高溫季節碾壓混凝土倉面全覆蓋溫控技術

張 剛，陳敦剛

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

0 引言

碾壓混凝土筑壩技術是最近三十年發展起來的一項筑壩技術。國內碾壓混凝土筑壩技術始于1978年，1983—1985年分別在銅街子工程和沙溪口工程中進行碾壓混凝土試驗，1986年建成我國第1座碾壓混凝土壩——福建省大田縣坑口壩（高56.8m）。

1 碾壓混凝土倉面溫度控制技術分析

碾壓混凝土因用水量小、流動性差，且采取大面積薄層澆筑，因此易受外界溫度、濕度、風力等因素的影響。在高溫季節進行混凝土施工時，因高溫、強烈日曬等因素影響，使混凝土水分蒸發而降低坍落度，增加攤鋪和碾壓施工難度；混凝土入倉溫度升高，還會使混凝土內部溫度與成型后的外部溫度產生較大溫差，引起裂縫。除需對碾壓混凝土原材料及配合比進行優化、降低混凝土原材料儲存溫度、混凝土運輸過程中防止溫升外，受施工環境多元化因素的影響，控制倉面內混凝土溫度上升技術仍處在探索階段，混凝土倉面溫度控制需根據施工環境條件采取相應的措施。

碾壓混凝土倉面溫度控制主要體現在倉面“小氣候”的改善，但受技術手段的限制，仍有許多難以克服的難題：采用固定或移動式噴霧裝置降溫，因設備能力所限，其影響范圍不能對倉面實現全覆蓋，影響碾壓混凝土施工速度；在碾壓混凝土成型后，采用保溫材料覆蓋不僅增加工序流程，降低工作效率，而且極易引起下層碾壓混凝土水分蒸發而初凝，從而導致碾壓混凝土上下層間結合不密實；富膠凝材料碾壓混凝土的出現，緩解碾壓混凝土層間結合的質量風險，但對倉面保濕的要求很高，且增加了碾壓混凝土施工成本；碾壓混凝土內通過埋設冷卻水管強制冷卻降溫，可使混凝土成型后內部溫升的峰值得到控制，緩解混凝土內部溫差引起的裂縫缺陷，但導致倉面工藝復雜，施工效率降低，且冷卻水管滲漏會影響層間結合，降低層間摩阻力，給壩體后續運行帶來安全風險；與此同時，高溫季節下層混凝土面覆蓋不及時引起碾壓前的初凝冷縫、入倉混凝土坍落度損失及混凝土工作度的峰值均可能引起碾壓混凝土眾多質量通病。因此，控制碾壓混凝土倉面溫度和濕度達到設計指標的倉面“小氣候”要求，成為高溫季節碾壓混凝土施工的重大難題。

2 碾壓混凝土倉面全覆蓋保溫降溫工作原理

園林草坪噴灌360°自動旋轉噴頭為綠化草坪養護的專利產品，該自動旋轉噴頭由噴嘴、噴嘴支架、噴嘴定位和主體組成，噴嘴安裝在噴嘴支架和噴嘴定位之間，主體上端連接有上蓋，主體內設置升降桿，升降桿內置水流通道，升降桿上端與噴嘴定位下端連接，水流從主體下端進入，自下而上流到噴嘴后向外噴出。升降桿在水的作用下向上升起，噴嘴在水的沖擊下旋轉，使水流向四周旋轉噴灑，有效提高水的利用率（見圖 1）。

圖1 倉面保濕、保溫全覆蓋布置

1）利用360°自動旋轉噴頭噴灑水的方式，結合高噴灌漿水氣二重管組合原理，在噴頭前置二重管，水源由制冷站專門供給，并在布置供水管的馬道上布置空壓機，為噴頭提供風源。

2）將360°自動旋轉噴頭進行組裝，采取懸掛的方式布置在作業區上方，并由每個噴淋頭控制的噴霧壓進行疊合，實現碾壓混凝土作業面上方全覆蓋。

3）噴淋頭采取在作業面上方布置承載索的方式進行懸掛，為方便噴淋頭檢修及噴嘴角度調整，并方便其與岸坡馬道上布置的供水供風管道相接，噴淋頭懸掛方式采取移動式設計，即利用牽引設施使噴淋頭實現其在壩軸線方向兩側自由移動，根據噴淋覆蓋面積的需要，實現單側覆蓋或全面覆蓋，達到覆蓋面開合自如的效果。

4）承載索與壩軸線平行，布置在壩頂高程以上適當位置，并由左右岸壩肩邊坡處的錨碇裝置鎖定牢固，承載索平行間距30m，每條承載索上采用“扁擔”布置3組噴淋頭，形成排距與間距均為10m的噴頭組合均勻噴灑。

5）每條承載索上分左右岸布置噴淋頭，噴淋頭采取串接方式，每個噴淋頭間距控制在10m左右，并使噴淋范圍有效搭接，防止噴頭組合范圍內在噴淋時出現覆蓋搭接“盲區”。

6）噴淋頭安裝在吊架上，吊架與滾輪上的吊耳采用電動葫蘆加吊索相接，使用電動葫蘆調整噴頭的上下移動。

7）噴淋供水（氣）管采用高強PVC管，保證系統正常使用。

8）噴頭采用360°旋轉噴淋系統，調節噴嘴方向，通過調整噴嘴角度及水壓，控制單個噴頭噴灑范圍及水霧姿態，即通過調節每個噴頭上4組出水口和每組孔的角度與方向，使噴頭噴出的水霧形成互補和加強，從而達到最佳噴淋降塵效果。

9）合理選擇冷卻水制冷溫度，嚴格按規范控制溫差在設計允許范圍，即碾壓混凝土上方的氣溫與混凝土表面溫度差≤22℃，混凝土內部溫度與表面溫度差≤22℃。

10）測定工程區在高溫時段的水汽蒸發量，適時調整供水壓力及供水量，使之在滿足倉面“小氣候”的前提下，防止因灑水量過大引起混凝土的VC值變化，確保碾壓混凝土快速施工及碾壓效果。

11）根據碾壓混凝土倉面作業機械最大高度，將噴淋頭盡量靠近作業面，并利用噴淋形成厚3～5m的低溫水氣霧化層，以抵抗太陽直射在混凝土面上引起溫度回升。

3 主要施工方法

3.1 承載索施工

1）在壩址區左右壩肩各布置1組固定承載索錨碇，每個錨碇采用3～5根25mm地腳螺栓錨固，螺栓入巖深度不小于5m，單根螺栓抗拉拔力不小于9.8kN。

2）為防止錨栓錨固端基巖松散，影響錨碇安全，每根錨栓安裝前，對錨栓孔采取固結灌漿，并達到固結灌漿結束標準后，用0.5∶1濃漿向孔內壓漿，直至孔口返漿濃度與進漿濃度一致后，將螺栓由孔口旋入孔內，直至螺栓底部到達孔底。

3）人工拌合水泥泥球壓入孔內不小于30cm，錨桿與孔壁的間隙采用鋼楔固定牢固，將焊有錨環的鋼板用螺栓及螺母錨固在基巖上，鋼板錨固前對基巖表面采用1∶2砂漿找平。為防止鋼板及錨環銹蝕，錨環采用防腐環氧漆涂刷2道，并在鋼板上澆筑10～20cm厚混凝土保護層。

4）錨碇施工完畢并達到設計錨固力后進行承載索施工，承載索為8mm，采用千斤頂張拉鎖緊。施工時，將承載索所需的鋼絲繩運到左岸錨碇平臺，然后將20mm尼龍繩的一端用鋼絲繩卡環與8mm的鋼絲繩連接，連接完成后將尼龍繩從左岸拋向河床，同時右岸錨碇平臺的尼龍繩一端和絞盤連接，另一端頭從右岸拋向河床，然后將左、右兩岸的繩索相連，相連后的繩索采用右岸的絞盤進行收回，靠繩索的牽引將承載索從左岸拉升至右岸，最后于兩岸的錨點固定。重復上述工作，完成承載索安裝及鎖定。

3.2 牽引索安裝

1）在承載索安裝時，在承載索中部采用鋼夾板將2個滑輪固定在承載索上，滑輪分別作為兩岸牽引索的固定端，牽引索通過滑輪后，將其繩索拉直后使其甩頭預留在承載索的2個錨固端，用8號鉛絲綁扎在承載索上。

2）承載索固定完成后，將牽引索滾輪滑槽安裝在承載索上，滾輪的下底面與噴淋組合結構吊耳焊接在一起。

3）解除8號鉛絲，將2個甩頭分別通過設在岸邊的絞車與噴頭組合結構吊耳的前端和后端相接，控制絞車轉筒上正反2個方向的牽引繩索在轉筒上的纏繞長度大于移動長度3圈以上。

4）在牽引索上每10m作1個標記，按由河床中心向岸邊的順序將牽引索上的每個標記點與滾輪上布置的錨固點相連并固定牢固。

3.3 噴淋頭組裝

1）噴淋頭吊架采用2根∟25×25制作成桁架結構，桁架結構高度按50cm控制，2根角鋼間的肋條采用12鋼筋相連，鋼筋制作成“之”字形結構。為方便角鋼桁架安裝，桁架每節制作長5m，并焊接錨墊板，采用25mm螺栓進行連接。

2）吊架與滾輪上的吊耳采用電動葫蘆加吊索相接，電動葫蘆的運行長度控制在30m以內，超出范圍后通過增加吊索方式予以加長。

3）吊架桁架每根長20m，每個吊架上按10m間距布置3個噴頭，每個噴頭在同一吊架上相對獨立，與相鄰吊架相對應部位的噴頭采用PVC管相連，形成相鄰吊架間3組平行的噴頭首尾相連布置形式。

4）噴淋頭串聯時，為防止牽引索運行時對供水管產生拉力，相鄰噴淋頭間的連接管道應留有足夠的富余量，長度不少于11m。

5）旋轉噴頭與PVC管的連接采用塑料快速接頭，噴淋頭組裝完成后，先用0.1～0.2MPa壓力供水試驗，檢查各噴頭運行狀況，一切正常后將水壓保持在正常水壓狀態30min進行試運行，方便進行維修和調整。

6）噴淋水管根據作業面范圍由兩岸向中心移動進行輸送，根據作業面情況轉動牽引索轉筒，調整噴淋頭組合與作業區平面相對位置，完成噴淋頭對作業區域的覆蓋。

3.4 噴淋運行與維修

1）采用多級泵將冷卻水由制冷站送至左右壩肩承載索錨碇馬道上，供水管道形成進出循環回路。

2）在左右壩肩承載索錨碇馬道上各設1臺40m3空壓機供風，供水管道上設水炮并接叉管向二重管供水。

4）倉面進行混凝土碾壓作業時必須采取風水混合噴霧作業，防止因灑水量過大引起混凝土的VC值變化影響碾壓作業，并將噴淋頭吊架提升至略高于碾壓作業機械以上的部位，以保證在不影響作業的前提下，靠近作業面噴霧，增強倉面保濕降溫效果。

5）使用噴淋系統進行碾壓混凝土灑水養護時，宜采取常溫水直接噴淋，以增強養護效果，并節省制冷及供風施工成本。

6）每月定期對噴淋系統檢查1～2次，噴淋頭上的旋轉部分易磨損，需及時更換。一般每個噴淋頭1～2個月更換1次。

4 工程實施及效果

黃藏寺水利樞紐壩址距青海省祁連縣約25km，工程規模屬于Ⅱ等大（2）型，主要建筑物碾壓混凝土重力壩（包括擋水壩段、溢流表孔壩段、泄洪底孔壩段和發電引水壩段等）為2級建筑物，壩后式廠房不參與擋水，為4級建筑物。

黃藏寺水庫死水位2 580.000m，相應死庫容0.61億m3（有效）；正常蓄水位2 628.000m，正常蓄水位以下有效庫容3.33億m3，調節庫容2.95億m3；設計洪水水位2 628.000m，校核洪水位2 628.700m，水庫總庫容4.03億m3（原始），調洪庫容0.08億m3，電站裝機容量49MW。

黑河黃藏寺工程左、右壩肩總開挖量為146萬m3，開挖所需工期為36個月，大壩碾壓混凝土階段施工周期約22個月。本工程在左、右岸壩肩布置3條承載索及相應的牽引繩，將噴淋頭布置在作業區上方，利用360°旋轉噴頭覆蓋整個作業面。

噴淋系統錨碇在大壩左、右岸坡EL2 711.000m高程，設置3條高空噴淋承載索，并利用承載索及吊架結構將噴淋頭間隔距離縮小為10m，并實現噴淋設備在壩軸線上的左右開合和每個噴淋頭在高程上的上下位置調整，噴淋設備利用左、右岸開挖面所提供的供水設施向噴淋設施進行供水，節省開挖降塵施工成本；在大壩碾壓混凝土實施階段，將高噴噴淋設施改造為碾壓混凝土施工倉面降溫、保濕、營造“小氣候”設施，并達到如下效果。

1）通過在大壩開挖區左、右壩肩處設置3條高空噴淋降塵承載設施，將高壓水通過噴淋管道輸送至承載索上布置的噴頭中，在高空中形成細微雨霧狀水滴，對作業區實現無死角全覆蓋。

2）通過牽引索控制和調節旋轉噴頭位置、噴頭間距及每根噴淋供水管的控制數量，實時控制噴淋降塵時間段、水溫、噴射角度及方向、區域等，減少耗水量，增加空氣濕度，改善施工區域空氣質量。

3）由牽引索上布置的滑輪實現每條噴淋線在相應的承載索上來回移動，達到對噴淋區域的隨時調節，隨開挖區的展開可實現最佳覆蓋。

4）采用360°旋轉灑水噴淋設備對噴嘴角度進行調節，并結合供水設備對供水壓力進行調節，使噴頭噴出的霧狀水滴形成不同姿態組合，從而達到最佳噴淋和潮濕效果。

5）采用左右岸兩側開合移動式噴淋系統設計，便于噴淋系統檢修和維護。

6）對懸掛噴淋頭的吊架采用可升降式設計，利用空間高度和風力減小噴水水顆粒直徑，不僅達到降塵和保濕目的，而且最大限度避免在工作面或坡面上產生水蝕現象。

7）通過對開挖作業區域良好的降塵效果，改善施工環境，保障施工人員職業健康，并提高施工效率。

8）通過水會混合裝置調節水霧顆粒粒徑和溫度，使碾壓混凝土倉面在不影響碾壓混凝土質量的前提下實現保濕降溫。