一种用于混凝土拱坝的温控防裂方法技术

本发明专利技术公开了一种防裂效果较好的用于混凝土拱坝的温控防裂方法。该一种用于混凝土拱坝的温控防裂方法，包括同步进行的同冷区温度场控制和同冷区高度范围控制。通过采用有限单元法对水管冷却过程、施工进度、悬臂高度、季节气温变化和约束条件五个因素进行数值计算与优选分析，实现了与同冷区高度相适应的温度实时调控，其防裂效果较好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水利水电工程领域，具体涉及一种用于混凝土拱坝的温控防裂方法。
技术介绍
通水冷却是目前拱坝施工中最主要的温度控制措施，即通过降低混凝土的内部温度来调控拱坝的基础温差、内外温差、以及上下层温差。但是对于高拱坝而言，其施工周期较长，沿坝体高程方向的温度梯度是更为现实的威胁，是诱发贯穿性裂缝的重要因素之一。在我国的拱坝建设实践中，通常将拱坝分为五个区：已灌区、灌浆区、同冷却、过渡区、盖重区，通过分区控制坝体温度场进而来控制拱坝的宏观温度梯度。同冷区的混凝土通常处于水管冷却过程的中期、二期，此阶段的混凝土弹模已较大，约束条件下的温度梯度及温差变形极易造成拉应力的陡增，是拱坝防裂的关键部位。然而，对于同冷区而言仅通过现有的温控措施进行通水冷却防裂，其对快速施工的拱坝而言防裂效果不好。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种防裂效果较好的用于混凝土拱坝的温控防裂方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于混凝土拱坝的温控防裂方法，包括同步进行的同冷区温度场控制和同冷区高度范围控制；所述同冷区温度场控制包括以下步骤：a、将水管冷却过程在时间历程上至少分为三个阶段，分别包括一期冷却、中期冷却和二期冷却；b、在浇筑过程中，随着混凝土的浇筑实时将已浇坝体分为至少五个温控区，包括依次从下往上的已灌区、拟灌区、同冷区、过渡区和盖重区；对各温控区进行步骤a所述的冷却，并确保冷却时盖重区处于一期冷却阶段、过渡区处于中期冷却阶段、拟灌区和同冷区处于二期冷却阶段；c、根据温度场监测结果并结合有限元数值计算，求解拱坝的温度应力，根据数值计算分析成果，动态调控水管冷却过程。进一步的是，所述同冷区高度范围控制包括以下步骤：1)、根据拱坝混凝土不同施工阶段的施工进度，采用有限元数值计算方法进行多方案比较分析，选取温度梯度小于等于T0且抗裂安全系数大于等于Kf的方案，根据所选方案确定同冷区高度的取值范围；2)、根据拱坝混凝土的浇筑进度和横缝灌浆进度，确定拱坝的悬臂高度H0；H0＝H1-H2，H1为某坝段实际浇筑进度下的顶部高程，H2为该坝段已灌区的顶部高程；采用有限元数值计算方法研究不同悬臂高度情况下的坝体结构应力及其分布，选取抗裂安全系数大于等于Kf的工况，确定该工况下的悬臂高度的取值，然后以悬臂高度为条件确定同冷区高度的取值范围；3)、根据所处的季节气温的变化，采用数值计算分析方法进行复核，然后依据所求的拱坝温差应力结果，选取抗裂安全系数大于等于Kf的方案，根据所选方案确定同冷区高度的取值范围；4)、根据同冷区所处的应力约束条件，采用数值计算分析方法进行复核，然后根据拱坝的结构约束应力及其分布情况，选取抗裂安全系数大于等于Kf的方案，根据所选方案确定同冷区高度取值范围；5)、将步骤1)至4)中所确定的同冷区高度取值范围取交集，确定同冷区高度的最终取值范围；其中，T0的取值范围为1.0～2.5℃/m，Kf的取值范围为1.3～1.8。进一步的是，同冷区温度场控制的步骤a中，所述一期冷却的持续时间不少于21天；所述中期冷却的持续时间不少于69天；所述二期冷却的持续时间不少于60天。进一步的是，所述中期冷却分为三个温控阶段；第一温控阶段为控温阶段，其持续时间不少于29天，且混凝土温度日变化幅度A≤1℃；第二温控阶段为降温阶段，其持续时间不少于30天，且混凝土温降速率R≤0.5℃/d；第三温控阶段为控温阶段，其持续时间不少于10天，且混凝土温度日变化幅度A≤0.5℃。进一步的是，所述二期冷却分为两个温控阶段；第一温控阶段为降温阶段，其持续时间不少于30天，且温降速率R≤0.3℃/d；第二温控阶段为控温阶段，其持续时间不少于30天，且混凝土温度日变化幅度A≤0.5℃。进一步的是，同冷区温度场控制的步骤c中，动态调控水管冷却过程的主要调控参数包括：①、冷却开始时间为浇筑完成后12小时以内；②、冷却历时为一期冷却的持续时间不少于21天，中期冷却的持续时间不少于69天，二期冷却的持续时间不少于60天；③、一期冷却用冷却水水温为10～12℃，中期冷却用冷却水水温为8～10℃，二期冷却用冷却水水温为6～8℃；④、一期冷却用冷却水流量为1.5～2.0m3/h，中期冷却用冷却水流量为1.0～1.5m3/h，二期冷却用冷却水流量为0.5～1.0m3/h；⑤水流方向的调换周期为18～30小时。进一步的是，同冷区高度范围控制的步骤1)中所述施工进度包括混凝土浇筑层厚、浇筑间歇期和/或碾压强度。进一步的是，同冷区高度范围控制的步骤4)中所述应力约束条件包括强约束、弱约束和自由约束。进一步的是，同冷区高度范围控制的步骤1)中所确定的同冷区高度的取值范围为12～15m，步骤2)中所确定的同冷区高度的取值范围为13～18m，步骤3)中所确定的同冷区高度的取值范围为10～15m，步骤4)中所确定的同冷区高度取值范围为14～17m，步骤5)中所确定的同冷区高度的最终取值范围为14～15m。进一步的是，所述同冷区高度范围控制还包括以下步骤：6)、当施工环境和条件发生变化后，重复步骤1)至5)对同冷区高度的最终取值范围进行实时调整。本专利技术的有益效果是：通过同时对同冷区进行温度场控制和高度范围控制，实现了与同冷区高度相适应的温度实时调控，温控防裂效果好；同时，冷却时各温控区处于特定的温控阶段进行温控，提高了温控的精确度，防裂效果更好；通过动态调控水管冷却过程，进一步提高了温控防裂效果。此外，该方法还通过对各控制要素的综合分析使得最终确定的同冷区高度范围更精确，同冷区处于适当高的高度利于减小应力及温度梯度的控制，进一步提高了施工期的安全裕度，减小了拱坝的开裂风险。附图说明图1是本专利技术控制原理的流程图；图2是水管冷却过程的流程图；图3是拱坝温控分区的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。如图1所示，本专利技术是基于对拱坝混凝土施工过程中的温控监测分析成果与有限元应力计算成果进行的，首先根据拱坝混凝土的温度跟踪监测分析与有限元应力计算，研究拱坝的温度场与应力场，进而通过敏感性分析五个施工要素的作用效应；其中，温控监测分析成果包括混凝土温度监测数据、通水冷却监测数据果和保温养护措施监测数据；温控检测，可通过在拱坝混凝土内部预埋专用温度计，用光纤与温度计连接，将光纤延伸至混凝土外部，通过指定仪器测量光纤端头即可读出内部温度计的测值，此项技术早已经广泛应用；有限本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于混凝土拱坝的温控防裂方法，其特征在于，包括同步进行的同冷区温度场控制和同冷区高度范围控制；所述同冷区温度场控制包括以下步骤：a、将水管冷却过程在时间历程上至少分为三个阶段，分别包括一期冷却、中期冷却和二期冷却；b、在浇筑过程中，随着混凝土的浇筑实时将已浇坝体分为至少五个温控区，包括依次从下往上的已灌区、拟灌区、同冷区、过渡区和盖重区；对各温控区进行步骤a所述的水管冷却，并确保冷却时盖重区处于一期冷却阶段、过渡区处于中期冷却阶段、拟灌区和同冷区处于二期冷却阶段；c、根据温度场监测结果并结合有限元数值计算，求解拱坝的温度应力，根据数值计算分析成果，动态调控水管冷却过程。

【技术特征摘要】
1.一种用于混凝土拱坝的温控防裂方法，其特征在于，包括同步进行的同冷区温度场控
制和同冷区高度范围控制；
所述同冷区温度场控制包括以下步骤：
a、将水管冷却过程在时间历程上至少分为三个阶段，分别包括一期冷却、中期冷却和二
期冷却；
b、在浇筑过程中，随着混凝土的浇筑实时将已浇坝体分为至少五个温控区，包括依次从
下往上的已灌区、拟灌区、同冷区、过渡区和盖重区；对各温控区进行步骤a所述的水管冷
却，并确保冷却时盖重区处于一期冷却阶段、过渡区处于中期冷却阶段、拟灌区和同冷区处
于二期冷却阶段；
c、根据温度场监测结果并结合有限元数值计算，求解拱坝的温度应力，根据数值计算分
析成果，动态调控水管冷却过程。
2.如权利要求1所述的一种用于混凝土拱坝的温控防裂方法，其特征在于，所述同冷区
高度范围控制包括以下步骤：
1)、根据拱坝混凝土不同施工阶段的施工进度，采用有限元数值计算方法进行多方案比
较分析，选取温度梯度小于等于T0且抗裂安全系数大于等于Kf的方案，根据所选方案确定同
冷区高度的取值范围；
2)、根据拱坝混凝土的浇筑进度和横缝灌浆进度，确定拱坝的悬臂高度H0；H0＝H1-H2，
H1为某坝段实际浇筑进度下的顶部高程，H2为该坝段已灌区的顶部高程；采用有限元数值计
算方法研究不同悬臂高度情况下的坝体结构应力及其分布，选取抗裂安全系数大于等于Kf的
工况，确定该工况下的悬臂高度的取值，然后以悬臂高度为条件确定同冷区高度的取值范围；
3)、根据所处的季节气温的变化，采用数值计算分析方法进行复核，然后依据所求的拱
坝温差应力结果，选取抗裂安全系数大于等于Kf的方案，根据所选方案确定同冷区高度的取
值范围；
4)、根据同冷区所处的应力约束条件，采用数值计算分析方法进行复核，然后根据拱坝
的结构约束应力及其分布情况，选取抗裂安全系数大于等于Kf的方案，根据所选方案确定同
冷区高度取值范围；
5)、将步骤1)至4)中所确定的同冷区高度取值范围取交集，确定同冷区高度的最终取
值范围；
其中，T0的取值范围为1.0～2.5℃/m，Kf的取值范围为1.3～1.8。
3.如权利要求1或2所述的一种用于混凝土拱坝的温控防裂方法，其特征在于：同冷区
温度场控制的步骤a中，所述一期冷却的持续时间不少于21天；所述中期冷却的持续时间不

\t少于69天；所述二期冷却的持续时间不少于60天。
4.如权利要求3所述的一种用于混凝土拱坝的温控防裂方...

【专利技术属性】
技术研发人员：井向阳，潘燕芳，黎满林，邵敬东，刘俊，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51