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        閘墩混凝土較高溫季節(jié)澆筑溫控防裂研究
        ——以出山店水庫(kù)表孔閘墩混凝土澆筑為例

        2018-05-18 05:43:18王桂生馬東亮楊中強(qiáng)
        治淮 2018年4期
        關(guān)鍵詞:混凝土

        王桂生馬東亮楊 中強(qiáng) 晟

        (1.中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 合肥 230601 2.河海大學(xué)水利水電學(xué)院 南京 210098)

        1 引言

        出山店水庫(kù)重力壩表孔壩段總長(zhǎng)150.5m,共8孔,每孔凈寬15.0m,邊墩厚3.0m,中墩厚3.5m,順?biāo)飨蜷L(zhǎng)度31.0m,堰頂至墩頂高17.4m。閘墩采用C30W4F150和C35W4F150混凝土,工程所在地春季環(huán)境氣溫具有日平均氣溫不斷上升、日夜溫差大等特點(diǎn),在此時(shí)段澆筑大體積、高標(biāo)號(hào)混凝土,若不采取有效的溫度控制措施,混凝土內(nèi)部最高溫度、最大溫升及溫度梯度等溫度指標(biāo)將急劇上升,由此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力將突破混凝土自身的抗拉強(qiáng)度,導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。因此必須對(duì)閘墩混凝土澆筑采取有效的溫度控制措施。

        2 計(jì)算模型及計(jì)算參數(shù)

        2.1 計(jì)算模型

        對(duì)表孔壩段選取其典型9#壩段建立有限元整體模型網(wǎng)格,見圖1。其中壩基蓋重層及壩下游面為C20混凝土,壩體上游防滲層為C25混凝土,壩體內(nèi)部為C15混凝土,堰面83.0m高程以上閘墩內(nèi)部為C30混凝土,外部為C35混凝土。本文的主要研究對(duì)象是表孔壩段堰面上部閘墩結(jié)構(gòu)混凝土。典型表孔壩段有限元模型節(jié)點(diǎn)數(shù)77756,單元數(shù)70888,圖2是表孔壩段典型壩段有限元混凝土模型網(wǎng)格,混凝土材料的熱學(xué)與力學(xué)參數(shù)見表1。

        在溫度場(chǎng)仿真計(jì)算時(shí),假定壩基礎(chǔ)底面及四周均為絕熱邊界,壩體橫縫面為絕熱邊界,其他面為熱量交換邊界。在應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算時(shí),假定基礎(chǔ)底面為鉸支座,四周為連桿支撐,上部結(jié)構(gòu)均自由。由于溫度應(yīng)力是一個(gè)自平衡力系,其影響主要發(fā)生在溫度變化激烈部位及其周圍,同時(shí)考慮到在計(jì)算規(guī)模和時(shí)間上的限制,取計(jì)算域基礎(chǔ)在壩體向外擴(kuò)展范圍為:基礎(chǔ)上、下游各取60m,垂直水流方向各取25m,地基深度取70m。

        2.2 計(jì)算參數(shù)

        計(jì)算時(shí)多年平均日氣溫變化擬合為:

        t為月份。

        主要的熱力學(xué)參數(shù)見表1。

        圖1 孔壩段整體模型網(wǎng)格圖

        圖2 表孔壩段混凝土模型網(wǎng)格圖

        圖3 表孔壩段澆筑分層示意圖

        3 計(jì)算工況和結(jié)果

        3.1 計(jì)算工況

        表孔壩段從2016年11月份開始澆筑蓋重層混凝土,按照2017年新的澆筑進(jìn)度計(jì)劃,2017年5月份之前澆筑到壩頂,從6月1日到9月30日為汛期,混凝土表面過水,2018年4月份水庫(kù)開始蓄水,仿真計(jì)算一直模擬到蓄水后約10年時(shí)間。

        2017年澆筑進(jìn)度見表2,澆筑分層示意見圖3,根據(jù)實(shí)際進(jìn)度計(jì)劃模擬表孔閘墩的澆筑進(jìn)度,根據(jù)實(shí)際進(jìn)度對(duì)閘墩采取通冷卻水管加保溫措施進(jìn)行溫度控制,選擇兩種不同水管密度和保溫措施作為計(jì)算工況。

        工況1:按照四月份澆筑進(jìn)度進(jìn)行模擬,倉(cāng)面采用保溫被覆蓋直至上層混凝土澆筑或覆蓋到5月初,立面拆模后掛保溫被,保溫到5月初。閘墩內(nèi)部采用金屬冷卻水管,布置密度為1.0m×1.0m,采用河水冷卻。

        工況2:在工況1基礎(chǔ)上,閘墩第一大層混凝土水管加密到0.5m×0.5m。溢流面C35混凝土摻入膨脹劑,減小80%的自變,并布置0.5m×0.5m的水管。各澆筑層立面拆模后以及倉(cāng)面均保溫28d。

        3.2 計(jì)算結(jié)果

        根據(jù)工況1和工況2計(jì)算得到相應(yīng)的溫度,由于4月份和5月份氣溫高,導(dǎo)致澆筑溫度高,冷卻水溫高。在1.0m×1.0m的水管布置密度條件下,第一大層混凝土的溫度峰值為57.6℃,第二大層混凝土的溫度峰值為64.2℃,閘墩底部2m高范圍內(nèi)的拉應(yīng)力是閘墩中最大的,達(dá)到3.7MPa,超過了抗拉強(qiáng)度。閘墩第二大層的最大拉應(yīng)力為2.6MPa,未超過抗拉強(qiáng)度。工況2條件下,由閘墩底部2m高范圍內(nèi)的溫度峰值降至50℃,最大拉應(yīng)力降至3.4MPa,仍超過C30混凝土的抗拉強(qiáng)度。閘墩表面的C35混凝土由于受到了較好的保溫,內(nèi)外溫差減小,表面拉應(yīng)力不再超過C35的抗拉強(qiáng)度。

        表1 材料的熱學(xué)與力學(xué)參數(shù)表

        表2 四月份澆筑的典型表孔壩段進(jìn)度表

        4 溫控措施

        在仿真計(jì)算結(jié)果和溫控指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上,結(jié)合以往類似工程的經(jīng)驗(yàn),并考慮該工程的實(shí)際情況,提出如下溫控建議。

        4.1 通水冷卻

        高程89~100.4m的閘墩,水管間距1.0m×1.0m。采用河水進(jìn)行冷卻,通水時(shí)間長(zhǎng)度為10~20d,溫度峰值后的溫降速率不快于2℃/d。以有效控制混凝土溫升幅度。

        4.2 表面保溫

        鋼模板外貼5cm厚聚乙烯苯板,拆模后立即覆蓋聚乙烯卷材(俗稱大壩保溫被),覆蓋時(shí)長(zhǎng)不少于28d。間歇期倉(cāng)面的覆蓋材料為2.0cm厚大壩保溫被,倉(cāng)面要盡早覆蓋,盡晚掀開。溫降在15℃左右的寒潮,覆蓋4.0cm厚的保溫被,溫降在20℃左右的寒潮,覆蓋6.0cm厚大壩保溫被。

        5 結(jié)論

        采取上述溫度控制方案后,混凝土經(jīng)過內(nèi)部通水冷卻、表面保溫措施后,以7#閘墩為例,5月下旬平均大氣溫度25℃,混凝土內(nèi)平均最高溫度34℃,滿足設(shè)計(jì)提出的容許最高溫度限值。汛期拆模后,檢查閘墩混凝土表觀質(zhì)量,未發(fā)現(xiàn)裂縫,表明混凝土澆筑質(zhì)量?jī)?yōu)良,溫度控制措施合理且經(jīng)濟(jì),為類似工程提供了參考■

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