碾压混凝土坝施工进度与质量控制的新措施.pdf

水力发电·2OO2年·第 2期 l9 文章编号,05,50．-9342(2002)02—0019—05 关键词：分布式光纤温度测量系统；温度仿真；施工进度；质量控制；碾压混凝土坝 摘 要 ：碾压混凝土重力坝和拱蛔由于连续施工的坝体混凝土体积太 旌工期间需要采取较为严格的温度控制措 旌，而所采取的温控措施是否有效，目前尚没有一个能够用于实际施工过程的快速有效的评估方法和方式．不能根 据已施工坝体内的实际情况来控制施工进度和质量。利用分布式光纤温度测量系统来快速地获得坝体混凝土内 部的大量温度信息，进而实现标定温度仿真程序并通过标定过的程序模拟拟施工的连续碾压层，以检验其温控措 施的有效性 通过坝体内部的温度、温度变化速率和梯度来达到实时控制坝体碾压上升速度、坝面和仓面养护、以 及冷缝灌浆处理等目的。 中图分类号：TV523；TV642．2 文苘标识码：B 碾压混凝土重力坝和拱坝以其坝体分缝少而施 工仓面大，坝体连续碾压上升而施工进度快等特点， 越来越多地受到坝工界的重视。作为碾压混凝土大 坝施工期间质量与进度控制的一个重要参数是大坝 内部馄凝土的温度变化梯度以及最高温升，及时和 准确地获得混凝土内部的温度场信息是碾压混凝土 施工控制的关键。自1999年始，清华大学与德国墨 尼黑大学和约旦科学与技术大学合作，联合研究应 用光纤分布式温度测量系统对碾压混凝±大坝内部 温度进行测量 ，以及根据测量结果对碾压混凝土施 工进度及温控措施进行控制的技术 该技术已成功 应用于中国的新疆石门子碾压混凝土拱坝、约旦的 wala、Mujib和 Tammr 3座碾压混凝土重力坝 1 碾压混凝土太坝的温度测量 虽然碾压棍凝土大坝坝体施工速度快，但与常态 混凝土太坝一样，碾压混凝土坝也需要采取严格的温 度控制措施，以确保坝体内的最高温度和断面上温度 变化梯度不超过设计值，避免由于温度变化和混凝土 体积收缩而在坝面和坝体内部出现裂缝，影响大坝的 防渗性能和耐久性，为此，需要对碾压混凝土大坝内 部的温度场及其发展变化过程有很好的了解。 施工过程仿真分析需要知道坝体内的实际温度 场，无论是出于直接采用还是标定程序的目的，而各 种温控措施的效果也只有通过坝体内的实际温度场 来反映。另外，通过监测大坝内部混凝土最高温度， 可以动态调整施工进度；通过监测温度上升的速度 ， 可以判断异常的混凝土配合比，以便在混凝土初凝 前采取补救措施；通过监测断面上温度变化梯度，可 以调整上下游坝面和仓面养护措施，避免产生裂缝。 所以，及时和准确地获得坝体内的实际温度场是碾 压混凝土大坝施工进度和质量控制的重要前提。 坝体内部常态混凝土的温度通常可通过温度传 感系统来获得，为得到坝体内部的温度场，仓面上需 要布置相 当多的传感器。而随着传感器数 目的增 多，连接电缆和读数装置也相应增加，施工难度大， 对碾压混凝土施工干扰大。所以，利用温度传感器 来获得大坝内部的温度场以控制混凝土质量显然是 不可行的 收稿 日期：2ool4)9—26 基金项 目：德国 DFG基盘 (AU167／1)，清华大学 985项 目 ． 作者简介：段云岭(1957一)，男 。河南延津』、。清华大学水利水 电工程系副教授．从事工程结构健康评估研究工作 维普资讯 水力发电·2OO2年-第 2期 光纤分布式温度测量系统采用普通通讯光缆作 为传感和信息传递的介质，没有传统意义上的传感 器和连接电缆。光缆中的光纤一方面可以每 25 cm 长度为一个温度感应单元，另一方面起着连接电缆 作用传递感应到的温度信息，所以光纤本身既是测 温元件又是连接电缆。由于一根光缆相当于无数个 传感器和相应的连接电缆，只要在需要监测的仓面 上布置一条光缆即可。加之光缆具有一定的抗压和 抗拉强度，铺设简便，在上一层混凝土碾压结束而新 一 层混凝土尚未铺摊之前，将光缆覆盖定位即可。 因此，对碾压混凝土的施工干扰非常小。 另外，从温度测量的角度讲，单根光缆长度可以 达到 20 km 对大坝来讲，可以将数据采集设备布 置在距离大坝较远的监测中心，坝面设有任何用电 的监测设备或仪器仪表，不会干扰混凝土的碾压施 工。如果在碾压玲层面上使用特殊设计的光缆，则 可以利用该光缆监测该层面的渗流情况，准确地提 供大坝渗漏部位，为大坝的运行维护和安全运行提 供保 障。 2 分布式光纤温度测量系统原理 分布式光纤测温系统是基于光纤本身的散射现 象来进行温度测量的。当某一波长的脉冲光导人光 纤后，从光纤返回 3种随时间变化的散射光：Ray． 1eign、Raman、和Bfilouin 其中，Rayleign散射光与入 射光的频率相同，是由光纤材料折射率的变化引起 的；而Raman和 Brilouin 2种散射光分别是由光振子 和声振子引起的