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棉花滩碾压混凝土重力坝温控设计

时间:2017-9-27 11:04:00 来源:本网

  水利水电技术棉花滩碾压混凝土重力坝温控设计毛影秋(国家电力公司上海勘测设计研究院,上海市,200434)问题就显得相当重要。基础混凝土允许温差根据基础浇筑块的温度应力不超过混凝土的抗裂能力计算确定,RCC在0-0.2L时为16°C,在Q2- 0.4L时为19C,常态混凝土在0- 0.2L时为19°C,在0.2- 0.4L时为22C.混凝土允许内外温差,RCC在0~0.4L时为20°C,大于0.4L时为22C,常态混凝土为23C.上下层允许温差控制在13°C.寒潮保温设计经计算后选用3 cm厚的泡沫塑料板。

  1基本资料1.1气温、水温及降温寒潮坝址位于北回归线附近,属亚热带季风带,气候温暖,年平均气温20.1C,月平均气温均在10C以上,极端高气温39.2C,极端低气温-4. 8C,月平均气温高达27.(7月份),低为10.7C(1月份),月气温年变幅8.4C.坝址以上流域多年平均降雨量1657.1mm,年平均相对湿度为80,库区多年平均水面蒸发量为1 163.2mm,全年风向以静止无风为多,西北风次之,历年平均风速为2.4m/s.各月气温。水温统计如表1所列。

  坝址区历年降温寒潮较为严重,多年平均降温次数达15. 4次,寒潮持续时间卜5d,其中12月至来年3月浇筑有利月份的寒潮为严重,平均每月发生2.1次,占全年发生寒潮次数的55以上,大降温都在15C以上持续3d以上的次数达47.;不同持续时间的寒潮其大降温值(降温值天数)分难度很大。寻找方便经济方式形成坝内排水孔,有待继续探索。

  8结语棉花滩大坝工程碾压混凝土施工在吸取国内先进的施工经验的基础上得到了国内碾压混凝土方面的专家的帮助,在业主、监理、设计等方面的支持下,在施工工艺和施工技术方面进行大胆的创新,取得较为明显的工程效益。施工中一些有效的机具和装置得到应用,对提高混凝土的施工质量起到很好的保证作用,但施表1坝址区各月气温。水温统计C项目/月份多年平均极端高极端低气温水温气温水温气温水温全年工中仍然存在一些有待解决的问题,在今后的施工中将得到继续的探索和改进。我们将通过棉花滩大坝碾压混凝土的施工,为我国碾压混凝土筑坝技术水平的提高略尽微薄之力。

  部副总经理兼总工。

  许剑华,男,55岁,教授级高工,棉花滩项目经理部质安环保部部长。

  阮锦发,男,28岁,助理工程师。

  (:2000~08~17责任编辑陈小敏)1.2混凝土热力学指标根据室内试验拟定的混凝土配合比及热力学主要指标如表2所列。

  表2混凝土配合比及热力学主要指标混凝土强度等级粉煤灰掺量终绝热温升/C极限拉伸X/10-6弹性模量/104MPa常态此外,混凝土比热容c= 950/(kg.K),混凝土导温系数a=.4m2/h,混凝土线膨胀系数T=1(K10~6C-i1.3基岩力学指标综合弹模:高程90.00m以下,>= 2坝体温度控制标准2.1基础混凝土允许温差(或基础混凝土允许拉应力)基础混凝土允许温差根据基础浇筑块的温度应力(指拉应力)不超过混凝土的抗裂能力计算确定,将抗裂能力用允许拉应力=XEh/Kf,计算结果如表3所列。

  表3基础混凝土允许温差(允许拉应力)基础混凝土允许拉应力e允许温差at/C强约束区O0.弱约束区0.2~0.4L常态注L为浇筑块长边长。

  2.2混凝土允许内外温差(允许高温度)为了不使混凝土产生太大的表面温度应力,防止发生表面裂缝,必须对混凝土的内外温差进行限制,考虑RCC早龄期抗裂能力较常态混凝土为低,允许内外温差At,取为:(1)RCC,0-0.4L时为20°C,>0.4L时为22°C;(2)常态混凝土为23°C.实际施工时内外温差较难控制,而以控制混凝土高温度来代替,坝址区多年低月平均气温10.7°C,由此可得到满足允许内外温差时的允许高温度Tmax:;(2)常态混凝土为33.7°C. 2.3上下层温差由于碾压混凝土通仓浇筑,其浇筑块长度较常态混凝土浇筑块(20cm左右)长得多,上下层温差引起的温度应力也较常态混凝土浇筑块大,有关资料表明,80m长的浇筑块其上下层温差应力有时可达到2-3MPa,而碾压混凝土的抗裂能力较常态混凝土为低,根据这一特点,本工程大坝的上下层允许温差定为13C. 3坝体稳定温度3.1边界条件3.1.1库水表面温度根据经验,库水表面温度在当地年平均气温(20.1C)的基础上再考虑一日照影响的温度增量(1.2C),即21.3C. 3.1.2库底水温棉花滩水库的年平均径流量与总库容(正常蓄水位,以下同)之比为4.3(<10),500年一遇一次洪水量与总库容之比为1.17(>1),10年一遇一次洪水量与总库容之比为ft54(> 0.5),可以看出水库属分层型,库底存在一个稳定低温水层,但遇大洪水(如P= 0.2)时洪水对水库水温分层有临时性影响。

  库底水温根据12月、1月、2月的多年平均气温及类比附近新安江水库的温度资料后确定为11C. 3.1.3水库不同高程的水温水库不同高程的水温根据库水表面温度、库底水温,由经验公式求出,如表4所列。

  表4不同高程的库水温度高程/m水温C 3.1.4下游水温考虑电站尾水沿程日照影响,平均水温按13C考虑,水面温度14C,水底温度12C. 3.1.5上下游水面以上的坝体表面温度棉花滩坝址位于北纬25坝下游面坡度1:0.75,坝面垂线与正北线交角为135日照的影响近似取为2C,因此,上、下游水面以上的坝体表面温度由年平均气温加上日照影响的增量为3.2坝体稳定温度坝体边界温度确定后,用有限元计算方法求得的坝体稳定温度场如附图所示,各高程稳定温度如表5所列。

  表5坝体不同高程稳定温度高程/m以上稳定温度C 4坝体分缝分块与碾压层厚度本工程大坝非溢流坝段横缝间距5(- 70m,坝底大宽度74.5m,溢流坝段横缝间距33m,坝底大宽度84 5m.坝体不设纵缝。三个枯水期的施工方案使坝体有二个较长的施工间碾压层厚度由施工浇筑能力及其特点决定,采用每层30cm的通仓薄层连续铺碾,除结构需要或特殊情况外,连续升程一般为3m.表6坝体基础约束区允许浇筑温度混凝土部分高程高程(⑤坝段)高程表7坝体RCC大内外温差、高温度表8延长施工期后的坝体基础约束区允许浇筑温度混凝土部分高程高程(⑤坝段)高程5温度和温度应力的计算与分析5.1水化热温升混凝土水化热温升采用单向差分法进行计算。计算结果如基础常态混凝土由于受基岩温度较低的影响,终水化热温升较低,河床部位基础常态混凝土浇筑后有12~15d的间歇期,其水化热温升为9.5°C,两岸挡水坝段由于与坝体碾压混凝土同步上升,水化热散发较少,水化热温升为10.9C. 5.2坝体浇筑温度由于坝体通仓浇筑,不设纵缝,且两横缝间的坝段较长,因此对于坝体每一浇筑层靠近基础处的混凝土都受基础约束,基础约束区范围为0.4L.基础约束区坝体浇筑温度既要满足温度应力(基础混凝土允许温差)的要求,又要满足内外温差和上下层温差的要求,结合施工进度安排,基础约束区允许浇筑温度如表6所列。

  非基础约束区允许浇筑温度由内外温差和上下层温差决定,与同高程的基础约束区相比,可适当放宽卜2C.溢流面常态混凝土位于坝体RCC上面,浇筑时其下RCC有一较长的间歇期,温度有所降低;溢流面又为薄层浇筑块,其浇筑温度应同时考虑上下层温差和内外温差的要求,允许浇筑温度在1月份为17C,其余月份为20C.根据允许的浇筑温度认为棉花滩大坝的坝体RCC―般可以在自然气温下进行浇筑,溢流面常态混凝土若有部分放在夏秋季浇筑时,应适当采取一些措施,降低浇筑温度。

  5.3内外温差碾压混凝土的水化热放热过程均匀缓慢,混凝土浇筑后达到高温度的时间大为推迟,降温过程也将延续很长一段时间,浇筑块内部混凝土将长期处于较高的温度状态,当施工后个低温季节来临时,外部混凝土冷却,就形成了较大的内外温差。

  坝址区全年以1月份气温为低,此时坝体各高程大内外温差计算结果如表7所列,均可满足温度控制标准。

  5.4坝体上下层温差坝体在浇筑过程中由于混凝土浇筑温度的季节性变化和较长时间的停浇形成了浇筑块内部上下层温差。从允许的浇筑温度看,其浇筑温度的变化并不大,即使浇筑温度完全与气温相同,在10月~4月间形成的大上下层温差约在4.4C左右,小于上下层允许温差(= 13C)。而两个施工间歇期形成的上下层温差分别为5.02C和4.07C,也小于允许的上下层温差。

  从上下层温差的分析过程可以看出,冬季浇筑、夏秋季间歇的施工方案,其坝内高温度低,天然冷却降温少,上下层温差也小。

  5.5温度应力5.5.1基础浇筑块温度应力基础浇筑块温度应力是由基础温差所引起的。计算结果为高程120.00m以下溢流坝段基础块大拉应力1.12MPa,非溢流坝段基础块大拉应力1.19MPa,均小于允许拉应力(Ri8q150=基础常态混凝土浇筑块大拉应力非溢流坝段为0.8MPa,溢流坝段为0.7MPa,小于允许拉应力(Rm200 5.5.2气温年变化温度应力外界温度的变化产生的大拉应力一般出现在坝块表面,经计算各种不同强度等级的混凝土由气温年变化产生的温度5.5.3气温骤降即寒潮)引起的表面应力在遇各种寒潮情况时,混凝土表面皆产生拉应力,其中以发生在12月份(连续降温4d,降温幅度18.5C的寒潮情况)为不利,以R150为例,相应于上述寒潮情况时不同必须对混凝土表面进行保温。

  5.5.4保温设计气温年变化和寒潮引起的混凝土表面大拉应力都在每年的冬季发生(仅指施工期内),而以寒潮引起的拉应力更为不利,因此根据寒潮情况进行保温设计。

  经比较计算,选用3cm厚的泡沫塑料板作为混凝土表面的保温材料,此时遇上述不利寒潮情况时,不同强度等级混凝土在不同龄期产生的表面拉应力,皆小于相应的允许拉应力。

  6延长施工期后的坝体浇筑温度棉花滩碾压混凝土重力坝原计划施工时段为10月20曰~翌年4月20日,大坝开工后,由于种种原因,施工时段要求延长为9月中旬~翌年5月中旬,经比较当地气温条件后采用的施工时段为9月20日~翌年5月20日。

  经计算,延长施工期后的坝体基础约束区允许浇筑温度如表8所列。

  7温控防裂措施根据上述分析,在RCC施工月份内,10月20日~ 4月20日时段内一般均可在自然气温下浇筑,不需采取特别的温控措施;9月20日~10月20日,4月20日~ 5月20日时段内气温高于允许浇筑温度,需采用集料堆遮阳或预冷、液态氮或加冰拌和等措施以满足允许浇筑温度。当月平均气温高于25C或低于3C时,应采取保温措施或停止浇筑。

  除控制上述允许浇筑温度外,在4月上旬~ 5月中旬,9月下旬~10月中旬期间还必须采用以下温控措施:运输途中防止气温倒灌;仓面喷雾;避开13 00时~1700时高温时段浇筑混凝土等。

  为防止气温年变化、内外温差,尤其是寒潮引起的混凝土表面过大的温度应力,在11月至来年3月的时间内,对于暴露部位的混凝土,不论什么龄期都要进行表面保护,保温材料为3cm厚的泡沫塑料。

  混凝土坝产生裂缝的原因多种多样,影响因素十分复杂,为了防止混凝土产生裂缝,除严格控制温度以外,还应注意:(1)应有措施保持仓面湿润;(2)降雨大于3mm/h,不得开仓浇筑;(3)加强表面潮湿养护,采取喷雾、洒水、覆盖塑料薄膜等措施保持混凝土表面呈湿润状态,尤其是在大风和日照强烈天气施工时;(4)底孔、廊道、闸门槽等部位,应重视保护;(5)防止集料分离,基础面开挖起伏差控制在50cm以内。

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