大體積混凝土冷卻水管布置施工

蔣一鳴

（福建林業職業技術學院，福建 南平 353000）

大體積混凝土有著比較大的結構尺寸，因此水泥用量也比較大，水化熱產生的比較多。大體積混凝土由于自身結構特點內部溫度難以散發，內部溫度升高混凝土外部與內部產生溫度差。這種溫度差會產生溫度應力，當應力值逐漸加大，一旦超過混凝土極限拉應力，大體積混凝結構就會由于受力不均產生溫度裂縫，危害混凝土結構，帶來安全隱患，如不采取相應措施，裂縫將會不斷發展，直至結構破壞[1]。因此大體積混凝土溫控工作是保證大體積混凝土澆筑質量的關鍵因素。國內外關于大體積混凝土澆筑有各種溫控措施，其中通水冷卻是各項大體積混凝土防裂措施中最常用、最有效的方法之一[2]。

1 冷卻水管溫控原理及施工現狀

1.1 冷卻水管溫控原理

冷卻水管溫控是指在大體積混凝土澆筑之前，在混凝土內部預先架設冷卻水管，大體積混凝土澆筑完成之后，通過預埋的水管通入冷卻水，由冷卻水循環流動帶走混凝土內部熱量，進而降低混凝土中心溫度，減小溫度應力。為保證混凝土內外溫差控制在一定范圍內，在混凝土澆筑前預埋一定的測溫點，在混凝土澆筑后實時監測。如出現內外溫差過大等異常情況，及時調整冷卻水的溫度和流量防止混凝土產生裂縫。

1.2 冷卻水管施工現狀

目前，溫控冷卻水管常用的有鋼管、鋼絲網塑料復合管、HDPE塑料管三種，三種材料的冷卻水管各有優劣。郭利霞[3]在杭州某大型混凝土泵站內對三種材料的管道進行了實驗，鐵管的冷卻降溫效果最好，可以很好地抑制早期表面裂縫和后期內部裂縫的產生，但容易由于降溫過快產生管壁混凝土裂縫；鋼絲網塑料復合管冷卻效果比鋼管弱一點但也不錯，而且不至于產生管壁冷縫與銹蝕開裂；HDPE管的冷卻效果相對較差。從費用方面來看，鋼管費用比較高，接頭容易出現漏水，鋪設不方便；HDPE塑料管導熱性稍微差一些，但是鋪設方便快捷，接口方便費用便宜。無論使用哪一種材料的冷卻水管，冷卻水管施工中一個非常重要的問題就是防止漏水滲漏，因為混凝土的振搗碾壓和施工機械的移動等因素會對預埋在其中的冷卻水管造成擠壓震動，造成冷卻水管移位、折彎甚至破壞。冷卻水管一旦出現破壞，造成混凝土倉面冒水，那么冷卻通水只能被迫中斷，無法有效控制混凝土內部溫度。根據現場經驗，在冷卻水管破壞的情況中，大部分滲漏破裂出現在冷卻水管的接頭位置，冷卻水管接頭作為薄弱處在施工時應當引起重視。

2 冷卻水管連接施工實例

2.1 工程概況

某水電站工程大壩為混凝土拱壩結構，有數十萬方的混凝土澆筑工作。這么大方量的混凝土澆筑極易出現溫度裂縫，為防止混凝土開裂，工程采取了一系列的措施，包括改善混凝土配合比、分縫分塊、冷卻水管冷卻、混凝土骨料預冷、表面覆蓋保溫等。其中，混凝土冷卻水管采用HDPE塑料管和鋼管，固結灌漿蓋重區采用焊接鋼管，其他區域則使用HDPE塑料管，水平間距與垂直間距不同區域設置為1m～1.5m。冷卻水管施工前為了滿足壩內冷卻水管施工的要求，需要對冷卻水管接頭進行優選。施工單位對目前市場上的幾種接頭形式進行了初步現場試驗和現場工藝試驗。

2.2 HDPE塑料冷卻水管連接方式

根據施工經驗，工程初步選擇的HDPE塑料冷卻水管之間連接接頭的三種形式分別是：鍍鋅鋼管加工接頭、熱熔連接和PVC套管螺紋式接頭。鍍鋅鋼管加工接頭的施工方式是使用鍍鋅鋼管加工成直通、三通、彎頭等各種接頭，連接時使用汽油噴燈烤軟HDPE塑料管后迅速插入鍍鋅鋼管接頭。熱熔連接則是將兩根HDPE管道或者管道與連接管件的配合面緊貼在熱熔焊機上，加熱直至熔融，在移走加熱工具后，將兩個熔融的端面緊靠在一起，保持壓力直至接頭冷卻，使兩段管道或管道與管件連接成為一個整體的操作。PVC套管螺紋式接頭連接方式則是指將HDPE塑料管連接處加工絲頭，然后用帶螺紋的PVC管道連接件進行連接。

現場工藝試驗：試驗管路將鍍鋅鋼管加工接頭、熱熔連接和PVC套管螺紋式接頭串聯到一個管路上面，由于管道的長度很小，沿程水頭損失以及局部水頭損失比較小，可以忽略不計，可以近似認為管道內壓力一致。為了排除個別接頭操作不當或者個體質量問題等因素的影響，試驗準備了五組相同的串聯管路進行現場試驗?？紤]到大壩溫控系統冷卻水管供水壓力定為0.8MPa，故將壓力設置為0.18MPa、0.4MPa、0.8MPa、1.0MPa四個梯度。五組管路接通后啟動加壓水泵。第一步，將水壓設置為0.05MPa后加壓通水一分鐘，這一步的目的是將管路內氣體完全排出。第二步，水壓設置為0.18MPa，通水五分鐘后，五組串聯管路熱熔接頭、鍍鋅鋼管加工接頭均不漏水，有一個套管螺紋式接頭出現漏水嚴重。經觀察，五組串聯管路的套管螺紋式接頭并非全部漏水，考慮到個別漏水可能是由于接頭連接操作不當造成的，把漏水套管螺紋式接頭拆掉重新安裝，安裝后重新加壓至0.18MPa時只有一個套管螺紋式滴水，其他全不漏水。第三步，水壓設置為0.4MPa，通水五分鐘后，五組串聯管路熱熔接頭、鍍鋅鋼管加工接頭均不漏水，而五個套管螺紋式接頭均出現嚴重漏水。由于套管螺紋式接頭漏水嚴重，往上加壓已經加不上去，為了進一步優選接頭，淘汰套管螺紋式接頭，而采用其他接頭串聯方式進行加壓。第四步，將鍍鋅鋼管加工接頭、熱熔連接串聯到一個管路上，啟動水泵將壓力加到0.8MPa時，所有接頭均不漏水，繼續加壓。當加壓至1MPa時，有一鍍鋅鋼管加工接頭脫落，其他接頭均不漏水。考慮到鍍鋅鋼管加工接頭有脫落的情況，對鍍鋅鋼管加工接頭進行工藝改良，在接頭連接處采用3股鐵鋼絲捆扎兩道的方式加固后，接頭不再出現脫落情況。

實驗結論：考慮到大壩混凝土施工時，冷卻水管內壓力在0.8MPa左右，可認為鍍鋅鋼管加工接頭、熱熔連接接頭兩種連接方式都能滿足冷卻水管使用時的壓力要求。鍍鋅鋼管加工接頭在桑郎水庫大壩[4]已經有成功使用案例，使用這種接頭性能好，滲水漏水問題極少出現。但是這種接頭價格較高，連接效率不如熱熔連接，導致施工成本較高。熱熔接頭成本較低，連接方便迅速。后期經過平倉機碾壓現場試驗，兩種接頭均能夠滿足使用要求，考慮到熱熔連接效率高的特點HDPE塑料冷卻水管大部選用熱熔連接方式。

2.3 鋼管與HDPE塑料冷卻水管連接方式

鋼管與HDPE塑料管的連接相當于鍍鋅鋼管加工接頭與HDPE塑料冷卻水管的連接，已做過現場工藝試驗能夠滿足要求。

2.4 鋼管與鋼管連接方式

根據施工經驗，工程初步選擇鋼管冷卻水管之間連接接頭的三種形式為：橡膠管套接綁扎式接頭（見圖1所示）、鑄鐵套管螺紋式接頭和黑鐵管套管焊接式接頭。鑄鐵套管螺紋式接頭由于鑄鐵的脆性，根據以往施工經驗，其在平倉機碾壓和振搗棒振搗時極易被破壞，故不選用此接頭。黑鐵管套管焊接式接頭由于日常使用的鐵管壁厚較薄，焊接時容易穿孔，考慮到施工焊接量比較大，施工速度比較慢，不宜大范圍地使用。橡膠管套接綁扎式接頭在以往施工中有成功使用過的先例，而且施工也比較方便。經過水壓試驗，能夠在施壓試驗中加壓至1.2MPa不漏水，滿足使用要求。

圖1 橡膠管套接綁扎式接頭示意圖

在實際使用過程中橡膠管套接綁扎式接頭在平倉機碾壓和振搗棒振搗作用下出現了水管錯位的情況，經工藝改良，在連接處綁扎短鋼筋后水管不再出現錯位問題。故鋼管與鋼管之間的連接采用橡膠管套接綁扎式接頭能夠滿足溫控要求。

3 結語

采取這樣的方式預埋冷卻水管，經通水試驗，冷卻水管很少出現過流能力嚴重不足或者堵塞、漏水的現象，冷卻水管合格率滿足大壩溫控要求，有效控制了大壩溫度裂縫的出現。大壩完工后未出現危害性貫穿性裂縫。