（水利工程专业论文）黄河拉西瓦拱坝夏季接缝灌浆技术标准优化研究.pdf

摘要 学科： 导师： 黄河拉西瓦拱坝 夏季接缝灌浆技术标准优化研究 答辩日期： 作者： 摘要 拉西瓦水电站位属i 等大( 1 ) 型工程。枢纽主要建筑物包括拦河坝、右岸地下厂房、 引水及泄水建筑物等。拦河坝为对数螺旋线双曲薄拱坝，最大坝高2 5 0 m ，拱冠最大底宽4 9 m ， 拱端最宽处约5 5 m 。 拉西瓦招标文件规定，每年6 9 月原则上不能进行接缝灌浆施工。但根据目前国内相 关工程的经验分析，拉西瓦大坝自2 0 0 6 年4 月开始浇筑，n 2 0 0 8 年8 月具备下阐蓄水条件， 工期十分紧张。这样一来，接缝灌浆如采用常规的技术标准，难以满足拉西瓦大坝施工进 度。因此，研究能延长接缝灌浆时段、优化技术标准的可行性，对于工程进度管理和按期 实现下闸蓄水，都具有十分重要的工程意义。 本文的主要研究内容包括： 1 运用仿真分析的方法，根据现有的浇筑、灌浆等控制进度和温控措施，研究全年封 拱灌浆情况下，河床坝段坝体应力状态的变化，揭示夏季封拱灌浆引起的问题。 2 运用仿真分析的方法，根据现有的浇筑、灌浆等控制进度和温控措施，研究全年封 拱灌浆情况下，陡坡坝段坝体应力状态的变化，特别是陡坡对于灌浆封拱期间横缝开度的 影响。 3 运用仿真分析的方法，研究夏季封拱灌浆区不采取特殊温控措施时可能产生的后 果，进而进行针对夏季封拱灌浆的温控方案比选，并推荐切实可行的工程措施。 本文采取如下的技术思路： 1 根据现有的温控措施，按照浇筑、灌浆等控制性指标，在区间内均匀排列浇筑和灌 浆顺序，研究全年封拱灌浆情况下，坝体应力状态的变化过程，掌握拉西瓦拱坝的温度应 力性态，特别是探讨夏季封拱灌浆会产生什么问题以及为什么会产生这样的问题，为研究 夏季封拱灌浆措施奠定基础。 2 通过不同参数敏感性的仿真计算，研究不同温控措施对夏季封拱灌浆区坝体应力的 影响，基于这一研究推荐合理可行的工程措施。 关键词：拱坝，夏季接缝灌浆，坝体应力，技术标准，优化研究 西安理工大学工程硕士学位论文 t h e o p t i m i z a t i o nr e s e a r c ho nj o i n tg r o u t i n gt e c h n i c a ls t a n d a r di ns u m m e ri n y e l l o wr i v e rl a x i w aa r c hd a m m a j o r ： t u t o r ： h y d r a u i i ce n g i n e e r i n g a b s t r a c t d a t e ：o c t o b e r2 a u t h o r ：厶白吣 - _ v i l a x i w ah y d r o e l e c t r i cs t a t i o n ss c a l ei sl a r g e ( 1 ) s c a l ea n dg r a d ei s ir a n k t h em a i nc o n s t r u c t i o n i n c l u d e sb a r r a g e ，u n d e r g r o u n dp o w e r h o u s eo r r i g h ts i d e ，w a t e rd i v e r s i o na n dr e l e a s es t r u c t u r e sa n ds o0 1 1 t h eb a r r a g ei sl o g a r i t h ms p i r a ld o u b l e - c u r v a t u r et h i na r c hd a m i th a sam a x i m u m h e i g h to f2 5 0 0 0 m ，w i t ha m a x i m u mb a s ew i d t ho f 4 9 0 0 ma ta r c hc r o w na n daw i d e s tp l a c eo f a b o u t5 5 0 0ma ta r c ha b u t m e n t t h eb i dd o c u m e n to fl a x i w ah y d r o e l e c t r i cs t a t i o nd e f i n e s ：i ti np r i n c i p l ec a n n o tc a qo nt h ej o i n t g r o u t i n gc o n s t r u c t i o nf r o mj u n et os e p t e m b e re v e r yy e a r b u ta c c o r d i n gt op r e s e n td o m e s t i ca s s o c i a t e d p r o j e c t se x p e r i e n c ea n a l y s i s ，t h ed a mo f l a x i w as t a r t st ob ep l a c i n gf r o ma p r i l2 0 0 6 ，a n dh a st h ec o n d i t i o no f w a t e rs t o r a g ea ta u g u s t2 0 0 8 t h et i m el i m i tf o ri ti se x t r e m e l yi n t e n s e i fw ea d o p t ec o n v e n t i o n a lt e c h n i c a l s t a n d a r df o rj o i n tg r o u t i n gc o n s t r u c t i o n ，w ea r ed i f f i c u l tt os a t i s f yt h ec o n s t r u c t i o np r o g r e s s t h e r e f o r e ，t h e f e a s i b i l i t yr e s e a r c ho fe x t e n d i n gt h ep e r i o do fj o i n tg r o u t i n ga n dt h eo p t i m i z a t i o nt e c h n i c a ls t a n d a r d ，f o r c o n s t r u c t i o np r o g r e s sm a n a g e m e n ta n dr e a l i z a t i o nw a t e rs t o r a g eo ns c h e d u l e ，a l lh a st h ee x t r e m e l yi m p o r t a n t p r o j e c ts i g n i f i c a n c e t h i sa r t i c l e sm a i nr e s e a r c hc o n t e n ti n c l u d e s ： 1 u s i n gs i m u l a t i o na n a l y s i sm e t h o d ，a c c o r d i n gt oe x i s t i n gc o n t r o lp r o g r e s s e so fp l a c i n g ，g r o u t i n ga n d s oo na n dt e m p e r a t u r ec o n t r o lm e a s l e s ，i tr e s e a r c h e st h ev a r i e t yo fs t r e s ss t a t ei nr i v e r b e dm o n o l i t hi nt h e s i t u a t i o no f g r o u t i n gw h o l ey e a r , d i s c l o s e st h eq u e s t i o nw h i c hi sc a u s e db yg r o u t i n gi ns u m m e r 2 u s i n gs i m u l a t i o na n a l y s i sm e t h o d ，a c c o r d i n gt oe x i s t i n gc o n t r o lp r o g r e s s e so fp l a c i n g ，g r o u t i n ga n d s oo na n dt e m p e r a t u r ec o n t r o lm e a s u r e s ，i tr e s e a r c h e st h ev a r i e t yo fs t r e s ss t a t ei na b r u p ts l o p em o n o l i t hi n t h es i t u a t i o no fg r o u t i n gw h o l ey e a r , i np a r t i c u l a rt h et r a i l s v e i s ej o i n ti n t e n s i t yi n f l u e n c ea ta b r u p ts l o p e 3 u s i n gs i m u l a t i o na n a l y s i sm e t h o d ，i tr e s e a r c h e st h ep o s s i b l yc o n s e q u e n c ew h i c hi sp r o d u c e db y p l a c i n gw i t h o u ta d o p t i n gs p e c i a lt e m p e r a t u r ec o n t r o lm e a s l e si ng r o u tc o m p a r t m e n ti ns u m m e r , t h e nc a r r i e s o nc o m p a r i n gt h ed i f f e r e n tt e m p e r a t u r ec o n t r o lc a s e s ，a n dr e c o m m e n d i n gp r a c t i c a lf e a s i b l ep r o j e c tm e a s u r e t h i sa r t i c l ea d o p t st h ef o l l o w i n gt e c h n i c a lm e a n s ： 1 a c c o r d i n gt oe x i s t i n gt e m p e r a t u r ec o n t r o lm e a s u r e sa n dc o n t r o lt a r g e to fp l a c i n g ，g r o u t i n ga n ds oo n ， a r r a n g i n gp l a c i n ga n dg r o u t i n gr a n k s ，i tr e s e a r c h e st h ev a r i e t yo fs t r e s ss t a t ei nr i v e r b e dm o n o l i t hi nt h e s i t u a t i o no f g r o u t i n gw h o l ey e a r , g r a s p st h ec h a r a c t e ro f t h e r m a ls t r e s s ，w h i c hc o n t r i b u t e st or e s e a r c hg r o u t i n g 摘要 m e a s u r e s 2 t h r o u g hd i f f e r e n ts e n s i t i v ep a r a m e t e r ss i m u l a t i o nc o m p u t a t i o n ，i tr e s e a r c h e st h es t r e s so fd a mi n g r o u tc o m p a r t m e n ti ns u m m e ri nd i f f e r e n tt e m p e r a t u r ec o n t r o lm e a s u r e s ，w h i c hc o n t r i b u t e st or e c o m m e n d f e a s i b l ep r o j e c tm e a s u r e k e yw o r d s ：a r c hd a mj o i n tg r o u t i n gi ns u m m e r s t r e s si nd a m t e c h n i c a ls t a n d a r d o p t i m i z a t i o nr e s e a r c h 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我个 人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所论述的工作和成 果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名：耋生垒丝二矽年扣月丑7 日 学位论文使用授权声明 l 、 本人j 荟j 蒸8 苎在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩，并 已经在西安理工大学申请博士硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意授权 西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生按学校规定提交 印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的 学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；2 ) 为教学和 科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资科室 等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 本入学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 理。 ( 保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 论文作者签名： 首言 1 前言 1 1 研究拉西瓦拱坝夏季接缝灌浆技术标准优化的意义和任务 拉西瓦水电站位于青海省贵德县与贵南县交界的黄河干流上，是黄河上游龙 青河段规划的第二个大型梯级电站，属i 等大( 1 ) 型工程。枢纽距上游龙羊 峡水电站3 2 8 k m ( 河道距离) ，距下游李家峡水电站7 3 l 皿，距青海省西宁市公路 里程为1 3 4 k i n 。 枢纽主要建筑物包括拦河坝、右岸地下厂房、引水及泄水建筑物等拦河坝 为对数螺旋线双曲薄拱坝，最大坝高2 5 0 m ，拱冠最大底宽4 9 m ，拱端最宽处约5 5 m 。 大坝建基面高程2 2 1 0 m ，坝顶高程2 4 6 0 m 。主坝共分2 2 个坝段，除1 0 # 1 3 # 坝段 横缝间距较大( 平均约为2 3 2 5 m ) 外，其余1 8 个坝段横缝间距平均为2 1 m 。水库 正常蓄水位为2 4 5 2 m ，相应库容1 0 8 9 亿一，电站总装机容量4 2 0 0 姗主体工程混 凝土浇筑量约3 7 3 4 万i ，其中大坝及泄水建筑物约2 9 5 2 万m 3 拉西瓦水电站地处西北青藏高原，多年平均气温为7 3 c ，具有气候比较寒 冷，气温年变幅、日变幅均较大，气候干燥，太阳辐射热强，寒潮频繁又伴随有 大风，冬季施工期长等特点，对混凝土的温控及防裂不利。且大坝为双曲薄拱坝， 坝高库大，混凝土强度等级较高，大坝拟采用通仓浇筑的施工方法，基础约束应 力大，温控问题尤为突出。因此，要求工程具有更严格的温控措揸和混凝土生产 浇筑能力，从而能有效地防止和控制大坝混凝土产生裂缝，确保工程质量。 根据龙羊峡、李家峡工程经验及西北地区气候特点，拉西瓦招标文件规定， 每年6 9 月原则上不能进行接缝灌浆旌工。但根据目前国内相关工程的经验分 析，拉西瓦大坝自2 0 0 6 年4 月开始浇筑，到2 0 0 8 年8 月具备下闸蓄水条件，工期十 分紧张。这样一来，接缝灌浆如采用常规的技术标准，难以满足拉西瓦大坝施工 进度因此，研究能延长接缝灌浆时段、优化技术标准的可行性，对于工程进度 管理和按期实现下闸蓄水，都具有十分重要的工程意义。 本文针对拉西瓦拱坝河床坝段和陡坡坝段，通过模拟混凝土的浇筑过程、各 种边界条件、材料随龄期变化等因素的仿真计算，研究延长接缝灌浆时段、优化 技术标准的可行性，以达到快速施工的目的 1 2 本文研究的内容 本文的主要研究内容包括： 1 运用仿真分析的方法，根据现有的浇筑、灌浆等控制进度和温控措施，研 究全年封拱灌浆情况下，河床坝段坝体应力状态的变化，揭示夏季封拱灌浆引起 的问题 2 运用仿真分析的方法，根据现有的浇筑、灌浆等控制进度和温控措施，研 究全年封拱灌浆情况下，陡坡坝段坝体应力状态的变化，特别是陡坡对于灌浆封 拱期间横缝开度的影响。 3 运用仿真分析的方法，研究夏季封拱灌浆区不采取特殊温控措施时可能产 生的后果，进而进行针对夏季封拱灌浆的温控方案比选，并推荐切实可行的工程 措施。 本文采取如下的技术思路： 1 根据现有的温控措旌，按照浇筑、灌浆等控制性指标，在区间内均匀捧列 浇筑和灌浆顺序，研究全年封拱灌浆情况下，坝体应力状态的变化过程，掌握拉 西瓦拱坝的温度应力性态，特别是探讨夏季封拱灌浆会产生什么问题以及为什么 会产生这样的问题，为研究夏季封拱灌浆措施奠定基础。 2 通过不同参数敏感性的仿真计算，研究不同温控措施对夏季封拱灌浆区坝 体应力的影响，基于这一研究推荐合理可行的工程措旄。 2 基本资料 2 基本资料 2 1 体型资料 拉西瓦拱坝拱圈中心线方程为p p o e 式中，p 和巾为极坐标系中极半径变量和极角 变量，p 。为拱冠处的极半径，k 为拱圈参数拱圈厚度t c s ) 满足：t ( s 产t o ht 1 1 o ) ( s ，s 一，式中，s 为对应拱圈中心线任一点距参考面的弧长，s 对应拱圈拱圈中心线的 弧长 表2 - 1 拉西瓦拱坝最终体形几何参数 t a b l e 2 - 1t h e f i n a ls h 印c g e o m e t r y p a m m e t e r o f l a x i w a a r c h d a m 高程极半径拱冠厚度拱端厚度拱冠中曲面左拱端半中右拱端半中 参数k ( m ) t o ( )t “) y 坐标钿)心角( 。)心角( 。) 2 4 6 01 6 6 0 0 0o 9 6 1 1 0 0 0 01 0 o 一5 o 3 9 9 9 9 9 l4 0 1 9 9 9 6 2 4 3 01 1 3 4 6 31 2 0 1 1 21 6 6 7 22 0 9 6 45 0 3 84 2 7 7 9 5 l 4 3 3 2 3 8 1 2 4 0 0 7 9 3 7 6 1 4 1 5 6 3 2 2 9 1 3 3 1 0 5 71 2 3 8 l4 5 6 2 8 3 5 4 6 0 9 9 0 6 2 3 6 05 4 4 2 71 6 2 5 6 63 0 4 7 14 2 4 7 11 8 1 5 1蛐0 6 5 5 9鹌2 9 5 8 5 2 3 2 04 2 6 0 01 7 0 3 4 03 7 0 4 15 0 6 7 91 9 5 4 54 b 明24 8 7 9 7 7 1 2 2 8 03 9 9 2 81 5 9 9 2 74 2 5 0 05 4 7 3 71 6 8 0 34 6 6 4 2 9 6 4 7 7 1 2 3 5 2 2 5 04 3 7 7 41 3 7 1 9 94 5 7 8 9 5 4 4 8 6 1 2 1 7 54 1 8 2 5 4 64 1 3 3 4 9 5 2 2 3 05 1 6 3 71 1 3 7 8 24 7 s 6 95 2 。5 2 87 。9 2 13 6 8 7 9 7 63 3 2 2 9 7 5 2 2 1 06 5 3 0 30 8 3 0 2 9 4 9 0 0 04 9 0 0 0 2 7 6 700 全坝分为2 2 个坝段，2 l 条缝。分缝位置如图2 - 1 所示。 图2 - 1 拉西瓦拱坝分缝位置图 f i g 2 - 1t h e l t i n g l o c a t i o np l a n o f l a x i w a a r c h d a m 廿 呻 删 。 一 n a l o c d o r o o o o n 门 鸽 口 凸 6 n d 一 拍o d 呻 t 甲 ， 丫 l赠 瑙 8 骨 目 海 长 赠 昌 2 盘 占 一 门 窝 氍 k 卜 kk 叮皿 斗 捌 舞 舞留冒 f 町 替 ， 一p。越珥一赙署 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8 0 持荷时 徐变度持荷时徐变度持荷时徐变度持荷时徐变度 间( 天)( 1 0 一 a l p a ) 间( 天) ( 1 0 一 i p a ) 间( 天)( 1 0 - e m p a )间( 天) ( 1 0 1 m p a ) 11 20 5 5 5 60 53 1 10 53 0 3 2 1 5 3 2l7 3 7l3 7 113 4 9 31 7 52 9 4 124 7 224 2 4 52 0 4 1 31 0 6 735 1 134 6 4 72 3 551 2 5 3 56 0 555 2 5 1 02 6 8 771 3 8 7 7 6 7 3 75 8 2 1 42 9 2 41 01 6 0 4 1 08 11 06 7 8 2 1 3 1 81 41 7 5 91 4 9 1 l1 47 5 6 2 83 3 7 62 11 9 4 3 2 11 0 3 52 18 2 2 3 5 3 6 1 62 82 0 6 42 8 1 1 5 52 88 9 5 4 23 7 5 8 3 52 3 1 53 51 2 7 4 3 51 0 0 8 4 93 8 2 94 22 3 9 44 2 1 3 2 84 21 0 6 9 5 6 3 9 3 5 4 92 4 8 34 91 3 4 64 9 1 0 9 9 6 33 9 7 65 62 5 35 6 1 4 o l5 61 1 4 4 7 04 0 4 6 6 32 5 8 66 31 4 2 76 3 1 1 7 8 8 04 17 02 6 4 3 7 01 4 5 47 01 2 1 7 9 04 1 7 8 02 7 1 48 01 5 0 l 8 01 2 6 2 1 0 04 2 3 7 9 0 2 7 5 9 9 01 5 1 79 01 3 1 1 04 2 4 9 1 0 02 8 2 81 0 01 6 0 81 0 01 3 2 8 1 2 04 3 3 61 1 02 8 5 1 1 1 01 6 2 91 1 01 3 4 5 1 3 04 3 3 5 1 2 02 8 71 2 01 6 4 9 1 2 01 3 5 6 1 4 04 3 6 11 3 02 9 2 11 3 0 1 6 8 51 3 0 1 5 0 4 3 9 91 4 02 9 5 51 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1 0 - )o 8 61 1 0 7l - l o 抗拉强度( 肝a ) 2 1 42 9 03 7 l 抗裂安全系数 1 8 01 8 d1 8 01 3 0 允许拉应力( m p a ) 1 1 41 6 l1 9 62 0 8 ( 5 ) 混凝土的热学性能 混凝土的热学参数包括混凝土的比热、导温系数、导热系数、线膨胀系数、绝热温升 和水泥水化热。 砼绝热温升公式为：开一等等 r ，、 砼比热取c - - o 9 3 3 k j k g ，砼导热系数 = 8 1 8 6 k j m h ，砼导温系数 a = 0 0 0 3 5 7 m 2 h 。砼线胀系数a = 9 5 xl 碑。 ( 6 ) 表面放热系数 混凝土与空气的热交换系数6 - - - - 8 3 7 2 k j r e h ； 冬季表面保温材料的等效放热系数p “1 8 6i r o = h o c 。 冬季表面保温材料的等效放热系数肛3 0 5 k j 督h o c ( 7 ) 混凝土的自生体积变形 西安理工大学工程项士学位论文 自生体积变形试验是在标准温度2 0 c 下测定的，以试件成型后2 4 小时的测值为基准值 自生体积变形试验结果见表2 - 1 4 表2 1 4 自身体积变形试验结果 t a b k2 1 41 1 o w nv o l r u n e t r i cd e f o r m a t i o nt e s tr e s u l t 自生体积变形( 1 旷) 赞期“) l 4 y 1 ) 3 0 - 4 0 00 0 0 l 2 3 1 23 4 6 33 1 6 50 0 4 7- 0 5 6 1 05 0 6 1 5一1 2 1 1 2 0- 1 5 1 6 2 52 0 3 3 2 8- 2 0 0 3 3 52 2 4 5 4 0 2 2 5 02 5 5 6 6 02 6 1 7 0- 2 8 1 8 0 3 3 4 9 0 3 3 4 1 0 53 0 5 1 2 02 8 1 1 1 3 53 0 8 ( 8 ) 基岩参数 拉西瓦大坝基础为花岗岩，仿真计算时基岩弹模e = 3 0 g p a 。研究拉西瓦拱坝真实工作 性态时，基岩弹模考虑分区，考虑长期效应后，2 4 0 0 m 以下e - 2 2 5 g p a ，2 4 0 0 m 以上 e = 1 7 5 g p a ，考虑到弹模对坝体应力的敏感性，报告中选取了不同弹模进行了研究；基岩 其他热力学指标假定与混凝土相同。 ( 9 ) 淤沙参数 泥沙内摩擦角为1 2 度，浮容重取7 5 刚矿。 2 4 工程计算参数 ( 1 ) t 程浇筑控制进度，如图2 - 2 所示 1 2 竹al锄2口扫ii!qbil2阜8口。鬯色_窨8_82山qn粤函 趟稍h撂g匠恃惦群。凶瓣匿；冥。凶在；七b匝v缁封掣器辍骣嚣孵h n - z 匝 车杈* 确 西安理工大学工程项士学位论文 ( 2 ) 工程进度主要控制条件和影响因素 大坝混凝土工程的实际开工时间为2 0 0 6 年4 月，计划完工日期为2 0 1 1 年6 月。并要 求满足下列控制工期： 2 0 0 6 年4 月，大坝混凝土开始浇筑基础混凝土。2 0 0 6 年l o 月2 0 0 7 年4 月进行 接缝灌浆，2 0 0 7 年4 月接缝灌浆最低高程达到2 2 6 0 m ，2 0 0 8 年4 月接缝灌浆最低高程达 到2 3 3 0 ； 2 0 0 8 年1 1 月，坝段最低高程浇筑达到2 3 9 0 m ，接缝灌浆最低高程达到2 3 7 0 m ，导 流洞下闸封堵，第一台机组发电； 2 0 0 9 年1 0 月，接缝灌浆最低高程达到2 4 0 0 m ；2 0 1 0 年4 月，接缝灌浆最低高程 达到2 4 3 0 m ，2 0 1 1 年4 月，接缝灌浆高程达到2 4 6 0 m ( 3 ) 封拱温度与温度荷载 第一阶段设计封拱温度如表2 - 1 5 所示。 表2 - 1 5 第一阶段设计封拱温度 计算高程 2 4 6 02 4 3 02 4 0 02 3 6 02 3 2 02 2 8 02 2 4 02 2 2 02 2 1 0 备注 ( i ) 封拱 t p9 o o8 5 07 5 07 o o 7 0 0 7 0 07 5 0 8 5 0 8 5 0 温度 按照