大坝混凝土温度控制措施的整体.doc

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1、大坝混凝土温度控制措施的整体优化任智中（專語成都勘测设计院）#在水利水电工程施工中，大坝混凝土浇筑 是堇要的一环.为了防止混凝土出现裂缝，对 混凝土进行温度控制是十分必要的.在通常采 用的几种温控措施中，运行费用是不一样的. 为了使所采用的温控措施既满足要求，又经济 合理，我们研制了 “大坝混凝土温控措施整体 优化”的数学模型和电算程序.下面就其模型 和应用情况作一介绍.一、大坝混凝土温控措施整体优化的数学模型泯擬土坝温度控制措施的优化设计是以整 个坝体作为研究对象，在保证工期及满足施工 技术条件等前提下，通过温度场的计算，控制 浇筑块内温度的峰值和变化梯度，采用多种可 行的温度控制措施，求得

2、总费用最低的温控措* * 枷* 4 * * * * * 仲* *ST摸拟总时间；U车辆在拌合楼前等待时间总和； Y车辆在起重机前等待时间总和； N系统中配备车辆总数；W起重机等待车辆的时间总和.四、小 结应用本文研究成果，对某工程混凝土坝二 期工程施工进行了三类栈桥布負及不同浇筑机 械配置方案的计算，对各种方案均给出了最佳 机械配套组令和各种浇筑施工组织参数.从整 个模拟计算情况看，模拟结果符合一般施工规 律，各项施工约束条件均能很好的满足，所得 各项指标均在经验范围之内，从而证明本文所 提出的大坝箇工模拟模型和程序是合理的，基 本上反映了大坝施工实际情况.施作为优选目标.< 一）变的选

3、取大坝混凝土一般都是按照工程总进度计刘 分年度施工的.在年度计划的混凝土浇筑中， 根据浇筑块受基础约束的不同，分为基础块、 半基础块和非基础块等类型块.另外，根据气 温变化一年又分为12个月，则3X12 = 36种类 型浇筑块在该数学模型中分别进行计算，即为 整体优化，在可行的冷却措施中，迭取加冰或 加冷水拌和混凝土、预冷混凝土、保温模板厚 度、浇筑层厚度及间歇时间作为优化变量.另 外，一期水管冷却（分皆内通河水或冷却加）、 表面流水养护等加入计算，但不在优化之列.变量中有些对于各种类型块是各自独立 的，有些则因受技术要求等因素影响，有不同 的相关度.有些是连续变量，有些则是级变化混凝土坝施工

4、是一个多工种、多环节、受 众多因索影响的复杂系统，仅靠传统的手算方 広很难全面顾及各种因索得出合理的施工组织 方案来，应用系统工程核拟技术和用计算机代 替手工劳动可以迅速地、全面地考虑各种约束 条件，制定大坝施工详细进度计划和最优机械 配套方案，以利于正确组织施工.因此，计算 机模拟技术对于解决混凝土坝施工问题有重耍 的推广应用价值.我国水电工程施工管理水平与先进国家相 比存在相当的差距，需要通过不懈地努力来改 变这种状况.应用模拟技术研究混凝土坝施工 问题并将其推广应用于施工实时控制，为施工 适时地提供各种信息，对于指导廉工将起重要 作用，希望能得到有关部门的足够重视.变暈.如栗以三种类型块

5、(11口3),】2个刃为 一个计律时段(JJ= 12计，则共有变呈128个.(二) 目标函徽目际函数的技达式为：F = F,+F,+F,+F.+Fs,( 1 )式中；F各项温控措施总费用，F,保温模板总费用：Ft层面处理和养护费；F,水管冷却费；F,各项预冷措施费用；F.制冷设备费用.(三) 模型的约東条件该模型的约束条件分为两大类：一类是根 据坝工设计规范中关于基础温差、内外温差等 规定而设的约束条件：另一类是根据工程恃 点、施工条件等因素确定的.模型中考虑的是 工程的一般情况、而具体取值应视工程的具体 情况来确定.模型的约束条件如下：基础温差约束.指基础约束范围内混凝 土的平均最高温度与稳

6、定温度之差.2内外温差约束.即为浇筑层中央断面与 上下游表面之同的温差，在计算上、下游表面 盅度时.考嗥了气温骤降对表面温度的影响.3. 最大允许浇筑温度约束.用来控制混凝 土的最大浇筑温度.除可控制温差约束外.还 须避免混凝土过早初凝，以改善混狀土浇筑性 能，保证混凝十-质赴.4. 最小允许浇筑温度约束.用来控制最小 浇筑温度，以避免混凝土发生冻结现象，而影 响浇筑质徴.5. 浇筑块最高温升约束.6. 月浇筑速度约束.7. 加冰拌和混凝土降低混凝土最大温度约 束.8. 加冷冻水样和混凝土降低泯擬土最大温 度约束.9. 同时加冰和冷冻水总啟拌和混凝土的约 束.10. 水冷、风冷骨料对混凝土和最

7、大降服 幅值约束.11. 最大保温模板厚度约束.12. 浇筑层最大、最小允许厚度约束. 13.浇筑层最大、最小允许间歇时间约束.14. 冷却水管平均间距的最大、最小约束.15. 所有变董的非负约束.(四) 模型的求解本模型采用简单明了的温度场的计算方 法，即分解聲加法，使目标函数和约束条件联 系起来，成为一个非线性规划的数学问题.:浇筑块内的温度场系由两部分温度组成，部分是初始浇筑温度经边界面和冷却水管散 热后的残留温度，另一部分是水泥水化热绝热 温升经过边界面和冷却水管散热厉的殘留温 度.计算的基本假设为：对边界面散热按表面 散热的单向热传导问题处理，底面假定为绝热 边界(见图1 ).对水管

8、冷却散热视一长度为 无穷大的空心圆柱体，外表面为绝热边界，内 表面为冷却水温的散热面.分解叠加法的基本思路是，先考虑在绝热 状态下的温度场，并按其持征温度划分为一系 列平均温度场，然后逐个对平均温度场进行独 立的隆温计算，最后将它们聲加起来，得出所 求的实际温度场.叠加焉浇筑块内水化热经表面散热和水管 冷却后第I天的平均温度值分三个时段计算：(1 )浇筑层间歇期以内IWXTITCH(I) =寺 <T(7S(I7)+ S(I-J+D,( 2 )式中：XTI浇筑层间歌时间；T(J)水泥水化热第J天的绝热温升$ SQ)混凝土筑块表面散热后的残留 比(2 )间歌期后至一期水冷却结東X77<

9、 I<TPCTCH(I)=| s't(J)S(XTI-J)+ S(XTIJ + l)xP(I-刀+ P(I-J+门 + 寺 S T(J)乙 /-XTZ-T(3 ) 式中：TPC期水管冷却时间：P(I)混礙土浇筑块通过冷却水臂肢热后第I夭的残留比.(3 ) 一期水管冷却以后I>TPCTCH(I) =寺亘 T(J)S(XTI-J+S(XTI J+ 1) > P(TPC 一 J+P(TPC-J + 1I TPC+ 斗 S T(J)XP(TPC 乙 JXT J * 1一 J)+P(TPC-J + 1)+ S T(J).、( 4 )J YW I将散热后阿各种温度養加起来，得浇筑

10、爆 内第I天的平均温度TM(I)STM=TISPS+TSWP +0.TCH + TWW, ( 5 ) 式中：TIS浇筑温度与混凝土表面温度之 差；TSW混凝土表面温度与冷却水管内 水温之差；&水泥水化热绝热温升，TWW冷却水管通水温度.在求解过程中，采用网络法(或枚举法与 乘子法联合求解的方法.对级变化变量如间歙 时间、浇筑层厚、模板厚等采用逐级值枚举， 而对连续变量则采用乘子迭.对每次计算的目 标函数值与上次计算值比较，保留较小值，再用 枚举取一组值，进入乘子法求解，直至结束.程序用FORTRAN语言编写，可在微机上 运行，其程序框图见图2 .程序的编制考虑了%较一般性的问题，不仅可

11、以解温控问题，而且 还可以解一般线性和非线性规划问题.图2整体温控播施优化主框图二、程序的应用及成果的一般性分祈(一)程序的应用计算一个应用例題要求输入的基本数据项 有，月平均气温、水温和气温骤降及变幅，各 月的施工天数、施工方量及施工面积，各月各 类块的最终稳定温度、允许的基础温遂、内外 温差和最终绝热温升，水泥试验的热学指标.当采用如下措施时：(1 )限制最高浇筑 温度为199； ( 2 )加冰加冷冻水拌和混凝 土，预冷骨料；(3 )表面保护；(4 )浇筑 层表面3月10月河水养护；(5 )采用水管 一期冷却，其中5月至8月通8P冷却水，其 它各月通河水.通过计算，其主要的计算成果 及施工

12、参数如表1所列.在该工程的特殊要求下，输入的数据通过 若干个方案的计算可知，各方案大多数月份都 是最高允许浇筑温度起控制作用，在这种情况 下，各种温差要求及坝体内的最高温度均未达 到扳限值.隽工年闻:旳问浇筑层斥度 (m最大捺晶容*费万元)用荃础块半茎础块菲基础块制冰制冷水制冷风合计运行费设备费令计161.02593|<065030.0267<1«6028-24599.361050.01049.3626U0:2.02.56P6.603773.6934.424474.77514.39* i计算成* a x a ft<二)温控措施的一般性分析通过若干实例计算，并对成果研

13、究分析. 证明优化程序的实用性好，并可得出具有指导 意义的结论.为了定量分析，将式(5 )改写为 TMa)= CT“ + T”)P(Z)S(I+ (T” -TWW>P(I) + 0. TCH H TW=P ST» + P(I”1 -S .T" + TCH® + 1-P(ITWW( 6 )即 TM(I=aT"+bT” + c0.+dTWWTm.M = maxTM(I) 1 = 1,2,20 式中：浇筑温度；T施筑块内的*均最高温度；Q浇筑温度影响系数，阳19的浇 筑温度经表面和水管散热后的第I天混凝土温度；.b表面温度形响系数，即IP的表 面温度经表

14、面倒灌入混凝土，同 时经水管散热后的第I天混凝 土温度值；c混凝土绝热温升影响系数，即 19的绝热温升经水管及表面散 热后的第Z天混凝土温度值；d水管水温影响系数，即19的水 管水温倒灌入混凝土的第I天 温度值；其余符号意义同航.分别取浇筑层厚度lm和2.5m、间歇时间 5d为例，计算a、b、c、d值如表2所列展没混耀土浇筑后在47d内达到最髙温 度，经分析可得出以下结论:1.1=0106,即采用预冷措施降低浇 筑温度109,而发挥的作用(即降低浇筑块内49#d值计算结果#量响系 X®值 时间W、空筑层用1 m.间歇5(1浇氛层厚2/m. «<5dbCdabCd16&

15、gt;5625 a0.31210.13450U2540.81290.13530.15800.051&20.8310.3M50.2 电"0.22740.723L18280>37210.0<«4130.2S40:04»850<31760.31750.65220.200.133740.1821D 4 21)80.30230.39710.59200.23660.53740.171450.1257D.40090.26380.46740.53950.25300.554S0.207580.1111ft.35940.28580.52950.51600.2

16、4200.585丄0.2420 '70.0981，:0.31760.23840.5S430.49300.23140.59690.2750S0<0H67D.28D50.27930.63280.47210.23140.596311.306590.07i>60.24780.2634O.67K60.45160.2117 0<58760.336710®<0677 0<2i900.24"0.71340.43200.3025 10.57380.2b5515o-onz0.13330.16540.255036】504950.50020. .系统工程在二滩

17、水电站施工组织设计中的应用简介俞水福（麋豔成部勘罚设计院）51当前，我国水电建设中突出的问题是投资 大、建设周期长、施工管理落后.位于四川省 渡口市境内雅碁江下游的二躍水电站工程，装 机容量为330万kW,最大坝高为240m,工程 混艇上总量为700余万nV,总概算投资高达37 亿元，工期为10年以上，在设计中节省投资、 缩短工期，以最小的代价获取最大的经济效 益，是急待研究解决的何题本文拟介绍在二 滩水电站施工组织设计中应用系统工程理论提 高设计质量获取经济效益的几个课题：（1 ） 砂石料场优选；（2 ）缆机浇筑混凝土坝的计 算机模拟，（3 ）网络技术在二滩工程中的应 用.这三个课题先后涉及

18、到系统工程理论中的 线性规划、动态规划、混合整数规划、非线性 最高温度）仅有169.浇筑层越薄，间歙时 间越长，其作用越小.2. b-0.240.42,即采用浇筑层表面流 水养护或其它措施，使表面温度维持在低于裸 籐混凝土表面温度109,则可降低坝体内最高 温度24429,浇筑层越薄，降低的幅值越 大.3. c =0.2606,即若混凌土的绝热术 化热温升为30飞，则经散热后混凝土体内的最 高温升为7.818.09,浇筑层越薄，水化温 升越小.4. d=0.17053,冷却水109的温差. 可降低最高温度175.39.浇筑层越薄（冷 却水管越密，其作用越大.5. 務面保护的效果作用较大，尤其对

19、短周 期的气温变化作用更为明显，而摸板厚度的影 响较小.且在计算时，不应忽略表面空气边界 规划、计算机棋拟和网络技术等舟面，所编程 序一般均具有通用性.一、砂石料场优选（一）砂石料场杀统描述在以混凝土坝为主体工程的水电枢纽中砂 石骨料的用量通常都是很大的，二滩工理在可 行性设计阶段确定工程总混凝土用 > 为766万 根据不同料源所做的混凝土试验资料表 明,工程所需砂石骨料量约17001760万t. 因此、选择合理的料源和最优的开采、运输、 加工方案对于降低混凝土成本和大坝的造价是 有显苦作用的.砂石料源大致有三大类：第一类为天然砂 层的作用.6 .浇筑层厚度之间间歌时间对坝体内的最 高温度及各种措施的效果都有显苕的影响.总的来说，在混朧土坝的温度控制中，首 先应重视后冷措施，如表面保护、层面流水养 护、水管一期冷却等，它们可以校小的代价代 替较大的预冷措施的作用.如上面所述的，若 浇筑层厚im,则预冷措施降低浇筑温度10七 才可降低坝体内最高温度19多.而109的预 冷骨料的费用是相当可观的.同时也说明，对 薄层、长间歇期的浇筑块，采用预冷措施是得 不偿失的.另外，在后冷措施的选取时，薄层 宜用表面降温方式和表面保护，对厚层浇筑块 宜用内部降温措施.该程序适应性较好，功能较全，性能可靠， 经汉化处理，其成果可在设计中直接采用，具 有一定的推广价值.#