深溪沟水电站厂坝混凝土温控方案研究及应用.pdf

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 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 ； 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 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 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 ； 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 ， 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 ( 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 实 时掌 握 混 凝 土 内部 温 度 变 化 情况 及变 化规 律 ， 对 温 控 数据 采 集 和 指 导温 控 过 程 分 析有 着重要 意义 。 通过 上述措 施 ， 深 溪 沟厂 坝 主 体 混凝 土 温 控 取 得 了显 著效果 ， 目前 大坝 混凝 土浇 筑 已全 部完 成 ， 从 现 场 检查 情况来 看 ， 未 出现 温 度 裂 缝 ， 打破 了 “ 无 坝 不 裂 ” 的神 话 ， 创 造 了工程奇 迹 。 4结 语 深溪沟水 电站厂坝混凝土施工强度高， 温控要求 严格 。本 文通 过对 深溪 沟大 坝混凝 土施 工温 控方 案的 研究 和成 功应 用 ， 再 次 说 明 了科 学 合 理 地 选 定温 控 方 案 的重要 性 ， 同时也 提 醒 相关 人 员 和 单 位 在施 工 过 程 中应该如何更好地落实温控措施。根据现场情况及时 调整温控措施是工程管理过程中须高度重视的问题 。 ( 编辑 ： 徐诗银) Re s e a r c h o n c o n c r e t e c o nt r o l s c he m e a n d a pp l i c a t i o n o f p o we r ho us e m o n o l i t h o f S he nx i g o u H y d r o po we r S t a t i o n BAI L i u x i n g； Z HANG W e n l o n g； ZHENG J i a n mi ng ( G u o d i a n Da d u h e R i v e rb a s i n Hy d r o Po w e r De v e l o p me n t C o ，L T D，Ha n y u a n C h i n a， 6 2 5 3 0 0) Ab s t r ac t ： Ac c o r di ng t o f u n da me n t a l c o n d i t i o n o f S h e nx i g o u Hy dr o po we r S t a t i o n a nd i n t he c o mbi na t i o n o f t he n e we s t a c h i e v e me nt s a n d pr a c t i c a l e ng i ne e r i ng e x p e r i e nc e i n c o nc r e t e t e mpe r a t u r e c o n t r o l o f r i ve r b e d t y pe h y d r o po we r s t a t i o n a t h o me a nd a b r o a d，ANS I S s o f t wa r e i s a d o p t e d t o a na l y z e t h e t e mp e r a t ur e c o nt r o l s c h e me o f po we r h o us e mo n o l i t h s o f S he nx i g o u Hy d r o p o we r S t a t i o n Ba s e d o n c a l c ul a t i o n r es u l t a n d c o n s i d e r a t i o n o f c o s t ， t h e t e mp e r a t ur e c o n t r o l s c h e m e i s de t e r mi n ed a s ： s e l e c t i n g l o w h e a t c e me n t ，i n h i g h t e mp e r a t u r e s e a s o n( t e mp e r a t u r e a b o v e l 7 ) ，c o n t r o l l i n g c o n c r e t e p l a c e me n t t e mp e r a t u r e b e l o w l 7 ， c o o l i n g w a t e r( fi v e r w a t e r ) c u r i n g 1 5 d，a r r a n g i n g 1 5 m 1 5 m c o o l i n g w a t e r p i p e f o r d a m mo n o l i t h a n d 1 m 1 m c o o l i n g w a t e r p i p e f o r s p e c i a l l o c a t i o n ；i n l o w t e mp e r a t u r e s e a s o n ( t e mp e r a t u r e b e l o w 1 7 o C)， p l a c i n g c o n c r e t e b y n a t u r a l t e mp e r a t u r e a n d c o o l i ng b y wa t e r Up t o n o w，t he c o n c r e t e p l a c e me n t h a s b e e n c o mpl e t e d a n d n o c o n c r e t e c r a c k e me r g e Ke y wo r ds：d a m c o n c r e t e；t e mp e r a t u r e c o n t r o l ；l i mi t f i n i t e；Se hn x i g o u Hy d r o po we r S t a t i o n 】 【 上 接 第 5 0页 ) 措施后进 口水流较平顺 ， 经综合分析计算后， 将喇叭口 缩 短 4 0 i n ， 闸室最 终 的结 构 长度 由可 研 设 计 的 3 3 0 m调 整为 2 0 0 m。 ( 4 )可研设 计 阶段 ， 考 虑 到 出 口弧 门受 水 的 推力 大 ， 为 降低 设计 难度 ， 在 出 口闸室段设 6 0 in厚 的混凝 土中墩将出口闸室一分为二， 布置为两孔 ， 设有两扇弧 形闸门和检修闸门。在技施设计时 ， 随着泄洪冲沙洞 洞身断面减小 ， 又研究 了取 消闸室 中墩的可能性。通 过大量调研、 类 比和计算分析 ， 认为将出口弧 门设计为 单孔 是可 行 的 ， 可 以取 消混凝 土 中墩 ， 同时在 满足 泄洪 条件 下将 出 口闸室 宽度 由 1 0 5 in缩 窄至 9 0 in。 (编 辑 ： 李 慧 ) De s i g n a n d o pt i mi z a t i o n o f flo o d a nd s e di m e nt r e l e a s i n g t un ne l o f S he n x i g o u Hy dr o p o we r St a t i o n BAI Li u x i n g，XU Ch e n g，TAN S h a o b i n g ( S h e n x i g o u B r a n c h，G u o d i a n Da d u Ri v e r H y d r o p o we r De v e l o p me n t C o ，L t d ，H a n y u a n 6 2 5 3 0 0，C h i n a) Abs t r ac t：The Di v e r s i o n t un ne l o f S h e n x i g o u Hy d r o p o we r S t a t i o n i s r e c o n s t r u c t e d for flo o d a n d s e di me n t r e l e a s i n g I t wa s u s e d a s di v e r s i on t u nn e l i n c o n s t ruc t i o n p e r i o d，a n d l a t e r i t s o u t l e t wa s r ec o ns t r uc t e d a s pe r ma n e n t flo o d a nd s e di me nt r e l e a s i n g t un n e l for be a r i n g 3 5一 4 0o f t he flo o d d i s c h a r g e i n t h e o p e r a t i o n p e r i o dBa s e d o n e ng i n e e r i ng pr a c t i c e o f S h e n x i g o u Hy d r o p o we r S t a t i o n，we d e s c r i b e l a y o u t d e s i gn o f flo o d a nd s e di me n t r e l e a s i n g t un n e l ，flo o d d i s c h a r g e c a pa c i t y c he c k ，d e s i g n o f e ne r g y d i s s i p a t i o n a n d e r o s i o n c o nt r o l a s we l l a s de s i g n o pt i mi z a t i o nThe o p e r a t i o n s t a t us o f flo o d a nd s e d i me n t r e l e a s i n g t u n ne l s h o ws t ha t t he d e s i g n s c he me i s r e a s o na bl e，wh i c h s o l v e s t he pr o bl e ms o f l a r g e s e e p a g e o f c ha mb e r ，a nt i s c o u t in g o f t un n e l flo o r a n d e n e r g Y d i s s i p a t i o n a n d s c o u r i ng c o nt r o l o f t he t un n e l o u t l e t Ke y wo r d s ： fl o o d a n d s e d i me n t r e l e a s i n g t u n n e l ；p r o j e c t l a y o u t ；s c h e me o p t i mi z a t i o n；S h e n x i g o u Hy d r o p o we r S t a t i o n