摘要：随着科学技术的进步人类文明的发展，人类开始将更多的科学技术应用到社会建设和促进人类文明的发展上来，人工建设工程通过和改造自然资源让我们收益颇多，如古时候的都江堰水利工程以及近代的三峡大坝，大坝建设的施工质量很大一部分取决于施工期的混凝土状态是否良好，建设大坝所用的混凝土在温度变化下不开裂是关键，因此大体积的混凝土的通水冷却智能温度控制方法与系统尤为重要。
关键词：大坝建设；混凝土；通水冷却；智能温度控制
温度对于混凝土的影响极大，在夏季浇筑混凝土时由于气温较高以及通水冷却等条件的影响，混凝土的浇筑仓温度难以把握，很容易超过浇筑仓的最高温度限制，从而造成混凝土在建设过程中或大坝建成后容易开裂导致大坝的功能性和使用性能降低，加重后期的修复任务，而采用智能的通水冷却控制方法和系统将会有效的将混凝土的浇筑仓温度控制在合理的范围内，从而防止大坝的开裂，减轻后期的修复工程的任务。
一、人工通水冷却控温的主要弊端
采用人工记录的方法对人工球阀、水银温度计及水表的数据变化进行记录，具有较强的主观性加上人工记录的间隔时间较长，容易导致数据的准确性较低；传统的通水系统准确度较低，且由于设备系统的不完备，信息反馈间隔时间长，效率低且数据不可靠缺乏准确度，从而导致混凝土的温度控制无法达到理想的效果；传统的温控方法采用大流量的水温控制策略以帮助降低大坝温度，造成了水资源的极度浪费并产生经济损失；由于人工测量以及数据整理分析需要的时间较长，导致大坝混凝土的温度控制工作难以同步进行，从而导致大坝混凝土的温度变化范围超过温度变化的标准，进而直接导致大坝的开裂；由于人力资源有限，采用人工控制混凝土温度的方法难以对大坝混凝土的整体控制，也难以对大坝情况及变化进行分段的细致精确的了解并未其制定个性化的有针对性的控制措施。
二、混凝土通水冷却智能温度控制方法与系统的工作特点
混凝土的通水冷却智能温度控制方法与系统主要是利用现代的数字系统，一是将数字温度传感器安装在新浇筑的大体积混凝土中以便对混凝土的温度进行实时监控，从而掌握混凝土温度变化的实时情况；二是为确定实时通水流量，在浇筑仓进出水管上安装一体的流温控制装置以实现远程的通水信息的采集和反馈。
三、智能温控的基本原则
温度监控是防止大坝开裂的关键，通水冷却智能温控根据实时的大坝混凝土的变化情况，通过改变流量输入来控制大坝的混凝土温度的变化。通水冷却智能温控需要遵守以下原则：
（一）最高温度控制原则。
大坝温度的变化受内在因素的影响跟混凝土的标号以及不同时间段有关，而整个大坝的温度的每一段或每一层也有一定的差异，控制混凝土的最高温度是为了减小大坝上下层和内外层等不同的部分因为温差过大，温度不均而开裂，控制温差主要有几个方面：（1）基础温差应力的控制。应将大坝混凝土的最高温度不应高于封拱温度和容许温度的和；（2）内外温差应力的控制。最高温度不超过已确定的内外温差的最高温度；（3）由于大坝不同区如：河床、岸坡以及分大坝所受约束能力强弱不同，所以最高温限制能够承受的约束力应该据此加以区别而不能同一化，尤其是针对那些大型工程，控监要求较高，对于最高温的限制需要根据不同的混凝土的类型及具体的施工地区的环境和要求加以规定而不能同一化；（4）由于各季节温度有所不同，因此混凝土最高温限制还应根据浇筑时期的季节温度加以限制。
（二）时间和空间的温度变化协调控制原则。
现场大坝的台阶状的设计温度控制曲线也称之为时间控制曲线，由于大坝的不同阶段温度变化的不同，所以为达到数据的精确度，分别将同一段大坝混凝土的温度加以分类探测再与大坝接缝灌注的时间相协调，有效地控制了大坝的灌浆龄期，从而减少大坝开裂的可能性，采用时间空间相协调的控制方法，将不同段的大坝混凝土根据其约束力的承受能力的不同，采用分期冷却并与控温时间相协调实现温度梯度控制，为确保各区的温度及温度变化幅度形成合适的梯度，所以根据盖重区、过渡区、同冷区以及灌浆区的实际温差加以调节，进而减小混凝土的温度应力，达到理想的温控效果。
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（三）基础和内外温差变化协调控制原则。
为防止大坝开裂，我国的大坝建造工程要将大坝的抗裂安全系数控制在一定的标准范围之内，而要满足这一标准，就必然要计算好基础温差和应力以及内外温差应力，计算基础温差应力要根据大坝混凝土的材料特性，利用三维有限元法并辅之以其他的规范方法加以计算。大坝的内外温差指的是混凝土内部最高温与最高温时表面温度之差，而一般为使得计算结果更加准确和具有适应性，一般按照最不利的条件加以计算和控制，此外大坝的内外温差还应考虑到混土的材料性质、其他外部条件以及坝址的气候条件，如溪洛渡拱坝采用的是保温型的材料加以覆盖，所以在低温季节混凝土的表面温度也可达到2-4摄氏度，因此其大坝混凝土的内外温差应当小于16摄氏度。
（四）异常温度控制原则。
影响现场大坝浇筑入仓温度变化的除了平常的季节温度、混凝土材质等正常因素影响意外，还会受到突发性的天气现象如：冬季寒潮、夏季突发性高温或降温或其他非预料性因素的影响，这些突发性的因素都会导致大坝混凝土的温度变化出现异常现象，因此，对于这些突发性的天气变化，控制系统应根据天气预报及时做出反应，以便尽快地进行控温的调整。由于天气的极端变化如强冷冲击，会对不同阶段的混凝土造成不同程度的伤害，而对于早龄期的混凝土而言，气温的骤降更能导致其开裂，因此需要在根据温度变化协调控制的原则有针对性的对各阶段的混凝土的降温速率进行控制，同时还要对混凝土的温度变化速率进行实时调整以实现真正的智能控制。
四、通水冷却智能温度控制系统的组成
通水冷却智能控制系统主要是由以下几个部分组成：
（1）热交换装置。
热交换装置的作用主要是通过通水将大坝混凝土的热量从大坝导出以控制混凝土大坝浇筑仓温度，因此热交换装置还应包括通水的输入和输出管道。
（2）热交换辅助装置。
热交换的辅助装置主要是负责热交换过程中媒介的输入和输出。为了对每一回路的流量及温度等数据的采集与上传，实现对流量的大小及方向的有效控制，热交换辅助装置中的主管道与分管道的回路上都应安装一体流温控制装置，除此之外，由于每个浇筑仓都有不同的分管道回路一一对应，因此可以实现对混凝土浇筑仓饿的个性化的实时控制。
（3）控制装置。
控制装置主要是用于控制热交换装置以及热交换辅助装置，对热交换装置通水以及输输水导出热量的过程中对水流量及其流速的控制和辅助装置中媒介输出和输入的温度测量控制，同时像探测点的温度值等一系列有关大坝的其他部分数据的采集也需要控制装置得以完成和实现。
（4）大坝的数据采集装置。
大坝的数据采集装置负责将温度传感器所探测到的温度值数据以及通水时进出口水温数据传输给控制装置，在温度的采集和处理过程中索尼应用的新型技术可以实现拱坝的移动式的实时的温度数据的相关采集，一方面可以对混凝土的换热过程中的温度进行自动的测量以及数据的采集和传输，一方面又可以根据施工进度移动或固定，可以大大的节省移动再装的人力及物力的多余损耗，降低施工成本。
结语：大体积混凝土通水冷却智能温度控制方法和系统将混凝土的温度变化过程可实时准确的控制混凝土的温度变化过程，并可以正对大坝的不同阶段混凝土通水冷却水流量、流速及水温采取个性化的控制方法，并在我国的溪洛渡拱坝的应用达到了较好的效果，通水冷却智能控制系统应和天气预警系统相结合进行智能温度控制是该系统的创新发展新方向。
参考文献：
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【2】管俊峰，朱晓旭，林鹏等.特高拱坝的封拱悬臂高度个性化控制的分析研究【J】.水利学报，2013，44（1）：97-103.
【3】张国新，杨渡，张景华.RCC拱坝的封拱温度与温度荷载研究【J】，水利学报，2011，42（7）：812-818.
论文作者:栾加芹
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/2
标签：大坝论文; 混凝土论文; 温度论文; 通水论文; 温差论文; 装置论文; 热交换论文; 《基层建设》2017年第36期论文;