水电站大坝混凝土温度计算与控制 4页

第30卷第10期华电技术V01．30No．102008年10月HuadianTechnology0et．2008水电站大坝混凝土温度计算与控制Calculationandcontrolofthedamconcretetemperatureinhydropowerstation胡卫华，庞崇林，胡俊HUWei—hua，PANGChong—lin，HUJun(1．南方电网公司曲靖供电局，云南曲靖655000；2．中国水利水电第十四工程局科研设计院，云南昆明650041)(1．QujingPowerSupplyBureau，ChinaSouthernPowerGridCorporation，Qujing655000，China；2．InstituteofChinaWaterConsenancyandHydropowerEngineeringBureauNo．14，Kunming650041，China)摘要：块泽河电站大坝为现浇混凝土单曲高拱坝，由于水泥水化热，内部温度上升，在一定约束条件下会产生较大的拉应力，导致混凝土产生裂缝，影响坝体工程质量。对大坝混凝土温度场进行了详细的计算和分析，提出了相应的混凝土温控措施。关键词：温度场计算；温度控制；块泽河电站大坝中图分类号：TV698．231文献标志码：A文章编号：1674—1951(2008)10—0037～04Abstract：ThedamofKuaizeheHydropowerStationissingle—curved，higharchcast—onplaceconcretedam．Thetemperatureinsidethedambodywillraiseduetotheconcretehydrationheat．Undercertainconstraintcondition，thegreaterexpansionstresswilloccurduetothehighertemperature，andthisleadtocreatethecrackinconcrete，thedamengineeringqualitywillbeinfluenced．Inthispaper，thedamconcretetemperaturefieldwascalculatedandanalyzedindetail，andrelevantconcretetemperaturecontrolmeasureswereproposed．Keywords：temperaturefieldcalculation；temperaturecontrol；thedamofKuaizeheHydropowerStation但拱坝稳定温度是确定运行期温度荷载、封拱灌浆0引言时机及施工期控制基础混凝土温差，防止贯穿裂缝块泽河电站大坝位于云南省富源县境内，为现的重要依据，因此，需进行坝体稳定温度场的分析。浇混凝土单曲拱坝，高94Ill，基础底宽40In，坝体底1．1．1边界条件宽20In，顶宽5ITI，顶长100．19m，宽高比为1：0．16，(1)上游坝前水库水温。水库库表年平均水温属薄拱坝。坝底到坝顶高程为1495—1584nl，取16．8℃；库底年平均水温取10．7℃；不同深度的EL1520in以下设计为C25混凝土，EL1520以上设年平均水温按下式计算计为C20混凝土。坝体分为4个坝段，设有3条横t()=c+(tb—c)×e一。，缝，混凝土总量约7．5万Ill。c=(td—tb×g)／(1一g)，一般来说，混凝土在浇筑后，由于水泥水化热，ge一。㈣．内部温度上升，在一定约束条件下会产生较大的拉式中：t(Y)为水深YIl处年平均水温，oC；t为表应力，导致混凝土产生裂缝，影响坝体工程质量。因面年平均水温，oC；t为库底年平均水温，oc；h为水此，需对大坝混凝土温度进行研究并采取相应的控库深度，m。制措施(2)下游水垫塘水面以上坝面温度。坝体下游1坝体温度场计算与分析面位于水垫塘水面以上的混凝土表面年平均温度，受年平均气温和日照影响，按下式计算1．1稳定温度场计算从严格意义上讲，薄拱坝只存在准稳定温度场，t=t+△=15．1+3．0=18．1()，式中：为混凝土表面平均温度；tam为年平均气温，收稿日期：2008—07—07t=15．1oC；At为Et照引起的年平均温度增量，根n·38·华电技术第30卷据工程经验，△取3．O~C。1．2不稳定温度场计算(3)坝基面温度。坝基面的温度按上下游坝趾1．2．1计算方法和坝踵水温，中间呈直线变化为坝体建基面温度。混凝土浇筑以后，由于水泥水化热的散发和受(4)下游尾水水温。取13．O~C。边界温度的影响，坝体各浇筑层的温度随着时间不1．1．2计算方法及成果断变化，因此，需要确定各时期坝块的温度分布。坝体稳定温度场应满足拉普拉斯方程不稳定温度场满足热传导方程垂1+0垂1+I垂1：一0u．’Ot／02t0、O0a‘ava～I++J+。式中，为混凝土温度，℃。混凝土与空气接触按第3类边界条件考虑计算采用平面有限元(三角形)单元分析方法，一A{)=(_-)，在微机上实现。根据计算成果整理的典型坝段稳定、a，温度场分布图如图1所示。式中：为混凝土温度，℃；7为时间，h；n为导温系181℃数，m／h；，Y，为各向坐标；0为水化热绝热温升，℃；A为混凝土导热系数，kJ／(m·h·oC)；为混凝土表面放热系数，kJ／(m。·h·。C)；t为空气温度，℃。不稳定温度场采用平面有限元分析方法进行计算，计算剖面及边界示意图如图2所示。根据热量平衡原理，将计算剖面从中央断面处取一半计算，并视中央断面为绝热边界。取混凝土外9m、深1011"1的地18l。130℃基参与计算，地基除基岩暴露面为3类边界外，其余各边为绝热边界。混凝土顶面及侧表面为3类边界(顶面若流水则为1类边界)，顶面无保护、侧面无保护或钢模，热交换系数J8取64．0kJ／(1TI．h．℃)。13O℃图1典型坝段稳定温度场用平均法进行拱坝坝体稳定温度的计算，经计界算，典型坝段稳定温度见表i。表1典型坝段稳定温度计算成果表绝热边界绝热边界约束区范围坝体稳定温度／℃(0～0，2)l1．5图2计算剖面及边界示意图(0．2～0．4)L12．01．2．2计算假定注：为浇筑块长边长度。(1)浇筑层厚分别取I．5m、2．0m，间歇期7d，表3不稳定温度场计算成果n第10期胡卫华，等：水电站大坝混凝土温度计算与控制·39·对不同浇筑时段进行计算；量，kg／m。。C20用量为165kg，C5用量为182kg；p(2)坝内埋设冷却水管，通天然河水进行一期为混凝土的密度，kg／m。。取为2320kg／m。；C为混水管冷却，冷却水管水平间距按1．5／11计算，垂直问凝土比热，kJ／(kg·℃)。距与浇筑分层厚度一致；c。。绝热温升=165_x_×280．1(3)浇筑温度取自然入仓温度或18．O~C(出机口温度为16．0oC)；c绝热温升=182x_2680．1(4)基础块最大长度25．0Ill。其他时刻的绝热温升可按0=0。(1一e一)进1．2．3计算结果与分析行计算。式中：0为时的绝热温升，℃；0。为混凝采用上述计算假定进行不稳定温度场计算，结土最终绝热温升，℃；m为水泥发热速率参数，I／d。果见表3。m值与浇筑温度的关系表见表4。计算结果表明，强约束区(0～0．2L，L为浇筑块表4m值与浇筑温度的关系表长边长度)浇筑时段在5—9月，浇筑层厚1．5m，问歇5～7d，出机L1温度不大于16~C，采取水管冷却浇筑温度／℃510152025(通天然河水)和表面流水措施；在10月一次年4月，浇筑层厚1．5m，问歇7d，自然人仓浇筑，采取表2．3水温控制措施面流水措施。弱约束区(0．2～0．4L)浇筑时段在采用2~C制冷水，按75m／h生产计算，冷水供5—9月，浇筑层厚2．0nl，间歇5～7d，自然人仓浇应强度为9．75m／h，选用10m／h的制冷设备。砂筑，采取水管冷却(通天然河水)和表面流水措施；温控制措施：湿法生产，设2个成品料仓，料仓设钢在10月一次年4月，浇筑层厚2．0m，间歇5～7d，自桁架屋顶遮阳措施。水泥降温措施：采用自来水喷然人仓，采取表面流水措施。淋及遮阳措施。石子降温措施：料仓设计成方形筒仓，用2~C冷水喷淋降温。将28~C石子降为14℃，2坝体混凝土温控措施需2oc水用量为21m／h，配置1台25m／h的冷却2．1混凝土温度的控制因素机组。从上述混凝土混凝土温度场计算中得知基础温2．4混凝土表面保温差△=t+t一￡f。式中：t为混凝土浇筑温度；t在低温季节或气温骤降期间需对混凝土表面进为混凝土的水化热温升；t为坝块的稳定温度或准行保温。保温时间至少为1个低温季节。对于基础稳定温度。由于t是由混凝土特性和长时问所处约束区，2～3d的日均温度下降超过6~C时，视为气环境所确定的，属于不可控范畴，一旦混凝土配合比温骤降；对于非基础约束区，2～3d的日均温度超过确定，则混凝土的水化热温升t就可以确定，是一8℃时，视为气温骤降。保温的目的是避免因表面温个相对稳定的数值。但在施工中，混凝土温度控制度梯度过大而产生表面裂缝。在实际施工中，为便的主要指标为浇筑温度和坝块最高允许温度。于掌握保温时问，可以按施工规范，当坝体内外温差浇筑温度的控制主要由出机口温度决定，考虑有可能大于20~C时，即对混凝土表面进行保温。到运输过程中混凝土的温升，将出机口温度定为低2．s混凝土养护于浇筑温度2oC。混凝土在浇筑后如不加养护，表面的水分由于坝块最高温度由通水(河水和制冷水)冷却来蒸发而急剧损失，会影响混凝土强度的发展，甚至会进行控制，并通过通水来控制砼的温升，满足上、下引起干缩裂缝。因此，在混凝土浇筑完毕后12～层温差及内外温差的要求，并最终达到封拱温度要18h即开始养护，但在炎热、干燥的气候条件下应提求。在施工中，根据实测温度值来决定通水(河水前养护。或制冷水)的时间和流量。2．5．1永久暴露面养护2．2绝热条件下混凝土水化热温升计算大坝永久暴露面为坝体的上、下游面，采用032nln3聚乙烯塑料管(PE管)，每隔20～30cm钻，01mill左右的d,TL，挂在模板上或外露拉条筋上，通式中：0。为混凝土最终绝热温升，。(=；Q为水泥水水量15L／rain左右。混凝土拆模后即开始流水养化热总量，kJ／kg。28d，取280．1kJ／kg；为水泥用护，水管随模板上升而上升，白天实行不问断流水养n·40·华电擞术第30卷护，夜间可实行间断流水养护，即流水养护1h，保持湿度计或热电偶进行温度观测。润1h，当夜问气温超过25~C时实行不问断流水养护。3结论2．5．2左右侧面养护左右侧使用的键槽模板不宜挂水管，而进行小经过多年的努力，块泽河电站大坝已施工结束，流量水喷洒或人工洒水养护，特别是低块浇筑时，既并于2006年4月30日成功并网发电。大坝在蓄水要养护好侧面又不能将水流到仓内，养护时间不少后运行良好，坝体混凝土在安全监测中未发现有变于90d。形与开裂情况，说明在大坝混凝土在设计计算与施2．5．3水平面养护工过程对温度控制是较为成功的。当混凝土在初凝后，能抵抗自然流水破坏，表面参考文献：即可进行洒水养护，洒水时在水龙头上加莲蓬头，仓面的养护时问直至上仓浇筑为止。[1]丛培江，张燕．最大熵原理在坝体混凝土断裂韧度反演2．5．4雨天养护中应用[J]．武汉理工大学学报，2008，30(1)：83—86，下雨持续时间超过30min，停止各坝块表面及109．侧面养护工作；下雨持续超过1h，停止下、下游面及[2]申逸．回龙抽水蓄能电站碾压混凝土坝施工质量控制外露孔口侧面的流水养护；雨停后1h恢复正常的[J]．人民长江，2008，39(7)：29—30．养护工作。(编辑：刘芳)2．6温度测量在混凝土施工过程中，至少每4h测量一次混作者简介：胡卫华(1979一)，男，云南富源人，南方电网公司曲靖供电局助凝土原材料的温度、出机口混凝土温度以及坝体冷理工程师，从事电力系统自动化方面的工作。却水的温度和气温，并做好记录。混凝土浇筑温度庞崇林(1974一)，男，广西桂林人，中国水利水电第十四工程局的测量，每1001TI仓面面积应不少于1个测点，每科研设计院高级工程师，从事中、小水电站的设计工作。一浇筑层应不少于3个测点，测点应均匀分布在浇胡俊(1980一)，男，云南争雄人，中国水利水电第十四工程局科筑层面上。在浇筑块内部按每150m。埋设1支温研设计院工程师，从事中、小水电站的设计工作。(上接第6页)网存在的一系列弊端问题，提出了电『3]成涛，成连生．电力系统的电磁环网运行[J]．华中电力，2001．14(6)：17一l9．磁开环的一系列准则问题，并介绍了多层模糊综合[4]程文钢．1993-2002年广西电网500kV／220kV电磁环评价方法在电磁开环的具体应用。基于多层模糊综网的运行[J]．广西电网，2003(3)：61—63．合评价的电磁环网开环方案切实可行，具有一定的[5]尚培祥，蔡瑞桔，王听伟．地区性薄弱电网高低压电磁环实际应用价值和现实意义。网运行可行性介析[J]．电力设备，2004，5(5)：19—21．[6]孔涛，王洪涛，刘玉田，等．500kV／220kV电磁环网开环参考文献：研究fJ]．电力自动化设备，2003，23(12)：13—16．(编辑：白银雷)[1]秦跃进，汪勇，胡广．2005年湖北电网电磁环网问题研究[J]．华中电力，2002，15(6)：15—17．作者简介：[2]冯伯庚．对澳电磁环网供电危险点分析[J]．广东科技，林武汉(1975一)，男，广东汕头人，广东电力公司广州供电分公2008(2)：93—94．司工程师，从事变电运行方面的工作。