龍灘水電站大壩碾壓混凝土溫控防裂措施

李高峰, 劉小兵, 趙銀超, 賀 磊

(1.西華大學 能源與環(huán)境學院,四川成都 610039;2.中國水利水電第八工程局有限公司,湖南 長沙 410007)

1 工程概述

龍灘水電站是紅水河梯級開發(fā)中的骨干工程,以發(fā)電為主,兼有防洪、航運等綜合效益。工程按正常蓄水位高程 400m設計,初期按高程375m建設,右岸碾壓混凝土大壩指 2～21#(含21#)壩段,其中 2～4#壩段為岸邊擋水壩段,5#壩段為通航壩段,6～11#壩段為河床擋水壩段,12#和 19#壩段為底孔壩段,13～18#壩段為溢流壩段,20#壩段為電梯井壩段,21#壩段為轉(zhuǎn)彎壩段。

初期建設時壩軸線長 761.258m,壩頂高程382m,最大壩高 192m。大壩混凝土總量 560多萬 m3,其中碾壓混凝土約 385萬 m3,占混凝土總量的 69%。

龍灘水電站位于廣西紅水河流域,屬典型的副熱帶季風氣候。壩址多年平均氣溫 20.1℃,多年平均水溫 21℃,極端最低氣溫 -2.9℃,極端最高氣溫 38.9℃,多年平均河水溫度 21℃,極端最高河水溫度 30℃,極端最低河水溫度 10℃,多年平均相對濕度 80%,多年平均風速 0.7m/s,實測最大風速 24m/s。各月最高及最低日平均氣溫、平均水溫、地溫及濕度見表 1。

從表 1中可以看出,高溫季節(jié)及次高溫季節(jié)時間長。根據(jù)龍灘大壩施工進度,碾壓混凝土施工必須經(jīng)過高溫時段。如何做好混凝土的溫控工作,是防止龍灘水電站碾壓混凝土大壩產(chǎn)生不可控裂縫的關鍵。

表 1 壩址區(qū)氣象要素特征值表 /℃

2 大壩碾壓混凝土施工溫控標準

2.1 大壩碾壓混凝土溫控標準(表 2)

2.2 基礎允許溫差

不同壩段碾壓混凝土基礎允許溫差見表 3。

2.3 壩體混凝土允許上、下層溫差

在間歇期超過 28d的混凝土面上繼續(xù)澆筑時 ,將老混凝土面以上 1/4L范圍內(nèi)的上層混凝土最高平均溫度與新混凝土開始澆筑時下層實際平均溫度之差控制在 10℃～12℃之內(nèi)。

表 2 碾壓混凝土溫控標準表 /℃

表 3 基礎允許溫差表 /℃

2.4 壩體混凝土允許內(nèi)外溫差

按照相關規(guī)定,混凝土澆筑塊內(nèi)部最高溫度與其外表的溫差不大于20℃。為便于管理,將內(nèi)外溫差轉(zhuǎn)化為控制壩體混凝土的允許最高溫度(表 2)。

當進行冷卻水管通水冷卻時,通水水溫與混凝土內(nèi)部溫差不超過 20℃,冷卻時混凝土日降溫幅度不超過 1℃。

3 碾壓混凝土溫控措施

根據(jù)龍灘大壩實際情況及河海大學溫控仿真計算成果,結(jié)合國內(nèi)外大量工程的成功經(jīng)驗,龍灘大壩碾壓混凝土施工采取的溫控措施主要有:原材料選取及優(yōu)化混凝土配合比、控制混凝土稠度(VC值)、控制混凝土施工層間間隔時間及層厚、降低混凝土出機口溫度、控制混凝土運輸及澆筑過程中的溫度回升、表面養(yǎng)護與保護、通水冷卻等措施。

3.1 原材料選取及優(yōu)化混凝土配合比

(1)原材料的選取。

隨水泥活性和強度等級的增高,其收縮量顯著提高,收縮周期延長,故采用水化熱低的水泥品種并控制其用量。經(jīng)過大壩碾壓混凝土配合比試驗,42.5中熱硅酸鹽水泥、廣西魚峰水泥或荊門三峽水泥均可等同使用。

粉煤灰的選用:宣威、珞磺、襄樊、來賓 -B、凱里五個廠家生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰均可等同使用。

骨料使用廣西龍灘大法坪沙石系統(tǒng)生產(chǎn)的人工沙石骨料。人工粗骨料顆粒級配百分比為:三級配,大石 ∶中石 ∶小石 =30∶40∶30;二級配,中石 ∶小石 =50∶50;將人工沙的石粉含量控制在 16%～20%,石粉中細料(粒徑 80μm以下顆粒)含量控制在 50%左右。

外加劑的選用:浙江龍游外加劑廠生產(chǎn)的緩凝型高效減水劑(ZB-1RCC15)和引氣劑(ZB-1G);江蘇建筑科學研究院博特新材料有限公司生產(chǎn)的緩凝型高效減水劑(JM-II),其復合劑摻量均為 0.60%。

(2)優(yōu)化混凝土配合比。

龍灘大壩碾壓混凝土配合比優(yōu)化是在室內(nèi)配合比設計的基礎上,適量增減膠凝材料用量,變動外加劑的摻量,在不同配比情況下,根據(jù)現(xiàn)場碾壓混凝土性能試驗決定混凝土配合比。選用的碾壓混凝土配合比見表 4。

3.2 降低混凝土出機口溫度

(1)骨料和砂的堆存:經(jīng)加工的砂和骨料分級堆存,地垅廊道取料。夏季骨料的堆存高度大于 8m或更高,堆存時間大于 7d。

(2)采用二次風冷預冷骨料:先對粗骨料噴冷水進行預冷,在骨料調(diào)節(jié)料倉用冷風將骨料冷卻至 7℃～10℃,然后在拌和樓料倉用冷風進行二次風冷,可將骨料溫度降低至 0℃～-6℃。

(3)采用加冷水拌和混凝土:根據(jù)理論計算,每 m3混凝土加 10kg、5℃低溫水,可降低出機口溫度 0.22℃。

碾壓混凝土各月出機口溫度見表 5。

3.3 控制混凝土稠度(VC值)

大壩碾壓混凝土稠度(VC值)是根據(jù)兩次碾壓工藝性試驗成果并結(jié)合工地現(xiàn)場施工狀況決定,采用的碾壓混凝土稠度(VC值)規(guī)定:將出機口的VC值控制在5～7(±2s),進入到倉面的VC值控制在 5～7(±3s)。

表 4 大壩碾壓混凝土施工配合比表

3.4 控制混凝土施工層間間隔時間及層厚

龍灘大壩碾壓混凝土施工層間間隔時間采用初凝時間進行控制。結(jié)合龍灘工地氣候條件、碾壓混凝土生產(chǎn)、施工實際狀況,2005年 5月,《紅水河龍灘電站碾壓混凝土施工工法》中明確規(guī)定:碾壓混凝土從出機口至碾壓完畢在 1.5h內(nèi)完成;碾壓混凝土的層間允許的間隔時間必須控制在小于混凝土初凝時間 1～2h以內(nèi),施工中允許層間間歇時間:高溫季節(jié)(5～9月份)小于 4h,次高溫季節(jié)(3～5月份)、10～11月份)小于 6h,12月 ～次年 2月份小于 8h。

對于基礎部位(0～0.2L),嚴格控制澆筑高度不大于 1.5m,基礎約束區(qū)以外澆筑高度不大于3.0m。

3.5 控制混凝土運輸及澆筑過程中的溫度回升

控制混凝土運輸過程中的溫度回升:在拌和樓附近布置噴水霧設施,以降低拌和樓系統(tǒng)小環(huán)境氣溫;用冷卻水沖洗自卸汽車車廂及供料線皮帶,在強烈陽光或大風天氣、或氣溫高于 25℃時,汽車車廂頂部應加帆布遮蓋,且車廂內(nèi)的裝料厚度不小于 50cm;供料線上方用白色或鋁制的防雨遮陽保溫罩搭設遮陽棚,并沿供料線設置專用噴霧管路,以降低供料線周圍小環(huán)境溫度;拌和樓生產(chǎn)能力與倉面平倉、碾壓設備處理能力相匹配,禁止混凝土等候入倉的情況發(fā)生。

控制混凝土澆筑過程中的溫度回升:在每層混凝土碾壓完畢、新混凝土覆蓋之前,用保溫材料進行覆蓋遮陽,最后一層混凝土碾壓完成后立即用保溫材料進行保溫,保溫 12～14h左右;在澆筑倉面采用直徑為 400mm的軸流鼓風機 +噴霧槍聯(lián)合通水噴霧,形成倉面上 1～1.5m之間的空間范圍人工“小氣候”,噴霧效果見圖 1、2。噴霧標準:①每 1000m2布置噴槍一支;②當氣溫25℃以上時,倉面平均氣溫降溫 4℃～6℃;③倉面平均濕度≥80%;④倉面噴霧強度為每 6min小于 0.3mm;溫度測量:高溫時段的每天 7∶00、9∶00、17 ∶00、19 ∶00各測 1次倉面小氣候溫度,9∶00～17∶00每小時測 1次倉面小氣候溫度,同時在相鄰壩段測量自然溫度,然后對測量數(shù)據(jù)進行分析,通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果確定倉面噴霧強度是否滿足要求;合理安排澆筑時段,利用早、晚及夜間進行澆筑作業(yè)。

3.6 表面養(yǎng)護與保護

待碾壓混凝土最后一層碾壓完后,鋪保溫材料進行保溫并灑水養(yǎng)護,終凝后流水養(yǎng)護。平面流水養(yǎng)護應持續(xù)至上一層碾壓混凝土開始澆筑為止。對于側(cè)面及永久暴露面,流水養(yǎng)護至設計齡期為止。

圖 2 噴霧機與噴霧槍聯(lián)合噴霧的情況

拆模后的橫縫面在 12h以內(nèi)保溫材料應全部覆蓋。壩體上游面隨壩體的上升噴涂耐久保溫材料。

3.7 通水冷卻

大壩冷卻水管全部沿壩軸線方向布置,單根長度控制在 250～300m,所有水管的進、出口端均作好清晰的標記。

大壩冷卻水管埋設分上、下游分別布置,倉內(nèi)冷卻水管支管采用 φ32高密度聚乙烯管(壁厚2.15mm),倉內(nèi)干管采用直徑 40mm的高密度聚乙烯管(壁厚 3.5mm)。水管間距 ×層距 =1.5 m×1.5m。冷卻水管導熱系數(shù)大于等于 1.6kJ/m?h?℃,抗拉強度大于 10MPa,在 3.5MPa內(nèi)水壓力作用下不漏水,在承受卸料沖出及 BM202振動碾有振碾壓條件下不損壞。

在混凝土澆筑前通水檢查冷卻水管是否漏水,在混凝土澆筑開始后通水,通水時間一般為10～15d,水管通水流量約為 18～20L/min。初期通水為制冷水,制冷水水溫為 10℃～12℃,混凝土溫度與水溫之差不超過 22℃,冷卻時混凝土日降溫幅度不超過 1℃,水流方向 12h改變 1次,使混凝土塊體均勻冷卻。

4 加強管理

(1)成立專門的溫控小組:成立專門的溫控小組,由專人負責溫控的技術、檢查和督促、現(xiàn)場溫控實施、落實情況,負責溫控資料、報表的整編和總結(jié)。

(2)加強現(xiàn)場測溫:為及時掌握、控制澆筑倉號的溫度情況,每 2h測量一次混凝土原材料的溫度、氣溫、出機口溫度、入倉溫度及壩體冷卻水的溫度,按每 100m2布一個測點的原則測量混凝土的澆筑溫度(每個倉號不少于 3個測點)并作好記錄。根據(jù)上述測量情況,及時調(diào)整或加強溫度控制措施。

(3)加強混凝土內(nèi)部溫度測量:澆筑塊內(nèi)部溫度根據(jù)混凝土內(nèi)部埋設的測溫儀器進行測量。實施過程中按設計、監(jiān)理要求定期進行內(nèi)部溫度測量,根據(jù)測量數(shù)據(jù)進行分析,以便為混凝土溫度控制提供可靠的資料,用于指導溫控工作,及時調(diào)整或加強溫控薄弱環(huán)節(jié)。

2.招標代理機構(gòu)管理制度和管理行為缺失引起的不規(guī)范行為。一是在監(jiān)管部門統(tǒng)一開展的政府采購代理機構(gòu)名錄登記工作中提供不實登記信息。二是未妥善保存錄音錄像資料和有關供應商的投標文件等采購文件。三是未依法從政府采購評審專家?guī)熘谐槿≡u審專家。四是沒有在法定期限內(nèi)對投訴人提出的質(zhì)疑作出答復。

5 結(jié) 語

(1)龍灘水電站大壩碾壓混凝土工程在前期研究及施工過程中,先后被列入國家“八五”、“九五”重點攻關項目及國家電力公司的攻關項目,取得了大量的成果。

(2)根據(jù)河海大學溫控仿真計算成果,結(jié)合龍灘大壩碾壓混凝土施工的實際情況,制定出了具體的溫控防裂施工措施。溫控仿真計算成果的成功應用,保證了碾壓混凝土施工質(zhì)量。

(3)加強現(xiàn)場管理,保證通信暢通,特別是倉面與拌和樓的通信,減少了混凝土在倉外的等待時間。

(4)供料線在運輸混凝土時,由于大風及太陽照射的影響,混凝土 VC值損失較大,應減少其在一天中高溫時段的使用。

(5)龍灘水電站大壩碾壓混凝土施工已全部完工并已運行,至今沒有出現(xiàn)不可控制的裂縫,表明龍灘工程采用的溫控措施是有效的,解決了碾壓混凝土在高溫季節(jié)施工的難題,為研究高溫條件下碾壓混凝土的施工,特別是高壩的施工,對碾壓混凝土的應用和筑壩技術的發(fā)展具有重要的意義,為同類工程提供了成功的應用經(jīng)驗。

[1] 廣西龍灘水電站七局八局葛洲壩聯(lián)營體,編著.龍灘水電站碾壓混凝土重力壩施工與管理[M].北京:中國水利水電出版社,2007.

[2] 王石連,劉 云,趙文華.龍灘水電站全斷面碾壓混凝土溫控仿真研究及應用[J].水力發(fā)電,2007,59(3):59～61.