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      高寒區水電站碾壓混凝土壩段保溫方案的優化

      2017年11月15日 15:55  來源:中國保溫材料網  人氣:609

        高寒區水電站碾壓混凝土壩段保溫方案的優化劉延濤,許政(石河子大學水利建筑工程學院,石河子832003)地現場實際情況,對原上、下游面的保溫方案進行了分析和優化,提出對上、下游面噴涂聚氨酯材料的保溫方案,在回填土前,應對壩體上、下游面、澆筑水平層面作好臨時保溫工作,臨時保溫采用0.03m厚聚氨酯發泡被。利用有限元法對這種方案進行了三維仿真計算,結果表明:本方案的越冬保溫效果較好,能夠有效地防止上、下游表面混凝土裂縫的產生。

        1工程概況某水電站位于新疆高寒山區,特克斯河中下游河段上,距上游正在建設的上游水利樞紐工程16.2km.本工程是特克斯河干流梯級水電站開發的*末一級,利用上游水利樞紐調節后的下泄水量發電,同時作為上游水利樞紐工程的發電反調節水庫。*大壩高49.8m,水庫總庫容1. 21億m3,裝機容量工程總體布置方案中大壩采用混合壩,碾壓混凝土重力壩擋水壩段位于主河床和左岸階地、右岸階地,壩頂高程916.0m,防浪頂高程917.2m,壩頂寬度8.0m.壩體剖面為:壩體上游面880. 0m高程至壩頂917.2m高程為垂直面,880. 0m高程至壩基為1:0.2的斜坡面。壩體下游面908.667m以上為垂直面,以下由半徑為8.0m的圓弧與下游1:0.75的壩坡連接至壩基。

        壩址地區冬季寒冷,月平均氣溫在0°C以下接近5個月,夏季氣溫*高達38°C.工地日變幅常達基金項目:國家自然科學基金項目((0762003)通訊作者:許政(197C-),男,副教授,從事固體力學有限元分析研究;e-mail:slxxzshzu.實測值-單6曲線-雙e曲線1519C.這不僅縮短了混凝土的良好澆筑時間,而且還給混凝土的溫控帶來較大困難。

        2計算模型及邊界條件根據圣維南原理,計算模型取沿壩軸線方向河谷中間兩橫縫之間一段,長15m.基礎范圍為:在壩踵上游和壩趾下游各取50m,基礎深度也取50整體坐標系原點位于壩段上游垂直面和基巖交界處。壩軸線方向為Y軸方向,從左岸到右岸為Z軸負向,從上游面到下游面為X軸正向,鉛直向上為Y軸正向。利用ANSYS軟件的八節點等參單元slul70號單元進行熱分析,在結構分析時將sHd70號單元轉化為sUd45號單元,將其剖分為sUd70號單元46880個。

        有限元計算模型如所示。

        碾壓混凝土重力壩三維有限元計算模型圖Fig.1computationmodelof3一D 3施工情況及參數分析3.1施工情況碾壓混凝土重力壩段在每年11月中旬至次年3月中旬因為氣溫較低而不能施工,每年有效的施工時間為8個月。壩址多年的平均降雨量為488. 8mm,降雨對碾壓混凝土的澆筑影響相對較小4.3.2參數分析影響碾壓混凝土壩身保溫方案的因素有多種,其中主要因素有:碾壓混凝土壩澆筑層的厚度,邊界氣溫的變化及澆筑間隙時間段內部得溫控措施,碾壓混凝土的入倉溫度,碾壓混凝土的絕熱溫升值和碾壓混凝土的放熱系數,且各影響參數的作用相互耦合在一起。3.2.1混凝土厚度的影響依據現場溫度實測資料表明,外界氣溫對混凝土邊界的影響在lm范圍之內較為顯著。如果澆筑的間歇時間小于610d,則超過3m深度處的混凝土溫度受外界環境的影響很小,因此,單從溫度場看,在碾壓混凝土的澆筑過程中,每次累積的厚度應小于3m,這樣對散熱有利。為了減少溫度變化對混凝土的影響,加快施工進度,該碾壓混凝土壩段工程采用3m厚的澆筑層。

        322邊界條件變化的影響邊界條件的變化有2種情況,第1種是散熱系數的變化,第2種是邊界氣溫的變化。第1種情況表現為混凝土邊界熱交換條件的改變,如固一氣交換變為固一液交換等。第2種情況變化比較普遍,例如周圍空氣溫度的上升和下降等。

        323混凝土的絕熱溫升常用的混凝土絕熱溫升曲線表達式有:單e曲e―,0+62(1―e―~)。絕熱溫升是都是在初期變化較快,隨著時間延長增長率在遞減,30d左右達到*大值。

        該水電站工程中水泥中摻入瑪納斯電廠I級粉煤灰,對該混凝土的絕熱溫升采用了2種形式進行了擬合。是工程實際混凝土絕熱溫升的測試結果及2種曲線模擬的比較,可以看出采用雙曲線更符合實際情況。

        時間/d碾壓混凝土絕熱溫升測試擬合曲線3.2.4放熱系數為了研究碾壓混凝土的放熱系數對壩體混凝土溫度變化的影響,在計算中放熱系數m分別取0.19和0.32,表面散熱系數取0.8,碾壓混凝土的入倉溫度為0°C,絕熱溫升為17°C.計算結果表明:當混凝土的放熱系取0.32時,早期放熱較快,在一定間歇期內散發出的熱量也多,12d后在距表面lm深處,放熱系數。32要比放熱系數0.16散熱多,溫差4計算方案及結果4.1計算方案方案一:在壩體上、下游表面只回填濕土保溫。因為在施工過程中,回填土含有較多水分,因此要按保溫效果較差的濕土來考慮。

        方案二:在壩體上游表面越冬面以下2. 5m范圍內噴涂8cm厚聚氨酯泡沫,其他部位噴涂3cm厚聚氨酯,下游面僅對越冬面以下2. 5m范圍內噴涂8cm厚聚氨酯,再對上、下游表面的其它部分回填濕土保溫。

        4.2計算結果及分析仿真分析結果如所示。

        只回填濕土保溫時,在越冬面下部2. 5m范圍的混凝土在第120天左右出現應力超出控制應力1.8MPa.原因是該部位填土的厚度較薄,不能滿足越冬時外界氣溫下降對混凝土的保溫要求,因此,對該部分混凝土必須米取其他措施來保溫。

        上游表面出現應力超標現象的另一個原因是計算期第500天之后的蓄水過程影響。上游蓄水以后由于填土被浸泡在水中,計算時上游表面混凝土按**類邊界條件處理,與水溫相同;在蓄水初期和越冬期,因水溫逐漸降低,從而導致混凝土的應力逐漸增大,進而會出現開裂現象;上游表面的混凝土一旦開裂,在水的壓力的作用下,很可能會發展成為深層裂縫,甚至垂直貫穿性裂縫,所以必須采取改進措施以防止該現象的發生。

        從b可以看出:貝體上、下游表面混凝土基本能防止裂縫的出現,在方案一中出現應力超標的部位在采取改進措施后,主拉應力減小,基本能滿足許可應力的要求。原因是該部位的混凝土在氣溫較高時澆筑中采取了水管冷卻措施,碾壓混凝土的絕熱溫升速度慢,但持續時間較長,在降溫過程中上、下游附近和壩體中部特征點部位溫度應力減小。按照SL-314-2004碾壓混凝土壩設計規范溫控要求,沒有超出控制應力1.8MPa,說明該改進方案二合理。

        時間/d 1:方案一b:方案二氣溫及典型點的溫度和應力歷時曲線5結語對于9月份以后澆筑的混凝土,考慮到壩址區氣溫驟降頻繁、降溫幅度大,建議在壩體上、下游表面覆蓋厚度為3cm的臨時保溫被,以防止出現混凝土表面裂縫。

        上、下游表面填土料要求密實,不允許存在較大空隙,并且在蓄水以前對填土表面應采取防滲措施,以防止施工用水滲入填土而影響其保溫效果。

        本文提出的方案二能達到較好的越冬保溫效果,也能夠有效防止上、下游混凝土表面裂縫的產生。

      (完)

       
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