[发明专利]基于最大内表温差龄期的中热衬砌混凝土通水冷却方法

说明书

本发明提供一种基于最大内表温差龄期的中热衬砌混凝土通水冷却方法，其特征在于包括：步骤1.收集衬砌结构中热水泥混凝土温控用资料；步骤2.计算衬砌结构中热水泥混凝土最大内表温差发生龄期d_Δtm=‑0.66×H+0.0004×C‑0.0088×T₀‑0.0068×T_g+5.02，H为衬砌结构中热水泥混凝土的厚度；C为衬砌结构中热水泥混凝土的强度等级；T₀为衬砌结构中热水泥混凝土的浇筑温度；T_g为通水冷却等效水温值，T_g=35‑T_w，T_w为通水冷却水温，步骤3.基于d_Δtm确定通水冷却时间d_j；步骤4.根据通水冷却时间d_j进一步优化衬砌中热混凝土通水冷却措施，科学合理地实现温度裂缝。

技术领域

本发明属于混凝土温控防裂技术领域，具体涉及一种基于最大内表温差龄期的中热衬砌混凝土通水冷却方法。

背景技术

衬砌是土木工程广泛采用的一种结构。衬砌混凝土由于水泥等胶凝材料的水化热作用会升温而产生很高的内部温度，如三峡水利枢纽永久船闸中输水洞衬砌混凝土内部最高温度达到近60℃，小浪底水电站输水洞衬砌混凝土内部最高温度达到70℃余。衬砌结构的厚度小，大多强度高(如大型水电站泄洪洞强度达到C50、C60)，内部温度高，温降幅度大，温升温降速度快，受到围岩和支护结构等极强约束的薄壁衬砌，在施工期容易发生温度裂缝，而且大多是贯穿性危害裂缝。温差是产生温度应力的根本原因，温差越大，产生的拉应力越大，也越容易产生温度裂缝。温差包括基础温差和内表温差。最大内表温差发生早，混凝土早期强度低，早期温降就容易产生温度裂缝。因此，最大内表温差发生龄期也是评价衬砌结构混凝土温控防裂性能的重要指标。

如图1是三板溪水电站泄洪洞衬砌混凝土早期裂缝情况，早期裂缝的处理严重影响工程的进度工期和造价，未能修复完善的贯穿性裂缝(一般都难以达到原混凝土结构性能)严重影响衬砌结构的耐久性和寿命，甚至导致渗漏和威胁工程安全。喷射状态的漏水(东深供水雁田隧洞)还直接危害人的健康与舒适度。

最大内表温差发生龄期，至今没有计算方法，也没有得到重视。一般只是在采用有限元法进行温度、温度应力的计算分析时，顺便进行最大内表温差发生龄期的简要介绍。

同时，在混凝土内埋设冷却水管通水冷却，可以有效降低结构混凝土内部最高温度和内表温差，是一种很有效的温控防裂施工措施。在地下水工衬砌混凝土温控防裂中采取通水冷却措施，最早于1999年在研究三峡永久船闸地下输水洞衬砌混凝土温控防裂中提出，在中隔墩输水洞衬砌混凝土温控施工中采用，取得良好效果。后来，在三峡右岸地下电站发电洞有压段衬砌混凝土温控防裂施工中采用。特别是，在溪洛渡、白鹤滩、乌东德等水电站地下工程混凝土温控防裂施工中全面采用，取得显著成效。如图2是白鹤滩水电站泄洪洞衬砌混凝土采用埋设水管通水冷却情况。

但现行有关设计规范对于地下洞室工程衬砌混凝土温度控制与通水冷却一般都缺乏明确与具体的规定，水利水电枢纽工程中地下洞室衬砌混凝土的通水冷却都是参考大坝大体积混凝土通水冷却的方法。但大坝通水冷却控制指标(分期、通水时间、温降速度等)都不适用。因此各个工程通水冷却时间也不同，白鹤滩水电站设计要求通水时间15～30d，乌东德和溪洛渡水电站要求15d，白鹤滩水电站设计要求温降速度小于1.0℃/日。一方面是通水冷却的时间(由于只有一期通水，而且是混凝土浇筑即开始通水，所以实际是通水冷却龄期)没有科学依据；二是衬砌混凝土在不通水冷却情况的温降速度大多已经超过1.0℃/日，要求小于1.0℃/日，明显不合理。而且，在通水冷却的过程中，都是采用人工控制，温度控制效果与人的责任心、天气等环境影响都有关系。

综合以上情况说明，最大内表温差发生龄期是评价衬砌结构温控防裂性能的重要指标，但至今仍然没有计算方法，有效降低结构混凝土内部最高温度和内表温差的通水冷却措施，其通水冷却时间没有科学确定方法。

发明内容