一種用于混凝土拱壩的溫控防裂方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水利水電工程領(lǐng)域，具體涉及一種用于混凝土拱壩的溫控防裂方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通水冷卻是目前拱壩施工中最主要的溫度控制措施，即通過降低混凝土的內(nèi)部溫度來調(diào)控拱壩的基礎(chǔ)溫差、內(nèi)外溫差、以及上下層溫差。但是對于高拱壩而言，其施工周期較長，沿壩體高程方向的溫度梯度是更為現(xiàn)實的威脅，是誘發(fā)貫穿性裂縫的重要因素之一。
[0003]在我國的拱壩建設(shè)實踐中，通常將拱壩分為五個區(qū):已灌區(qū)、灌漿區(qū)、同冷卻、過渡區(qū)、蓋重區(qū)，通過分區(qū)控制壩體溫度場進(jìn)而來控制拱壩的宏觀溫度梯度。同冷區(qū)的混凝土通常處于水管冷卻過程的中期、二期，此階段的混凝土彈模已較大，約束條件下的溫度梯度及溫差變形極易造成拉應(yīng)力的陡增，是拱壩防裂的關(guān)鍵部位。然而，對于同冷區(qū)而言僅通過現(xiàn)有的溫控措施進(jìn)行通水冷卻防裂，其對快速施工的拱壩而言防裂效果不好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種防裂效果較好的用于混凝土拱壩的溫控防裂方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種用于混凝土拱壩的溫控防裂方法，包括同步進(jìn)行的同冷區(qū)溫度場控制和同冷區(qū)高度范圍控制；
[0006]所述同冷區(qū)溫度場控制包括以下步驟:
[0007]a、將水管冷卻過程在時間歷程上至少分為三個階段，分別包括一期冷卻、中期冷卻和二期冷卻；
[0008]b、在澆筑過程中，隨著混凝土的澆筑實時將已澆壩體分為至少五個溫控區(qū)，包括依次從下往上的已灌區(qū)、擬灌區(qū)、同冷區(qū)、過渡區(qū)和蓋重區(qū)；對各溫控區(qū)進(jìn)行步驟a所述的冷卻，并確保冷卻時蓋重區(qū)處于一期冷卻階段、過渡區(qū)處于中期冷卻階段、擬灌區(qū)和同冷區(qū)處于二期冷卻階段；
[0009]c、根據(jù)溫度場監(jiān)測結(jié)果并結(jié)合有限元數(shù)值計算，求解拱壩的溫度應(yīng)力，根據(jù)數(shù)值計算分析成果，動態(tài)調(diào)控水管冷卻過程。
[0010]進(jìn)一步的是，所述同冷區(qū)高度范圍控制包括以下步驟:
[0011]1)、根據(jù)拱壩混凝土不同施工階段的施工進(jìn)度，采用有限元數(shù)值計算方法進(jìn)行多方案比較分析，選取溫度梯度小于等于T。且抗裂安全系數(shù)大于等于K f的方案，根據(jù)所選方案確定同冷區(qū)高度的取值范圍；
[0012]2)、根據(jù)拱壩混凝土的澆筑進(jìn)度和橫縫灌漿進(jìn)度，確定拱壩的懸臂高度!1。汨。=H1-H”氏為某壩段實際澆筑進(jìn)度下的頂部高程，!12為該壩段已灌區(qū)的頂部高程；采用有限元數(shù)值計算方法研究不同懸臂高度情況下的壩體結(jié)構(gòu)應(yīng)力及其分布，選取抗裂安全系數(shù)大于等于Kf的工況，確定該工況下的懸臂高度的取值，然后以懸臂高度為條件確定同冷區(qū)高度的取值范圍；
[0013]3)、根據(jù)所處的季節(jié)氣溫的變化，采用數(shù)值計算分析方法進(jìn)行復(fù)核，然后依據(jù)所求的拱壩溫差應(yīng)力結(jié)果，選取抗裂安全系數(shù)大于等于Kf的方案，根據(jù)所選方案確定同冷區(qū)高度的取值范圍；
[0014]4)、根據(jù)同冷區(qū)所處的應(yīng)力約束條件，采用數(shù)值計算分析方法進(jìn)行復(fù)核，然后根據(jù)拱壩的結(jié)構(gòu)約束應(yīng)力及其分布情況，選取抗裂安全系數(shù)大于等于Kf的方案，根據(jù)所選方案確定同冷區(qū)高度取值范圍；
[0015]5)、將步驟1)至4)中所確定的同冷區(qū)高度取值范圍取交集，確定同冷區(qū)高度的最終取值范圍；
[0016]其中，T。的取值范圍為1.0?2.5°C /m, K f的取值范圍為1.3?1.8。
[0017]進(jìn)一步的是，同冷區(qū)溫度場控制的步驟a中，所述一期冷卻的持續(xù)時間不少于21天；所述中期冷卻的持續(xù)時間不少于69天；所述二期冷卻的持續(xù)時間不少于60天。
[0018]進(jìn)一步的是，所述中期冷卻分為三個溫控階段；第一溫控階段為控溫階段，其持續(xù)時間不少于29天，且混凝土溫度日變化幅度A < 1°C ;第二溫控階段為降溫階段，其持續(xù)時間不少于30天，且混凝土溫降速率R < 0.5°C /d ;第三溫控階段為控溫階段，其持續(xù)時間不少于10天，且混凝土溫度日變化幅度A < 0.5°C。
[0019]進(jìn)一步的是，所述二期冷卻分為兩個溫控階段；第一溫控階段為降溫階段，其持續(xù)時間不少于30天，且溫降速率R < 0.3°C /d ;第二溫控階段為控溫階段，其持續(xù)時間不少于30天，且混凝土溫度日變化幅度A < 0.5°C。
[0020]進(jìn)一步的是，同冷區(qū)溫度場控制的步驟c中，動態(tài)調(diào)控水管冷卻過程的主要調(diào)控參數(shù)包括:①、冷卻開始時間為澆筑完成后12小時以內(nèi)、冷卻歷時為一期冷卻的持續(xù)時間不少于21天，中期冷卻的持續(xù)時間不少于69天，二期冷卻的持續(xù)時間不少于60天；③、一期冷卻用冷卻水水溫為10?12°C，中期冷卻用冷卻水水溫為8?10°C，二期冷卻用冷卻水水溫為6?8°C 、一期冷卻用冷卻水流量為1.5?2.0m3/h，中期冷卻用冷卻水流量為
1.0?1.5m3/h，二期冷卻用冷卻水流量為0.5?1.0m3/h ;⑤水流方向的調(diào)換周期為18?30小時。
[0021]進(jìn)一步的是，同冷區(qū)高度范圍控制的步驟1)中所述施工進(jìn)度包括混凝土澆筑層厚、澆筑間歇期和/或碾壓強度。
[0022]進(jìn)一步的是，同冷區(qū)高度范圍控制的步驟4)中所述應(yīng)力約束條件包括強約束、弱約束和自由約束。
[0023]進(jìn)一步的是，同冷區(qū)高度范圍控制的步驟1)中所確定的同冷區(qū)高度的取值范圍為12?15m，步驟2)中所確定的同冷區(qū)高度的取值范圍為13?18m，步驟3)中所確定的同冷區(qū)高度的取值范圍為10?15m，步驟4)中所確定的同冷區(qū)高度取值范圍為14?17m，步驟5)中所確定的同冷區(qū)高度的最終取值范圍為14?15m。
[0024]進(jìn)一步的是，所述同冷區(qū)高度范圍控制還包括以下步驟:
[0025]6)、當(dāng)施工環(huán)境和條件發(fā)生變化后，重復(fù)步驟1)至5)對同冷區(qū)高度的最終取值范圍進(jìn)行實時調(diào)整。
[0026]本發(fā)明的有益效果是:通過同時對同冷區(qū)進(jìn)行溫度場控制和高度范圍控制，實現(xiàn)了與同冷區(qū)高度相適應(yīng)的溫度實時調(diào)控，溫控防裂效果好；同時，冷卻時各溫控區(qū)處于特定的溫控階段進(jìn)行溫控，提高了溫控的精確度，防裂效果更好；通過動態(tài)調(diào)控水管冷卻過程，進(jìn)一步提高了溫控防裂效果。此外，該方法還通過對各控制要素的綜合分析使得最終確定的同冷區(qū)高度范圍更精確，同冷區(qū)處于適當(dāng)高的高度利于減小應(yīng)力及溫度梯度的控制，進(jìn)一步提高了施工期的安全裕度，減小了拱壩的開裂風(fēng)險。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明控制原理的流程圖；
[0028]圖2是水管冷卻過程的流程圖；
[0029]圖3是拱壩溫控分區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0031]如圖1所示，本發(fā)明是基于對拱壩混凝土施工過程中的溫控監(jiān)測分析成果與有限元應(yīng)力計算成果進(jìn)行的，首先根據(jù)拱壩混凝土的溫度跟蹤監(jiān)測分析與有限元應(yīng)力計算，研究拱壩的溫度場與應(yīng)力場，進(jìn)而通過敏感性分析五個施工要素的作用效應(yīng)；其中，溫控監(jiān)測分析成果包括混凝土溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)、通水冷卻監(jiān)測數(shù)據(jù)果和保溫養(yǎng)護(hù)措施監(jiān)測數(shù)據(jù)；溫控檢測，可通過在拱壩混凝土內(nèi)部預(yù)埋專用溫度計，用光纖與溫度計連接，將光纖延伸至混凝土外部，通過指定儀器測量光纖端頭即可讀出內(nèi)部溫度計的測值，此項技術(shù)早已經(jīng)廣泛應(yīng)用；有限元應(yīng)力計算成果包括自重、溫度、水荷載等已有荷載綜合作用下