CN113435710A - 圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，针对圆形断面、不同强度、低热水泥，实现通水冷却质量控制，以利于获得更优通水冷却温控防裂效果。方法包括：步骤1.分析圆形断面衬砌低热混凝土温控及其通水冷却资料，拟定通水冷却施工方案；步骤2.计算圆形断面衬砌低热混凝土通水冷却优化控制水温差△Twy＝1.89C‑0.018C2‑18.3；步骤3.确定圆形断面衬砌低热混凝土通水冷却条件下的内部最高温度；步骤4.计算通水冷却优化水温Twy；步骤5.将Tw与Twy进行比较，根据比较情况判断在该Tw条件下进行通水冷却养护是否能够满足混凝土基本质量要求；步骤6.确定下一阶段应采取的优化通水冷却措施。
Description
技术领域
本发明属于混凝土温控防裂技术领域，具体涉及圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法。
背景技术
借鉴大体积混凝土埋设冷却水管通水冷却，降低混凝土最高温度和控制内外温差成功温控防裂经验，为有效控制温度裂缝，在三峡水利枢纽右岸地下电站发电引水洞至溪洛渡、白鹤滩、乌东德等巨型水电站水工隧洞衬砌混凝土大量采取通水冷却措施。但水工隧洞设计规范、条文中没有关于衬砌混凝土温控及其通水冷却水温控制等方面的规定。经常是参考混凝土重力坝或者拱坝设计规范规定，坝体混凝土与冷却水之间的温差不宜超过25℃。
根据模拟混凝土浇筑过程对高混凝土拱坝一期水冷温度对水管周边混凝土的影响研究：对于水管下部(层)老混凝土，这一水管通水冷却前，混凝土温度较高(20℃)，通水冷却时，水管周边混凝土从较高温度迅速向水温靠近，离水管越近，温降速度越快，在水管周边形成较大的温降幅度的梯度，且水温越低，温降幅度的梯度越大；对于水管上部的新浇混凝土，混凝土浇筑的同时进行通水冷却，水管周边的混凝土未升至较高温度(初期为入仓温度)，保持与水温较为接近的温度。虽然与水管距离的不同也有一定的温度梯度，但是这些部位的温度与温度梯度一直保持不变，并没有发生大的变化。温度降低产生收缩变形，温降幅度不均匀就会使得这一变形不均匀，从而产生自生约束，因此，水管下部的老混凝土由于温降幅度的不均匀从而产生拉应力，而水管上部的新浇混凝土由于没有明显的温降过程，拉应力不大。所以，多层浇筑大坝等大体积混凝土的通水冷却水温(即与内部混凝土温差)由下层老混凝土管周不产生温度裂缝控制，允许水温差和温降速度较小。
衬砌结构混凝土厚度小，一次性浇筑，混凝土覆盖冷却水管即开始通水冷却，与上部新浇混凝土情况相当，管周没有明显的温降过程和几何梯度，拉应力不大。因此，对应薄壁衬砌结构混凝土的通水冷却，应该是通过获得最优的温控防裂效果确定水温差。而且，衬砌混凝土强度和水泥品种不同，内部发热量和温度也就不同，通水冷却优化控制水温差有较大差异。
发明内容
本发明目的在于提供圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，针对圆形断面、不同强度、低热水泥，实现通水冷却质量控制，以利于获得更优通水冷却温控防裂效果。
本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：
如图1所示，本发明提供圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.分析圆形断面衬砌低热混凝土温控及其通水冷却资料，根据设计要求和工程施工条件拟定通水冷却施工方案；
步骤2.计算圆形断面衬砌低热混凝土通水冷却优化控制水温差△Twy(℃)：
△Twy＝1.89C-0.018C2-18.3 (公式1)
式中，C为圆形断面衬砌低热混凝土90d龄期强度等级(MPa)；
步骤3.确定圆形断面衬砌低热混凝土通水冷却条件下的内部最高温度Tmax(℃)；
步骤4.根据Twy＝Tmax-△Twy(公式3)计算得到通水冷却优化水温Twy(℃)；
步骤5.将实时监测到的通水冷却实测水温Tw与优化水温Twy进行比较，根据比较情况判断在该实测水温Tw条件下进行通水冷却养护是否能够满足混凝土基本质量要求；
步骤6.根据步骤5的比较和判断结果，确定下一阶段应采取的优化通水冷却措施。
优选地，本发明提供的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，取Tmax＝【Tmax】，或者分析混凝土浇筑资料和浇筑温度、现场检测通水冷却水温Tw和洞内气温Ta、采用公式2计算得到Tmax：
Tmax＝8.033H+0.204C+0.769T0+0.0065Tg-0.0214Ta+0.167△T-0.0843H×Tg+8.977 (公式2)
式中，H为混凝土厚度(m)，T0为混凝土浇筑温度(℃)，Tg为通水冷却效应值(℃)，Ta为混凝土浇筑期环境温度(℃)，△T＝Ta-Tmin，Tmin为洞内气温年变化冬季最低温度(℃)。Tg＝35℃-Tw，没有通水冷却时取Tw＝35℃计算Tg＝0。采用公式2计算内部最高温度Tmax时，Tw、T0为现场实时检测值。
优选地，本发明提供的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，取Tmax＝(【Tmax】+公式2计算的Tmax)÷2。
优选地，本发明提供的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，优先取Tmax＝(【Tmax】+公式2计算的Tmax)÷2，若不存在设计要求最高温度允许值【Tmax】，则取Tmax＝公式2计算的Tmax。
优选地，本发明提供的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，还可以具有以下特征：在步骤5中，当Twy-6℃≤Tw＜35℃，判断为该实测水温Tw条件下进行通水冷却控温能够满足混凝土基本质量要求；否则，判断为不能够满足混凝土基本质量要求。
优选地，本发明提供的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，还可以具有以下特征：在步骤6中，当判断为不能够满足混凝土基本质量要求时，确定下一阶段应采取的优化通水冷却措施的目标为使Tw处于Twy-6℃≤Tw＜35℃范围内。
优选地，本发明提供的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，还可以具有以下特征：在步骤5中，当Twy≤Tw≤Twy+5℃，判断为该实测水温Tw条件下进行通水冷却控温能够满足混凝土基本质量要求，并且能够达到优秀质量级别，肯定不会出现裂缝；当Twy-3℃≤Tw＜Twy或者Twy+5℃＜Tw≤Twy+8℃，判断为该实测水温Tw条件下进行通水冷却控温能够满足混凝土基本质量要求，并且能够达到良好质量级别，出现裂缝的可能极小；当Twy-6℃≤Tw＜Twy-3℃或者Twy+8℃＜Tw＜35℃，判断为该实测水温Tw条件下进行通水冷却控温能够满足混凝土基本质量要求，并且达到合格质量级别，大概率无裂缝，即便出现裂缝，也为宽度b≤0.2mm，长度L≤2m安全范围内；当Tw＜Twy-6℃或者Tw≥35℃，判断为该实测水温Tw条件下进行通水冷却控温不能够满足混凝土基本质量要求，属于不合格质量级别，大概率会出现裂缝，可能会出现b≥0.5mm或者L≥2m的不安全裂缝。具体判断标准和对应效果情况如下表1所示：
表1圆形断面不同强度衬砌低热混凝土通水冷却水温控制效果
优选地，本发明提供的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，还可以具有以下特征：步骤6还进一步根据工程质量控制要求，基于步骤5中判断的质量级别，确定是否采取更严格的优化通水冷却措施或者更宽松的通水冷却措施。
优选地，本发明提供的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，还可以具有以下特征：采用控制处理装置执行步骤2至步骤5，计算通水冷却优化控制水温差△Twy、内部最高温度Tmax、通水冷却优化水温Twy和比较判断当前通水冷却控温是否能够满足混凝土基本质量要求。
优选地，本发明提供的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，还可以具有以下特征：还采用控制处理装置执行步骤6，根据判断结果，确定下一阶段应采取的优化通水冷却措施，并控制通水冷却系统对圆形断面衬砌低热混凝土进行相应的通水冷却控制混凝土内部温度。
优选地，本发明提供的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，还可以具有以下特征：还采用控制处理装置执行步骤1，让用户根据提示输入圆形断面衬砌低热混凝土温控及其通水冷却资料，进行存储，并拟定通水冷却施工方案。
优选地，本发明提供的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，还可以具有以下特征：还采用控制处理装置根据用户指令对输入的信息、拟定的通水冷却施工方案、计算判断的结果、确定的优化通水冷却措施进行相应显示。
优选地，本发明提供的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，还可以具有以下特征：还采用控制处理装置根据用户指令对通水冷却系统的运行情况进行显示。
另外，上述步骤2所提出的计算圆形断面衬砌低热混凝土通水冷却优化控制水温差△Twy的公式1是以白鹤滩、乌东德等巨型水电站泄洪洞工程为例，采用三维有限元法进行圆形断面边顶拱1.0m厚度衬砌不同强度衬砌低热混凝土在不同通水冷却水温条件的温度与温度应力仿真计算，整理分析全过程衬砌低热混凝土温控防裂效果，以获得全过程抗裂安全系数最大化为原则，求得不同强度衬砌低热混凝土的通水冷却最优水温差。例如，1.0m厚度采取圆形断面结构(图2厚度为1.0m)边顶拱C9025强度低热混凝土，通过表2中8～22℃不同水温Tw情况仿真计算，求得衬砌低热混凝土全过程的抗裂安全系数K，整理两个K值最小的养护期K1和冬季K2，然后作出K1、K2与水温差△Tcw的关系曲线见图3。由于K1随着△Tcw减小(除低强度、水温差小时有非线性变化外)、K2随着△Tcw增大，则两曲线的交点为能够获得全过程抗裂安全系数最大化的水温差△Twy。与此对应值，以下称为通水冷却综合优化抗裂安全系数Ky和优化控制水温差△Twy。
根据不同强度1.0m厚度衬砌混凝土的仿真计算，汇总不同强度C衬砌低热混凝土的Ky、△Twy值见下表3。然后对这些数据进行分析研究得到通水冷却优化控制水温差△Twy计算公式1。
表2圆形断面1.0m厚度C9025低热混凝土不同水温通水冷却方案温控特征值
表3圆形断面1.0m厚度C9030不同强度衬砌低热混凝土通水冷却优化控制值
| C(MPa) | K<sub>y</sub> | △T<sub>wy</sub>(℃) |
| C<sub>90</sub>25 | 2.12 | 17.7 |
| C<sub>90</sub>30 | 1.27 | 22.2 |
| C<sub>90</sub>40 | 1.09 | 28.5 |
步骤3估算圆形断面衬砌低热混凝土通水冷却条件下内部最高温度Tmax的公式2，是以白鹤滩、乌东德等泄洪洞、发电洞圆形断面，以及其衬砌低热混凝土参数和施工温控方案为代表典型概化，共进行表4中78个方案温度场仿真计算。根据表4圆形断面内半径R、分缝长度L、围岩变形模量E、气温年变幅、浇筑日期不影响内部最高温度Tmax，对Tmax与低热水泥衬砌混凝土厚度H、混凝土强度等级C、浇筑温度T0、通水冷却水温Tw、浇筑期洞内气温Ta、冬季最低气温Tmin的关系进行分析研究，即得到公式2。
表4圆形断面低热水泥衬砌混凝土各计算方案内部最高温度Tmax
发明的作用与效果
根据本发明所提供的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，通水冷却水温差计算公式1，科学合理第反映了圆形断面衬砌低热混凝土结构的强度对通水冷却效果的影响，是对应获得全过程抗裂安全系数最大值的水温差；内部最高温度计算公式2科学反映了与圆形断面衬砌厚度H、低热衬砌混凝土强度C、浇筑温度T0、通水冷却水温Tw、浇筑期洞内气温Ta及气温变幅(Ta-Tmin)的关系；因此，按照步骤2～4计算确定的通水冷却水温，是能够科学取得温控防裂最佳效果的水温值。在通水冷却过程中，实时检测通水冷却和温控数据，并根据步骤5和6及时优化通水冷却水温，可以更好控制通水冷却温控质量，取得更好的温控防裂效果。
附图说明
图1为本发明涉及的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法的流程图；
图2为本发明涉及的水工隧洞圆形衬砌结构断面图；
图3为本发明涉及的圆形断面1.0m厚度不同强度衬砌低热混凝土养护期K1和冬季K2与通水冷却水温差△Tcw的关系图；
图4为本发明涉及的乌东德泄洪洞有压段典型断面图(单位：cm)；
图5为本发明涉及的乌东德水电站泄洪洞无压段A型衬砌结构断面图(单位：cm)；
图6为本发明涉及的2#泄洪洞有压段第125仓边顶拱衬砌低热混凝土实测内部温度历时曲线图；
图7为本发明涉及的1#泄洪洞有压段第120仓边顶拱衬砌低热混凝土实测内部温度历时曲线图。
具体实施方式
以下结合附图，以乌东德水电站泄洪洞工程不同部位衬砌结构低热混凝土为例，对本发明涉及的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法的具体实施方案进行详细地说明。
<乌东德水电站泄洪洞工程衬砌砼温控资料>
乌东德水电站以发电为主，兼顾防洪、航运和拦沙等作用。电站装机容量10200MW。大坝为混凝土双曲拱坝，泄洪采用坝身泄洪为主，岸边泄洪洞为辅的方式。三条泄洪洞均采用有压洞后接门洞型隧洞，由进水口、有压洞段、工作闸门室、无压洞段、出口段、消能水垫塘组成，出口采用挑流消能。泄洪洞有压洞为圆形断面(图4)，内径14m，衬砌厚度为0.8m、1m，洞周围岩类别分别为Ⅱ、Ⅲ类围岩，衬砌混凝土C9030。无压洞段断面为城门洞形，衬砌后尺寸14m×18m。泄洪洞缓坡段设计有0.8m、1.0m和1.5m三种衬砌厚度结构断面，洞周围岩类别分别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类围岩。底板和边墙为C9035抗冲耐磨混凝土，顶拱为C9030混凝土。全部采用低热水泥混凝土。陡坡段同样设计有0.8m和1.0m两种衬砌厚度断面，底板和边墙为C9040抗冲耐磨混凝土，顶拱为C9030混凝土。泄洪洞无压段(缓坡段、陡坡段)三种厚度衬砌结构断面见图5(1.0m、1.5m厚度衬砌断面相同，只是厚度改变，没有图示)。
在混凝土浇筑和养护的全过程对混凝土进行温度控制，避免混凝土开裂，设计要求温控措施包括：
(1)混凝土原材料质量控制及配合比优化
控制混凝土细骨料的含水率6％以下，且含水率波动幅度小于2％。优化混凝土配合比，降低混凝土胶凝材料用量；加强施工管理，提高施工工艺，改善混凝土性能，提高混凝土防裂性能。在满足设计要求的混凝土强度、耐久性、和易性以及混凝土浇筑质量的前提下，经监理人批准，尽量采用较大骨料粒径，改善混凝土骨料级配。
(2)合理安排混凝土施工程序和施工进度
合理安排混凝土施工程序和施工进度是防止基础贯穿裂缝，减少表面裂缝的主要措施之一。应合理安排混凝土施工程序和施工进度，并努力提高施工管理水平。
(3)控制混凝土内部最高温度
应采取必要的温控措施，使最高温度不超过设计允许最高温度(表5)。其有效措施包括降低混凝土浇筑温度、减少胶凝材料水化热温升、初期通水冷却等。混凝土生产系统提供满足出机口温度要求的拌制混凝土。本合同承包人负责出机口之后的混凝土运输、入仓浇筑和养护期间的混凝土温度控制。根据计算成果分析，乌东德水电站泄洪洞缓坡段混凝土浇筑温度建议按表5控制。如果实测温度不能满足设计允许最高温度，需要埋冷却水管通水冷却。
(4)合理控制浇筑层厚和层间间歇期
各部位混凝土浇筑时，如果已入仓的混凝土浇筑温度不能满足有关要求时，应立即通知监理人，根据监理人指示进行处理，并立即采取有效措施控制混凝土浇筑温度。
表5泄洪洞衬砌混凝土施工期允许最高温度和浇筑温度
| 月份 | 12、1月 | 2、11月 | 3、10月 | 4、9月 | 5～8月 |
| 允许最高温度(℃) | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 |
| 允许浇筑温度(℃) | 自然入仓 | 自然入仓 | 18 | 20 | 22 |
<实施例一>2#泄洪洞有压段第125仓边顶拱衬砌低热混凝土通水冷却实时质量优化控制
2#泄洪洞有压段第125仓，圆形断面衬砌，衬砌厚度1.0m，沿泄洪洞轴线方向每隔9m设置环向施工分缝，Ⅱ类围岩，衬砌结构C9030W10F150/二级配低热混凝土，如图4所示。混凝土分2期浇筑：先底拱100°范围、后边顶拱260°范围。这里介绍边顶拱衬砌低热混凝土浇筑通水冷却实时质量优化控制。温控基本资料同上。采用常温自来水保湿养护90d。4月份浇筑，根据上述设计要求，采用常温自来水通水冷却控制混凝土温度。
如图1所示，本实施例提供的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土通水冷却实时质量控制方法包括以下内容：
步骤1.分析圆形断面不同强度衬砌低热混凝土温控及其通水冷却资料，根据设计要求和工程施工条件拟定通水冷却施工方案，包括：收集与圆形断面不同强度衬砌低热混凝土温控防裂有关的资料，分析衬砌混凝土温控防裂的重要性，分析衬砌混凝土温控设计技术要求，根据设计要求、温控防裂的重要性和工程施工条件拟定通水冷却施工方案。
乌东德水电站泄洪洞为1级建筑物，水流流速超40m/s，混凝土温控防裂非常重要。依据设计要求，夏季浇筑混凝土需要采取有效措施包括通水冷却进行温控。混凝土温控、允许最高温度、温控防裂措施等技术要求如上。
根据以上工程资料，4月份浇筑泄洪洞有压段第125仓衬砌混凝土，需要控制浇筑温度、采取通水冷却措施。于2019年4月14日浇筑，浇筑温度≤20℃，依据以上表4的设计要求1.0m厚度衬砌混凝土的允许最高温度为43℃。4月份浇筑，通水冷却时间7d，常温江水17.3℃。洞内气温夏季最高27℃，冬季最低14℃，通过保温冬季最低为16℃。
步骤2.计算圆形断面衬砌低热混凝土通水冷却优化控制水温差△Twy：将C＝30MPa代入公式1计算△Twy＝22.2℃。
步骤3.估算圆形断面衬砌低热混凝土通水冷却条件下内部最高温度Tmax：
步骤(3.1).实时检测通水冷却水温有关温控参数，2019年4月14日上午9：00时浇筑，至4月14日晚上20：00时浇筑至边顶拱腰线覆盖温度计开始通水冷却后，实测浇筑温度T0＝22.7℃,于晚上20：30时实测通水冷却水温Tw＝21.1℃(是由于水文资料4月份江平均水温约17.3℃，在水泵、管道输送过程升温),洞内气温Ta＝23.97℃。
步骤(3.2).实时估算圆形断面不同强度衬砌低热混凝土通水冷却条件下内部最高温度Tmax，当有设计要求最高温度允许值【Tmax】时，取Tmax＝【Tmax】；当没设计要求最高温度允许值【Tmax】时，分析混凝土浇筑资料和浇筑温度，现场检测通水冷却水温Tw和洞内气温Ta，由公式2计算。
设计提出了允许内部最高温度要求(表4)，则4月份浇筑取Tmax＝【Tmax】＝43℃。
步骤4.由公式3实时计算得到通水冷却优化水温Twy。
第125仓混凝土，由公式3计算优化水温Twy＝43-22.2＝20.8℃。
步骤5.将实时监测到的通水冷却实测水温Tw与优化水温Twy进行比较，根据比较情况判断在该实测水温Tw条件下进行通水冷却养护是否能够满足混凝土基本质量要求。
实时检查，通水冷却水温Tw＝21.1℃，仅高于优化水温0.3℃，水温符合最优控制原理，并且达到优秀质量级别，完全能够满足混凝土基本质量要求。
步骤6.根据步骤5的判断结果，确定下一阶段应采取的优化通水冷却措施。在施工条件许可的情况下进一步优化通水冷却水温，尽可能使得实际水温Tw高于并接近Twy。
根据步骤5的判断结果：该实测水温Tw条件下进行通水冷却养护能够达到优秀质量级别，完全满足混凝土基本质量要求，因此继续保持采用常温江水通水冷却。
2#泄洪洞有压段第125仓边顶拱衬砌混凝土，2019年4月14日上午9：00时浇筑，至4月14日晚上20：00时浇筑至边顶拱腰线覆盖温度计开始通水冷却，实测浇筑温度T0＝22.7℃，于晚上20：30时实测通水冷却水温Tw＝21.1℃，洞内气温Ta＝23.97℃。在边顶拱腰线中部埋设1支温度计，历时2d于4月16日20：00时达到最高温度37.78℃，日降温速度1.29℃/d，温度历时曲线见图6。现场检查，无任何温度裂缝。
实际通水冷却水温Tw＝21.1℃，高于优化控制水温Twy＝20.8℃仅0.3℃，但低于Twy+5＝25.8℃，所以该项指标属于优；实测内部最高温度35.24℃，低于【Tmax】-2＝41℃，该项属于优；现场检查，无任何温度裂缝。
以上结果表明：由于采取了非常接近优化控制水温通水冷却，内部最高温度得到很好的降低，仅37.78℃，显著低于允许最高温度43℃；而且温降速率仅1.29℃/d，无温度裂缝；温控防裂取得很好的效果。
根据结果还可以知道，由于最高温度得到很好的降低，如果按照实际检测内部最高温度进一步优化控制通水冷却水温，则可以采取稍微高于37.78-22.2＝15.58℃水通水冷却，预期可以取得更进一步降低内部最高温度的效果。但这样做会增大施工控制难度，水温控制不严格可能会导致相反结果。但说明，适当降低(如更加接近优化水温或者低于优化水温1～2℃)是可以的。
<实施例二>1#泄洪洞有压段第120仓边顶拱衬砌低热混凝土通水冷却实时质量优化控制
1#泄洪洞有压段第120仓，圆形断面衬砌，衬砌厚度1.0m，沿泄洪洞轴线方向每隔9m设置环向施工分缝，Ⅱ类围岩，衬砌结构C9030W10F150/二级配混凝土，如图4所示。混凝土分2期浇筑：先底拱100°范围、后边顶拱260°范围。这里介绍边顶拱衬砌混凝土浇筑通水冷却实时质量优化控制。温控基本资料同上。采用常温自来水保湿养护90d。5月份夏季浇筑，根据上述设计要求，采用常温江水通水冷却控制混凝土温度。
如图1所示，本实施例提供的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土通水冷却实时质量控制方法包括以下内容：
步骤1.分析圆形断面不同强度衬砌低热混凝土温控及其通水冷却资料，根据设计要求和工程施工条件拟定通水冷却施工方案。
乌东德水电站泄洪洞为1级建筑物，水流流速超40m/s，混凝土温控防裂非常重要。依据设计要求，夏季浇筑混凝土需要采取有效措施包括通水冷却进行温控。混凝土温控、允许最高温度、温控防裂措施等技术要求如上。
根据以上工程资料，5月份浇筑泄洪洞有压段第120仓衬砌混凝土，需要控制浇筑温度、采取通水冷却措施。于2019年5月12日浇筑，浇筑温度≤22℃，依据以上表4的设计要求1.0m厚度衬砌混凝土的允许最高温度为44℃。5月份浇筑，通水冷却时间7d，常温江水19.5℃。洞内气温夏季最高27℃，冬季最低14℃，通过保温冬季最低为16℃。
步骤2.通水冷却过程中实时计算圆形断面不同强度衬砌低热混凝土通水冷却优化控制水温差△Twy，是由公式1计算。将C＝30MPa代入公式1计算△Twy＝22.2℃。
步骤3.实时估算圆形断面衬砌低热混凝土通水冷却条件下内部最高温度Tmax：
步骤(3.1).实时检测通水冷却水温有关温控参数，2019年5月11日上午9：00时浇筑，至5月12日上午8：00时浇筑至边顶拱腰线覆盖温度计开始通水冷却后，实测浇筑温度T0＝22.7℃,于上午8：30时实测通水冷却水温Tw＝20.8℃(是由于水文资料5月份江平均水温约19.5℃，在水泵、管道输送过程升温，根据4月份浇筑加强了保温，仅升高1.3℃),洞内气温Ta＝23.97℃。
步骤(3.2).实时估算圆形断面不同强度衬砌低热混凝土通水冷却条件下内部最高温度Tmax，当有设计要求最高温度允许值【Tmax】时，取Tmax＝【Tmax】；当没设计要求最高温度允许值【Tmax】时，分析混凝土浇筑资料和浇筑温度，现场检测通水冷却水温Tw和洞内气温Ta，由公式2计算。
设计提出了允许内部最高温度要求(表4)，则5月份浇筑取Tmax＝【Tmax】＝44℃。
步骤4.实时检查和优化控制圆形断面不同强度衬砌低热混凝土通水冷却水温Tw，由公式3计算优化水温Twy；在施工条件许可的情况下进一步优化通水冷却水温，尽可能使得实际水温Tw高于并接近Twy。
第120仓混凝土，由公式3计算优化水温Twy＝44-22.2＝21.8℃。
实时检查，通水冷却水温Tw＝20.8℃，低于优化水温1.0℃，水温符合最优控制原理。
为了检验公式2的合理适用性，将H＝1.0m，C＝30MPa，检测值T0＝22.7℃，Ta＝23.97℃，Tw＝20.8℃，计算△T＝23.97-16＝7.97℃，代入公式2计算Tmax＝40.3℃。则由公式3计算优化水温Twy＝40.3-22.2＝18.1℃。Tw＝20.8℃，仅高于优化水温2.7℃，水温符合最优控制原理。结果表明，Tmax采取【Tmax】或者公式2计算值，计算优化水温进行通水冷却优化控制都是科学合理的。
由于要求施工必须采取温控措施控制Tmax小于【Tmax】，所以现场实测Tmax和据此温控参数计算Tmax都小于【Tmax】是正确的。所以实例一结果建议“适当降低(如更加接近优化水温或者低于优化水温1～2℃)是可以的”。据此结果，如果同时有设计【Tmax】，则Tmax采取【Tmax】和公式2计算Tmax的平均值将更加科学。这样，控制通水冷却水温＝19.95℃将更加合适，也会取得更优温控效果。
步骤5.总结评价圆形断面不同强度衬砌低热混凝土通水冷却水温控制效果：依据表1提出控制质量和效果评价，并进一步提出改进建议供下一阶段参考优化通水冷却水温。
通水冷却水温Tw＝20.8℃，低于取Tmax＝【Tmax】计算优化水温1.0℃，但高于Twy-3＝18.8℃，根据表1，该情况下控温达到良好质量级别。另一方面，通水冷却水温Tw＝20.8℃高于取公式2计算Tmax值计算Twy＝18.1℃为2.7℃，属于优，判断结果与取Tmax＝【Tmax】时相近。而且仅高于建议最优控制水温19.95℃为0.85℃。所以能够满足混凝土基本质量要求，可以继续保持采用常温江水通水冷却。
1#泄洪洞有压段第120仓边顶拱衬砌混凝土，11日上午9：00时浇筑，至5月12日上午8：00时浇筑至边顶拱腰线覆盖温度计开始通水冷却后，实测浇筑温度T0＝22.7℃，于上午8：30时实测通水冷却水温Tw＝20.8℃,洞内气温Ta＝23.97℃。在边顶拱腰线中部埋设1支温度计。通水冷却时段：5月12日-5月19日。通水冷却水温Tw＝20.8℃。实测浇筑温度T0＝22.7℃，历时3d于5月15日8：00时达到最高温度35.24℃，日降温速度0.94℃/d，温度历时曲线见图7。现场检查，无任何温度裂缝。
实际通水冷却水温Tw＝20.8℃，低于取Tmax＝【Tmax】计算优化控制水温Twy＝21.8℃，高于取公式2计算Tmax值计算Twy＝18.1℃为2.7℃，仅高于建议最优控制水温19.95℃为0.85℃，通水冷却质量为优；实测内部最高温度35.24℃，远低于【Tmax】-2＝42℃；现场检查，无任何温度裂缝。
以上结果表明：由于采取了非常接近优化控制水温通水冷却，内部最高温度得到很好的降低，仅35.24℃，显著低于允许最高温度44℃；而且温降速率仅0.94℃/d，无温度裂缝；温控防裂取得很好的效果。
以上实施例的结果表明依据表1从水温、内部最高温度、温度裂缝控制等方面控制通水冷却质量和进行效果评价，并据此提出改进建议供下一阶段参考优化通水冷却水温，是科学合理的。
此外，上述实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。
Claims (10)
1.圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.分析圆形断面衬砌低热混凝土温控及其通水冷却资料，根据设计要求和工程施工条件拟定通水冷却施工方案；
步骤2.计算圆形断面衬砌低热混凝土通水冷却优化控制水温差△Twy：
△Twy＝1.89C-0.018C2-18.3 (公式1)
式中，C为圆形断面衬砌低热混凝土90d龄期强度等级，
步骤3.确定圆形断面衬砌低热混凝土通水冷却条件下的内部最高温度Tmax；
步骤4.根据Twy＝Tmax-△Twy计算得到通水冷却优化水温Twy；
步骤5.将实时监测到的通水冷却实测水温Tw与优化水温Twy进行比较，根据比较情况判断在该实测水温Tw条件下进行通水冷却养护是否能够满足混凝土基本质量要求；
步骤6.根据步骤5的比较和判断结果，确定下一阶段应采取的优化通水冷却措施。
2.根据权利要求1所述的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，其特征在于：
其中，在步骤3中，取Tmax＝设计要求最高温度允许值【Tmax】，或者采用公式2计算得到Tmax：
Tmax＝8.033H+0.204C+0.769T0+0.0065Tg-0.0214Ta+0.167△T-0.0843H×Tg+8.977(公式2)
式中，C为混凝土强度等级，T0为混凝土浇筑温度，Tg为通水冷却效应值，Ta为混凝土浇筑期环境温度，Tmin为洞内气温年变化冬季最低温度。
3.根据权利要求2所述的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，其特征在于：
其中，在步骤3中，取Tmax＝(【Tmax】+公式2计算的Tmax)÷2。
4.根据权利要求3所述的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，其特征在于：
其中，在步骤3中，优先取Tmax＝(【Tmax】+公式2计算的Tmax)÷2，若不存在【Tmax】，则取Tmax＝公式2计算的Tmax。
5.根据权利要求1所述的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，其特征在于：
其中，在步骤5中，当Twy-6℃≤Tw＜35℃，判断为该实测水温Tw条件下进行通水冷却养护能够满足混凝土基本质量要求；否则，判断为不能够满足混凝土基本质量要求。
6.根据权利要求5所述的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，其特征在于：
其中，在步骤6中，当判断为不能够满足混凝土基本质量要求时，确定下一阶段应采取的优化通水冷却措施的目标为使Tw处于Twy-6℃≤Tw＜35℃范围内。
7.根据权利要求1所述的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，其特征在于：
其中，在步骤5中，当Twy≤Tw≤Twy+5℃，判断为该实测水温Tw条件下进行通水冷却养护能够满足混凝土基本质量要求，并且能够达到优秀质量级别，肯定不会出现裂缝；当Twy-3℃≤Tw＜Twy或者Twy+5℃＜Tw≤Twy+8℃，判断为该实测水温Tw条件下进行通水冷却养护能够满足混凝土基本质量要求，并且能够达到良好质量级别，出现裂缝的可能极小；当Twy-6℃≤Tw＜Twy-3℃或者Twy+8℃＜Tw≤35℃，判断为该实测水温Tw条件下进行通水冷却养护能够满足混凝土基本质量要求，并且达到合格质量级别，大概率无裂缝；当Tw＜Twy-6℃或者35℃＜Tw，判断为该实测水温Tw条件下进行通水冷却养护不能够满足混凝土基本质量要求，属于不合格质量级别，大概率会出现裂缝。
8.根据权利要求7所述的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，其特征在于：
其中，步骤6还进一步根据工程质量控制要求，基于步骤5中判断的质量级别，确定是否采取更严格的优化通水冷却措施或者更宽松的通水冷却措施。
9.根据权利要求1所述的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，其特征在于：
其中，采用控制处理装置执行步骤2至步骤5，计算通水冷却优化控制水温差△Twy、内部最高温度Tmax、通水冷却优化水温Twy和比较判断当前通水冷却养护是否能够满足混凝土基本质量要求。
10.根据权利要求9所述的圆形断面不同强度衬砌低热混凝土实时质量控制方法，其特征在于：
其中，还采用控制处理装置执行步骤6，根据判断结果，确定下一阶段应采取的优化通水冷却措施，并控制通水冷却系统对圆形断面衬砌低热混凝土进行相应的通水冷却养护。
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