CN109837904A - 冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统及其冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程建设领域，公开了一种冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统，包括混凝土块，将混凝土块内部沿上下游方向依次分为若干冷却单元，每个冷却单元内布置有一根冷却支管，混凝土块内部沿上下游方向还设有一根冷却进水管，每个冷却支管的进水口均连接在冷却进水管上，冷却支管的出水口均单独引出至混凝土块外部，每根冷却支管的出水口部位均设有流量控制阀。本发明还公开了一种冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统的冷却方法。本发明冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统及其冷却方法，克服传统冷却水管布置的缺点，使混凝土各部位温降幅度更为均匀，有效减小混凝土各部位温差及温度应力，降低发生温度裂缝风险。

Description

冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统及其冷却方法

技术领域

本发明涉及工程建设领域，具体涉及一种冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统及其冷却方法。

背景技术

大体积混凝土在现代水电工程建设中占有重要地位。在水电界，高混凝土坝内部温度过高或分布不均会引起诸多问题，成为大体积混凝土施工期过程中裂缝产生的主要因素之一。因此，在大体积混凝土的施工过程中必须采取人工冷却措施，降低最高温度，根据实际需要控制并调整混凝土的温度过程以及分布情况，尽可能控制裂缝的产生，保证大坝的安全。

通水冷却作为混凝土坝温度控制的一个有效手段，在高混凝土坝建设中发挥着重要的作用。它有着很强的适用性和灵活性，能够控制混凝土的整个温度过程，包括初期控制最高温度，中期控制温度梯度及内外温差，后期降低内部混凝土至灌浆温度等。因此在大体积混凝土的施工中被广泛使用。当前业界普遍采用在大体积混凝土内部将冷却水管铺设成传统的蛇形形状，并按矩形排列。冷却水管水平间距一般为1.5～3.0m，局部区域可根据需要加密至1.0m，单根水管长度通常为200～300m，超过300m易引起水管进水口水温温差过大，不仅影响降温效果，不均匀温差形成的应力也对温控防裂造成不利影响。

通常，对于仓面面积在450m²以内的浇筑仓，水管间距若按1.5m控制，布置一根冷却水管即可满足单根水管长度不超过300m的要求；对于仓面面积在450m²～900m²的浇筑仓，需至少布置2根冷却水管；而对于仓面面积超过900m²的浇筑仓，需至少布置3～4根冷却水管，才可满足单根水管长度不超过300m的要求。目前高混凝土坝在混凝土浇筑时，普遍采用通仓浇筑的快速施工方案，混凝土一次浇筑的仓面面积普遍超过1000m²，仓面内至少需布置3～4根冷却水管。考虑冷却机组控制上的需要，水管进出口通常布置在大坝同一侧(如大坝下游侧)，如若每根冷却水管进出口单独引出，一仓布置3～4根水管将会有6～8根接头从大坝一侧引出，对水管均匀布置较不利，特别是对于细长型的仓面，单独布设3～4根冷却水管的控制难度较大。

为减少单仓冷却水管进出口接头数量，降低水管布置难度，工程上也有采用在仓内设置一根主进(出)水管，将多支支管并联接到主管上的通水方式(简称“仓内一拖多”)。采用这种方式，理论上控制每根支管的长度和断面大小一致，各支管的流量分配也是基本相当的；但实际施工过程中，部分冷却水管由于受到混凝土浇筑振捣干扰影响，造成水管弯曲或挤压变形，并影响实际通水过程的水量分配，容易造成各支管通水分配不均，引起降温不均匀，控制不当也有可能会引起裂缝的产生。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统及其冷却方法，克服传统冷却水管布置的缺点，使混凝土各部位温降幅度更为均匀，有效减小混凝土各部位温差及温度应力，降低发生温度裂缝风险。

为实现上述目的，本发明所设计的冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统，包括混凝土块，将所述混凝土块内部沿上下游方向依次分为若干冷却单元，每个所述冷却单元内布置有一根冷却支管，所述混凝土块内部沿上下游方向还设有一根冷却进水管，每个所述冷却支管的进水口均连接在所述冷却进水管上，所述冷却支管的出水口均单独引出至所述混凝土块外部，每根所述冷却支管的出水口部位均设有流量控制阀。

优选地，每根所述冷却支管呈蛇形等间距布置在该所述冷却支管所在的冷却单元内，其间距为1.3～1.8米，在充分布满所述冷却单元的同时，减少所述冷却支管的长度。

优选地，所述冷却进水管的进口处设有进水口温度计，每根所述冷却支管的出水口部均还设有出水口温度计，更好地检测温度。

优选地，所述冷却支管的出水口均位于所述混凝土块外部同一侧，便于水的排出。

优选地，所述冷却进水管的内径大于所述冷却支管的内径，便于通水流量控制。

优选地，所述流量控制阀为可拆卸式流量控制阀，提高所述流量控制阀的利用率。

一种冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统冷却方法，包括如下步骤：

A)在所述混凝土块中布置冷却系统；

B)需要冷却时，所述冷却进水管通水，对混凝土块进行降温；

C)通过调节所述流量控制阀改变每个所述冷却支管的通水流量，让混凝土块各区域通水水温、通水流量分布更为均匀，使混凝土块各部位均匀降温。

优选地，所述步骤C)中，实时监测进水口温度计和出水口温度计，当某个所述冷却支管出口的出水口温度计显示温度过高时，调整该冷却支管出口上的流量控制阀增大通水流量，或调整其它冷却支管出口上的流量控制阀减小通水流量。

优选地，所述步骤C)中，根据温度调节需要关闭部分流量控制阀进行局部降温，可以达到降低局部温度、减小温差的目的。

优选地，降温结束无控温需求时，将所述流量控制阀拆卸，可以安装到其它需要通水的部位进行循环利用。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、通过调节各冷却支管的流量控制阀分别控制每个冷却支管的通水流量，对流量进行重新分配，让各部位通水水温、通水流量分布更为均匀，使混凝土各部位温降幅度更为均匀，有效保障混凝土冷却过程中的温度均匀性，有效减小混凝土各部位温差及温度应力，降低发生温度裂缝风险，对混凝土温控防裂起到积极作用；

2、克服传统冷却水管布置的缺点，不仅能够有效降低混凝土内部温度，同时还减少了冷却水管进出口的接头数量，降低了大仓面条件下多支冷却水管的布置难度；

3、流量控制阀设计成简易可拆卸的形式，在需要通水的部位安装使用，能有效提高设备资源利用率，降低施工成本。

附图说明

图1为本发明冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统的布置示意图；

图2为实施例冷却水管一拖三布置的混凝土内部冷却系统布置通水第15天时的温度场云图；

图3为实施例冷却水管一拖三布置的混凝土内部冷却系统布置通水结束后第三天的温度场云图。

图中各部件标号如下：

混凝土块1、冷却单元2、冷却支管3、冷却进水管4、流量控制阀5。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统，包括混凝土块1，将混凝土块1内部沿上下游方向依次分为三个冷却单元2，每个冷却单元2内布置有一根冷却支管3，每根冷却支管3呈蛇形等间距布置在该冷却支管3所在的冷却单元2内，其间距为1.5米，混凝土块1内部沿上下游方向还设有一根冷却进水管4，每个冷却支管3的进水口均连接在冷却进水管4上，冷却支管3的出水口均单独引出至混凝土块1外部，且位于同一侧，每根冷却支管3的出水口部位均设有流量控制阀5，流量控制阀5为可拆卸式流量控制阀。

另外，冷却进水管4的进口处设有进水口温度计，每根冷却支管3的出水口部均还设有出水口温度计。

本实施例中，冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统冷却方法，包括如下步骤：

A)在混凝土块1中布置冷却系统；

B)需要冷却时，冷却进水管4通水，对混凝土块1进行降温；

C)通过调节流量控制阀5改变每个冷却支管3的通水流量，让混凝土块1各区域通水水温、通水流量分布更为均匀，使混凝土块1各部位均匀降温，其中，实时监测进水口温度计和出水口温度计，当某个冷却支管3出口的出水口温度计显示温度过高时，调整该冷却支管3出口上的流量控制阀5增大通水流量，或调整其它冷却支管3出口上的流量控制阀5减小通水流量，同时，也可以根据温度调节需要关闭部分流量控制阀5进行局部降温。

当降温结束无控温需求时，将流量控制阀5拆卸，可以安装到其它需要通水的部位进行循环利用。

本实施例中，采用有限元方法对混凝土通水过程中温度变化情况进行仿真模拟，该浇筑混凝土块1长63m，宽20m，浇筑层厚度1.5m。按图1一拖三布置方式在混凝土块1中间布设冷却支管3和冷却进水管4，冷却支管3蛇形等间距布置的水平间距为1.5m。浇筑时外界气温20℃，底部基础初温为16℃，浇筑温度12℃，初期通12℃制冷水15天，各冷却支管3长度为约250～300m，各冷却支管3通过流量控制阀5实时调节通水流量，使通水流量控制在1.5～2.0m³/h，计算中，混凝土块1密度为2400Kg/m³，导热系数为8.37KJ/m·h·℃，比热容为1.05KJ/Kg·℃，混凝土绝热温升计算式取为T＝24.4·t/(t+1.9)。

如图2和图3所示，图2为利用本发明的一拖三水管布置方案在通水第15天时的温度场云图，图3通水结束后第3天时的温度场云图，根据计算云图结果可以看出，通过流量控制阀5控制各冷却支管3的通水流量，将其保持在一个合适范围，可保证同一仓混凝土块1内部温度相对较为均匀。通水过程中，混凝土浇筑块上、中、下各区域平均温度差别不大，通水结束后内部温度基本降低至19～20℃左右，各区域平均温度差别约为0.5℃左右，表明本发明提出的冷却水管布置方案能够有效控制混凝土整体冷却效果的均匀性。

本发明冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统及其冷却方法通过调节各冷却支管3的流量控制阀5分别控制每个冷却支管3的通水流量，对流量进行重新分配，使混凝土各部位温降幅度更为均匀，有效保障混凝土冷却过程中的温度均匀性，有效减小混凝土各部位温差及温度应力，降低发生温度裂缝风险，对混凝土温控防裂起到积极作用；同时，克服了传统冷却水管布置的缺点，不仅能够有效降低混凝土内部温度，同时还减少了冷却水管进出口的接头数量，降低了大仓面条件下多支冷却水管的布置难度；另外，流量控制阀5设计成简易可拆卸的形式，在需要通水的部位安装使用，能有效提高设备资源利用率，降低施工成本。

Claims (10)

1.一种冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统，包括混凝土块(1)，其特征在于：将所述混凝土块(1)内部沿上下游方向依次分为若干冷却单元(2)，每个所述冷却单元(2)内布置有一根冷却支管(3)，所述混凝土块(1)内部沿上下游方向还设有一根冷却进水管(4)，每个所述冷却支管(3)的进水口均连接在所述冷却进水管(4)上，所述冷却支管(3)的出水口均单独引出至所述混凝土块(1)外部，每根所述冷却支管(3)的出水口部位均设有流量控制阀(5)。

2.根据权利要求1所述冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统，其特征在于：每根所述冷却支管(3)呈蛇形等间距布置在该所述冷却支管(3)所在的冷却单元(2)内，其间距为1.3～1.8米。

3.根据权利要求1或2所述冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统，其特征在于：所述冷却进水管(4)的进口处设有进水口温度计，每根所述冷却支管(3)的出水口部均还设有出水口温度计。

4.根据权利要求3所述冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统，其特征在于：所述冷却支管(3)的出水口均位于所述混凝土块(1)外部同一侧。

5.根据权利要求4所述冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统，其特征在于：所述冷却进水管(4)的内径大于所述冷却支管(3)的内径。

6.根据权利要求5所述冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统，其特征在于：所述流量控制阀(5)为可拆卸式流量控制阀。

7.一种权利要求1～6所述冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统冷却方法，其特征在于：包括如下步骤：

A)在所述混凝土块(1)中布置冷却系统；

B)需要冷却时，所述冷却进水管(4)通水，对混凝土块(1)进行降温；

C)通过调节所述流量控制阀(5)改变每个所述冷却支管(3)的通水流量，让混凝土块(1)各区域通水水温、通水流量分布更为均匀，使混凝土块(1)各部位均匀降温。

8.根据权利要求7所述冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统冷却方法，其特征在于：所述步骤C)中，实时监测进水口温度计和出水口温度计，当某个所述冷却支管(3)出口的出水口温度计显示温度过高时，调整该冷却支管(3)出口上的流量控制阀(5)增大通水流量，或调整其它冷却支管(3)出口上的流量控制阀(5)减小通水流量。

9.根据权利要求7所述冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统冷却方法，其特征在于：所述步骤C)中，根据温度调节需要关闭部分流量控制阀(5)进行局部降温。

10.根据权利要求7所述冷却水管一拖多布置的混凝土内部冷却系统冷却方法，其特征在于：降温结束无控温需求时，将所述流量控制阀(5)拆卸。