摘要：针对水电站的环境条件和施工特点，按照理论分析一数值仿真一经验判断的技术路线，结合深溪沟厂坝段的实际体形和材料参数，展开了各个坝段的混凝土施工期全过程仿真分析研究，对影响混凝土温度与应力的主要温控措施进行了敏感性分析，提出了符合水电站厂房坝段工程实际的温控防裂措施，也为类似工程提供参考.
关键词：水电站；厂房坝段；仿真分析；温控措施
大体积混凝土结构在施工过程和运行期间，往往会由于温度的变化而产生很大的拉应力，这些温度应力是引起大体积混凝土出现裂缝的主要原因。因此，对大体积混凝土而言，控制其温度应力，防止和减少结构的裂缝，提高混凝土的抗渗、抗裂、抗侵蚀性能和耐久性是极其重要的。相对于混凝土坝而言，水电站厂房结构复杂，且施工中多采用分缝、分块及跳仓浇筑，其温控计算极为复杂。在对厂房温度应力的研究中，用二维有限元法对三峡电站厂房尾水管进行了温度应力仿真计算，应用有限元分析软件与温度应力场仿真程序相结合对水电站厂房进行了温度应力场的仿真计算。
一、算方法和计算模型
为真实反映水电站厂房复杂是施工过程中温度及应力的变化过程，使用非线性有限元仿真分析方法，模拟水电站厂房实际的施工运行过程，即考虑混凝土分层跳仓浇筑方式、人仓温度、浇筑厚度、施工期间歇、混凝土及基础弹模的变化、外界水温及气温的变化、混凝土的自生体积变形及徐变影响等复杂因素，计算出厂房结构任意时刻的温度场和应力场。通过分析不同结构措施和温控措施下厂房的计算成果，确定合理的结构措施和温控措施。
二、同工程措施下厂房坝段计算分析
2.1 厂房坝段自然浇筑无结构分缝措施下的仿真分析
混凝土采用自然浇筑，在每年5月～10月，仓面进行喷雾养护。16.00 m高程以下的混凝土浇筑层厚1.5 m，间歇5 d，平均每20 d浇筑一层；16.00 m高程以上的混凝土浇筑层厚2.0—3.0 m，间歇6 d，平均每20 d浇筑一层。图2和图3为厂房坝段仿真分析的温度包络图和最大拉应力包络图，所谓包络图中各点数值，是指对各点通过全程搜索求出所经历的最大值，画出的包络图可以展示最大值及部位、超出标准的范围和分布。房坝段中面最高温度值与混凝土浇筑时间密切相关，高温季节浇筑的混凝土，由于浇筑温度高，其最高温度值大；在低温季节浇筑的混凝土，最高温度值小。同一季节浇筑的混凝土。距边界越近，散热条件越好，最高温度值越小；距边界越远，最高温度值越大。厂房坝段中面最高温度值超过45℃，其稳定温度约为17℃，按规范规定，如厂房坝段不分缝，其基础约束区容许温差不超过16℃，最高允许温度33℃，显然不能满足设计规范温度控制标准。
厂房坝段底板靠近基础附近较大范围内最大拉应力超过2.5 MPa，局部小范围内超过3.0 MPa，尾水管上部混凝土局部范围内最大拉应力超过3.0 MPa，部分区域内超过2.0 MPa，均超过混凝土允许拉应力，如不采取其他措施，会出现裂缝，对厂房坝段运行安全性产生不利影响，因此采取工程措施是必须的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.2厂房坝段合理工程措施的确定
通过对厂房坝段不同温控方案的仿真计算，采取控制混凝土浇筑温度、水管冷却方案及结构分缝措施可解决厂房坝段的温控防裂问题，但是，如采用控制混凝土浇筑温度方案，在夏季必须具备混凝土骨料预冷系统，并且需加水管冷却及保温措施，由于厂房混凝土为钢筋混凝土结构，配筋量大，如采用水管冷却，对施工进度和钢筋混凝土施工质量会产生不利影响，因此，工程现场希望采用结构分缝加简单温控措施来满足温控防裂要求。
厂房坝段分缝一般采用在拉应力超标的高程范围内预留宽槽措施来实现，此措施已应用于国内许多厂房坝段实际施工中，但宽槽措施有时也可能存在一些问题：首先是要求施工进度与预定的进度相差不大；再者是如在流道周边预留宽槽，宽槽一般为几十厘米宽、十余米高的窄条结构，无止水措施，易发生漏水现象，因此如需在流道周边分块浇筑，采取预留宽槽措施时，宽槽宽度要大并且需加止水措施，或采取直接分缝加止水措施。
根据现场实际情况，考虑到水轮机安装等多种因素通过对分块浇筑方案多种可能施工进度的仿真分析表明，后浇筑块必须在11月～2月低温季节间进行，如在其他季节进行，后浇筑块内会产生超标拉应力，可能会出现裂缝。
混凝土浇筑温度控制在26℃以下（夏季白天停工），基础强约束区混凝土浇筑层厚由1.5 m减为1.0 m，其余同上。由图5可见，坝段中面基础约束区最高温度40℃，自由区最高温度45℃，坝段分块浇筑后，浇筑块长边超过30 m，基础容许温差强约束区18℃，弱约束区21℃，稳定温度约为17℃，最高允许温度强约束区35℃，弱约束区39℃。最大拉应力值明显下降，无论是厂房坝段中面还是厂房坝段侧面，其最大拉应力值不超过2.0 MPa，未超过允许应力值，满足温控防裂要求。需要说明的是，尽管Ⅲ浇筑块基础约束区最高温度超过规范允许值，但由于规范的规定是针对基岩变模与混凝土变模相差不大的情况而言的，此厂房坝段基岩变模仅5 GPa，远小于混凝土变模，因此最高温度小范围小幅度地超标其最大拉应力仍未超过允许应力值。
三、总结
采用非线性有限元仿真分析方法，模拟了水电站厂房坝段混凝土真实的浇筑过程，实现了厂房坝段施工期及运行期温度场和应力场全过程仿真，通过多种方案的仿真计算，推荐出合理的分块浇筑措施及温控措施。
（1）水电站厂房坝段温度控制标准一般情况下要严格按照规范规定执行，当基岩变形模量远小于混凝土变形模量时，标准可适当放宽，标准值放宽幅度须依据厂房坝段温度场应力场全过程仿真分析成果确定。
（2）厂房坝段顺河向长度值远大于宽度值，大部分情况下不采取工程措施难于满足温控防裂要求。采用顺河向分块浇筑辅之以简单温控措施是行之有效的方法，各浇筑块长度须依据厂房坝段温度场应力场全过程仿真分析成果并结合现场实际情况确定。
（3）厂房坝段不同浇筑块有先后次序时，后浇筑块要安排在低温季节浇筑。如在其他季节浇筑，必须采取非常严格的温控措施才能满足温控防裂要求。
（4）厂房坝段流道周边采用预留宽槽方法进行分块浇筑时，宽槽两侧须有止水措施。如仅仅采用微膨胀混凝土在低温季节填筑预留宽槽措施。在长期的实际运行中宽槽两侧可能会发生漏水现象。
参考文献
[1]胡平，杨萍，张国新等.拉西瓦水电站混凝土双曲拱坝温控防裂研究[J].水力发电。2007，33（11）：51—54.
[2]赵富刚，牛文阁，李超毅.景洪水电站碾压混凝土温控防裂措施及组织管理[J].水利水电科技进展，2007，27（3）：46—48.
[3]任强，黄顺强.铜街子水电站厂房混凝土温度控制及浇筑分层分块设计[J].水电站设计，1991，7（1）：41—44.
论文作者:陈超产
论文发表刊物:《防护工程》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/23
标签：混凝土论文; 厂房论文; 措施论文; 应力论文; 水电站论文; 温度论文; 力场论文; 《防护工程》2018年第6期论文;