玄庙观水库论文

2024-07-28

玄庙观水库论文（精选4篇）

玄庙观水库论文篇1

摘要：金属结构布置和选型的合理性, 对金属结构设备的工程量和坝面的布置至关重要, 对玄妙庙观水库溢洪道金属结构设备的布置和选型进行了较详细说明, 供大家参考。

关键词：溢洪道,闸门,启闭机,玄庙观水库

宜昌市玄庙观水库工程位于长江北岸支流——黄柏河东支上游, 为黄柏河东支梯级规划中第2级工程, 主要任务是发电。该枢纽工程由大坝、溢洪道、发电引水洞、发电站和升压站等组成。总库容4 054万 m3, 电站总装机2×2 500 kW, 大坝按3级建筑物设计, 坝型为碾压混凝土双曲拱坝。坝顶高程497.00 m, 最大坝高65.50 m, 坝顶弧长203.00 m, 正常水位495.00 m。该工程多年平均气温16.0 ℃, 极端最高气温41.0 ℃, 极端最低气温-19.0 ℃, 多年平均相对湿度77.7%, 多年平均风速1.8 m/s, 最大风速20 m/s。该工程的泄水防洪建筑物为大坝溢洪道。溢洪道共布置4孔, 每孔水平断面为梯形截面, 闸门底坎后为x1.85=11.275 7y的溢流曲线。

1溢洪道金属结构布置

1.1 溢洪道金属结构设备布置

溢洪道工作闸门一般情况下可布置为平板闸门和弧形闸门, 启闭设备采用一门一机布置型式。但考虑到采用平板闸门须将启闭设备布置在坝顶高程以上, 且须设置高排架及启闭机房, 不仅工程量增大, 且严重影响坝面的景观, 此外, 平板门底缘泄流流态明显不如弧形闸门, 经综合分析比较, 溢洪道采用弧形工作闸门。启闭设备一般采用固定卷扬机和液压启闭机两种型式, 如采用固定卷扬机则也需在坝顶设置排架和启闭机房, 从而大大削弱了使用弧形闸门的作用, 推荐采用表孔液压启闭机, 只在溢洪道一侧设置一座液压启闭机油泵房即可。

1.2 弧形工作闸门

溢洪道每孔设一套弧形工作闸门, 闸门宽度12 m, 高度7.562 m, 底坎高程487.938 m, 闸门设计挡水位为495.00 m。考虑到溢流水面线不能冲刷到弧门支铰的要求, 根据水工泄流计算水面线, 支铰高程确定在493.00 m, 弧门半径设计为R=10 m, 闸门设计水头7.562 m。闸门靠自重落门, 动水启闭。

1.3 液压启闭机

启闭机采用QHLY系列露顶式弧形闸门液压启闭机, 启闭容量为2×630 kN, 启闭机上吊点布置在水平方向距弧门支铰中心2.5 m, 垂直方向距弧门支铰中心4.1 m。启闭机上吊点支架埋设在1.5 m×2.4 m二期混凝土中, 为保证二期混凝土的浇筑质量, 在一、二期混凝土结合处设插筋, 二期混凝土表层设置直径16 mm、间距200 mm的表层配筋。液压启闭机的油泵房及控制盘柜均设在左岸的集中控制室中。

由于水库每年非汛期总能保证2个月的库水位低于弧门底坎高程487.938 m, 故弧形工作门前不再设置检修闸门, 以缩短闸墩长度, 节省混凝土和钢材用量。具体金属结构布置见图1。

2弧形工作闸门的设计

2.1 主要技术参数

2.2 闸门结构设计

考虑到当地最低气温达到-19 ℃, 闸门面板、主梁、支臂、边梁主要结构件的材质均采用Q345钢 (相当于原16Mn钢) 。

(1) 闸门门叶结构共设2根主横梁、6根中间次梁、1根顶次梁、1根底次梁、6根纵隔板和2根边梁 (柱) 。闸门支臂主框架为斜支臂型式, 斜角为6.299°, 侧框架为V形框架加中间竖杆组成的框架结构, 上下斜杆夹角为22.324°。

(2) 闸门面板厚度8 mm, 按规范要求面板考虑1 mm锈蚀厚度。主梁采用实腹焊接工字形断面, 主梁两端截面采用变断面方式。支臂断面为焊接工字形断面, 上下斜杆交汇处采用大节点板, 以保证节点强度和刚度。中间水平次梁采用18#槽钢, 顶、底次梁为20#槽钢。

(3) 为保证闸门侧止水能够在孔口内安装, 侧止水采用L形橡皮水封, 同时闸门边梁和混凝土闸墩间距适当加大, 以保证门后的操作空间。闸门总图见图2。

(4) 闸门的固定和活动支铰为铸钢结构。支铰采用双向转动球面轴承, 当支臂由于受力产生允许的变形或闸门制造安装产生的较小误差时, 允许活动铰在主框架平面沿支铰外球面旋转一定角度, 但当闸门开启时, 外球面被锁定, 此时闸门沿铰座铰轴转动。铰座装配图见图3。

(5) 为了减少工程运行时管理单位的劳动强度, 延长闸门的使用寿命, 闸门和埋件的防腐采用金属喷锌加表面涂料封闭的方式。

3启闭机选型设计

液压启闭机油缸为倾斜式布置, 两端铰接连接, 并且在油缸的上下端吊头内均采用自润滑球面滑动轴承, 以满足油缸自由摆动, 并消除启闭机或闸门由于安装等误差造成的对油缸的不利影响。另外油缸与管路之间采用STAUFF公司进口高压软管连接, 保证油缸的自由摆动。

弧形工作闸门启闭机容量为2×630 kN, 工作行程4.256 m, 最大行程4.36 m。为单作用液压启闭机, 闸门靠自重落门。液压缸内径250 mm, 活塞杆直径140 mm, 有杆腔计算压力18.7 MPa。考虑到启闭机安装和检修时, 能够使活塞杆自由伸缩, 为此, 无杆腔加了适当压力, 计算压力为0.5 MPa, 但仍为单作用液压缸。液压缸总图见图4。

因闸门为双吊点启闭, 故两只液压缸的同步是保证闸门正常启闭的关键因素, 为此, 开度的检测装置采用进口的沃尔士公司的PCT25系列内置开度仪, 该开度仪可预置闸门开度和上下限位位置。液压系统采用了开环型式的液压同步系统, 虽较闭环型式同步性能稍差, 但经济性远强于闭环型式。

4结语

溢洪道金属结构设备采用弧形工作闸门和露顶式倾斜布置的液压启闭机为目前较为常见的方式, 但闸门结构型式及液压启闭机的同步方式却有不同, 本文仅对玄妙庙观水库溢洪道金属结构布置和启闭机的选型进行了初步介绍, 供同行们参考。

玄庙观水库论文篇2

水库大坝为RCC混凝土双曲拱坝, 坝顶高程497.0 m, 坝顶轴线长190.94 m, 最大坝高为65.5 m, 最大坝底宽度17 m;顶部拱圈厚度:拱冠4.551 m, 右拱端5.021 m, 左拱端6.262 m。拱坝中部设4孔表孔溢洪道, 堰顶高程488.0 m, 挑流消能。

1 坝体结构分缝

RCC拱坝具有施工方法简便、施工速度快, 建设周期短、筑坝材料省等优点。其施工一般采用通仓碾压、连续上升的施工工艺, 施工期水化热温升要影响到最终的坝体应力状态;整个坝体受到周边基础的约束, 可能因温降收缩产生贯穿性裂缝, 破坏坝体的整体性, 影响坝的稳定性。因此, 减小温度对坝体的不利影响, 控制RCC拱坝的裂缝, 是设计的关键技术问题之一。针对本工程RCC拱坝特点, 参考国内外已建工程的建设经验, 研究适合于本工程碾压混凝土拱坝特点的坝体结构分缝, 提出合理设计。

1.1 分缝方案及分缝间距的确定

对RCC拱坝分缝结构, 既要保证缝的作用, 又要保证全断面通仓碾压、连续上升的实现, 最大限度地减少对施工的干扰。拱坝是一个整体结构, 缝的存在必定会削弱坝的整体性, 因此, 在分缝结构中要预埋灌浆系统, 在缝面张开度达到可灌要求时, 进行接缝灌浆, 使坝体尽最大可能恢复整体工作状态。

拱坝坝缝一般分为横缝和诱导缝, 也有在上游坝面预留应力释放缝的。

诱导缝具有坝体未充分冷却收缩时就允许挡水的特点, 造缝的工作量相对集中, 具有全断面碾压施工、加快施工速度的优点, 其缝的构造形式简单。拱坝应力状态复杂, 诱导缝是坝体上的一个软弱结构面, 不能完全解除温度拉应力的影响, 也不能完全控制开裂。

横缝完全切断坝体, 要求具有重复灌浆功能, 满足拱坝蓄水发电的要求, 保证大坝安全正常运行, 在坝体冷却到稳定温度并进行接缝灌浆后, 其缝的作用才是明确可靠的。在构造上, 横缝较诱导缝相对复杂。

应力释放缝是在坝面切断坝体的有限深度的短缝, 仅在上游坝踵附近布置, 即为上游周边应力释放缝。它的功能主要是释放坝踵的拉应力, 在规定部位用人工的稳定缝替代由于结构应力作用而产生的、在部位及开裂方向上均为随机的不稳定裂缝。由于应力释放缝会增加施工难度, 因此一般在中低拱坝中采用的并不多见。

根据上述分析及本工程RCC拱坝的特点, 设计坝体用诱导缝和横缝相结合的方案。

确定合适的分缝间距, 要起到预防或保证坝体混凝土不致因温度变化和体积收缩而发生裂缝的作用, 要适应坝体浇筑面积与混凝土的初凝时间及浇筑能力, 还要考虑基础变形的影响。一般缝距愈小, 防止混凝土开裂的效果愈好, 但给施工带来的麻烦和增加接缝灌浆的工作量就越大。根据RCC混凝土施工要求及《混凝土拱坝设计规范》有关规定, 大坝沿坝体设置2条横缝和3条诱导缝, 共分6个坝段。从左到右沿坝轴线各坝段的长度分别为27.47, 34.44, 22.32, 36.38, 35.09, 35.24 m。横缝及诱导缝均为径向直立缝, 其缝面底部与建基面近于垂直。这种分缝方式不会影响坝体强度, 其缝面走向易于控制和接缝灌浆的实施。坝体分缝平面布置见图1。

1.2 分缝结构

1.2.1 诱导缝结构

诱导缝结构采用预制混凝土重力式模板组装形成, 模板长1.0 m, 高度0.3 m。每2块模板对接, 在缝面上呈双向间断、缝长与间距不等布置, 即沿水平径向缝长1.0 m、间距0.5 m, 沿高程方向缝长0.3 m、间距0.6 m (即2个碾压层) 设一间断的诱导缝。在RCC施工时, 碾压层按0.3 m设计, 灌区高度为6.0 m。每个灌区内均设置有灌浆管路, 并形成1个自封闭区。每一灌区诱导缝采用3套独立的灌浆管路, 其特点是灌浆压力相对均匀, 在相同的灌区内彼此之间可以互为备用。在灌浆管路上布置可重复灌浆用的特制橡胶套阀, 并在接近灌区的顶部设置可重复使用的排气管。

采用的诱导缝布置及结构见图2。

1.2.2 横缝结构

横缝结构亦采用预制混凝土重力式模板组装形成, 模板长1.0 m, 高度0.3 m。模板有两种类型:一是适应埋设灌浆管路用的模板 (A1型) , 二是模板设置有圆弧型键槽 (A2型) 。在缝面上, 模板与模板之间没有间断, 每上升1个碾压层埋设1次, 每6.0 m高度设置1个灌区。每一灌区采用2套独立的灌浆管路, 同诱导缝一样采用单回路灌浆管路布置, 在灌浆管路上布置可重复灌浆用的特制橡胶套阀和相应的排气管。采用的横缝布置及结构见图3。

1.2.3 边缘切口缝

无论是诱导缝还是横缝, 均在缝的上游面设置边缘切口缝, 其结构见图4。

设置该缝后, 缝断面的张开条件有很大变化, 可以防止裂缝绕过止水片和止浆片。对诱导缝而言, 基本规律是诱导缝强度越低, 切口缝的有效作用范围越大。根据实际工程经验, 边缘切口缝的作用很明显, 设置1 m切口就能大幅度地扩大诱导缝的有效作用范围。

2 接缝灌浆设计

在缝面张开度具备可灌条件的部位, 应及时对诱导缝和横缝进行灌浆, 以恢复拱坝的整体性和保证大坝安全、正常运行。

2.1 方案选择

对横缝及诱导缝的接缝, 从考虑拱坝的整体性和蓄水的需要出发, 采用重复灌浆方式。有两种灌浆管路系统布置方案可实现重复灌浆:①第1种方案是在坝体接缝处预埋2套灌浆管路系统, 其中1套用于第1次封拱灌浆, 另1套留作二次重复灌浆时备用;②第2种布置方案是只预埋1套可重复利用的灌浆管路系统, 与第1种方案相比, 第2种方案具有费用低、容易安装、节省时间等优点, 但是要求灌浆管路系统和出浆盒易于冲洗干净, 能重复用于接缝灌浆。玄庙观RCC拱坝设计, 采用了第2种管路布置方案, 即推荐使用单回路灌浆管路。

2.2 分区高度选取

结合坝体诱导缝及横缝性状和其它已建工程接缝灌浆施工经验, 对接缝灌浆分区考虑选取6 m高度或9 m高度分区。相比而言, 6 m比9 m高度分区方案施工时灌区增多, 施工机械设备等搬迁量增大, 但灌浆单位面积进回浆管消耗量少, 且工程质量更有保证。经比较, 设计推荐采用6 m高度分区方案。

2.3 灌浆管路布置

诱导缝及横缝均采用预制混凝土重力式诱导模板直接埋设的方式, 为出浆盒、灌浆管路及排气管的布置和埋设提供了方便。

诱导缝灌浆系统布置见图2。每个灌区 (标准灌区高度为6 m) 诱导缝面预埋独立的3套直径2.54 cm的单回路管道作进回浆管 (均布, 管间距为0.9 m) , 管口相对集中布置于相应坝体接缝的下游面, 出露0.5 m左右, 便于连接输浆软管。灌浆管路在浇筑碾压混凝土的过程中预埋在诱导板之间, 高程方向间距0.9 m, 管路内没有设凹凸部件, 易冲洗干净。

横缝灌浆系统布置见图3。每个灌区 (标准灌区高度为6 m) 横缝面预埋独立的2套直径2.54 cm的单回路管道作为进回浆管。单回路灌浆管路在浇筑碾压混凝土的过程中预埋在诱导板之间, 矩形布置, 高程方向间距1.8 m。其他布置与诱导缝灌浆系统布置基本相同。

灌浆系统排气布置于各灌区顶部, 其布置见图2、3所示。诱导缝采用直径2.54 cm穿孔镀锌钢管连接各间断分布的预制混凝土诱导板, 构成排气管;横缝排气管预埋在预制混凝土诱导板内。排气管上部引出冲洗管, 每次灌浆完毕后及时将排气管内的水泥浆液冲洗干净, 保证下次重复灌浆时能够顺利重复使用。

出浆盒采用图5所示的一种特制的橡胶套阀作为重复灌浆管路的出浆设备。该橡胶套阀由1根穿孔钢管、1个橡胶套管和2个管接头组成, 能够通过管接头方便快捷地串联安装在灌浆管路中。橡胶套由优质高弹和耐久性优良的橡胶硫化而成。该套在穿孔管的外面借助收缩压力能紧密地覆盖管壁上的出浆孔, 只有当管内压力大于设计压力 (0.10～0.30 MPa) 时, 水或浆液才能顶开橡胶套从出浆孔流出, 而且无论何种外压也不会使外面的水或浆液回流。

3 结语

(1) RCC拱坝施工期的水化热温升对拱坝应力的影响不利, 需引起重视。采取必要分缝措施对释放拱坝温度应力、控制开裂有重要作用。

(2) 玄庙观水库RCC拱坝结构分缝设计采用诱导缝和横缝相组合的方案。国内有关工程实践证明, 诱导缝开裂方向与设缝位置基本吻合。说明这种结构分缝布置是合理的, 达到了人工控制开裂的目的。

(3) 对RCC拱坝分缝结构型式, 采用预制混凝土成缝模板结构是比较适宜的。经施工实践证明, 该技术具有成缝方便、施工工艺简单、就位准确、成缝效果好、适应RCC快速施工等优点。

(4) 接缝灌浆设计采用的单回路布置互为备用的重复灌浆系统, 能够适应RCC拱坝的荷载变化条件, 利于改善拱坝的整体性。

(5) 橡胶套阀重复灌浆盒具有安装方便、重复出浆效果好、便于冲洗、节省工期、可多次重复灌浆等特点。

摘要：借鉴国内外已建工程的建设经验, 针对玄庙观水库工程RCC拱坝特点, 合理设置坝体分缝结构及接缝灌浆系统, 采用了适应RCC拱坝特点的预制混凝土重力式模板成缝和接缝重复灌浆技术, 成功地应用于施工。这种分缝方式和接缝灌浆技术不仅有利于大体积混凝土的温度控制, 避免坝体因温度收缩开裂, 保证混凝土质量, 而且能对坝体接缝进行重复灌浆, 具有经济性和先进性。

玄庙观水库论文篇3

1工程概况

玄庙观水库工程位于湖北省宜昌市长江北岸支流——黄柏河东支上游, 下距河口110 km, 东距远安县城60 km, 与下游梯级天福庙水库相距19 km。工程以发电为主, 兼供水与旅游等综合效益。

枢纽属三等工程, 主要由碾压混凝土双曲拱坝、坝顶跌流溢洪道、引水式岸边厂房等建筑物组成。拱圈采用抛物线形式, 坝顶高程497 m, 最低建基面高程431.5 m, 坝高65.5 m, 坝轴线长191 m, 拱冠梁顶厚4.55 m, 底厚14.5 m。4孔溢洪道布于大坝中部, 每孔净宽12 m, 堰顶高程488 m。

2温控设计基本资料与参数

2.1 水文气象资料

坝址区属于亚热带江北湿润气候, 雨量充沛, 主要集中在5～9月, 多年平均降雨量1 150 mm, 多年平均气温16 ℃, 极端最高气温40.2 ℃, 极端最低气温-19 ℃, 各月平均风速不大, 且比较平均, 为8～11 m/s。玄庙观坝址处的气温与风速资料引用相近的远安县气象台资料统计成果, 见表1。

2.2 混凝土材料与配比

石料采用坝址区灰岩, 由于线胀系数较小, 有利于降低坝体温度应力。考虑到就近原则, 水泥选用荆州水泥厂的42.5级硅酸盐水泥。为降低早期温升和调节后期强度, 在胶凝材料中掺入40%～50%粉煤灰。综合考虑混凝土的膨胀特性与后期安定性, 选用水泥内含3%～4%的MgO以调节膨胀变形。JG3减水剂掺量为0.6%, AIR202引气剂掺量为0.08%。通过调整胶凝材料总量以配置不同强度等级的混凝土。大坝主体碾压混凝土的强度等级采用C9020F50W6, 相应胶凝材料用量为190 kg/m3。

2.3 混凝土热、力学指标

大坝混凝土的热、力学指标取决于组成混凝土的各种成分, 但不是各种材料本身性能的加权平均。同时, 由于试验条件和试块尺寸与实际工程的差异, 也不能照抄混凝土配合比试验的数据。实际选用指标除应考虑上述条件外, 还应参照本地区类似工程的实测资料并结合本工程的施工能力最终确定。本工程选用的主体碾压混凝土热、力学指标见表2。

2.4 采用的混凝土绝热温升

根据试验资料和本工程的施工条件, 同时参考了附近相似工程经验, 最终选定胶凝材料后, 混凝土的绝热温升过程, 见表3。

2.5 坝体边界温度

玄庙观水库正常蓄水位以下库容3 900万 m3, 坝址处多年平均径流量1.76亿 m3, 平均流量5.57 m3/s。库底不能形成稳定低温水层, 水温沿水深变化平缓, 属水温过渡型水库。综合分析坝址区水温气象资料、上游来水、水库运用条件以及国内已建工程实测资料, 最终确定大坝各部位温度边界。运行期温度场的上游水温边界, 库底温度为9 ℃, 表面水温18 ℃, 中间按下式计算:T=6.72+ (18-6.72 e-0.04h) , 其中h为水深, 单位为m。施工期库内无水, 故影响因素仅为日照和施工喷雾, 计算中日照辐射引起的大坝混凝土表面温度升高按气温升高3 ℃考虑, 养护喷雾按混凝土表面温降2.5 ℃考虑, 无此两者影响的部位取为气温的表面对流边界。

注:表中未注基岩的热学、力学指标, 近似取与混凝土相同。

3温控计算与设计

3.1 计算方法

大坝的温度控制计算, 最终归结为坝体在施工期与运行期的温度场和应力场求解, 依计算的侧重点不同, 计算模型的简化程度也不尽相同, 差分法、有限元法均为常用方法。现行混凝土坝规范中, 无论是重力坝还是拱坝规范均未考虑施工期应力与运行期应力的叠加。所以常规温控设计, 基本是按运行期的边界条件确定大坝稳定温度场, 做为拱坝确定封拱温度和温差标准的依据。根据混凝土发热特性与施工期各部位边界条件, 计算施工中坝体温度场变化。由施工期温度场与稳定温度场的相应计算可以得到各项温差, 若均低于确定的温差标准则满足规范要求, 否则应采取措施, 改变材料或边界条件, 以使计算温差满足设计标准。

结合本工程特点, 对表面温度骤降采用单向差分法模拟, 对坝体运行期与施工期温度场采用有限元法计算。

3.2 大坝稳定温度场

稳定温度场满足拉普拉斯方程, 见式 (1) 。根据本文2.5中所述坝体运行期稳定温度边界条件, 采用通用有限元软件ANSYS计算坝体稳定温度场, 拱冠梁断面的稳定温度场如图1。

undefined (1)

式中 T——混凝土温度, ℃;

x, y, z——3个方向坐标。

3.3 封拱温度与温差标准

3.3.1 封拱温度

封拱为大坝坝体通过天然或人工冷却到一定温度后对大坝横缝进行灌浆, 使大坝形成整体, 具备承担设计荷载的能力。根据规范和已建工程经验, 封拱温度应比坝体稳定温度略低, 且灌浆时段选择在冬末春初, 气温接近年平均气温为宜。根据上述原则本工程封拱温度确定为13 ℃。

3.3.2 基础温差

基础温差指混凝土最高温度与该部位稳定温度之差。

基础强约束区范围 (距离基础面高度0～0.2L) , 浇筑块长边L≤30 m, 其基础允许温差16 ℃。L>30 m, 其基础允许温差13 ℃。基础弱约束区 (距离基础面高度0.2～0.4L) , 浇筑块长边L≤30 m, 其基础允许温差18 ℃。L>30 m, 其基础允许温差15 ℃。

3.3.3 上下层温差

施工中因不确定因素, 会出现长间歇情况 (下层混凝土龄期大于28 d) , 下层为老混凝土, 则新老交界面上下各1/4块长范围, 按上下层温差方法控制, 允许温差在约束区为11 ℃, 在非约束区为13 ℃。

3.3.4 表面温差

遇气温骤降时, 若不采取必要的表面保护, 将导致大体积混凝土形成过大的内外温差, 出现表面裂缝。按差分法计算结论, 本工程混凝土早期内外层温差应控制在13 ℃以下, 中后期内外温差应控制在15 ℃以下。不满足上述标准时应采取表面保温措施。

3.3.5 基础深槽混凝土

本工程原设计为重力坝型。因重力坝基础未全部施工完成, 中间有近40 m宽范围仍为基岩, 与两边已浇混凝土基础顶面高差约8 m。对该部分设计按照深槽回填混凝土处理, 经方案比较, 最终确定碾压混凝土作为填筑材料, 基础温差控制在12 ℃以内。

3.4 坝体内部最高温度

根据施工期非稳定温度场计算结果, 参考温差标准, 综合选定切实可行的坝内最高温度标准, 做为施工中温度计观测最高温度的验证依据。选取大坝底部埋设温度计的几个代表位置, 列于表4, 温度计埋设相对位置见图2。

注:温度计规格均为DW-1 。T1～T4位于拱冠梁断面, T5、T6位于拱冠梁相邻梁断面。

由表4可见, 因实际的浇筑方案和浇筑时间与原设计基本相同, 所以各测点的实测最高温度与计算值也相当, 但均小于计算值, 这主要是由于计算选择参数时考虑了一定的安全余度。另外测点T5与T3同高程, 但非拱冠梁断面, 埋设时间也相同, 但后者温度稍高, 反映了拱冠梁断面坝体较厚, 较其它断面散热慢的特点。测点T6分别与T4同高程, 埋设时间早了10 d, 后者温度较高, 反映了浇筑时平均气温升高的影响。

3.5 施工方案

大坝12月份开始浇筑, 13 m以下取间歇层厚1.5 m, 以上取2 m或3 m为一间歇层, 碾压层厚度取约为30 cm, 间歇时间拟定3～5 d。由于天然散热很难使坝体温度达到封拱温度13 ℃的要求。本工程埋设了聚乙烯冷却水管, 通过二期冷却的方法保证按时封拱, 同时通过一期冷却也可削减早期温升, 减小施工期拉应力。

4主要温控措施

4.1 合理分缝分块

碾压混凝土的一个显著特点是可以快速连续施工, 分缝过多显然会使施工复杂从而影响进度, 但若分缝过少又不能满足温控要求, 可能导致坝体开裂。综合各方面条件, 本坝体拟定分缝长度为21～35 m, 除溢洪道两侧的分缝为常规横缝外, 其它分缝均为诱导缝。合理的使用诱导缝, 既可以保证分缝长度控制, 又可以满足快速施工的要求。薄层、短间歇、快速连续施工是碾压混凝土筑坝的显著优点, 与之相适应, 各碾压层厚度为根据经验和施工机械能力确定, 本工程采用30 cm为控制厚度。根据温控计算结论采用1.5～2.0 m为间歇层的控制厚度。工程实际施工中诱导缝全部裂开, 应力释放效果良好。

4.2 调节胶凝材料成分

随着新技术的发展, 混凝土掺入外加剂和粉煤灰已经普及。掺入粉煤灰可以有利地改变混凝土的抗裂性能和降低水化热, 使发热过程后延。掺入各种适宜的外加剂可有利调节混凝土的各项性能。本工程根据坝体的不同部位确定粉煤灰掺量为胶凝材料用量的40%～50%, JG3减水剂掺量为0.6%, AIR202引气剂掺量为0.08% 。

4.3 掺加氧化镁 (MgO)

上世纪70年代, 国内的白山拱坝中采用了内含MgO的混凝土, 结果发现大坝裂缝很少, 这启迪了人们从另一个思路去解决大坝混凝土的抗裂问题, 即利用具有膨胀性能的混凝土自身体积变形产生压应力, 以部分抵消混凝土后期温降产生的拉应力, 从而达到减少裂缝的目的。经过30多年的实践发展, 目前应用MgO产生膨胀的混凝土分两类, 水泥内含MgO和混凝土外掺MgO。水泥内含MgO是出厂水泥成品中已经含有MgO;外掺MgO混凝土指在混凝土拌和中直接加入MgO。两者相比, 内含的方式具有较易拌和、膨胀均匀且膨胀后延的特点。由于本工程为中等工程, 施工条件存在较大不确定性, 为确保施工质量, 实施选用了内含MgO的方式, 为保证混凝土的安定性, MgO含量确定为3.0%～4.0%。

4.4 利用水管冷却

坝体内埋设冷却水管降温已有数十年的历史, 然而碾压混凝土坝中埋设水管的历史并不长, 这主要是传统的水管埋设影响了碾压混凝土的快速施工, 但近年来聚乙烯冷却水管以其简便的施工方法和实用性改变了人们的看法。为使坝体尽早达到封拱温度的要求, 大坝全断面埋设聚乙烯冷却水管。一方面通过一期冷却可以削减早期温升;另一方面可以进行二期冷却, 使坝体在较短的时间内达到封拱温度要求。实践证明聚乙烯冷却水管可以在施工间歇期埋设, 基本不会影响施工进度。

4.5 控制浇筑时间

由于外界气温直接影响各种材料的温度, 所以确定在

低温季节进行基础混凝土浇筑, 高温季节应在低温时段 (如夜间或阴天) 进行浇筑, 在夏季6～8月份不安排施工。

4.6 降低骨料温度

控制混凝土骨料的含水率小于5%, 同时采取地垄取料, 要求料堆高度不低于8 m, 同时搭设凉棚, 尽可能减小日照对骨料温度影响。

4.7 加冷水和冰拌和

在高温季节拌制混凝土时加入冷水和片冰为降低混凝土浇筑温度的另一种方法。要求加冰量为用水量的30%～40%。本工程对各月份的拌和用水温度均做了明确要求, 不能满足时应加冰以使水温符合设计要求。

5结语

温度控制是保证混凝土大坝质量的关键因素之一, 若控制不好将产生裂缝, 最终危及大坝安全, 对拱坝等断面单薄的坝型尤其如此。施工中的温度控制涉及面广, 难度大, 需要认真负责地做好每项工作才能达到设计要求。

玄庙观碾压混凝土拱坝施工中, 各单位紧密配合, 贯彻设计意图, 最终取得了良好效果。大坝施工完成3年来未见深层裂缝, 表面裂缝也很少, 可见该工程的温控设计是合理的, 施工中的质量控制是成功的, 本工程的温控设计和施工经验, 可供同类工程参考和借鉴。

摘要：温度控制是保证混凝土大坝质量的关键, 结合工程规模和特点, 确定合理的温度控制计算条件、温控标准和温控措施, 保证了温控设计, 既满足规范要求, 又便于施工。

关键词：碾压混凝土,拱坝,温度控制,温控措施,玄庙观水库

参考文献

[1]SL282—2003.混凝土拱坝设计规范

[2]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制.北京:中国电力出版社, 1999

[3]朱伯芳.拱坝设计与研究.北京:中国水利水电出版社, 2002

玄庙观水库论文篇4

1.1 坝体结构简介

玄庙观拱坝设计为抛物线型碾压混凝土双曲拱坝, 建基面高程431.50 m, 坝顶高程497.00 m, 最大设计坝高65.5 m, 底厚14.55 m, 顶厚4.55 m, 厚高比0.22。坝体上游部位采用二级配富胶材碾压混凝土防渗, 坝体内部采用三级配碾压混凝土。二级配碾压混凝土设计标号为C9020F50W8, 三级配碾压混凝土设计标号为C9020F50W6。上下游面及两岸岩坡50 cm宽采用微坍落度混凝土。从坝底到坝顶二、三级配混凝土分界线距大坝上游面4～2 m。大坝设置了3条诱导缝和2条横缝, 诱导缝和横缝将坝体从左到右分成6个坝段, 其上游弧长依次为39.3, 27.0, 31.5, 39.5, 38.2, 27.4 m。诱导缝采用预埋双向间隔诱导块成缝, 横缝采用预埋双向连续混凝土预制块成缝。诱导缝和横缝内均设置重复灌浆系统。

1.2 水文气象

黄柏河流域属亚热带江北湿润气候区, 雨量丰沛, 多年平均降水量1 150 mm, 主要集中于5～9月。气候温和, 多年平均气温16 ℃, 月平均气温以7月最高, 为25.6 ℃, 1月最低为3.3 ℃, 极端最高气温40.2 ℃, 极端最高气温-19 ℃;湿度大, 多年平均相对湿度为74.0%。

坝址多年气温、水温、湿度统计见表1。

2温度控制分析

2.1 设计温控标准

《玄庙观水利水电枢纽工程碾压混凝土拱坝温度控制设计报告》中规定大坝碾压混凝土施工期温度控制标准如下。

(1) 混凝土浇筑温度除4～5月份施工的非约束区部位浇筑温度不高于20℃外, 12月～翌年3月可自然入仓, 坝体稳定温度13.5 ℃, 上层可到15～16 ℃。

(2) 封拱温度13℃。

(3) 坝体碾压混凝土最高温度不超过36℃。

2.2 自然状态下混凝土浇筑温度估算分析

2.2.1 自然状态下混凝土温度计算

(1) 混凝土配合比见表2。

(2) 混凝土原材料计算温度选择。水泥、粉煤灰计算温度按高于相应月平均气温15.7 ℃考虑;骨料计算取相应月平均气温;水计算温度取相应月平均河水温度, 见表3。

(3) 自然状态下混凝土出机口温度计算。经计算, 自然状态下各月混凝土出机口温度见表4, 计算结果与2003年冬至2004年春已浇混凝土出机口温度相差1～2 ℃, 只有12月份相差4 ℃。

(4) 2003年11月～2004年5月浇筑混凝土出机口温度、浇筑温度统计, 见表5。

2.2.2 自然状态下混凝土浇筑温度

根据以往经验和2003年11月～2004年5月已浇筑的混凝土出机口温度、浇筑温度统计资料, 11月～翌年2月混凝土浇筑前的温度回灌按1 ℃考虑, 3, 4, 5月混凝土浇筑前的温度回灌按2 ℃考虑, 初步估算出自然状态下混凝土浇筑温度 (见表6) 。

2.2.3 估算混凝土浇筑温度与设计要求浇筑温度比较

根据碾压混凝土浇筑温度估算结果, 4月中下旬、5月、11月混凝土浇筑温度略高于相应设计要求的混凝土浇筑温度, 其它月份估算均低于设计要求的浇筑温度, 见表7。

2.3 坝体最高温度分析

由于玄庙观大坝坝体比较薄, 气温变化几乎影响大坝全断面, 坝体在施工期受气温影响比较敏感。根据玄庙观碾压混凝土施工配合比, 经初步计算, 并借鉴其它工程的相关资料, 坝体混凝土三级配区温升估算值在16～20 ℃之间, 混凝土三级配区温升值取18 ℃, 计算坝体最高温度估算值见表8。

计算结果显示, 坝体最高温度估算值高于设计要求4～8.9 ℃。实测坝内最高温度为20～33 ℃。均低于设计值, 实测坝内最高值同设计值基本吻合。

3碾压混凝土施工温度控制措施

根据以上温度控制分析, 结合玄庙观的具体情况, 制定经济、可行的温度控制措施。

3.1 玄庙观碾压混凝土温度控制基本思路

(1) 6, 7, 8, 9月高温季节停止碾压混凝土施工。

(2) 根据混凝土拌和楼布置在库内现实情况, 5月份必须停止碾压混凝土施工。

(3) 3月下旬～5月上旬次高温季节浇筑的碾压混凝土, 预埋冷却水管通河水进行一期冷却, 控制坝体最高温度不高于设计规定的坝体最高温度值。

(4) 其它低温季节混凝土浇筑温度和坝体最高温度均能满足设计要求。

3.2 温度控制措施

3.2.1 优化混凝土配合比, 降低水化热温升

经葛洲坝检测试验中心进行混凝土施工配合比设计和优化, 在满足设计各项技术指标的前提下, 尽可能减少水泥用量。

3.2.2 降低混凝土原材料入机温度

(1) 水泥、粉煤灰提前组织进场, 降低出厂温度。

(2) 人工砂堆场搭了避雨、遮阳棚, 高温季节对粗骨料采取可行的遮阳措施。

(3) 增加骨料堆高, 堆料高度大于6 m。

(4) 砂子和粗骨料均采取地垄取料, 降低骨料入机温度。

(5) 对入拌料斗的皮带机上搭建遮阳棚。

3.2.3 加强施工组织, 降低混凝土温度回灌

(1) 加强施工组织, 尽可能缩短混凝土出机到碾压的时间。

(2) 实施仓内喷雾, 营造仓内小气候。

3.2.4 坝体内预埋冷却水管

通河水进行一期冷却, 降低坝体混凝土最高温度。坝体全断面预埋PVC塑料冷却水管, 水管间层距1.5 m。预埋48 h后通河水进行一期冷却。实测冷却水管进、出口水温差在1.6～3.9 ℃之间变化, 混凝土内部温度趋于稳定。

4温控措施实施效果

4.1 混凝土浇筑温度统计

2003年10月28日开始浇筑碾压混凝土, 到2004年5月10日碾压混凝土浇筑完毕, 截止2004年4月底对混凝土浇筑温度实测值统计如表9。统计结果显示, 4月份混凝土浇筑温度高于设计温度0.9 ℃, 5月份混凝土浇筑温度高于设计温度2.4 ℃, 其它各月均能满足设计要求。

4.2 坝体最高温度值统计

通过对448.4, 477.4, 492.8 m高程实测坝体温度统计 (见图1) 。

2004年5月9日T1仪器测得坝内混凝土温度达到最大峰值32.75 ℃, 还是低于设计最高限值 (33 ℃) , 其它统计值均低于设计要求。

4.3 一期冷却效果分析

从2003年1月5日埋设第1台仪器开始, 到5月9日安装第8支温度计止, 坝内仪器实测温度峰值最小为19.35 ℃, 最大为32.75 ℃。温度峰值曲线显示, 混凝土浇筑后20 d左右, 坝内温度随水化热升高达到一个峰值, 然后通过水冷却降温, 坝内温度缓慢下降, 随着气温的升高, 坝内温度又逐渐上升, 一般在23～26 ℃范围内。夏天过后, 坝内温度随着混凝土龄期的增长, 混凝土温度逐渐呈下降的趋势, 直到稳定温度值。另外, 大体积混凝土水化热温升高, 散热条件差, 温度下降比较缓慢。

5热平衡计算

混凝土各种组合百分比见表10。

玄庙观工程所用水泥为荆门P.O32.5级普通硅酸盐水泥, 水泥水化热温度7 d实测值为251.2 kJ/ (kg·℃) , 28 d水化热为285.7 kJ/ (kg.℃) 。

5.1 出机口温度

C9020RCC出机口温度计算成果见表11。

undefined

从以上计算可以看出, 在水泥含量一定的情况下, 降低出机口温度最有效的途径就是降低材料的温度。由于条件限制, 部分原材料未达到设定的温度和气候的变化而使出机口的平均温度达到15.7 ℃左右。

5.2 运输温升 (Tt)

在混凝土离开拌和楼至完成入仓混凝土的途中, 因采用自卸汽车直接入仓, 运距最远也只有500 m, 吸热不多, 故选定途中温升Tt=1 ℃。

5.3 水泥水化热温升

根据《混凝土拱坝设计规范》推荐的公式进行计算:

Qc=Q0 (1-e-mb)