本發(fā)明涉及水工混凝土技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種利用海邊地下水進(jìn)行擋潮閘大體積混凝土溫控的冷卻系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

《大體積混凝土施工規(guī)范》（gb50496—2009）中指出，大體積混凝土是混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預(yù)計(jì)會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土?；炷劣不跗?，水泥與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，放出較多的熱量，混凝土的溫度逐步升高。普通尺寸混凝土構(gòu)件散熱條件好，混凝土內(nèi)外溫差較小，整個(gè)構(gòu)件變形基本一致，不致產(chǎn)生嚴(yán)重的水化熱裂縫。而大體積混凝土由于尺寸較大，散熱較慢，水化熱使混凝土內(nèi)部溫度明顯升高?；炷羶?nèi)部水化熱溫升會導(dǎo)致混凝土中的裂縫，進(jìn)而破壞結(jié)構(gòu)的整體性，使混凝土的耐久性能下降，甚至危及建筑物的安全。為此，工程上通常采用冷卻通水的辦法來解決混凝土內(nèi)部溫升問題。

在沿海地區(qū)，建設(shè)擋潮閘之類的水工建筑物時(shí)，需要對大體積混凝土進(jìn)行降溫冷卻。采用海邊地下水作為冷卻用水是一個(gè)思路，其有以下優(yōu)勢：一方面，海邊抽取上來的地下水溫度較低，一般在15℃~18℃之間，冷卻效率高；另一方面，在沿海地區(qū)淡水資源十分缺乏，若按照常規(guī)方法采用淡水進(jìn)行通水冷卻，勢必造成費(fèi)用成倍增加，且通過管道輸送或汽車運(yùn)輸至海邊的淡水溫度較高，夏天通常在33~36℃之間，冷卻效率大大減弱。因此，抽取海邊地下水進(jìn)行通水冷卻，不僅可以提高冷卻效果，還可以節(jié)約淡水資源，降低工程造價(jià)。然而，由于工農(nóng)業(yè)固體沉積物、內(nèi)河泥沙等長期沉積作用，海邊地下水的鹽濃度很高，甚至大于海水濃度。若采用常規(guī)的鐵管作為冷卻水管，處理不當(dāng)勢必會導(dǎo)致后期銹蝕，從而導(dǎo)致混凝土后期碳化；此外，采用鐵管作為冷卻水管，將不可避免的存在焊接問題，而這些焊接部位極易產(chǎn)生滲漏，一旦發(fā)生滲漏，不但影響冷卻效果，海水中的氯離子還會進(jìn)一步腐蝕混凝土材料，對混凝土耐久性產(chǎn)生極其不利的影響。因此，目前有關(guān)利用海邊地下水進(jìn)行大體積混凝土冷卻的工程案例尚未有報(bào)道。另一方面，冷卻通水不是隨意為之，需要遵循一定的規(guī)則，比如，溫峰、降溫速率、通水時(shí)長等指標(biāo)都要滿足要求才可實(shí)施，冷卻通水前通常需要人工測量混凝土溫度、冷卻水管中的水流量，然后根據(jù)測得的溫度和流量數(shù)據(jù)，憑經(jīng)驗(yàn)人工計(jì)算次日的通水流量，最后手工調(diào)節(jié)冷卻水管上的閥門開度，按計(jì)算流量通水。這種人工的測量、計(jì)算和調(diào)節(jié)的方法過于繁瑣，且溫度控制不及時(shí)，準(zhǔn)確性差；此外，還需要操作人員長時(shí)間工作，由于現(xiàn)場施工條件復(fù)雜，勢必存在一定安全隱患。

近年來，隨著海岸工程的興起，需要興建大量擋潮閘以防止海水倒灌破壞淡水河。因此，如何利用海邊地下水對擋潮閘大體積混凝土進(jìn)行冷卻，并實(shí)現(xiàn)簡單、快捷、智能地控制成為了一個(gè)值得關(guān)注的現(xiàn)實(shí)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種利用海邊地下水進(jìn)行擋潮閘大體積混凝土溫控的冷卻系統(tǒng)及其控制方法，突破現(xiàn)有技術(shù)中無法利用海邊地下水進(jìn)行擋潮閘大體積混凝土施工冷卻瓶頸，在此基礎(chǔ)上提出冷卻通水的智能控制技術(shù)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中的諸多難題：1、解決了沿海地區(qū)淡水資源缺乏的難題；2、解決了遠(yuǎn)程運(yùn)輸至海邊的淡水溫度較高，冷卻效率低下的問題；3解決了常規(guī)的鐵管作為冷卻水管后期銹蝕問題；4、比現(xiàn)有技術(shù)相比，工程成本可大幅度降低。

為了完成上述發(fā)明任務(wù)，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種利用海邊地下水進(jìn)行擋潮閘大體積混凝土溫控的冷卻系統(tǒng)，混凝土結(jié)構(gòu)物由大體積混凝土塊和分縫構(gòu)成；該混凝土結(jié)構(gòu)物中設(shè)置有管路系統(tǒng)、輸水排水系統(tǒng)、溫度流量測控系統(tǒng)及終端控制系統(tǒng)；其特征在于，所述管路系統(tǒng)包括冷卻水管、左連接管、右連接管、三通管、左排水管、右排水管及進(jìn)水管，各水管通過回路循環(huán)連接；所述輸水排水系統(tǒng)按照順序設(shè)有：海水抽水井、高壓分水管、管道增壓泵、減壓閥、低壓輸水管及無壓集水井；所述溫度流量測控系統(tǒng)包括混凝土溫度計(jì)、左水管溫度計(jì)、右水管溫度計(jì)、左三通電磁閥、右三通電磁閥、流量電磁閥、進(jìn)水管溫度計(jì)以及數(shù)據(jù)采集線構(gòu)成；并與終端控制系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)管路循環(huán)變換通水及流量的智能控制。

其中，所述高壓分水管通過管道增壓泵與海水抽水井連接，用于輸送低溫海水，在高壓分水管末端設(shè)置兩個(gè)分水閥，用于調(diào)節(jié)冷卻水管后期通水流量，低溫冷卻海水通過均勻分布的進(jìn)水管將冷卻水輸送到大體積混凝土內(nèi)部。

所述的高壓分水管長度需保證與擋潮閘長度一致；所述高壓分水管與抽水井之間設(shè)置管道增壓泵，使高壓分水管內(nèi)的壓力能夠滿足若干混凝土塊同時(shí)通水的流量要求；所述高壓分水管末端設(shè)置兩個(gè)減壓閥以控制后期通水速率。

所述低壓排水管與無壓集水井連接，回收冷卻尾水，并通過抽水泵將無壓集水井內(nèi)的高含鹽量海水排至擋潮閘圍堰之外，確保主體混凝土澆筑不受海水影響。

所述冷卻水管采用hdpe材料，或采用高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱的pe材料，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的同一根冷卻水管需保證完整長度，整體無焊接接頭，呈蛇形等間距布置在大體積混凝土內(nèi)。

所述冷卻水管在混凝土左右兩側(cè)出口處與水管溫度計(jì)連接，所述左、右水管溫度計(jì)用于測量左右水管的進(jìn)水或出水溫度，并通過連接管分別與左、右三通電磁閥連接。

所述的冷卻水管出水通過低壓輸水管排出，并統(tǒng)一排至無壓集水井內(nèi)；所述無壓集水井內(nèi)的海水應(yīng)及時(shí)排至擋潮閘圍堰之外，確保冷卻水管排出的海水不會對擋潮閘主體混凝土澆筑造成不利影響。

所述混凝土內(nèi)部布置有溫度傳感器，用于測量混凝土內(nèi)部溫度，所述溫度傳感器等間距分布在冷卻水管之間。

所述左、右三通電磁閥通過三通管與流量電磁閥連接，通過左、右排水管與低壓輸水管連接。

所述流量電磁閥通過進(jìn)水管與高壓分水管連接，并在進(jìn)水管與高壓分水管之間設(shè)置有進(jìn)水管溫度計(jì)，用于測量水管的進(jìn)水溫度。

所述的海水抽水井用于抽取海邊地下低溫水，抽水井尺寸（深度和直徑）通過抽水試驗(yàn)確定，要求達(dá)到冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最大通水流量。

本發(fā)明還提供一種利用海邊地下水進(jìn)行擋潮閘大體積混凝土溫度冷卻的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將管路系統(tǒng)、輸水排水系統(tǒng)、溫度流量測控系統(tǒng)、終端控制系統(tǒng)連通，測試各個(gè)量測器件的工作形態(tài)，保證各個(gè)部件能夠正常運(yùn)行；

步驟2：混凝土澆筑前確保進(jìn)行不短于1個(gè)小時(shí)的加壓通水試驗(yàn)，當(dāng)確定管路系統(tǒng)不存在滲漏后，進(jìn)行大體積混凝土的澆筑，施工過程中應(yīng)避免混凝土直接落到冷卻水管上；

步驟（3）：將混凝土內(nèi)部溫度計(jì)記錄的混凝土溫度變化和冷卻水管進(jìn)出口溫差（t出-t進(jìn)）反饋至終端控制系統(tǒng)5，并根據(jù)設(shè)計(jì)的混凝土通水要求，通過流量電磁閥對冷卻水的進(jìn)水流量進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制；

步驟（4）：根據(jù)設(shè)計(jì)的混凝土通水要求自動(dòng)調(diào)節(jié)三通電磁閥的開關(guān)方向，對冷卻系統(tǒng)的進(jìn)出水方向進(jìn)行對換，保證冷卻系統(tǒng)對混凝土冷卻的均勻性；

步驟（5）：待冷卻水管停止循環(huán)水冷卻，監(jiān)測溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，先用空壓機(jī)將水管內(nèi)殘余水壓出并吹干冷卻水管，然后用壓漿機(jī)向水管壓注水泥漿進(jìn)行灌漿封堵；

所述步驟1中所述的冷卻水管呈蛇形螺旋式布置，通過混凝土結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的鋼筋骨架固定。

所述冷卻水管采用hdpe材料，整體無焊接接頭，同一根冷卻水管具有完整的長度，一方面避免鐵管腐蝕和接頭滲漏的隱患，另一方面采用hdpe材料可降低成本，并有利于縮短水管布置的施工時(shí)間。

所述步驟3中t進(jìn)指的是進(jìn)水管溫度計(jì)測得的溫度；當(dāng)水流從左流向右時(shí)，t出指的是右水管溫度計(jì)測得的溫度，當(dāng)水流從右流向左時(shí)，t出指的是左水管溫度計(jì)測得的溫度；（t出-t進(jìn)）的控制閾值根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)或施工要求確定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：提供了一種可以利用地下海水進(jìn)行擋潮閘大體混凝土降溫冷卻的方法，并實(shí)現(xiàn)管路循環(huán)變換通水及流量的簡單、快捷和智能控制。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中的諸多難題：1、解決了沿海地區(qū)淡水資源缺乏的難題；2、解決了遠(yuǎn)程運(yùn)輸至海邊的淡水溫度較高，冷卻效率低下的問題；3解決了常規(guī)的鐵管作為冷卻水管后期銹蝕問題；4、比現(xiàn)有技術(shù)相比，工程成本可大幅度降低。在沿海地區(qū)的大體積混凝土工程中具有較好的應(yīng)用前景。

上述內(nèi)容僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明利用海邊地下水進(jìn)行擋潮閘大體積混凝土溫控的冷卻系統(tǒng)布置圖。

圖2-1、圖2-2是本發(fā)明冷卻水循環(huán)控制方法示意圖（以單個(gè)冷卻單元為例）。

圖中：1、混凝土結(jié)構(gòu)物；2、管路系統(tǒng)；3、輸水排水系統(tǒng)；4、溫度流量測控系統(tǒng)；5、終端控制系統(tǒng)；11、大體積混凝土塊；12、分縫；21、冷卻水管；22、左連接管；23、右連接管；24、三通管；25、左排水管；26、右排水管；27、進(jìn)水管；31、海水抽水井；32、高壓分水管；33、低壓輸水管；34、無壓集水井；35、管道增壓泵；36、減壓閥41、混凝土溫度計(jì)；42、左水管溫度計(jì)；43、右水管溫度計(jì)；44、左三通電磁閥；45、右三通電磁閥；46、流量電磁閥；47、進(jìn)水管溫度計(jì)；48、數(shù)據(jù)采集線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1和圖2-1、圖2-2所示，一種利用海邊地下水進(jìn)行大體積混凝土溫控的冷卻系統(tǒng)，包括混凝土結(jié)構(gòu)物1、管路系統(tǒng)2、輸水排水系統(tǒng)3、溫度流量測控系統(tǒng)4和終端控制系統(tǒng)5；所述混凝土結(jié)構(gòu)物1主要由大體積混凝土塊11和分縫12構(gòu)成；所述管路系統(tǒng)2包括冷卻水管21、左連接管22、右連接管23、三通管24、左排水管25、右排水管26和進(jìn)水管27通過回路循環(huán)連接而成；所述輸水排水系統(tǒng)3包括海水抽水井31、高壓分水管32、低壓輸水管33、無壓集水井34、管道增壓泵35和減壓閥36組成；所述溫度流量測控系統(tǒng)4包括混凝土溫度計(jì)41、左水管溫度計(jì)42、右水管溫度計(jì)43、左三通電磁閥44、右三通電磁閥45、流量電磁閥46、進(jìn)水管溫度計(jì)47以及數(shù)據(jù)采集線48構(gòu)成，并與終端控制系統(tǒng)5連接，實(shí)現(xiàn)管路循環(huán)變換通水及流量的簡單、快捷和智能控制。其中，所述冷卻水管21采用hdpe材料，整體無焊接接頭，呈蛇形等間距布置在大體積混凝土塊11內(nèi)；所述混凝土內(nèi)部布置有溫度計(jì)41，用于測量混凝土內(nèi)部溫度，所述混凝土溫度計(jì)41等間距分布在冷卻水管21之間；所述冷卻水管21在混凝土左右兩側(cè)出口處與水管溫度計(jì)42和43連接，所述左、右水管溫度計(jì)41、42用于測量左右水管的進(jìn)水或出水溫度，并通過連接管22和23分別與左、右三通電磁閥44和45連接，所述左、右三通電磁閥44和45通過三通管24與流量電磁閥46連接，通過左排水管25、右排水管26與低壓輸水管33連接；所述流量電磁閥46通過進(jìn)水管27與高壓輸水管32連接，并在進(jìn)水管27與高壓輸水管32之間設(shè)置有進(jìn)水管溫度計(jì)47，用于測量水管的進(jìn)水溫度。所述高壓輸水管32通過管道增壓泵35連接到海水抽水井31，用于輸送低溫海水，低溫冷卻海水通過均勻分布的進(jìn)水管27將冷卻水輸送到大體積混凝土塊11內(nèi)部；所述高壓輸水管32末端設(shè)置兩個(gè)減壓閥36控制后期通水速率；所述低壓輸水管33與無壓集水井34連接，集中回收冷卻尾水，并通過水泵排至圍堰之外。

其中：大體積混凝土塊11的尺寸為26m×12.5m×2.5m；冷卻水管21、左連接管22、右連接管23、三通管24、左排水管25、右排水管26和進(jìn)水管27均采用φ40×2.5mm的hdpe管；高壓分水管32、低壓輸水管33采用φ150×8.0mm的hdpe管；海水抽水井31深度10m，直徑50cm；管道增壓泵35采用isg立式管道泵，流量25m³/h，揚(yáng)程20m；冷卻水管21水平、豎直間距均控制0.6m，水管到混凝土表面或側(cè)面的距離不小于0.8m。

如圖2所示，本實(shí)施例提供一種利用海邊地下水進(jìn)行擋潮閘大體積混凝土溫度冷卻的控制方法，包括以下步驟：

步驟1：將管路系統(tǒng)2、輸水排水系統(tǒng)3、溫度流量測控系統(tǒng)4、終端控制系統(tǒng)5連通，測試各個(gè)量測器件的工作形態(tài)，保證各個(gè)部件能夠正常運(yùn)行；

步驟2：對冷卻水管21進(jìn)行整體壓水試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力1.5mpa，試驗(yàn)時(shí)間確保不短于1個(gè)小時(shí)，當(dāng)確定管路系統(tǒng)不存在滲漏后，進(jìn)行大體積混凝土的澆筑；

步驟3：將混凝土內(nèi)部溫度計(jì)41記錄的混凝土溫度變化和冷卻水管21進(jìn)出口溫差（t出-t進(jìn)）反饋至終端控制系統(tǒng)5，并根據(jù)設(shè)計(jì)的混凝土通水要求，通過流量電磁閥46對冷卻水的進(jìn)水流量進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制；

步驟4：根據(jù)設(shè)計(jì)的混凝土通水要求自動(dòng)調(diào)節(jié)三通電磁閥44和45的開關(guān)方向，對冷卻系統(tǒng)的進(jìn)出水方向進(jìn)行對換，保證冷卻系統(tǒng)對混凝土冷卻的均勻性，圖2示意了切換水流方向后的兩種水管水流狀態(tài)；

步驟5：完成冷卻過程，監(jiān)測溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，先用空壓機(jī)將水管內(nèi)殘余水壓出并吹干冷卻水管，然后對冷卻水管21進(jìn)行灌漿封堵。

所述步驟1中所述的冷卻水管呈蛇形螺旋式布置，通過混凝土結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的鋼筋骨架固定。

所述冷卻水管2為hdpe管，整體無焊接接頭，同一根冷卻水管具有完整的長度，一方面避免了接頭滲漏的隱患，另一方面采用hdpe材料可降低成本，并有利于縮短水管布置的施工時(shí)間。

所述步驟3中本實(shí)施例設(shè)計(jì)的混凝土通水要求如表1所示。

所述步驟4中t進(jìn)指的是進(jìn)水管溫度計(jì)47測得的溫度；當(dāng)水流從左流向右時(shí)，t出指的是右水管溫度計(jì)43測得的溫度，當(dāng)水流從右流向左時(shí)，t出指的是左水管溫度計(jì)42測得的溫度。

表1