水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规程.doc
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1、DL / T 5207 2005ICS 27.140P 59备案号:J4172005中华人民共和国电力行业标准P DL / T 5207 2005水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范Technical specification for abrasion and cavitationresistance of concrete in hydraulic structures2005-02-14发布 2005-06-01实施中华人民共和国国家发展和改革委员会 发布目 次前言1 范围12 规范性引用文件23 术语和定义34 总则45 水力学和水工设计56 材料97 施工128 维护与修补159 质
2、量控制与验收18附录A(规范性附录) 抗冲磨试验方法21附录B(资料性附录) 泄水结构初生空化数si估算值25附录C(规范性附录) 抗空蚀试验方法31附录D(规范性附录) 水工混凝土铁矿石骨料品质要求34附录E(规范性附录) 水工混凝土铸石骨料品质要求35条文说明37前 言本标准是根据原国家经济贸易委员会关于下达2001年度电力行业标准制、修订计划的通知(电力200144号文)的安排制定的。水利水电工程中的泄水建筑物是涉及工程安全的重要建筑物。我国已建工程的泄水建筑物运行状况总体上是安全的,泄水建筑物混凝土受高速水流冲磨、空蚀等破坏现象常有发生,不仅直接或间接影响工程的安全正常运行,而且维护修
3、补费用巨大。在总结我国几十年来对泄水建筑物抗冲磨防空蚀技术方面已取得的经验,参考国外有关标准和文献,进行必要补充试验的基础上制定本标准。本标准的附录A、附录C、附录D、附录E都是规范性附录,附录B是资料性附录。本标准由中国电力企业联合会提出。本标准由电力行业水电施工标准化技术委员会归口并负责解释。本标准主要起草单位:南京水利科学研究院。本标准参加起草单位:中国水电工程顾问集团公司贵阳勘测设计研究院。本标准主要起草人:林宝玉、郑治、蔡跃波、汪毅、卢红、李亚杰、张远曙。III1 范 围 本标准规定了水工建筑物抗冲磨防空蚀(以下简称抗磨蚀)混凝土工程的设计、施工、维修和运行的原则。本标准适用于水流流
4、速小于40m/s的大、中型水利水电工程1、2、3级泄水建筑物的设计和施工,4、5级泄水建筑物的设计和施工可参照执行。对于流速大于等于40m/s的泄水建筑物的抗磨蚀问题,应做专门研究。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。GB/T 18736高强高性能混凝土用矿物外加剂GB 50204混凝土结构工程施工质量验收规范DL/T 5039水利水电工程钢闸门设计规范DL/T
5、5108混凝土重力坝设计规范DL/T 5110水电水利工程模板施工规范DL/T 5144水工混凝土施工规范DL/T 5150水工混凝土试验规程DL/T 5151水工混凝土砂石骨料试验规程DL/T 5166溢洪道设计规范DL/T 5195水工隧洞设计规范JGJ 53 普通混凝土用碎石或卵石质量标准和检验方法JTJ 058 公路工程集料试验规程JG/T 3064钢纤维混凝土SL 230混凝土坝养护修理规程3术 语 和 定 义3.0.1空化 cavitation 水流中局部压力降低到水汽化压力时,形成水蒸气气泡的现象。3.0.2空蚀 cavitation erosion 水流空化气泡溃灭时的瞬时压力
6、对过流边界表面的剥蚀。3.0.3水流空化数 flowing cavitation number 流体内发生空化条件的无量纲参数,以压力水头与流速水头之比表示。3.0.4初生空化数 initiative cavitation index流体中开始出现空化时的临界水流空化数。3.0.5推移质 bed load在河床表面附近以滑动、滚动、跳跃或层移方式运动的粒径大于5mm的块石泥沙。3.0.6悬移质 suspended load 悬浮在水流中随水流运动,粒径小于等于5mm的泥沙。3.0.7含沙量 sediment concentration 单位流动水体中所含的悬移质泥沙质量。3.0.8掺气 aer
7、ation 在水流空化区掺入空气。4总则4.0.1 为了在泄水建筑物的设计和施工中做到安全适用、经济合理、技术先进,制定本标准。4.0.2 大型工程和水力条件复杂的中型工程泄水建筑物,应进行水工模型试验,验证其布置和水力设计的合理性,选定合适的体形和运行方式。4.0.3 水工抗磨蚀混凝土的设计与施工采用新技术、新工艺、新材料和新设备时,应经过充分论证并建立完善的质量保证体系。4.0.4 水工抗磨蚀混凝土的设计、试验、施工、运行过程中,应经常进行技术分析和总结,提高技术水平。5水力学和水工设计5.1一般规定5.1.1 泄水建筑物布置应符合DL/T 5108、DL/T 5166、DL/T 5195
8、的有关规定,使其体形合理,流态平稳。5.1.2 泄水建筑物泄槽(或洞身、孔身)段宜采用直线。如必须设置弯道段,应设在流速较小、水流平稳、缓坡的部位。平面布置弯道应采用大半径、小转角的弯道,弯道前后应设直线段,其直线段长度及转弯半径宜大于5倍泄槽宽度(洞径、洞宽)。纵剖面曲线应连续、平顺,当水流流速大于25m/s时,应通过水工模型试验,使体形简单合理,水流平稳,时均压力大,避免发生空蚀。5.1.3 平面闸门门槽形式应按照DL/T 5039选用。 5.1.4 1、2级泄水建筑物或流速大于25m/s时的泄水建筑物,其体形、结构尺寸及消能工,应通过水工模型试验确定。5.1.5 峡谷地区泄水建筑物宜采用
9、分散泄洪分区消能的方式,水流应立面扩散,纵向拉开,防止集中冲刷护坦和水垫塘的底板。5.1.6 泄水建筑物易磨蚀部位应具备检查维修条件,设计应提出运行要求。5.1.7 大体积或大面积抗磨蚀混凝土施工应进行温控防裂设计,制定温控标准。5.2抗 冲 磨 设 计5.2.1 设计泄水建筑物时,在多泥沙河流应全面收集水流中的含沙量、泥沙颗粒形状、粒径、硬度、矿物成分、异重流运动规律等,推移质多的河流应收集推移质的数量和粒径及其运动方式,在有冰凌的河流还应收集冰凌的大小及其运动方式等资料,分析其对混凝土表面的磨损影响。5.2.2 有推移质河流低进口的取水建筑物宜在上游设置拦沙和导排措施。5.2.3 在泄水建
10、筑物进口附近和库首岸边应避免弃渣。应做好上下游围堰拆除的设计,防止石渣冲磨混凝土并导致空蚀。5.2.4 在多泥沙河流的泄水建筑物进口附近宜设置排沙、沉沙设施。5.2.5 泄水建筑物的边坡和出口岸坡应进行防护,防止掉石、滚石进入槽内,防止漩涡和环流挟沙石对消力池、护坦、水垫塘、尾水渠(管)等建筑物的严重磨损。5.2.6 含推移质和多泥沙河流的闸坝泄水建筑物底板应采用一种坡度与护坦相接的急流泄槽形式。底流消能的消力池,应为无辅助消能工的护坦。5.2.7 含沙高速水流方向和建筑物侧墙平面夹角大于10时,应提高侧墙混凝土的强度等级。5.2.8 抗冲磨混凝土钢筋保护层厚度不得小于10cm,靠近表面的钢筋
11、应平行于水流方向。5.2.9 抗冲磨混凝土侧墙厚度不宜小于20cm,底板厚度不宜小于30cm。5.2.10 含推移质水流速度大于10m/s或悬移质含量大于20kg/m3(主汛期平均)且水流速度大于20m/s时,应根据工程条件选择附录A中的至少一种方法进行混凝土抗冲磨试验,比选抗冲磨材料。5.3防 空 蚀 设 计5.3.1 泄水建筑物设计时,应选择合理体形,提高水流空化数s,降低初生空化数si,使ssi。放空洞、临时泄水建筑物(除导流洞和导流底孔的门槽外),易于检修的部位可采用s0.85si。不同结构型式的si估算值参见附录B。对重要建筑物关键部位或水流速度大于35m/s或s0.3时,应进行减压
12、模型试验。5.3.2 应进行泄水建筑物沿程水流空化数计算,见式(5.3.2)。(5.3.2)式中: 水流空化数;h0计算断面处的时均压力水头,m;当水流流速大于30m/s时,应计及脉动压力的影响;hd计算断面处的大气压力水柱,m;对不同高程按hd= (10.33-/900)估算,为海拔高度;hv水的汽化压力水柱,m;按表5.3.2采用;v0计算断面处水的流速,m/s;可按实测流速分布图采用,一般情况下,取断面平均流速;g重力加速度,m/s2。表5.3.2水的汽化压力与水温的关系表水温T05101520253040汽化压力hvm0.060.090.130.170.240.320.430.755.
13、3.3 泄水建筑物下列部位或区域易发生空蚀破坏,应采取防空蚀措施:1 闸门槽、堰顶附近、弯曲段、水流边界突变(不连续或不规则)处;2 反弧段及其附近;3 鼻坎、分流墩、消力墩;4 水流空化数s0.30的部位。5.3.4 应根据水流空化数的大小确定过流表面的不平整度处理标准,见表5.3.4。表5.3.4表面不平整度处理标准水流空化数s0.600.600.350.350.300.300.200.200.150.150.100.10掺气设施不设设不设设不设设修改设计突体高度控制mm25128615310修改设计6处理坡度上游坡1/101/301/401/81/501/101/10下游坡1/51/10
14、1/101/41/201/51/8侧向坡1/21/31/51/31/101/31/45.3.5 水流空化数小于0.30或流速大于30m/s时,宜按下列原则设置掺气减蚀设施:1 选用合理的掺气型式,组合式掺气应进行大比尺模型试验论证,确保形成稳定的空腔;2 近壁层掺气浓度应大于3,要求特别高的部位应不低于5;3 掺气保护长度根据泄水曲线型式和掺气结构型式确定,曲线段可采用70m100m,直线段可为100m150m,对长泄水道应考虑设置多级掺气减蚀设施。5.3.6 1、2级泄水建筑物流速大于30m/s的区域应进行混凝土抗空蚀强度试验(试验方法详见附录C)与原型空化空蚀监测设计。6材料6.1无机材料
15、6.1.1 抗磨蚀护面材料应采用抗磨蚀性、体积稳定性(低热、低收缩)、工作性均优的高性能混凝土与砂浆。6.1.2 配制高性能抗磨蚀的混凝土及砂浆所用材料除应符合DL/T 5144规定外,还应符合下列要求:1 宜选用大于等于42.5强度等级的中热硅酸盐水泥、硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。2 应选用质地坚硬、含石英颗粒多、清洁、级配良好的中粗砂。3 应选用质地坚硬的天然卵石或人工碎石,天然骨料最大粒径不宜超过40mm,人工骨料最大粒径可为80mm,当掺用钢纤维时混凝土骨料最大粒径不宜大于20mm。4 应掺用高效减水剂,宜优先选用低收缩的聚羧酸盐等高效减水剂,有抗冻要求的应论证加入引气剂的必要性。5
16、配制高性能混凝土时,应掺用、级粉煤灰,硅粉,磨细矿渣等活性掺合料。掺合料用量应通过优化试验确定,其品质应符合GB/T 18736的规定。6.1.3 采用铁矿砂石骨料时,人工铁矿砂石的级配及其品质应符合附录D的规定。6.1.4 采用铸石骨料时,人工铸石砂石的级配及其品质应符合附录E的规定。6.1.5 掺用钢纤维时,所用钢纤维应符合JG/T 3064的有关规定。6.2有机材料6.2.1 抗磨蚀护面有机材料可采用环氧树脂砂浆及混凝土、聚合物纤维砂浆及混凝土、不饱和聚酯树脂砂浆及混凝土、丙烯酸环氧树脂砂浆及混凝土、聚氨酯砂浆及混凝土等。6.2.2 配制各类抗磨蚀树脂砂浆及混凝土应选用耐磨填料及骨料,例
17、如石英砂、粉,铸石砂、粉,棕刚玉砂、粉,金刚砂、粉,铁矿砂、粉等,其配合比应通过试验确定。6.3材料选择6.3.1 抗磨蚀混凝土的强度等级分C35、C40、C45、C50、C55、C60、C60七级。6.3.2 水流中冲磨介质以悬移质为主的工程,可根据最大流速和多年平均含沙量按表6.3.2选择混凝土强度等级,并进行抗冲磨强度优选试验。表6.3.2抗悬移质磨蚀混凝土的强度等级水流空化数s1.51.50.60.60.30.3水流流速m/s151525253535含沙量kg/m32222222强度等级C35C40C35C40C50C40C50C60C50C60注1:排沙建筑物均应按含沙量大于2kg/
18、m3选择混凝土强度等级。注2:当过流中推移质含量大于2kg/m3时,宜选用较表中提高12个强度等级的混凝土(以5MPa为1个等级)。注3:如建筑物投入运行前龄期大于90d,可用90d强度作为设计等级强度。注4:如s 和流速不一致时,按等级偏高一级确定。 6.3.3 各个等级抗磨蚀高性能混凝土都应通过配合比优化试验,选择抗磨蚀性、和易性、体积稳定性和经济性较优的配合比。配合比试验中应使用粉煤灰、硅粉、磨细矿渣,其最大掺量不应超过表6.3.3的规定。C50以上混凝土宜选用级粉煤灰,也可以选用需水量比100、细度15、烧失量3的级粉煤灰。 表6.3.3 活性掺合料最大掺量活性掺合料占胶凝材料总质量(
19、)粉煤灰磨细矿渣硅粉粉煤灰+磨细矿渣+硅粉粉煤灰+硅粉25501050356.3.4 水流中冲磨介质以推移质为主的工程,应根据推移质粒径、流速等进行研究,选择抗磨蚀混凝土或其他抗磨蚀材料,如钢板、复合钢板、钢轨、条石、铸石板等。6.3.5 使用有机材料时,应选用无毒或低毒、方便施工的原材料,所配成材料的线膨胀系数与基底混凝土线膨胀系数之比应小于4。7施工7.1混凝土配合比设计原则7.1.1 抗磨蚀混凝土配合比设计中的配制强度应按式(7.1.1)计算:fcu,0=fcu,k+1.28sc(7.1.1)式中:fcu,0混凝土施工配制强度,MPa;fcu,k设计要求的混凝土强度值,MPa;sc混凝土
20、强度标准差,MPa。标准差sc由混凝土生产过程中质量管理水平确定,应根据施工单位的历史统计资料计算得出,无历史统计资料时,对C35C50抗磨蚀混凝土可取sc=5MPa,对C55C60抗磨蚀混凝土,配制强度取值应不低于设计强度等级的1.15倍;对大于C60抗磨蚀混凝土,配制强度取值应不低于设计强度等级的1.12倍。7.1.2 抗磨蚀混凝土的配合比设计,除应满足强度要求外,还应进行抗磨蚀性能优化试验。7.1.3 抗磨蚀混凝土水胶比应小于0.4。7.1.4 掺有硅粉的抗磨蚀混凝土,应同时掺入补偿早期收缩的膨胀剂或减缩剂。7.1.5 抗磨蚀混凝土拌和物的流动性,应根据混凝土运输、浇筑方法和气候条件决定
21、,可按照DL/T 5144有关规定采用较小的坍落度。7.1.6 抗磨蚀混凝土粗骨料级配及砂率的选择,应在满足混凝土施工和易性要求的前提下,选取密实度较大的粗骨料级配和最佳砂率。7.2施工技术要求7.2.1 抗磨蚀混凝土施工应符合DL/T 5144有关拌和、运输、摊铺、振捣、养护、质量控制等规定。7.2.2 抗磨蚀混凝土宜与基底混凝土同时浇筑,需分期浇筑时,应按设计要求施工。7.2.3 强度等级大于C50的混凝土宜采用强制式搅拌机拌和,其投料顺序通过试验确定。7.2.4 抗磨蚀混凝土的拌和时间,应较普通混凝土延长30s60s,掺钢纤维抗磨蚀混凝土应延长60s120s,或通过试验确定。7.2.5
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