蟒河口大壩混凝土施工溫控技術

徐更曉

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000)

1 工程概況

蟒河口水庫工程位于河南省濟源市境內，水庫總庫容1094萬m3，工程等級為中型Ⅲ等工程。水庫大壩為碾壓式混凝土重力壩，共10個壩段，左、右岸各布置3個擋水壩段，河床布置3個開敞式溢流壩段和1個底孔引水壩段，壩頂高程317.6 m，最大壩高77.6 m，壩頂長度220.5 m。大壩混凝土總方量為29萬m3，其中碾壓混凝土25.2萬m3。

2 混凝土拌和及運輸入倉

在距離大壩約1 km的下游場地布置拌和系統，采用一座多微DW240型連續式拌和樓和一座HZS60型強制式拌和站，前者以拌制碾壓混凝土料為主，后者以拌制常態混凝土料為主，合計銘牌產量300 m3/h,實際生產能力可達210 m3/h，滿足混凝土高峰澆筑強度的需要。混凝土骨料來自距離壩址4 km的克井鎮任莊石料廠，為人工骨料，最大生產能力5000 m3/d。

大壩280 m高程以下采用自卸汽車運料直接入倉，大壩上部采用岸坡滿管溜管入倉。

3 大壩混凝土設計溫控指標

3.1 基礎允許溫差

基礎溫差是指澆筑塊在距離建基面一定高度范圍內，混凝土最高溫度與該部位穩定溫度之間的差值。

表1 大壩基礎允許溫差 單位：℃

3.2 內、外溫差

內外溫差是指混凝土壩體內平均最高溫度與環境溫差之差，環境氣溫是指各月最低日平均氣溫，常態混凝土控制在20℃～25℃以下 ；碾壓混凝土厚度小于6 m的結構內外溫差控制在 20℃ 以下，大于6 m的結構控制在19℃ 以下。

3.3 壩體內部允許最高溫度

壩體內部允許最高溫度見表2。

表2 壩體內部允許最高溫度 單位：℃

4 混凝土溫控設計

混凝土各項溫控指標相互關聯，為方便計以混凝土內部允許最高溫度為統一控制指標。

4.1 碾壓混凝土溫控設計

4.1.1 碾壓混凝土溫控計算工況

按照施工進度安排，混凝土在2008年11月～2009年10月施工，因此其施工的最高氣溫月份為6月份，壩體強約束區可安排在相對低溫時段施工，其內部最高溫度控制指標較易滿足，本文主要針對氣溫最高6月份施工的壩體弱約束區、非約束區的混凝土溫控進行計算。

4.1.2 工況I，6月份施工，不采取特殊溫控措施的混凝土內部最高溫度計算

骨料倉堆高6 m以上在廊道取料，砂石骨料溫度取月平均氣溫，拌和用水從地埋式水箱抽取，水溫也取月平均氣溫，6月份的月平均氣溫為26.6℃，水泥及粉煤灰溫度按50℃計算。

(1) 混凝土出機口溫度

根據初擬的碾壓混凝土配合比中每立方混凝土各種材料組成的重量(Wi)、溫度(Ti)和比熱(Ci)，拌和產生的機械熱按1600 kJ計，計算混凝土的出機口溫度(T0)為：

表3 不采用特殊措施情況下碾壓混凝土6月份出機口溫度

(2)砼入倉溫度計算：

TB·P=T0+(Ta-T0)(θ1+θ2+…+θn)

式中：T0為混凝土出機口溫度；Ta為混凝土運輸時的氣溫，取6月份最高平均氣溫33.30C；θ1、θ2……θn為有關系數，混凝土運輸過程中，每裝卸轉運一次θ=0.032，混凝土運輸時θ=At，A為系數，自卸汽車A=0.003，t=汽車運輸時間，t=12 min(以1.5 km運距考慮)。

代入計算可得入倉溫度為：TBP=29.03℃ 。

(3)混凝土澆筑溫度計算

混凝土澆筑溫度系指砼經過平倉振搗后，覆蓋上層混凝土前在5 cm～10 cm深處測得的溫度。

TP=TB·P+0.003τ(Ta-TB·P)

式中：τ為混凝土平倉振搗后到上層混凝土覆蓋前的間隔時間，取120 min；TBP為混凝土入倉溫度，為29.03℃ ；Ta為氣溫，取6月份最高平均氣溫33.3℃。

計算可得：TP=30.57℃。

(4)混凝土最高溫度計算：

Tmax=TP+Tr=TP+Nθ0

式中：TP為混凝土澆筑溫度，6月份混凝土的澆筑溫度為30.57℃；Tr為水化熱溫升，Tr=Nθ0；θ0為混凝土最終絕熱溫升，℃；N為系數，根據澆筑層的厚度，天然散熱條件和澆筑溫度確定，這里澆筑層厚多為2 m～3 m，取經驗數字0.5。

混凝土最終絕熱溫升θ0計算：

θ0=Q(W+kF)/Cρ

式中：Q為水泥水化熱，按經驗數字取為82 kcal/kg；W為水泥用量，70 kg/m3；F為粉煤灰用量，90 kg/m3；k為粉煤灰相對水泥的水化熱折減系數，取0.25；C為混凝土的比熱，取0.245 kcal/(kg·℃)；ρ為混凝土的重力密度，取2400 kg/m3。

計算得θ0=12.90℃。

計算得混凝土最高溫度Tmax=30.57+12.90×0.5=37.02℃。

該溫度不滿足6月份大壩非約束區碾壓混凝土內部最高溫度36℃的要求、更不滿足弱約束區28℃的要求，因此要考慮采用其他溫控措施。

4.1.3 工況Ⅱ，6月份施工，采取相應溫控措施時混凝土內部最高溫度計算

應該試算后擬采取的主要溫控措施為：骨料堆倉搭設遮陽蓬并噴水霧降溫，可使骨料溫度低于月平均氣溫2℃～3℃，用冷水機組生產50C冷水拌制混凝土，對施工倉面噴水霧降溫，可降低環境溫度6℃～8℃，使小環境溫度不高于混凝土入倉溫度，相應倉面內混凝土溫度回升不再考慮,在混凝土中埋設1 m×1.5 m間距冷卻水管通冷水對混凝土進行冷卻，計算方法同前述，詳細計算過程不再列出，僅列出計算結果見表4。

表4 采用相應溫控措施碾壓混凝土6月份混凝土溫控計算表 單位：℃

4.2 常態混凝土溫控設計

4.2.1 常態混凝土溫控計算工況

主要為墊層及溢流面混凝土，其中約束區的墊層可安排在相對低溫時段施工，其內部最高溫度控制指標較易滿足，本文主要針對氣溫最高6月份施工的溢流面混凝土溫控進行計算。

4.2.2 常態混凝土內部最高溫度計算

除配合比不同外其他施工條件同碾壓混凝土，擬采用配合比每方混凝土材料用量：水泥250 kg、粉煤灰43 kg、砂725 kg、粗骨料1240 kg、水146 kg，也分為不采用特殊溫控措施和采用一定溫控措施兩種情況計算，經試算后采用的溫控措施：5℃冷水拌和、作業倉面噴霧降溫、混凝土內部埋設1 m×1 m間距管通冷卻水降溫，計算方法同碾壓混凝土，計算過程不再詳述，下面僅列出計算結果見表5。

表5 采用相應溫控措施常態混凝土6月份混凝土溫控計算表 單位：℃

5 混凝土溫控措施

5.1 高溫季節混凝土溫控措施

圍繞降低混凝土內部最高溫度采取綜合配套措施。

5.1.1 控制出機口溫度

通過搭設遮陽棚、增加骨料堆高、噴霧、地下廊道取料等措施來控制骨料溫度，控制水泥、粉煤灰入罐溫度不大于50℃，利用制冷水拌和混凝土，選用兩臺每小時可產10 m3/h、5℃冷水的制冷機組，制冷能量55萬kJ/h，配套電機200 kW。

5.1.2 減少運輸及倉面作業過程中的溫度回升

自卸車等混凝土的容器側壁用隔熱材料進行保溫，自卸車頂部加設活動式遮陽棚，集料斗搭設遮陽棚，輸送混凝土的皮帶機和滿貫溜管搭蓋遮陽防雨棚。

各施工環節統一調度，緊密配合，縮短混凝土運輸及等待卸料時間，加快混凝土入倉、鋪料平倉、碾壓或振搗的速度，及時進行上層料的覆蓋或隔熱材料覆蓋，減少溫度倒灌。混凝土終凝后要保濕養護。

高溫季節布置兩臺WD2000-30型遠射程風送式噴霧機，在作業倉面噴霧形成小氣候，可降低環境氣溫6℃～8℃。

5.1.3 降低混凝土水化熱溫升

優化混凝土配合比，摻加高效減水劑和粉煤灰以減少水泥用量，采用中低熱水泥，通過以上方法降低混凝土水化熱。

5.1.4 合理安排施工時段

壩體下部強約束區混凝土安排在低溫季節施工。

高溫季節施工時，在施工進度滿足要求的前提下，盡量避開高溫時段澆筑，高溫時段只作備倉工作，混凝土澆筑時間可安排在早晚、夜間及利用陰天進行。

5.1.5 做好混凝土散熱及內部降溫

壩體采用3 m厚分層澆筑，中間間隔5～7天，以利混凝土散熱。

預埋水管通冷卻水降溫，控制混凝土內部最高溫升，碾壓混凝土按1.0 m×1.5 m間距布設冷卻水管、常態混凝土按1.0 m×1.0 m間距布設冷卻水管。

5.1.6 混凝土溫度檢測

除做好氣溫、原材料溫度檢測外，要加強混凝土出機口溫度、澆筑溫度、內部溫度及冷卻水溫的檢測，通過檢測數據及時調整溫控措施以滿足各項溫控指標的要求。

5.2 混凝土低溫季節溫控

日平均氣溫連續5 d穩定在5℃以下，或最低氣溫連續5 d穩定在-3℃以下時，按低溫季節要求施工。日平均氣溫-10℃以下時不再安排施工。

5.2.1 澆筑基面處理

當基巖或老混凝土表層低于0℃時，對其表層10 cm深度范圍內進行處理，用熱風槍加熱至3℃以上。

5.2.2 保證澆筑溫度

加熱水拌和，熱水溫度50℃～60℃，使得混凝土澆筑溫度在5℃以上。

5.2.3 做好混凝土保溫

采取保溫模板(木模)，或鋼模內襯保溫材料，每層澆筑完畢立即采用保溫材料覆蓋頂面。

壩體上、下游面處于長期暴露壯態，采用氣墊薄膜內貼在模板上，形成半永久性保溫層，既可保溫又可保濕。

6 結語

蟒河口大壩混凝土施工中，通過溫控設計計算和比較分析，采用了有針對性的綜合混凝土溫控措施，壩體內部最高溫度及基礎溫差和內外溫差均控制在設計允許值范圍之內，壩體混凝土未出現危害性裂縫、表面裂縫也得到了控制，取得了滿意的效果，本工程的溫控實例也表明，碾壓混凝土大壩溫控措施應通過對不同溫控方案做詳細的經濟技術比較來確定，未必都需要采用風冷骨料、加冰拌和等特殊溫控措施，盡量優化溫控措施，以便在技術上滿足溫控要求的前提下控制施工成本。