一种堆石坝面板防裂控制方法与流程

1.本发明属于面板堆石坝建筑技术领域，具体涉及一种堆石坝面板防裂控制方法。


背景技术：

2.西部高海拔地区是我国未来水力发电的重点开发地区，面板堆石坝作为一种能够适应当地材料材和地形良好的坝型，在未来建设中应该得到重点开发，但现存于高海拔寒冷地区的面板堆石坝普遍存在开裂现象，给大坝的工程带来的不利影响。其一，影响工程的进度，裂缝出现需要修补加固，影响工程工期；其二，裂缝的出现损害的面板的完整性，影响面板的耐久性和安全性；其三，修补裂缝过程中，一般会应用化学材料，影响水利生态环境。长期以来，面板开裂十分普遍，影响因素众多，但主要开裂原因是施工期温度应力，特别是高海拔寒冷区域，昼夜温差大，年平均温度低，面板开裂几乎无法避免，典型的如公伯峡堆石坝面板、纳子峡堆石坝面板等，均在面板施工阶段出现开裂，另外公伯峡大坝面板运行期出现沿坡向的竖向裂缝。
3.通过研究，目前提出了很多应对面板开裂的措施，如文献寒冷地区面板堆石坝施工期面板开裂原因中提出的优化混凝土配合比，提高混凝土抗拉强度，降低水化热温升；优化施工工序，控制最大温升；提升混凝土抗裂能力，加强施工养护等，为概念性和原则性建议，具体实施性不强，现有堆石坝面板开裂仍无法避免。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种堆石坝面板防裂控制方法，可以有效的解决高寒区的开裂问题，为面板堆石坝建设和运行安全控制提供依据。
5.本发明提供了一种堆石坝面板防裂控制方法，包括以下步骤：
6.(1)确定混凝土面板允许基础温差
7.基于堆石坝结构设计、材料性能参数和施工过程，采用公式或数值分析方法确定混凝土面板允许基础温差，以两者中大值为最终取值；
8.(2)确定面板分区高程及各分区高程的允许最高温度
9.根据面板施工运行条件，确定面板分区高程及各分区高程的允许最高温度；
10.(3)确定混凝土浇筑温度
11.基于混凝土面板允许最高温度和混凝土绝热温升，结合施工季节和条件，确定混凝土浇筑温度，取6～16℃；
12.(4)得到混凝土温度控制曲线
13.施工期混凝土抗裂安全系数在1.5～2.0之间取值，基于混凝土强度变化过程曲线，按照抗裂安全系数为定值，结合结构特征、材料参数、施工情况，反算得到混凝土温度控制曲线，该曲线满足面板混凝土温度上升期不小于48h，面板温度降温速率不大于1℃/d，降低至环境月平均气温的时间不短于30d；
14.(5)确定需要的保温效果，并确定保温板厚度
15.根据当地日温差情况，计算确定需要的保温效果，并确定保温板厚度，保温后面板表面日温差消减至2℃或更小，保温板厚度不应小于8cm；
16.(6)可控温保温板底部布置水管
17.可控温保温板底部刻蛇形槽，槽内布置水管，槽深和宽度小于保温板厚度的0.5倍，水管采用不大于3.2cm直径的水管，每个面板高程分区布置一根水管；蛇形槽相互之间刻槽连通，槽深和宽度不大于水管直径；
18.(7)施工中面板布置温度计监测温度
19.施工中面板布置温度计监测温度，每个分区高程至少布置1组温度计，每组沿厚度布置于表面、中部和底面，面板整体布置温度计不少于5组；温度计布置避开水管和刻槽，在相邻水管和刻槽的中间位置；
20.(8)在施工区布置水温控制设备
21.在施工区布置水温控制设备，水温在混凝土浇筑温度至最高温度之间进行调节；
22.(9)布置智能通水控制设备
23.布置智能通水控制设备，通过水温和流量自动调节，使实测温度变化过程与设定温度控制曲线一致，至月平均气温停止通水，温度下降过快时恢复通高温水进行调节，至混凝土龄期大于90d为止。
24.进一步地，步骤(1)中，采用如下公式计算允许基础温差；
[0025][0026]
其中δt为允许基础温差，ε
自变
为面板混凝土360d自生体积变形值，ε
极拉
为面板混凝土极限拉伸值，α为线膨胀系数；在混凝土材料参数缺乏时，δt取20～25℃。
[0027]
进一步地，步骤(2)中分区高度根据水位变化情况和水温分布情况确定，取30～50m，其中：
[0028]
常年处于水下部分面板：
[0029]
t
i-max
＝min(t
i-wmin
，t
a-w
)+δt
[0030]
水位变动区和水上部分：
[0031]
t
i-max
＝t
amin
+δt
[0032]
其中：t
i-max
为面板第i个分区允许最高温度，t
i-wmin
为面板第i个分区相应高程水温最低温度，t
a_w
为面板蓄水前最低周平均气温，t
amin
为多年最低周平均气温，δt为基础温差。
[0033]
进一步地，步骤(3)中，自然入仓情况下，混凝土浇筑温度按照气温+2℃确定，不突破16℃。
[0034]
与现有技术相比本发明的有益效果是：
[0035]
本发明通过精确控制面板施工期尤其是早龄期温度变化，实现应力安全可控，为面板堆石坝安全建设提供支撑。
附图说明
[0036]
图1是本发明的流程图；
[0037]
图2是本发明实施例的面板结构示意图；
[0038]
图3是本发明实施例的环境温度变化曲线；
[0039]
图4是本发明实施例的水温过程线；
[0040]
图5是本发明实施例的最高允许温度分区示意图；
[0041]
图6是本发明实施例的反算应力过程线；
[0042]
图7是本发明实施例的温度控制曲线；
[0043]
图8是本发明实施例的水管布置方式俯视图；
[0044]
图9是本发明实施例的面板沿厚度方向温度计布置图；
[0045]
图10是本发明实施例的保温板的侧面结构图；
[0046]
图11是本发明实施例的保温板的底面结构图。
[0047]
图中标记：
[0048]
1-面板，2-垫层，3-水管，4-温度计，5-保温板，6-浅槽。
具体实施方式
[0049]
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
[0050]
下面以一面板堆石坝为例，对本发明进行实例说明：
[0051]
参图1所示，本实施例提供了一种堆石坝面板防裂控制方法，包括以下步骤：
[0052]
步骤1，确定面板的基础温差。根据面板混凝土和垫层材料的热学、力学、强度参数、特征水位，如图2所示，包括面板1和垫层2，最大坝高150m，坝顶高程2721m，基面高程2571m，正常蓄水位2715m，死水位2710m，计算确定基础温差。
[0053]
其中混凝土面板的材料参数为：ε
极拉
＝115
×
10-6
，ε
自变
＝-42.2
×
10-6
，α＝8.4
×
10-6
。
[0054]
公式计算得到基础温差：
[0055][0056]
通过数值分析计算，面板的基础温差为21℃。
[0057]
取大值21℃。
[0058]
步骤2，对面板分区，确定允许最高温度。
[0059]
根据如图3所示的环境温度变化曲线和如图4的水温变化曲线，结合水库水位变化和特征水位，对面板在高度方向上进行分区。确定不同分区面板可能遭遇最低环境温度，与基础温差叠加后确定面板的允许最高温度。
[0060]
常年处于水下部分面板最低温度为3.5℃库水温，允许最高温度：
[0061]
t
i-max
＝3.5+21＝24.5
ꢀꢀꢀ
(℃)
[0062]
水位变动区，在10月份之前蓄水至正常水位，在5月份水位下降，最低温度为3℃：
[0063]
t
i-max
＝3+21＝24
ꢀꢀꢀꢀ
(℃)
[0064]
水上部分考虑保温后，最低温度约-4℃：
[0065]
t
i-max
＝-4+21＝17
ꢀꢀꢀ
(℃)
[0066]
步骤3，浇筑月份为5月份，水下部分和水位变动区浇筑温度可取10℃，水上部分最
高温度低，取6℃。
[0067]
步骤4，根据表1中混凝土轴拉强度，抗裂安全系数取1.8，得到混凝土面板的允许抗强度。按照2.0的安全系数确定面板混凝土应力过程线，如图6。基于应力过程线，反算得到温度控制曲线，如图7所示。
[0068]
表1-混凝土面板的强度
[0069][0070]
步骤5，根据坝址区气温资料，按照表面日温差消减至2℃以内，计算得到保温板厚度最低为6cm，取8cm。
[0071]
步骤6，如图8、图9、图10，在可控温保温板5底部刻蛇形槽，蛇形槽内布置水管3，蛇形槽深和宽度取3.5cm；水管3采用3.2cm直径的水管，每个面板1高程分区布置一根水管；蛇形槽相互之间刻浅槽6连通，浅槽6深和宽度均取2cm。
[0072]
步骤7，如图8和图11，面板1布置温度计4监测温度，其中水下部分分区高程布置4组温度计；水位变动区布置2组温度计；水位以上部位布置1组温度计。每组3支温度计，分别沿厚度布置于表层、中部和底面；温度计4布置避开水管3和浅槽6，在相邻水管3和浅槽6的中间位置。
[0073]
步骤8，在施工区布置水温控制设备，该设备保证水温可在6℃～30℃之间调节。
[0074]
步骤9，布置智能通水控制设备，通过水温和流量自动调节，使实测温度变化过程与设定温度控制曲线一致，至月平均气温可停止通水，但温度下降过快时应恢复通高温水进行调节，至混凝土龄期大于90d为止。
[0075]
本发明通过分区控制面板堆石坝基础温差和最高温度，采用可控温保温板合理调控面板温度应力变化过程，为堆石坝面板防裂和提高耐久性提供依据。
[0076]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。