之差不超过 1 5 ( 2 。中冷 结束标准为混凝土温度冷 至 2 11 o C。 中 期 冷 却 最 大 降 温 速 率 每 天 小 于 0 5 。 ( 4 )二期通 水冷却 。尽 量利用低温 季节进行 二冷，如在高温季节进行二期冷却 ，需要加强坝面 保温减小 内外温差与热量倒灌。同一批二冷的各坝 段二冷区范围内的冷却管圈应同时开始二冷 ，沿高 程有适当的温度梯度 ，即所有冷却管圈通水开始时 间相差不超过 1 天。第一次二期通水冷却高程范 围 包括拟灌 区、盖重 区和过渡区；第二次及以后的二 期通水冷却高程范 围包括盖重区和过渡区。二期冷 却进 口水温与二冷前闷水测温得到的混凝土最高温 度之差不超过 l 5 。二期 冷却蛇形 管人 口处水温 一 般为 61 0 o C。 4 6 混凝土表面保护及保温 龄期小于2 8 d盼? 昆 凝土暴露面必须进行表面保护， 保护标准为等效热交换系数9 k J ( r n 2 h ) 。日 平均气温 2 3 d内连续下降超过 8 c 【 = 或 日气温变 幅 大于 1 2 C时，龄期小 于 9 0 d的混凝土暴露 面也应 进行表面保护。对于坝体上下游永久暴露面 ，在高 温季节进行二期冷却时还要进行保温 ，故对坝体上 下游永久暴露面，一直粘贴或覆盖保温材料保护至 水库蓄水前 。 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 刘德富，黄达海，田斌，著 拱坝封拱温度场及温控优 化 M北京：水利水电出版社 ，2 0 0 8 3 朱伯芳 大体积混凝 土非金属水管冷却 的温降计算 J 水利水电技术，1 9 9 7 ，( 6 ) 4 胡秀全，李富，王伟奇 大体积混凝土温度裂缝的预防 与处理措施 J 黑龙江水专学报，2 0 0 4 ， 3 1( 2 )