CN114277799A - 抽水蓄能电站地下厂房蜗壳外围混凝土结构温控防裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抽水蓄能电站地下厂房蜗壳外围混凝土结构温控防裂方法，即：A、在蜗壳外围混凝土浇筑前，蜗壳内充水保压；B、浇筑过程中，分层分块浇筑，控制混凝土浇筑温度；C、浇筑完毕，立即通水冷却，控制混凝土内部的温度及温降速度。本发明的优点：经计算机仿真计算、分析，本发明可有效地防止地下厂房蜗壳外围混凝土结构产生温度裂缝，确保抽水蓄能电站主体建筑结构的安全。

Description

抽水蓄能电站地下厂房蜗壳外围混凝土结构温控防裂方法

技术领域

本发明涉及一种抽水蓄能电站地下厂房蜗壳外围混凝土结构温控防裂方法，具体地说涉及一种抽水蓄能电站地下厂房蜗壳外围混凝土结构在充水保压状态下进行浇筑，从而防止其产生温度裂缝的方法。

背景技术

抽水蓄能电站枢纽工程主要由上水库、下水库、输水系统、地下厂房洞室群、地面开关站及场内永久交通道路等建筑物组成，其中，涉及温控研究的建筑物主要有上水库大坝、输水隧洞、地下厂房岩壁吊车梁、地下厂房蜗壳等。与混凝土上水库大坝相比，地下厂房蜗壳由于其独特的功能、复杂的结构形式及受力，在施工期普遍存在裂缝问题，严重困扰工程界。

同时，在这类工程建设当中，由于利用高性能泵输送混凝土具有诸多施工优点和较大的经济效益，故愈来愈多的施工承包商利用高性能泵输送混凝土。虽然，通过高性能泵输送混凝土施工速度快，但是，由于混凝土浇筑速度过快，导致混凝土坍落度大、水化反应剧烈、热量多且早期集中释放，致使地下厂房蜗壳等建筑物开裂现象更加普遍、更是防不胜防。

本专利申请人结合抽水蓄能电站工程的实际情况，就如何防止危害性裂缝的产生，提出科学合理的施工优化方案和温控措施，尽量减少蜗壳外围混凝土结构施工期产生温度裂缝。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种抽水蓄能电站地下厂房蜗壳外围混凝土结构充水保压状态下温控防裂方法。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种抽水蓄能电站地下厂房蜗壳外围混凝土结构温控防裂方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

S1、在地下厂房蜗壳外围混凝土结构浇筑前，对安装固定好的蜗壳进行充水保压，0.6倍的水轮机组最大静水头压力＜蜗壳内的充水压力＜1.0倍的水轮机机组最大静水头压力；

S2、在蜗壳充水保压状态下，分层分块进行浇筑，每层浇筑厚度为1.5m-2.0m，各层浇筑上升速度不大于30cm/h；每层浇筑完毕后，间隔5-7天；

S3、严格控制混凝土浇筑温度，混凝土浇筑温度≤22℃；

混凝土的浇筑温度可按公式(1)计算：

T＝T₁+(T_a+R/β-T₁)(φ₁+φ₂) (1)

式中，T是混凝土浇筑温度；T₁是混凝土入仓温度；T_a是外界环境气温；R是太阳辐射热，单位kJ/m².h；β是混凝土表面放热系数，单位kJ/m².h.℃；φ₁是平仓过程的温度系数，φ₁＝kτ，τ为混凝土入仓后到平仓前的时间，k为经验系数，取0.0030；φ₂是平仓后的温度系数，φ₂可采用单向差分法进行计算，计算公式如下：

其中，

是混凝土导热系数和表面放热系数的取值，取值范围为

超过上下限范围的按上下限考虑；c是比热，取值范围为0.6-1.2，超过上下限范围的按上下限范围考虑；Δτ是平仓结束至坯层再次被覆盖的时间，单位：小时；

S4、在浇筑的过程中，在每层混凝土浇筑层内布设通水冷却水管，降低混凝土内的温度，使混凝土内的温度不超过56℃；

在每层混凝土浇筑前，在浇筑模板内布设通水冷却用的钢管，该钢管采用焊接钢管，其内径28.50mm，壁厚2.60mm；

钢管的布设密度为水平1.0m×竖直1.0m，待浇筑完毕后，立即往钢管内通入水温为20℃±2℃的冷却水，水流量为1.5-2.0m3/h，通水时间为10天-15天，水流方向每24h变换一次；

S5、在浇筑完最后一仓混凝土后稳压7天，7天后蜗壳放水卸压。

优选地，所述蜗壳充水压力为：0.8倍的水轮机组最大静水头压力＜蜗壳内的充水压力＜1.0 倍的水轮机机组最大静水头压力。

优选地，通水冷却方式是在蜗壳外围混凝土结构内部最高温度峰值前，加强通水冷却，峰值过后，降低通水流量、提高水温，同时延长通水时间，防止降温过快和幅度过大。

优选地，在混凝土浇筑过程中，控制混凝土浇筑温度与出机口温度之差小于5℃。

优选地，控制混凝土内部降温速率不大于1℃/d。

本发明的优点：经计算机仿真计算、分析，本发明可有效地仿真地下厂房蜗壳外围混凝土结构产生温度裂缝，确保抽水蓄能电站主体建筑结构的安全。

附图说明

图1是抽水蓄能电站地下厂房蜗壳外形示意图；

图2是抽水蓄能电站地下厂房蜗壳及其外围混凝土结构结构示意图；

图3是抽水蓄能电站地下厂房蜗壳及其外围混凝土结构分解结构示意图；

图4是本发明实施例gk0-gk1有无温控措施下蜗壳混凝土典型点温度过程线；

图5是本发明实施例gk0-gk1有无温控措施下蜗壳混凝土典型点顺河向应力过程线；

图6是本发明实施例gk1-gk3不同浇筑温度下蜗壳外围混凝土结构典型点温度过程线；

图7是本发明实施例gk1-gk3不同浇筑温度下蜗壳外围混凝土结构典型点顺河向应力过程线；

图8是本发明实施例gk1-gk5不同环境温度蜗壳外围混凝土结构典型点的温度过程线；

图9是本发明实施例gk1-gk5不同环境温度蜗壳外围混凝土结构典型点顺河向应力过程线；

图10是本发明实施例gk1、gk6-gk8不同通水冷却水管间距下蜗壳外围混凝土结构典型点温度过程线；

图11是本发明实施例gk1、gk6-gk8不同通水冷却水管间距下蜗壳外围混凝土结构典型点顺河向应力过程线；

图12是本发明实施例gk1、gk9不同通水时间典型点温度过程线；

图13是本发明实施例gk1、gk9不同通水时间典型点顺河向应力过程线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本发明的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本发明的特征显而易见。

如图1-图3所示，抽水蓄能电站地下厂房内的蜗壳1为一首尾交叉、弯曲的不规则钢管结构，在钢制蜗壳1的外面浇筑有混凝土2，钢制蜗壳1浇筑在混凝土2的内部，且浇筑形成的混凝土块的中心为一通孔3，抽水蓄能电站的水轮机组就内置在通孔3内，浇筑在混凝土内的钢制蜗壳围绕着水轮机组。水轮机组工作时，通过该钢制蜗壳结构改变水轮机组周围的水流方向和流速。

地下厂房蜗壳结构是水电站厂房的重要建筑物，其建造质量直接影响抽水蓄电站水轮发电机组的稳定安全运行和发电效益。蜗壳外围混凝土结构作为水轮发电机组和主厂房上部结构的基础，它的安全至关重要，特别是其外围混凝土结构防裂尤其重要。

蜗壳1由钢制材料制成，其外面浇筑有混凝土2，与混凝土大坝相比，由于钢制蜗壳独特的复杂的结构形式，在施工期普遍存在裂缝问题，为避免或尽量减少蜗壳外围混凝土结构产生危害性温度裂缝，本发明提出的蜗壳外围混凝土结构温控防裂的方法为：A、在蜗壳外围混凝土浇筑前，蜗壳内充水保压；B、浇筑过程中，分层分块浇筑，控制混凝土浇筑温度；C、浇筑完毕，立即通水冷却，控制混凝土内部的温度及温降。具体步骤如下：

S1、在地下厂房蜗壳外围混凝土结构浇筑前，对安装固定好的蜗壳进行充水保压。

钢制蜗壳安装好后，采取措施临时封闭蜗壳的进口和出口，例如在安装好的蜗壳进口和出口处焊接闷头以及在座环内装上密封环，使蜗壳钢衬成为一个密封的压力容器，向蜗壳内充水并加压到设计值，保持压力不变。

在蜗壳外围混凝土结构浇筑前，将蜗壳内充水保压的目的是：在蜗壳外围混凝土浇筑时，尽量模拟蜗壳的实际运行情况，使钢蜗壳能紧贴外围混凝土，增加蜗壳的刚性，利于水轮机组的稳定运行；另外，通过充水保压调节钢蜗壳的承载比，充分发挥钢蜗壳的材料特性，改善蜗壳外围混凝土结构的受力特征，使蜗壳外围混凝土结构的受力分配更加合理。

由于蜗壳外围混凝土浇筑完毕后，蜗壳卸压后，蜗壳与混凝土之间将产生缝隙。如果缝隙量较大，则蜗壳将单独承受较大的内水压力；如果缝隙量较小，则蜗壳在产生一定的自由变形后将与周围混凝土结构贴紧，并与混凝土结构一起共同承担一部分内水压力，故，合理设置蜗壳充水保压值很关键。一方面，如果保压值较高，则钢衬充水加压后的径向变形就会增大，保压缝隙值随之也会变大。在机组运行时，若运行水头低于保压水头，则钢衬的径向变形难以使保压缝隙完全闭合，钢制蜗壳与外围混凝土结构脱开，将会带来钢蜗壳的自振频率与机组自振频率接近，从而引起机组共振的风险，导致机组振动过大，影响机组的安全稳定运行；另一方面，如果保压值过低，则蜗壳钢衬材料强度没有得到充分发挥，此时外围钢筋混凝土结构变成承担内水压力的主体，从而导致混凝土结构产生损伤裂缝，同时钢筋用量将增加，造成经济上的浪费。

我国《水电站厂房设计规范》(SL266-2014)中建议蜗壳充水压力控制在水轮机机组最大静水头的0.6～0.8倍。但是，本发明人通过建立充水保压蜗壳结构应力整体三维有限元模型，仿真、计算、分析蜗壳在加压、充水保压和卸压阶段的应力分布规律和变形情况、蜗壳与外围混凝土的缝隙发现：当0.8倍的水轮机组最大静水头压力＜蜗壳内的充水压力＜1.0倍的水轮机机组最大静水头压力时，不仅可以保证蜗壳与外围混凝土之间的缝隙在允许范围内(缝隙最大开合度小于1mm)，且蜗壳与外围混凝土联合承载、机组刚度满足要求，还减小外围混凝土对于内水压力的分担比例，改善混凝土的应力水平，降低混凝土的配筋量，达到既保证结构安全运行，又充分发挥材料强度，满足经济性要求的目的。

本发明以阳江抽水蓄能电站为工程背景，该抽水蓄能电站的水轮机机组最大静水头压力为 7.99PMa，经大量的计算机建模、仿真、分析发现，蜗壳外围混凝土浇筑前，蜗壳充水保压静水压力值为7.99PMa X0.9＝7.19PMa为佳，即在正常运行工况下蜗壳内水压为7.19Mpa。

S2、在蜗壳充水保压状态下，分层分块进行浇筑，每层浇筑厚度为1.5m-2.0m，各层浇筑上升速度不大于30cm/h。每层浇筑完毕后，间隔5-7天。

S3、严格控制混凝土浇筑温度，混凝土浇筑温度≤22℃。

混凝土的浇筑温度可按公式(1)计算：

T＝T₁+(T_a+R/β-T₁)(φ₁+φ₂) (1)

式中，T是混凝土浇筑温度(℃)；T₁是混凝土入仓温度(℃)；T_a是外界环境气温(℃)； R是太阳辐射热(kJ/(m².h))；β是表面放热系数(kJ/(m².h.℃))；φ₁是平仓过程的温度系数，φ₁＝kτ，τ为混凝土入仓后到平仓前的时间，k为经验系数，可取0.0030(1/min)；φ₂是平仓后的温度系数。平仓后的温度系数，φ₂可采用单向差分法进行计算，公式如下：

其中，

是混凝土导热系数和表面放热系数的取值，取值范围为

超过上下限范围的按上下限考虑；c是比热，取值范围为0.6-1.2，超过上下限范围的按上下限范围考虑，单位：kJ/(kg/m³)；Δτ是平仓结束至坯层再次被覆盖的时间，单位：h。

S4、在浇筑的过程中，在每层混凝土浇筑层内布设通水冷却水管，降低混凝土内部温度，使混凝土内的温度不超过56℃。

在每层混凝土浇筑前，在浇筑模板内布设通水冷却用钢管，该钢管采用焊接钢管，其内径28.50mm，壁厚2.60mm。钢管的布设密度为1.0m×1.0m(水平×竖直)，待浇筑完毕后，立即往钢管内通入水温为20℃±2℃的冷却水，水流量为1.5-2.0m³/h，通水时间为10天-15天，水流方向每24h变换一次。

布设通水冷却钢管的主要目的是削减浇筑层初期混凝土水化热温升，控制混凝土内部最高温度不超过允许范围，并减少内外温差。本发明通过调节冷却水水温、水流量及浇筑的混凝土温度，使混凝土内部的温度不超过56℃。

较有利的冷却方式是在蜗壳外围混凝土结构内部最高温度峰值前，加强冷却，峰值过后，降低通水流量、提高水温，同时适当量延长通水时间，防止降温过快和幅度过大。

即，开始浇筑蜗壳外围混凝土后，加强监测混凝土的实际内部温度，真实掌握蜗壳混凝土的温度历程，在混凝土内部最高温度前，大流量、低水温冷却，最高温度过后采用小流量冷却，同时适当量延长通水时间，降低后面温控压力。

S5、在浇筑完最后一仓混凝土后稳压7天，7天后蜗壳放水卸压。

在蜗壳外围混凝土浇筑过程中，应充分注意蜗壳与其座环、基础环、底环等部位的混凝土浇筑密实度，必要时采用一级配混凝土。浇筑完成后，在蜗壳座环、基础环、底环部位预留灌浆孔，并在蜗壳保压状态下进行回填灌浆和接触灌浆，以确保蜗壳与其外围混凝土之间无缝隙。

在混凝土浇筑过程中，不仅要控制混凝土的浇筑温度，还需要控制混凝土浇筑温度与出机口温度之差小于5℃。

通水冷却结束后，随着环境温度的降低，虽然混凝土内部的最高温度略有降低，但是混凝土内外温差和基础温差却会有所增大，最大主应力变大，安全系数降低，即环境温度越低，对混凝土防裂越不利，故应注意在环境温度较低时，通过在蜗壳外围混凝土表面覆盖保温材料的方式，控制混凝土内部降温速率不大于1℃/d。

下面以广东阳江抽水蓄能电站为例，通过计算机建模计算本发明蜗壳外围混凝土结构温控防裂方法。地下厂房蜗壳混凝土的计算模型与网格如图3所示，有限元模型共剖分单元总数 55079，结点总数62709个，计算范围：模型上部取到水泵水轮机层，高程为-19.60m；下部取到蜗壳层，高程为-30.55m；两侧取至机组段永久分缝处。整个钢蜗壳由内径逐渐变化的多段钢管组成，进口直线段断面内径为2270mm。蜗壳钢材弹性模量取2.10×10⁵Mpa，泊松比取0.30。蜗壳外围混凝土为C30W4F50清水混凝土。

计算工况见表1：

表1蜗壳混凝土计算工况表

一、第一组对比试验：采取温控防裂措施的必要性

工况0(gk0)混凝土浇筑温度为22℃，环境温度为28℃，不采取任何温控防裂措施。

工况1(gk1)混凝土浇筑温度为22℃，环境温度为28℃，采取温控防裂措施，即在每层混凝土浇筑前，在浇筑模板内布设通水冷却用的钢管，钢管内径28.50mm，壁厚2.60mm，外径33.70mm。钢管的布设密度为1.0m×1.0m(水平×竖直)，浇筑完毕后，立即往钢管内通入水温为20℃的冷却水，水流量为2.0m³/h，通水时间为10天天，水流方向每24h变换一次。

表2为蜗壳外围混凝土结构有、无温控措施蜗壳外围混凝土结构内部的最高温度、最大拉应力和最小安全系数。图4为工况gk0-gk1有、无温控措施下蜗壳混凝土典型点温度过程线，图5为gk0-gk1有无温控措施下蜗壳混凝土典型点顺河向应力过程线。

表2蜗壳混凝土有无温控措施计算结果对比

从表2和图4、图5可知：

根据实际浇筑进度，蜗壳外围混凝土浇筑时间为2020年11月，不采取任何温控措施条件下，蜗壳混凝土内部最高温度为63.49℃，在环境温度的影响下从最高温度63.49℃到洞内气温 28℃左右，降温幅度在35℃以上。

1)基于目前的参数计算结果，蜗壳混凝土最大拉应力为3.60MPa。无温控防裂措施时，蜗壳混凝土最大拉应力出现在蜗壳下层混凝土浇筑时刻，高于混凝土的允许应力，最小安全系数为0.83，安全系数较低，存在较大的开裂风险，采取温控防裂措施是很有必要的。

2)通水冷却降温效果明显，无通水冷却措施时，混凝土内部最高温度63.49℃，有通水冷却措施时混凝土内部最高温度57.12℃。

3)应力方面，通水冷却时，蜗壳混凝土最大应力由不通水的3.60Mpa降低为2.92Mpa，最小安全系数由0.83增大为0.96，最小安全系数明显提高。

二、第二组对比试验：混凝土浇筑温度对温控防裂的影响

均采取温控防裂措施，且温控防裂措施相同，即在每层混凝土浇筑前，在浇筑模板内布设通水冷却用的钢管，钢管内径28.50mm，壁厚2.60mm。钢管的布设密度为1.0m×1.0m(水平×竖直)，浇筑完毕后，立即往钢管内通入水温为20℃的冷却水，水流量为2.0m³/h，通水时间为10天天，水流方向每24h变换一次。

区别之处，gk1混凝土浇筑温度为22℃，gk2混凝土浇筑温度为20℃，gk3混凝土浇筑温度为24℃。

表3为不同浇筑温度时蜗壳混凝土温度应力结果；图6、图7为不同混凝土浇筑温度下蜗壳外围混凝土结构典型点的温度和应力过程线。

表3为不同浇筑温度时蜗壳混凝土内部最高温度、最大拉应力和最小安全系数

从表3和图6、图7可知：

1)随着浇筑温度的提高，蜗壳混凝土内部最高温度随之升高。浇筑温度分别为20℃、22℃和24℃时，蜗壳混凝土内部最高温度分别为55.69℃、57.12℃和58.55℃。浇筑温度每提高2℃，蜗壳混凝土最高温度增加约1.4℃。

2)随着浇筑温度的提高，蜗壳混凝土内部最大应力随之增大。浇筑温度分别为20℃、22℃和24℃时，蜗壳混凝土内部最大应力分别为2.81Mpa、2.92Mpa和3.03Mpa，对应的最小抗裂安全系数分别为1.00、0.96和0.91。浇筑温度每提高2℃，最大应力相应增加约0.11Mpa。混凝土浇筑温度不能超过22℃。

3)在相同的温控措施条件下，浇筑温度提高引起最高温度增大，使得初期冷却降温幅度增加，从而初期结束时应力较大。

三、第三组对比试验：环境温度对温控防裂的影响

均采取温控防裂措施，且温控防裂措施相同，即混凝土浇筑温度为22℃，在每层混凝土浇筑前，在浇筑模板内布设通水冷却用的钢管，钢管内径28.50mm，壁厚2.60mm，外径33.70mm。钢管的布设密度为1.0m×1.0m(水平×竖直)，浇筑完毕后，立即往钢管内通入水温为20℃的冷却水，水流量为2.0m³/h，通水时间为10天，水流方向每24h变换一次。

区别之处，gk1环境温度为28℃，gk4环境温度为22℃，gk5环境温度为25℃。

表4为不同环境温度时蜗壳混凝土温度、应力和安全系数计算结果。图8为gk1、gk4、 gk5不同环境温度蜗壳外围混凝土结构典型点的温度过程线，图9为gk1、gk4、gk5不同环境温度蜗壳外围混凝土结构典型点顺河向应力过程线。

表4为不同环境温度时蜗壳混凝土温度、应力和安全系数计算结果。

从表4和图8、图9可知：

1)鉴于目前没有实测气温资料，这里的环境温度是指长期的整体环境温度，即长期环境温度情况，这个环境温度直接影响到混凝土的最终稳定温度。环境温度高，混凝土最终的稳定温度高，环境温度低，混凝土最终的稳定温度低。

2)随着环境温度的提高，蜗壳混凝土内部最高温度随之升高。环境温度分别为22℃、25℃和28℃时，蜗壳混凝土内部最高温度分别为56.71℃、56.92℃和57.12℃。

3)整体环境温度升高，虽然混凝土最高温度略有升高，但是混凝土的最终稳定温度也升高，使得混凝土降温幅度降低，基础温差减小，因此，混凝土最大应力适当降低。

总之，在相同的温控措施条件下，长期的整体环境温度影响着混凝土的基础温差和内外温差，进而影响着混凝土开裂性能，因此，掌握当地整体环境温度具有重要意义。

四、第四组对比试验：通水冷却水管间距不同对温控防裂的影响

环境温度相同为28℃，均采取温控防裂措施，温控防裂措施基本相同，即混凝土浇筑温度为22℃，在每层混凝土浇筑前，在浇筑模板内布设通水冷却用的钢管，钢管内径28.50mm，壁厚2.60mm，外径33.70mm。钢管的布设密度为1.0m×1.0m(水平×竖直)，浇筑完毕后，立即往钢管内通入水温为20℃的冷却水，水流量为2.0m³/h，通水时间为10天，水流方向每24h 变换一次。

区别之处，钢管的布设密度不同，gk6钢管的布设密度为1.5m×1.5m(水平×竖直)，gk7 钢管的布设密度为1.5m×1.0m(水平×竖直)，gk8钢管的布设密度为1.0m×0.5m(水平×竖直)。

表5不同通水冷却水管间距蜗壳外围混凝土结构内部最高温度、最大拉应力和最小安全系数计算结果，图10gk6-gk8不同通水冷却水管间距下蜗壳外围混凝土结构典型点温度过程线，图11gk6-gk8不同通水冷却水管间距下蜗壳外围混凝土结构典型点顺河向应力过程线。

表5不同通水冷却水管间距蜗壳外围混凝土结构内部最高温度、最大拉应力和最小安全系数计算结果

从这表5和图10、图11可以看出：

1)当水管间距分别为1.5m×1.5m、1.5m×1.0m、1.0m×1.0m及1.0m×0.5m时，蜗壳混凝土内部最高温度分别为60.80℃、59.15℃、57.12℃和52.11℃，最大应力分别为3.24Mpa、 3.11Mpa、2.92Mpa和2.50Mpa，最小抗裂安全系数分别0.93、0.95、0.95和0.96。

2)全过程来看，由于冷却程度不一样，有的最大应力发生在早龄期，有的发生在晚龄期。总的规律是，早期降温力度增大，早期应力增大，后期应力较小；早期降温力度减小，早期应力较小，但后期应力较大。

3)水管间距加密后，有利于控制最高温度，降低温度应力；但是如果冷却流量保持不变，冷却水管加密又会导致早期降温阶段冷却速率和降温幅度增大，温度应力增加。因此，冷却水管加密对最高温度削减明显，但是早期降温也增大。

总之，冷却水管间距，应是在既满足早龄期降温阶段应力超标较少甚至不超标，又满足晚龄期混凝土的应力不超标，都有兼顾。较有利的冷却方式是最高温度峰值前，加强冷却，峰值过后，降低流量、提高水温，防止降温过快和幅度过大。

五、第五组对比试验：通水冷却时间对温控防裂的影响

温控防裂措施基本相同，区别之处：gk1通水冷却时间为10天，gk9通水冷却时间为15 天。

表6为不同通水冷却时间蜗壳外围混凝土结构内部最高温度、最大拉应力和最小安全系数计算结果，图12、图13分别为gk1、gk9不同通水冷却时间蜗壳外围混凝土结构典型点温度和应力曲线图。

表6不同通水时间蜗壳混凝土计算结果

从表6和图12、图13可以看出：

当通水时间由10d增长为15d时，蜗壳混凝土最高温度仍为57.12℃，最大拉应力都发生在来年冬季，最大应力分别为2.92Mpa和3.19Mpa，最小安全系数分别为0.96和0.83。

也就是说，通水时间增加，早龄期应力较大，安全系数反而降低。实际通水过程中，结合实际监测温度，早期可以分阶段变流量和变水温通水，尽量延长通水时间，降低后面温控压力。

总之，如果不采取温控措施，基于目前的参数计算结果，蜗壳混凝土最大拉应力较大，安全系数小于1.0，存在较大开裂风险，采取温控防裂措施是非常必要的。在采取温控防裂措施时，要严格控制混凝土浇筑温度、每层混凝土浇筑时间间隔；冷却水管的布设间距、通水时间、流量、水温；严格控制混凝土内部温度，并随时了解环境温度，严格控制混凝土内外温差。

本发明的优点：经计算机仿真计算、分析，本发明可有效地仿真地下厂房蜗壳外围混凝土结构产生温度裂缝，确保抽水蓄能电站主体建筑结构的安全。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种抽水蓄能电站地下厂房蜗壳外围混凝土结构温控防裂方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

S1、在地下厂房蜗壳外围混凝土结构浇筑前，对安装固定好的蜗壳进行充水保压，0.6倍的水轮机组最大静水头压力＜蜗壳内的充水压力＜1.0倍的水轮机机组最大静水头压力；

S2、在蜗壳充水保压状态下，分层分块进行浇筑，每层浇筑厚度为1.5m-2.0m，各层浇筑上升速度不大于30cm/h；每层浇筑完毕后，间隔5-7天；

S3、严格控制混凝土浇筑温度，混凝土浇筑温度≤22℃；

混凝土的浇筑温度按公式(1)计算：

T＝T₁+(T_a+R/β-T₁)(φ₁+φ₂) (1)

式中，T是混凝土浇筑温度；T₁是混凝土入仓温度；T_a是外界环境气温；R是太阳辐射热，单位kJ/m².h；β是混凝土表面放热系数，单位kJ/m².h.℃；φ₁是平仓过程的温度系数，φ₁＝kτ，τ为混凝土入仓后到平仓前的时间，k为经验系数，取0.0030；φ₂是平仓后的温度系数，φ₂采用单向差分法进行计算，计算公式如下：

其中，

是混凝土导热系数和表面放热系数的取值，取值范围为

超过上下限范围的按上下限考虑；c是比热，取值范围为0.6-1.2，超过上下限范围的按上下限范围考虑；Δτ是平仓结束至坯层再次被覆盖的时间，单位：小时；

S4、在浇筑的过程中，在每层混凝土浇筑层内布设通水冷却水管，降低混凝土内的温度，使混凝土内的温度不超过56℃；

在每层混凝土浇筑前，在浇筑模板内布设通水冷却用的钢管，该钢管采用焊接钢管，其内径28.50mm，壁厚2.60mm；

钢管的布设密度为水平1.0m×竖直1.0m，待浇筑完毕后，立即往钢管内通入水温为20℃±2℃的冷却水，水流量为1.5-2.0m3/h，通水时间为10天-15天，水流方向每24h变换一次；

S5、在浇筑完最后一仓混凝土后稳压7天，7天后蜗壳放水卸压。

2.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站地下厂房蜗壳外围混凝土结构温控防裂方法，其特征在于：所述蜗壳充水压力为：

0.8倍的水轮机组最大静水头压力＜蜗壳内的充水压力＜1.0倍的水轮机机组最大静水头压力。

3.根据权利要求2所述的抽水蓄能电站地下厂房蜗壳外围混凝土结构温控防裂方法，其特征在于：最佳的通水冷却方式是在蜗壳外围混凝土结构内部最高温度峰值前，加强通水冷却，峰值过后，降低通水流量、提高水温，同时延长通水时间，防止降温过快和幅度过大。

4.根据权利要求3所述的抽水蓄能电站地下厂房蜗壳外围混凝土结构温控防裂方法，其特征在于：在混凝土浇筑过程中，控制混凝土浇筑温度与出机口温度之差小于5℃。

5.根据权利要求4所述的抽水蓄能电站地下厂房蜗壳外围混凝土结构温控防裂方法，其特征在于：控制混凝土内部降温速率不大于1℃/d。

Images