水電站大壩混凝土溫度控制技術(shù)探討

徐 健

中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢西北公司，陜西 西安 710075

1 工程概況

小灣水電站屬大型一等工程，以發(fā)電為主兼有防洪、灌溉、養(yǎng)殖和旅游等綜合利用效益，水庫(kù)具有不完全多年調(diào)節(jié)能力。水庫(kù)庫(kù)容為149.14×108m3，電站裝機(jī)容量4200mW（6×700mW）。大壩由43個(gè)壩段及左岸壩肩推力墩組成，以22#、23#壩段橫縫為界分為左、右岸兩個(gè)標(biāo)段。本標(biāo)為左岸大壩標(biāo)，施工范圍為23#～43#壩段及部分水墊塘混凝土澆筑。

2 大壩混凝土溫度控制難度

本水電站大壩為混凝土拱壩，鑒于工期緊以及施工強(qiáng)度高，其溫控要求相當(dāng)嚴(yán)格。由于這些情況，使得本大壩混凝土在溫控方面的難度體現(xiàn)在以下幾方面：

1）鑒于本大壩混凝土采用的是C18045、C18040，混凝土強(qiáng)度高導(dǎo)致較難控制混凝土的最高溫度，尤其在高溫季節(jié)施工；

2）鑒于倉(cāng)面采用平層法澆筑，混凝土暴露時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致混凝土澆筑時(shí)較難控制倉(cāng)面溫升；

3）本大壩工程所處地區(qū)的晝夜溫差大，造成新澆混凝土表面較易受到外界氣溫變化影響而出現(xiàn)裂縫；

4）由于二期冷卻在混凝土的短齡期內(nèi)，而混凝土內(nèi)水泥水化熱沒(méi)有完全釋放，加上由于拱壩邊坡陡峭，很有可能出現(xiàn)橫縫壓縫現(xiàn)象。這些問(wèn)題需要通過(guò)適當(dāng)超冷混凝土溫度解決，這為二期冷卻帶來(lái)更大的難度。

3 大壩混凝土溫控分區(qū)

本工程的大壩混凝土分為基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)，基礎(chǔ)弱約束區(qū)和非約束區(qū)三大部分。強(qiáng)約束區(qū)為h=0～0.2L區(qū)域內(nèi)混凝土，弱約束區(qū)為0.2L～0.4L區(qū)域內(nèi)混凝土，非約束區(qū)為0.4L以上的區(qū)域混凝土，其中L為壩塊基礎(chǔ)長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度。

根據(jù)施工總進(jìn)度計(jì)劃安排及溫控標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)溫控計(jì)算分析，基礎(chǔ)強(qiáng)弱約束區(qū)混凝土全年需要預(yù)冷混凝土。脫離基礎(chǔ)強(qiáng)弱約束區(qū)的混凝土澆筑除12月、元月份可以自然入倉(cāng)外，其余月份均需采用預(yù)冷混凝土。上部3m層厚澆筑層，采取初期冷卻措施，以有效地保證控制混凝土最高溫度滿足設(shè)計(jì)要求。

4 大壩混凝土溫控措施

4.1 合理安排混凝土施工程序

合理安排混凝土施工程序以及施工進(jìn)度，可有效地防止基礎(chǔ)貫穿裂縫、減少表面裂縫。因此在大壩混凝土施工時(shí)，對(duì)于基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土、底孔、中孔和表孔等重要結(jié)構(gòu)部位，在設(shè)計(jì)規(guī)定的間歇期內(nèi)連續(xù)均勻上升，不出現(xiàn)薄層長(zhǎng)間歇；而其余部位基本做到短間歇均勻上升?？刂普麄€(gè)大壩最高與最低壩段高差不大于30m。對(duì)于基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土施工，盡量安排在10月至次年3月氣溫較低季節(jié)澆筑，嚴(yán)格控制各環(huán)節(jié)的溫控效果。

4.2 優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)

澆筑大壩混凝土前，先對(duì)混凝土施工配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)?；炷潦┕ぶ胁扇∮行Т胧﹥?yōu)化混凝土配合比，保證混凝土所必須的極限拉伸值（或抗拉強(qiáng)度）、施工勻質(zhì)性指標(biāo)及強(qiáng)度保證率。在施工過(guò)程中強(qiáng)化施工管理，嚴(yán)格工藝，保證施工勻質(zhì)性和強(qiáng)度保證率達(dá)到設(shè)計(jì)要求，改善混凝土抗裂性能，提高混凝土抗裂能力。同時(shí)，降低混凝土單位水泥用量，以減少混凝土水化熱溫升和延緩水化熱發(fā)散速率，提高混凝土抗裂能力。

4.3 降低混凝土出機(jī)口溫度和澆筑溫度

1）混凝土出機(jī)口溫度控制。降低混凝土出機(jī)口溫度，通過(guò)控制混凝土從機(jī)口至倉(cāng)面覆蓋前混凝土溫度回升系數(shù)在0.25以內(nèi)，加大夜間澆筑混凝土的強(qiáng)度。通過(guò)骨料堆場(chǎng)控制、骨料預(yù)冷、拌和加冰加冷水等措施；

2）混凝土運(yùn)輸過(guò)程溫度控制。為了有效地降低混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中的溫度回升，施工中加強(qiáng)管理，加快混凝土的入倉(cāng)速度，以減少運(yùn)輸過(guò)程中的溫度回升；

3）混凝土澆筑過(guò)程溫度控制。降低混凝土澆筑溫度從降低混凝土出機(jī)口溫度和減少運(yùn)輸途中及倉(cāng)面的溫度回升兩方面考慮。為了有效地減少預(yù)冷混凝土的溫度回升，在高溫季節(jié)澆筑混凝土?xí)r在倉(cāng)面噴霧，以降低倉(cāng)面環(huán)境氣溫；同時(shí)，優(yōu)選施工設(shè)備，盡可能采用機(jī)械化操作，嚴(yán)格控制混凝土運(yùn)輸時(shí)間和倉(cāng)面澆筑坯覆蓋前的暴露時(shí)間，加快混凝土入倉(cāng)速度和覆蓋速度，降低混凝土澆筑溫度，從而降低壩體最高溫度。

4.4 混凝土澆筑分層及層間間歇控制

1）混凝土分層澆筑。澆筑層厚根據(jù)溫控、結(jié)構(gòu)和立模等條件選定。對(duì)于大壩河床壩段基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)澆筑層厚，4月～9月不大于1.0m，10月至翌年3月不大于1.5m；弱約束區(qū)澆筑層厚采用1.5m；非約束區(qū)澆筑層厚一般采用1.5m～3.0m。而對(duì)于埋件、鋼筋密集的孔口部位，鑒于澆筑3.0m層厚存在溫控及施工困難，采取一次立模兩次澆筑方式施工，每次澆筑1.5m；

2）混凝土層間間歇期控制?？刂苹炷翆娱g間歇期不能過(guò)短也不能過(guò)長(zhǎng)，對(duì)于1.0m層厚，控制層間間歇5d左右；1.5m層厚，控制層間間歇7d左右；3.0m層厚，控制層間間歇7d～10d。

5 大壩混凝土溫度控制計(jì)算

5.1 混凝土出機(jī)口溫度和澆筑溫度計(jì)算

1）在運(yùn)輸過(guò)程中，存在拌和樓轉(zhuǎn)料和往吊罐轉(zhuǎn)料，共轉(zhuǎn)料兩次，混凝土運(yùn)輸時(shí)間平均取30min，可以按下公式計(jì)算：TB，P=T0+0.124（Ta-T0），式中：TB，P-混凝土入倉(cāng)溫度，℃；T0-混凝土出機(jī)口溫度；Ta-混凝土運(yùn)輸過(guò)程的氣溫；

根據(jù)上述公式經(jīng)計(jì)算，若倉(cāng)面在噴霧的環(huán)境下，比外界氣溫低5℃。在高溫季節(jié)，混凝土的澆筑時(shí)的環(huán)境溫度最高月在6月，其平均環(huán)境溫度為18.5℃，澆筑溫度分別為：約束區(qū)12.9℃、非約束區(qū)14.8℃，基本滿足設(shè)計(jì)要求，顯然其它月份也能滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 混凝土內(nèi)部最高溫度計(jì)算

混凝土內(nèi)部最高溫度計(jì)算取值：外界溫度取月平均氣溫、養(yǎng)護(hù)水取月平均水溫，冷卻通水的水溫取10℃，冷卻水管長(zhǎng)度為300m，冷卻水管布置1.0m（澆筑層厚）×1.5m（水平間距）、1.5m（水平間距）×1.5m（澆筑層厚）、2.0m（澆筑層厚）×1.5m（水平間距）。本工程按《混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)要求進(jìn)行計(jì)算，其中自然散熱時(shí)采用單向差分法計(jì)算。

6 結(jié)論

本文結(jié)合小灣水電站大壩的溫控施工難點(diǎn)，提出相應(yīng)的混凝土溫度控制與防裂措施，同時(shí)對(duì)混凝土的溫度控制進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，本大壩混凝土所采取的混凝土控制措施可有效地滿足設(shè)計(jì)要求，保證了大壩澆筑質(zhì)量。

[1]趙仲，王紅軍.小灣水電站大壩混凝土溫控施工工藝[J].施工技術(shù)，2010(12).

[2]郭萬(wàn)里，董慶煊，普新友.小灣高拱壩混凝土溫度控制與管理[J].水力發(fā)電，2009(9).