锦屏一级水电站基础约束区混凝土夏季浇筑的仿真分析预测报告.doc

复杂环境下坝高300m以上混凝土双曲拱坝温度实时控制及快速施工技术研究四川省雅砻江 锦屏一级水电站基础约束区混凝土夏季浇筑的仿真分析中国水利水电第七工程局有限公司SINOHYDRO BUREAU 7 CO.， LTD.武汉大学水利水电学院COLLEGE OF WATER RESOURCES &HYDROPOWER WUHAN UNIVERSITY二一年六月委 托 方：中国水电第七工程局受 托 方：武汉大学项目负责人：常晓林报告审定人：周 伟报告撰写： 周 伟 段 寅 井向阳计算分析： 周 伟 段 寅 马 刚 井向阳 李 姗 刘 俊目 录1前言41.1工程概况41.2主要研究内容42基本计算原理及关键技术处理62.1温度场计算的基本原理62.2温度应力计算的基本原理72.3温控反馈分析关键技术处理92.4有限元仿真计算模型112.5温度及温度应力仿真计算流程123基本计算资料133.1气象水文资料133.2混凝土力学及热学参数133.2.1混凝土绝热温升133.2.2混凝土的热学性能133.2.3混凝土的力学性能143.2.4混凝土自身体积变形143.3大坝混凝土温控设计要求和控制标准153.3.1温度控制标准153.3.2应力控制标准154高温季节温控仿真优化研究及预测分析174.1考虑太阳辐射引起的温升174.2通水冷却控制措施研究184.2.1设计通水方案184.2.2改进通水方案194.312#坝段夏季温度仿真预测分析214.3.1分期通水方案仿真分析（工况1）214.3.2改进通水方案仿真分析（工况2）244.3.3两种方案成果分析及比较265不同施工进度下的仿真分析325.1施工进度仿真方案325.2仿真结果分析346结论及建议36锦屏一级水电站 混凝土双曲拱坝温控仿真1 前言1.1 工程概况锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流下游河段的控制性水库梯级电站，在雅砻江梯级滚动开发中具有承上启下的重要作用。其建设总工期9年3个月，工程静态总投资183.7亿元，总投资232.3亿元。本工程规模巨大，其总装机容量3600MW，多年平均年发电量166.2亿kW.h，为国家“西电东送”战略的骨干电源点，拥有多项世界第一，包括305米的世界第一高拱坝、世界规模最大的水工隧洞等。它与二滩水电站联合运行共有150多亿立方米的库容，补偿效益还可延伸至金沙江下游和长江葛洲坝、三峡电站，同时具有重要的拦沙、蓄洪作用，减轻长江中下游防洪负担。其坝址以上流域面积10.3万km2，占雅砻江流域面积的75.4。坝址处多年平均流量为1220m3/s，多年平均年径流量385亿m3。水库正常蓄水位1880m，总库容77.6亿m3，调节库容49.1亿m3，具有多年调节能力。电站水坝为混凝土双曲拱坝，坝顶高程1885.5m，坝顶宽度16.0m。枢纽主要建筑物由混凝土双曲拱坝、坝身4个表孔+5个深孔+2个放空底孔与坝后水垫塘、右岸一条有压接无压泄洪洞及右岸中部地下厂房等组成。表孔孔口尺寸11.012.0m；深孔孔口尺寸56m；放空底孔尺寸55m；坝后采用复式水垫塘，长390.0m，右岸有压接无压的泄洪洞，工作闸的孔口尺寸为13.010.5m，能够宣泄5000年一遇15400m3/s的洪水。锦屏一级的混凝土温控问题具有采用大尺寸通仓浇筑、拱坝结构复杂、陡坡坝段浇筑问题突出、混凝土材料抗裂性能一般、温度边界条件对温控防裂不利等特点。因此温控防裂的难度比较大。1.2 主要研究内容本报告主要对基础约束区混凝土在夏季高温季节浇筑的部分进行仿真分析，旨在了解高温季节浇筑条件下存在的一些潜在问题，并基于仿真结果提出可控且有效的温控措施，以指导施工，保证大坝施工的快速、高效以及安全。报告主要内容及成果如下：（1）根据目前已掌握气象资料及混凝土参数条件，推算出考虑高温季节下因太阳辐射而引起的混凝土温升，并在仿真过程中允与考虑。（2）对现行高温季节约束区混凝土的通水冷却措施进行分析与评定，并在此基础上对其进行简化，提出一个更容易控制，概念更为明确的改进的通水冷却控制措施。（3）在相同浇筑条件之下，分别采取新旧两种通水冷却措施方案对高温季节浇筑的混凝土进行温控仿真计算，分析各方案仿真成果并做出对比，通过结果的对比以提出针对于高温季节浇筑混凝土的较为合适的通水冷却等温控措施，从而指导施工。（4）对所选取的6组快速施工方案进行温控仿真计算对比分析，从宏观上把握各方案在温控方面所存在的主要问题等，并给出相应的建议措施。382 基本计算原理及关键技术处理2.1 温度场计算的基本原理为全面反映温度对坝体结构特性的作用与影响，需要研究坝体施工期的温度场、初期蓄水过程中坝体随气温与水温等因素变化的变化温场、运行蓄水期的稳定（准稳定）温度场。根据热量平衡原理，可导出固体热传导基本方程： (2.1-1)对于无内部放热（=0）及某一确定时刻，上式退化为 (2.1-2)式中 、为导温系数，、为导热系数，为材料比热，为材料容重，分别描述任意时刻和温度。温度场的边界条件主要分以下三种情况：第一类边界条件：已知边界S上的温度分布， （2.1-3）第二类边界条件：已知边界S上的热流密度，, n为S外法向（2.1-4）第三类边界条件：已知边界S上对流条件： （2.1.5）式中，为已知函数，h为表面对流系数，T0为环境温度。将求解区域R划为有限个单元e，引入单元形函，则单元内任意点的温度可由构成单元m个节点温度插值： （2.1-6）根据变分原理,可导出满足热传导基本方程和边界条件的有限元支配方程 （2.1-7）式中： 而： （2.1-8） （2.1-9）2.2 温度应力计算的基本原理混凝土坝块在升温时全过程膨胀，降温时体积收缩，而体积膨胀或收缩的大小，与混凝土线膨胀系数、温升或温降值及坝块尺寸大小成正比。当混凝土与其它物体相连接时，其温度变化引起的体积变形（膨胀或收缩）便不能自由发生，要受到连接物体的限制，即受到外部约束，从而引起温度应力，对于通仓碾压浇筑的混凝土重力坝，基础以及已经浇筑的下部老混凝土的约束作用更加显著。另外如果坝块的温度变化在截面上的分布是非线性的，即造成坝块内部质点体积变形的不协调，相互约束而不能自由发生，也将在坝体内引起应力，这种情况即谓受内部约束。1) 混凝土徐变应变计算式为： （2.2-1）在内应变增量：整理后得一个计算时段内应力增量为：，为混凝土等效弹性模量。2) 各时段应力计算平衡方程平衡方程为： （2.2-2）式中：刚度矩阵；外荷载引起的节点荷载增量，计算温度应力时可不考虑其他荷载；徐变引起的节点荷载增量；变温引起的节点荷载增量；混凝土自生体积变形引起的节点荷载增量；混凝土干缩引起的节点荷载增量，可暂不考虑。3) 单元应力单元应力等于各时段应力增量之和，即： （2.2-3）4) 应力增量各时段应力增量为： （2.2-4）式中：结点位移引起的单元应变增量；混凝土徐变引起的应变增量；混凝土变温引起的应变增量；混凝土自生体积变形引起的应变增量；混凝土干缩引起的应变增量。计算时忽略，则2.3 温控反馈分析关键技术处理（1）坝体混凝土浇筑过程坝体混凝土在分层碾压浇筑的过程中体形不断变化，计算时可用单元生死来模拟这一过程。首先根据大坝的实际浇筑过程建立有限元模型，再按施工工序将新浇筑的混凝土依次激活。考虑到官地碾压混凝土重力坝的实际浇筑过程，根据坝体的浇筑过程沿着水平方向将坝体分成若干个浇筑层和碾压层。在计算时，将坝体单元按照从坝基到坝顶的浇筑顺序，分成若干荷载步，依次激活，依此类推，直至到坝体的最顶层浇筑层浇筑完毕。在计算过程中，随着坝体单元的逐渐激活，相应的自重荷载、由温度场计算得到的相邻时间步的温度荷载以及相应大坝上下游的水压力荷载也同时施加。这样就可以仿真计算大坝从施工期到运行期全过程的温度场和应力场。为使死单元不影响计算收敛及激活单元的计算结果，在温度场分析中，程序中将比热矩阵和热传导矩阵乘以一个因子，且单元热通量设置为0。（2）温度初始条件计算开始瞬时，混凝土和基础内部的温度分布规律是重要的定解条件之一。坝体浇筑前，根据地表温度和地基的边界地温，进行稳态温度场计算，以此结果作为坝体浇筑前的地基的初始温度。新浇筑坝体混凝土的初始温度取为浇筑温度。新浇筑混凝土和老混凝土结合面处的起始温度，采用上下层结点的平均值。（3）边界条件地基部分的边界按绝热边界条件处理。坝体与水接触的边界为第一类边界条件，在蓄水过程中取为河水温度，温度为时间的函数，在正常运行期取库水温度，温度为时间和空间的函数。坝体与空气接触的边界为第三类边界条件，不同时段的表面放热系数根据当地风速与时间的变化关系和固体表面放热系数随风速的变化关系而定。（4）水化热水化热以体积力的形式施加在混凝土单元上，实际计算时取前后两个时间步的水化热之差：。根据本工程的实验资料拟合为以下复合指数形式：。由于坝体混凝土材料分区的不同，相应地拟合了多种水化热函数，并在计算中作对应考虑。（5）水管冷却采用朱伯芳院士提出的等效热传导方程，将水管冷却的降温作用视为混凝土的吸热，按负水化热处理，在平均意义上考虑水管的冷却效果。（6）材料力学性质温度应力计算时，弹模是随时间变化的函数，可根据实际工程的实验资料拟合为指数形式。徐变度是持荷时间和加载龄期的函数，可将实验数据拟合为朱伯芳院士提出的指数函数形式。（7）坝基初始地应力对于坝基而言，在建坝前基岩中已存在初始地应力，它主要是由构造地应力和岩石自重应力组成。地质勘探表明，坝址区构造应力很小，坝基浅层的初始应力主要是由于岩体自重产生的。由于坝址实测地应力资料较少，故需通过反演分析求解初始地应力场。严格地讲，应模拟河谷长期不断剥蚀下切的演进过程来求解初始地应力场，但这样与考虑后期坝体修建的网格在衔接上过于复杂，考虑到初始地应力状态下，基岩基本上处于弹性状态，为简化起见，本报告直接采用现有河谷形状的基岩在自重作用下产生的应力作为初始地应力。（8）自生体积变形混凝土的自生体积变形在宏观上是均匀的，因此在有限元计算中可以等效为温差。式中：混凝土龄期； 龄期的自生体积变形；线膨胀系数；等效温差。2.4 有限元仿真计算模型选取大坝左岸12坝段进行仿真计算分析，建立单坝段局部三维仿真计算模型如图所示。其中建基面1580m高程以下基岩厚度约2.0倍坝高，坝轴线上游侧顺河向范围约2.5倍坝高，下游侧顺河向范围约2.5倍坝高。离散中混凝土与基岩采用空间8节点等参实体单。整个计算域共离散为67624个节点、61340个单元，其中坝体62070个节点、56040个单元。温度计算中，所取基岩的底面及4个侧面为绝热面，基岩顶面与大气接触的为第3类散热面，坝段上下游面及顶面为散热面，坝段两个横侧面为绝热面。应力计算中，所取基岩底面取为全约束，左右侧面及上、下游面为法向单向约束，坝体的四个侧面及顶面自由。考虑施工过程的坝体自重荷载及温度荷载。有限元计算坐标系定义：X轴：顺河向，由上游水平指向下游；Y轴：铅直向上；Z轴：横河向，沿坝轴线由右岸水平指向左岸。计算有限元模型见图2.4-1所示。图 2.41 单坝段整体有限元计算网格2.5 温度及温度应力仿真计算流程图2.5-1 温度应力仿真计算流程3 基本计算资料3.1 气象水文资料下表3.1-1给出坝址处多年测得的气象水文资料。表3.11 坝址有关气象水文要素统计资料月份123456789101112全年气温（）多年平均10.313.817.620.521.521.521.421.319.217.012.79.318.6极端最高27.036.038.039.639.638.439.737.939.131.529.828.039.7极端最低-3.0-0.52.06.38.710.710.012.810.15.82.5-2.0-3.0降雨量（mm）多年平均1.71.311.616.564.0196.5180.7160.7108.740.610.51.2793.8占全年百分数（%）0.220.171.462.088.0624.822.820.213.75.111.320.15100历年一日最大5.93.921.415.226.487.762.745.940.632.812.34.887.7地温（）多年平均11.515.119.623.524.524.324.524.421.919.114.310.219.4极端最高46.554.26469.674.272686958.353.549.841.574.2极端最低-9.7-9.7-2.82.16.59.29.511.88.01.0-3.0-6.6-9.7水温()多年平均5.17.210.313.415.816.917.217.415.713.39.15.712.3相对湿度(%)多年平均61555356657985858581787271蒸发量(mm)多年平均126172.4255271226.1148.5119.7116.789.595.978.483.91783风速(m/s)多年平均1.31.72.11.81.61.10.80.8111.111.3最大风速及风向9.0NE,S12.0S12.0S13.0S12.0SW10.0N9.0N12.0N12.0N8.0NNE8.0NN11.0S130.S3.2 混凝土力学及热学参数仿真计算中热力学参数均采用实验值，取自最新的大坝混凝土材料试验研究报告。3.2.1 混凝土绝热温升表3.21 锦屏一级大坝混凝土绝热温升试验结果强度等级级配水胶比()ab相关系数C18040四0.3927.10.1860.9590.992C18035四0.4325.90.1640.940.992C18030四0.4724.80.1540.9810.981注：绝热温升采用复合指数公式拟合3.2.2 混凝土的热学性能表3.22 混凝土导温、导热及线膨胀系数编号混凝土抗压强度标准值级配导温系数（m2/h）导热系数(kj/m.）比热（kj/kg.）线膨胀系数（10-6/）常态混凝土AC18040四0.0038.411.018.4BC18035四0.0038.681.058.4CC18030四0.0038.591.048.33.2.3 混凝土的力学性能表3.23 锦屏一级混凝土抗压强度编号粉煤灰（掺量）级配抗压强度（MPa）7d28d90d180d常态混凝土AC18040宜威级（30%）四21.033.039.845.6BC18035四16.728.635.440.4CC18030四13.724.431.436.2表3.24 锦屏一级混凝土劈拉强度编号粉煤灰（掺量）级配劈拉强度（MPa）7d28d90d180d常态混凝土AC18040宜威级（30%）四1.702.513.353.65BC18035四1.472.313.113.30CC18030四1.252.182.903.10表3.25 锦屏一级混凝土弹性模量编号粉煤灰（掺量）级配弹性模量（MPa）7d28d90d180d常态混凝土AC18040宜威级（30%）四22.629.633.035.0BC18035四20.426.831.633.4CC18030四18.624.227.531.0表3.26 锦屏一级混凝土极限拉伸值编号粉煤灰（掺量）级配极限拉伸值（10-6）7d28d90d180d常态混凝土AC18040宜威级（30%）四77105120125BC18035四74100114116CC18030四71961101123.2.4 混凝土自身体积变形表3.27 混凝土的自身体积变形试验结果混凝土抗压强度标准值自身体积变形试验值（10-6）13714212845607590120180C18040016.914.413.69.72.7-3.8-10.3-10.5-13.5-10.0-5.0C18035016.115.014.512.25.0-3.2-7.0-6.0-8.0-4.4-1.0C18030015.617.616.514.87.3-2.9-3.9-2.1-2.51.00.03.3 大坝混凝土温控设计要求和控制标准3.3.1 温度控制标准（1）考虑坝体厚度较大及下部已封拱区域对上部坝体的约束作用，全坝定义为约束区。（2）大坝采用温差控制标准T14。（3）大坝混凝土出机口温度全部按7进行控制，浇筑温度按照511进行控制。（4）大坝混凝土内部最高温度控制标准为TmTd+T，最终控制标准为2629。（5）大坝混凝土接缝灌浆温度控制标准：1215。（6）大坝混凝土相邻浇筑块高差不大于12m，整个大坝最高与最低坝块高差要求控制在30m以内。混凝土浇筑层间间歇期为5d14d，两相邻坝块浇筑间歇时间不得小于72h。（7）悬臂高度控制要求：孔口坝段允许最大悬臂高度为50m；非孔口坝段允许最大悬臂高度为60m。（8）大坝混凝土冷却分为一期、中期和二期三个阶段。各期通水温度和目标温度等见表3.3-1。表3.31 大坝混凝土各期通水控制标准表降温阶段通水温度（）降温幅度（）初始温度（）目标温度（）降温速率（/d）降温时间（d）备 注一期冷却111656浇筑温度Tm21230.520中期冷却352123180.330二期冷却810361812150.3453.3.2 应力控制标准温度应力控制标准中，充分考虑混凝土各项力学性能指标，并取抗裂安全系数1.8作为控制标准来计算允许拉应力。具体计算如下：混凝土允许水平拉应力按劈拉强度/1.8、极限拉伸弹模/1.8比较后取小值控制，如下表3.3-2：表3.32 大坝混凝土允许水平拉应力 （MPa）混凝土标号龄期7d28d90d180d劈拉强度/1.8C180400.9441.3941.8612.028C180350.8171.2831.7281.833C180300.6941.2111.6111.722弹模极拉值/1.8C180400.9791.7272.22.431C180350.851.4892.0012.152C180300.7441.2911.6811.929允许水平拉应力C180400.9441.3941.8612.028C180350.8171.2831.7281.833C180300.6941.2111.6111.7224 高温季节温控仿真优化研究及预测分析根据实测资料的反馈分析，已有的温控方案由于各方面不利因素的影响，在温控效果方面仍存在诸多不足之处，如初期降温过快，中期温度回升过大，应力过大等。鉴于此，本文拟推出一种新的温控方案，并通过仿真对比分析，验证其可行性和优越性。本章依据锦屏一级混凝土双曲拱坝的实际浇筑进度等资料，对高温季节（58月）浇筑的基础约束区混凝土温度及温度应力进行仿真预测分析。从而有针对性的提出相应的温控措施，并指导施工。4.1 考虑太阳辐射引起的温升混凝土温度受日照的辐射很大。太阳辐射的巨大能量中，大约三分之一是可见波，三分之二是不可见的红外线。总能量在地球的大气层外面约为4770kj/(m2.h),但在到达地面以前，有一部分为大气所吸收，在地面上曾经记录到的能量最大值为3640 kj/(m2.h)，相当于1.20kW/m2 。到达地面的辐射能与日照角度及天空云量有关。日照越小（如早晨和傍晚），则在大气中经过的路程越长，被吸收的能量也越多。云量越大，被吸收的能量也越多。投射到表面的能量还与入射角有关。辐射能到达物体表面后，一部分被反射一部分被吸收。吸收系数与表面粗糙度有关，混凝土表面的吸收系数约为0.65。位于狭而深的峡谷内的混凝土坝，由于日照时数的缩短，每天接收到的总能量可能减少20%30%。除了直接由太阳辐射到坝面的能量外，还有一部分热能量是经过地面和水面的反射及天空的散射而到达坝面的。由式 可知，日照的影响相当于周围空气的温度增高了，其中R为物体表面吸收的辐射热，为物体表面放热系数。锦屏一级所在地区在高温季节存在白天气温、日照强烈等特点，容易导致仓面温度过高，及混凝土温度倒灌等问题，这对表面混凝土，特别是新浇混凝土的温控防裂是极为不利的。表面混凝土温度受日照的影响很大，若表面保护措施处理不当，混凝土在太阳辐射等作用下会进一步吸收热量，进而导致仓面周围空气的温度高于正常气温。因此，在考虑高温季节太阳辐射影响时，可将边界条件在平均气温的基础上叠加日照引起的辐射温升，从而来考虑因太阳辐射而引起的温升作用。对于锦屏一级所在地由于缺少太阳辐射相关资料，根据相关规范，取与锦屏相似维度的地段的太阳辐射及云量等作为参考辐射温升值，考虑实际混凝土放热系数等热学参数算得混凝土因太阳辐射而导致的温升约为34.5。因而本报告计算中将边界条件中高温季节的气温考虑为：在原平均气温的基础上叠加34.5，从而考虑因太阳辐射而引起的温升作用。4.2 通水冷却控制措施研究4.2.1 设计通水方案为将施工期混凝土温度及时降低至封拱温度，设计中采取分期通水的方式将混凝土温度逐步降低至控制温度。根据温控防裂的特点，分为一期通水冷却、中期通水冷却、二期通水冷却进行混凝土的冷却降温，如图4.2-1所示。各期通水控制指标如下表4.2-1所示。图4.2-1 设计通水方案分期通水冷却降温过程示意图表4.2-1 大坝混凝土各期通水控制标准表降温阶段通水温度（）降温幅度（）初始温度（）目标温度（）降温速率（/d）降温时间（d）一期冷却111656浇筑温度Tm21230.520中期冷却352123180.330二期冷却810361812150.345在分期通水进行的同时，还需要注意的是对温度梯度的控制，使得各区温度以及降温幅度形成合适的梯度，以减小混凝土梯度造成的温度应力，防止混凝土开裂。施工中，应按自下而上顺序分为已灌区、灌浆区、同冷区、过渡区和盖重区等五区进行温度控制，通过各期冷却温降及控制时间的协调确保五个区域形成较为合适的温度梯度。对于以上设计通水冷却控制措施，均能符合拱坝设计的相关规定，且许多类似工程也都按这种模式进行温度控制，真正严格实施起来问题也不大。然而由于该方案对于温度的控制过于复杂，从施工上来说控制难度也较大。由制定的浇筑进度计划可以看出，对于夏季即将浇筑的混凝土，从其开仓浇筑到最终接缝灌浆，其整个历时约为120140天左右，在这段时间内，要进行大于20天的初期通水，大于30天的中期通水，大于45天的二期通水，整个通水历时算起来也达到100多天，且各期通水还细化分为控温区和降温区等，通水过于繁琐及复杂，施工中难以顾全。另外，对于不同高程的混凝土，由温度梯度又分为5个区，控制起来也较为麻烦。因此，现在设计通水控制方案的基础上加以精简及优化，提出以下新的改进通水控制方案。4.2.2 改进通水方案新通水方案对分期通水冷却不做严格区分，其主体思想是连续通水冷却一直持续到分缝灌浆，使得混凝土内部温度均匀、缓慢的降低至封拱温度。降温示意图见图4.2-2。图4.2-2 改进通水方案通水降温过程示意图图4.2-3 分期通水方案与改进通水方案降温过程对比示意图通水主要从以下时间、空间两方面把握：（一）在时间上，通水主要分两个区：A通水控温区；B缓慢降温区。（1）对于A区，通水目的主要是控制混凝土温升幅度，起到削峰作用。对于夏季高温季节浇筑的混凝土，由于外界气温较高，表面散热较为不利，且混凝土水化热受环境温度影响前期发热也较大，其最高温度一般发生于混凝土浇筑后的57天，这段时间通水要尽可能加强，水温可采取810的制冷水，通水流量可加大至1.52m3/h，强通水视混凝土温度变化情况而定，一般持续710天左右，待混凝土温度不再上升后逐渐减小通水力度。（2）对于B区，通水的目的是均匀缓慢地将混凝土温度降低至封拱温度。对于夏季高温季节浇筑的混凝土，其最高温度将达到27左右，最后的封拱温度为1315，整个温降约为1214。由浇筑进度计划可知，对于58月份浇筑的混凝土，B区通水持续时间约为110130天，也就是4个月左右时间。考虑到前期混凝土温度较高，降温相对更容易，后期混凝土温度逐渐降低，降温也会随之变得越来越慢，因而，制定B区的通水控制如下：温度达到最大值之后通水第1个月，混凝土温度均匀降低4左右（周降温1左右），即由最高的27降低至23；温度达到最大值之后通水第2个月，混凝土温度均匀降低34（每710天降温1），即由23降低至1920；温度达到最大值之后通水第3个月，混凝土温度均匀降低3左右（每10天降温1），即由最高的1920降低至1617；至封拱灌浆前的剩下时间（约3050天），混凝土温度均匀降低23，最终降至相应的封拱控制温度1315；上述通水控制措施可进一步精确至每一周，施工单位仅需通过监测温度调整通水，使得每个浇筑块混凝土每周温度与设定温度相当即可。整个通水过程，施工单位可通过改变通水流量，通水水温等方式来调节冷却效果，使得内部混凝土温度走势大致与设计的走势对应。考虑到施工的不确定性等因素，允许实际温度围绕设定的温度走势曲线有不超过12的波动，施工单位也应该重视对内部混凝土温度的监测，并及时作出相应的调整。因此，监测密度一定要达到要求，并且及时分析，作出反馈。（二）在空间上，要保证上下层温差不超过设计标准，另外，对于每一仓混凝土，在其上层混凝土刚刚浇筑时，应保证其不要有过大的温降。在时间层面上做好通水的同时，后期各区的温度梯度均已不大，且过渡也都较为均匀，不需要做过多控制，也无需对针对温度梯度再进行分区。4.3 12#坝段夏季温度仿真预测分析本节主要对典型坝段夏季高温季节浇筑部分进行温度仿真计算分析。计算中主要用到的混凝土参数见3.2节，其中，混凝土绝热温升取值稍做调整，根据反馈报告中的相关成果将A、B区主要混凝土最终绝热温升提高约1.5。仿真中真实模拟施工浇筑计划，混凝土边界条件，气温条件中还考虑了因太阳辐射而引起的温升等。计算工况根据通水控制措施的不同分为以下两种。工况1：高温季节通水措施按设计方案执行，采取分期通水冷却。即采取初期通水、中期通水、二期通水。各区通水控制指标如表4.2-1所示。工况2：高温季节通水措施按改进方案执行，对分期通水冷却不做严格区分，通水从混凝土浇筑之后开始，并一直持续至分缝灌浆，从时空上整体把握，保证混凝土内部温度缓慢降低至封拱温度。4.3.1 分期通水方案仿真分析（工况1）图4.3-15给出了高温季节浇筑典型高程特征点的温度历时曲线：图4.3-610给出了高温季节浇筑典型高程内部特征点的顺河向拉应力历时曲线：图4.3-1 EL1618特征点温度历程曲线图4.3-2 EL1624特征点温度历程曲线图4.3-3 EL1630特征点温度历程曲线图4.3-4 EL1636特征点温度历程曲线图4.3-5 EL1642特征点温度历程曲线图4.3-6 EL1618特征点顺河向应力历程曲线图4.3-7 EL1624特征点顺河向应力历程曲线图4.3-8 EL1630特征点顺河向应力历程曲线图4.3-9 EL1636特征点顺河向应力历程曲线图4.3-10 EL1642特征点顺河向应力历程曲线4.3.2 改进通水方案仿真分析（工况2）图4.3-1115给出了高温季节浇筑典型高程特征点的温度历时曲线：图4.3-1620给出了高温季节浇筑典型高程内部特征点的顺河向拉应力历时曲线：图4.3-11 EL1618特征点温度历程曲线图4.3-12 EL1624特征点温度历程曲线图4.3-13 EL1630特征点温度历程曲线图4.3-14 EL1636特征点温度历程曲线图4.3-15 EL1642特征点温度历程曲线图4.3-16 EL1618特征点顺河向应力历程曲线图4.3-17 EL1624特征点顺河向应力历程曲线图4.3-18 EL1630特征点顺河向应力历程曲线图4.3-19 EL1636特征点顺河向应力历程曲线图4.3-20 EL1642特征点顺河向应力历程曲线4.3.3 两种方案成果分析及比较图4.3-2125给出了高温季节浇筑典型高程特征点的温度历时曲线：图4.3-2630给出了高温季节浇筑典型高程内部特征点的顺河向拉应力历时曲线：图4.3-21 两工况EL1618特征点温度对比图4.3-22 两工况EL1624特征点温度对比图4.3-23 两工况EL1630特征点温度对比图4.3-24 两工况EL1636特征点温度对比图4.3-25 两工况EL1642特征点温度对比图4.3-26 两工况EL1616特征点顺河向应力对比图4.3-27 两工况EL1624特征点顺河向应力对比图4.3-28 两工况EL1630特征点顺河向应力对比图4.3-29 两工况EL1636特征点顺河向应力对比图4.3-30 两工况EL1642特征点顺河向应力对比由以上计算结果可以看出：（1）对于工况1，也就是初始的分期通水工况来说，混凝土温度有两个较为明显的下降过程，分别是在初期通水以及二期通水。高温季节浇筑的混凝土温度在初期57天达到其最高温度，最高约为27.5，此后在初期通水冷却的作用之下，温度经过约2030天逐渐下降至其目标温度2123，降温幅度约为46。此后开始中期通水，通水也逐渐开始有所减弱，使内部混凝土温度缓慢下降并最终稳定在18附件。二期通水的目的是在灌浆前将内部混凝土温度降至封拱温度。由温度历程曲线看出，在二期通水作用下，内部混凝土温度基本降至稳定温度，降幅约为56。（2）由工况1的应力历程曲线可以看出，混凝土在浇筑之后其应力有两个明显的升程，分别对应于初期通水阶段（包括一部分中期通水阶段）以及二期通水阶段，混凝土由于初期及中期通水冷却温降的作用下，应力逐渐上升，在约为4050天时间达到应力最大值，约为1.48MPa，此后温度变化较为平稳，应力值也略为减小。由应力历程曲线可以看出，初期各阶段应力均在相应龄期的允许应力曲线之下，可以认为初期应力都能满足控制标准。二期通水冷却同样伴随着较大的应力产生，最大值约为1.65MPa，然而此时混凝土龄期基本都超过120天，强度也都较高，允许应力达到约1.8MPa，因而也都能够满足应力控制标准。（3）对于工况2，也就是改进的通水方案来说，混凝土温度在整个过程中一直缓慢下降。在混凝土浇筑初期温度上升阶段，约浇筑后710天，通水力度要大，以控制其最高温度。由温度历程曲线可以看出，高温季节浇筑的混凝土温度在初期57天达到其最高温度，最高约为27.7，此后通水逐渐开始有所减弱，以使得内部混凝土温度在控制范围内均匀缓慢下降。至封拱前一段时间，内部混凝土温度基本能降至稳定温度1314，整个过程最大降幅约为1314，历时超过120天。（4）由工况2的应力历程曲线可以看出，混凝土在浇筑之后其应力在初期有1个较为明显的升程。在持续通水冷却作用下，混凝土温度缓慢下降，应力也逐渐上升，在约为6090天时间达到应力最大值，约为1.4MPa，此后温度虽继续下降，但由于降温速率已变得较小，在徐变，内外温差等多种因素共同作用之下，其应力值开始逐渐略有减小。由应力历程曲线可以看出，各阶段应力均在相应龄期的允许应力曲线之下，都能满足控制标准。（5）由工况1和工况2的温度曲线对比可以看出，无论是工况1的初期通水阶段还是后面的二期通水阶段，其降温速率都明显要大于工况2相同时段的降温速率，工况2情况下温度分布更为均匀，在时间和空间层面上温度梯度都更小，对温控也更为有利；由应力过程曲线对比也可以看出，工况1初期最大拉应力发生的时间要较工况2早，且应力最大值也较工况2的大，而工况2的应力整个发展过程都较为平缓，能够更加充分利用徐变等有利因素，其最大应力值也更小。可见优化方案除了在施工过程控制中更为简易外，对混凝土温控抗裂也是更为有利的。（6）另外，与冬季最高温度普遍发生在混凝土内部不同，夏季高温季节浇筑的混凝土在某些时候其最高温度会出现在与外界空气接触的表面以及浇筑层内部靠近层边的位置。这主要是由于高温季节本身气温较高且有较强的太阳辐射，导致表面混凝土相对升温较快，峰值较高，从而导致层间处应力也较大，而该处又为薄弱部位，应而在施工中应尤为注意，做好混凝土表面的养护工作，避免出现较大应力。（7）由高温季节混凝土温控仿真计算成果分析，通水冷却措施按改进方案来控制，内部混凝土温度分布更为均与，混凝土温度梯度较小，且各阶段应力也均能满足应力控制标准，故推荐按改进通水方案执行。温控措施如下：通水冷却：混凝土浇筑之后即开始持续通水。整个通水过程中，施工单位可通过改变通水流量，通水水温等方式来调节冷却效果，使得内部混凝土温度走势大致与设计的走势对应。考虑到施工的不确定性等因素，允许实际温度围绕设定的温度走势曲线有不超过12的波动，施工单位也应该重视对内部混凝土温度的监测，并及时作出相应的调整。因此，监测密度一定要达到要求，并且及时分析，作出反馈。表面保护：在高温且太阳辐射较大天气作用下，混凝土表面温度回升较快，且水分也极容易散失，因而要做好喷雾、保湿等温控措施，降低仓面环境温度。对于已浇筑完混凝土要即时覆盖保温被或保冷被，减小昼夜温差对表面混凝土的影响，防止高温时段气温倒灌；对于上下游面应不间断采取花管流水养护。另外，混凝土出机口温度及浇筑温度等也应按照设计标准严格执行，防止温度最大值超过控制标准。5 不同施工进度下的仿真分析由于大坝混凝土快速施工的需要，根据所安装缆机的台数以及每个浇筑升层的厚度，拟定出如下表5.1-1中6种不同的浇筑工况。本章主要对所选取的6组快速施工方案进行温度及温度应力的仿真预测计算及对比分析，从宏观上把握各方案在温控方面所存在的主要问题等，并给出相应的建议温控措施等。5.1 施工进度仿真方案表5.1-1给出了不同施工条件下的施工进度方案：表5.1-2给出了各仿真方案的施工进度安排表：表5.1-1 方案说明编号方案名称方 案 简 要 说 明1基本方案（4+3）4台缆机+3.0米升层24+4.5方案4台缆机+4.5米升层35+3.0方案5台缆机+3.0米升层45+4.5方案5台缆机+4.5米升层56+3.0方案6台缆机+3.0米升层66+4.5方案6台缆机+4.5米升层表5.1-2 各仿真方案进度安排表年/月4+3基本方案4+4.5方案5+3方案5+4.5方案6+3方案6+4.5方案最低高程平均高程最低高程平均高程最低高程平均高程最低高程平均高程最低高程平均高程最低高程平均高程09/101583.01583.01581.51585.01583.01583.01581.51585.01583.01583.01581.51585.009/111589.01593.11589.01595.51589.01593.51589.01595.51589.01593.51589.01595.509/121598.01605.91602.51608.41598.01605.91602.51608.91601.01606.21602.51608.910/011608.61616.31611.61619.11608.61617.91611.61619.11608.61620.31611.61619.110/021617.61627.91620.61631.51617.61629.21620.61632.81620.61630.31620.61632.810/031626.61636.71629.61642.01628.01640.01629.61643.81629.61639.01629.61644.310/041632.61647.11640.11653.31637.01650.11643.11655.01640.01650.71638.61655.310/051641.61655.61649.11661.71647.61659.31649.11664.21644.61660.41652.11666.110/061650.61663.11655.11668.11653.61667.51658.11671.71653.61668.41656.61673.610/071656.61670.41664.11676.91659.61674.61667.11680.7