水電站廠房壩段溫控措施分析

鄧義成

【摘要】水電站廠房結(jié)構(gòu)復(fù)雜，下部有大體積混凝土結(jié)構(gòu)，上部有框架式鋼筋混凝土薄壁結(jié)構(gòu)，施工中采用分塊、分縫、跳倉澆筑，溫控設(shè)計(jì)難度較大。本文以某水電站廠房壩段混凝土溫控為例，為解決廠房壩段混凝土溫控防裂問題提供一些思路，供類似工程溫控設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】水電站；壩段；溫控

1、工程概況及基本資料

某水電站，順河向長度為91.7m，橫河向總長度208.8m，共分為9臺機(jī)組，中間7臺機(jī)組橫河向間距22.7m，壩底高程6.5m，閘墩頂部高程51.20m。壩址處多年平均氣溫17.7℃，極端最高氣溫40.6℃，極端最低氣溫-9.1℃，多年平均降水量1450mm，多年平均風(fēng)速1.8m/s，最大風(fēng)速19.0m/s。壩址處多年平均氣溫見表1，混凝土熱力學(xué)參數(shù)見表2，擬合參數(shù)見表3。

混凝土絕熱溫升擬合公式：

T（τ）=26τ1.007+τ（℃）

混凝土彈性模量擬合公式：

E（τ）=32（1-e-0.29τ0.61）（GPa）

混凝土徐變度擬合公式：

C（t，τ）=（A1+A2τ-α1）[1-e-k1（t-τ）]+（B1+B2τ-α2）[1-e-k2（t-τ）]+De-k3τ[1-e-k3（t-τ）]（1/MPa）

式中，τ為齡期；t為時(shí)間。

表1 多年平均氣溫

表2 混凝土及其基巖熱學(xué)參數(shù)

表3 徐變擬合參數(shù)

2、計(jì)算方案分析

根據(jù)水電站廠房實(shí)際的施工運(yùn)行過程，即考慮混凝土分層跳倉澆筑方式、入倉溫度、澆筑厚度、施工期間歇、混凝土及基礎(chǔ)彈模的變化、外界水溫及氣溫的變化、混凝土的自生體積變形及徐變影響等復(fù)雜因素，計(jì)算出廠房結(jié)構(gòu)任意時(shí)刻的溫度場和應(yīng)力場。

由于中間 7 臺機(jī)組結(jié)構(gòu)尺寸完全相同，計(jì)算選定廠房5#機(jī)組整個(gè)壩段，由于上部為框架式混凝土結(jié)構(gòu)，下部為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，參考以往計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算中廠房范圍51.20m高程下大體積混凝土結(jié)構(gòu)部分，壩基范圍為：上下游方向取壩高的2.5倍，地基深度取2倍壩高。

溫度場計(jì)算的邊界條件為：地基底面、地基4個(gè)側(cè)面、壩段左右兩側(cè)面均為絕熱邊界條件，與水接觸為第一類邊界條件，與空氣接觸為第三類邊界條件，由于在廠房壩段前，水深僅有30余m深，因此水溫為河水溫度。應(yīng)力場計(jì)算邊界條件：地基底面按固定支座處理，地基上下游面按上下游方向簡支處理，其余面按自由邊界處理。

3、不同工程措施下廠房壩段計(jì)算分析

3.1廠房壩段自然澆筑無結(jié)構(gòu)分縫措施下的分析

廠房壩段于2011年8月1日開始澆筑混凝土，計(jì)劃于2014年3月完工。混凝土采用自然澆筑，在每年5月～10月，倉面進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)。16.00m高程以下的混凝土澆筑層厚1.5m，間歇5d，平均每20d澆筑一層；16.00m高程以上的混凝土澆筑層厚2.0～3.0m，間歇6d，平均每20d澆筑一層。

3.2廠房壩段合理工程措施的確定

通過對廠房壩段不同溫控方案的計(jì)算，采取控制混凝土澆筑溫度、水管冷卻方案及結(jié)構(gòu)分縫措施可解決廠房壩段的溫控防裂問題，但是，如采用控制混凝土澆筑溫度方案，在夏季必須具備混凝土骨料預(yù)冷系統(tǒng)，并且需加水管冷卻及保溫措施，由于廠房混凝土為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，配筋量大，如采用水管冷卻，對施工進(jìn)度和鋼筋混凝土施工質(zhì)量會產(chǎn)生不利影響，因此，工程現(xiàn)場希望采用結(jié)構(gòu)分縫加簡單溫控措施來滿足溫控防裂要求。

結(jié)語：

1.河床式水電站廠房壩段溫度控制標(biāo)準(zhǔn)一般情況下要嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定執(zhí)行，當(dāng)基巖變形模量遠(yuǎn)小于混凝土變形模量時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)放寬，標(biāo)準(zhǔn)值放寬幅度須依據(jù)廠房壩段溫度場應(yīng)力場全過程分析成果確定。

2.廠房壩段順河向長度值遠(yuǎn)大于寬度值，大部分情況下不采取工程措施難于滿足溫控防裂要求。采用順河向分塊澆筑輔之以簡單溫控措施是行之有效的方法，各澆筑塊長度須依據(jù)廠房壩段溫度場應(yīng)力場全過程分析成果并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況確定。

3.廠房壩段不同澆筑塊有先后次序時(shí)，后澆筑塊要安排在低溫季節(jié)澆筑。如在其他季節(jié)澆筑，必須采取非常嚴(yán)格的溫控措施才能滿足溫控防裂要求。

4.廠房壩段流道周邊采用預(yù)留寬槽方法進(jìn)行分塊澆筑時(shí)，寬槽兩側(cè)須有止水措施。如僅僅采用微膨脹混凝土在低溫季節(jié)填筑預(yù)留寬槽措施，在長期的實(shí)際運(yùn)行中寬槽兩側(cè)可能會發(fā)生漏水現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡平.拉西瓦水電站混凝土雙曲拱壩溫控防裂研究[J].水力發(fā)電，2017，3