坪底水庫混凝土重力壩溫控措施及效果分析

郭仲敏

（山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司 山西太原 030002）

1 工程概況

石樓縣坪底供水工程取水樞紐位于屈產(chǎn)河中游坪底河段，水庫總庫容744×104m3，是一座以生產(chǎn)、生活供水為主，兼顧防洪的?。?）型水利工程。取水樞紐為混凝土重力壩，最大壩高37.5m，壩頂長134.1m。

坪底水庫混凝土壩共分為8個(gè)壩段，從右至左分別為：1# 右擋水壩段，2#、3#、4# 溢流壩段，5#、6# 底孔沖沙壩段，7#、8#左擋水壩段。每相鄰壩段間設(shè)伸縮縫，在上游壩面設(shè)置銅止水和橡膠止水，下游壩面設(shè)橡膠止水，設(shè)計(jì)上不設(shè)縱縫。

大壩按澆筑部位不同分為Ⅴ個(gè)區(qū)。其中混凝土用量最大的基礎(chǔ)混凝土和壩體混凝土分別采用C15W6和C15混凝土。

2 混凝土溫控措施

由于混凝土中水泥水化要產(chǎn)生熱量，大體積混凝土內(nèi)部的熱量不如表面的熱量散失得快，造成壩體內(nèi)外溫差過大，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力可能使混凝土產(chǎn)生裂縫。因此，大體積混凝土溫度控制的主要任務(wù)是控制溫差。本工程采取的混凝土溫控措施主要有以下幾個(gè)方面。

2.1 減少混凝土的發(fā)熱量

2.1.1 減少單方混凝土水泥用量

第一，根據(jù)設(shè)計(jì)混凝土分區(qū)要求，基礎(chǔ)混凝土和壩體混凝土采用了低等級的C15混凝土，從而減少了水泥用量。

第二，改善骨料級配，增大骨料粒徑。C15混凝土配合比中，石子采用了三級配，其中，粒徑5～20mm石子的占總重量的40%，20～40mm的占30%，40～80mm的占30%。

第三，在混凝土中摻用粉煤灰，用量占水泥用量的25%。

第四，采用高效減水劑。在C15W6和C15混凝土中摻加的聚羧酸高效減水劑分別占水泥用量的9%和3%，節(jié)約了水泥用量，減少了混凝土發(fā)熱量。

本工程每立方米混凝土材料用量詳見表1。

2.1.2 水泥選用

根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合當(dāng)?shù)厮喙?yīng)商情況，本工程選用普通硅酸鹽42.5散裝水泥。

表1 每立方米混凝土材料用量表

2.2 降低混凝土的入倉溫度

2.2.1 合理安排澆筑時(shí)間

在施工組織上，2012年冬季澆筑基礎(chǔ)混凝土，采取了對攪拌用水加溫、混凝土表面覆蓋保溫等措施。2013年高溫季節(jié)到來前完成了壩高20m高程以下斷面較大的壩體混凝土澆筑。在高溫季節(jié)，混凝土澆筑施工中盡量避開每天的高溫時(shí)段，充分利用晚上時(shí)間澆筑混凝土。

2.2.2 降低原材料溫度

（1）提前儲(chǔ)備水泥，降低水泥使用前的溫度。

（2）高溫季節(jié)施工時(shí)，為防止太陽暴曬導(dǎo)致砂石料溫度升高，骨料場搭建了遮陽棚；對骨料適時(shí)適量灑冷水降溫；骨料的堆高不低于6m；保證足夠的材料儲(chǔ)備。

2.3 加速混凝土散熱

2.3.1 采用自然散熱冷卻溫度

根據(jù)澆筑混凝土?xí)r的季節(jié)和氣候條件，結(jié)合大壩的施工部位、結(jié)構(gòu)形式和斷面尺寸，確定混凝土每次澆筑厚度：壩基部位1.5m；壩基以上部位不超過2.5m，避免澆筑層過厚混凝土不易散熱。上下層澆筑時(shí)間間隔不低于7d，以便混凝土充分散熱冷卻。

2.3.2 在混凝土內(nèi)預(yù)埋水管通水冷卻

在混凝土內(nèi)預(yù)埋冷卻水管，通循環(huán)水進(jìn)行冷卻降溫。具體做法是：混凝土澆筑前布設(shè)S型管網(wǎng)，鋼管采用D40薄壁鋼管，彎頭用聚乙烯管連接，每2m厚布置一層，排距為2m，待混凝土澆筑完成8 h后開始注入循環(huán)冷水?；炷羶?nèi)部溫度與水溫之差不超過25℃，每天降溫幅度不超過1℃。

2.3.3 在混凝土內(nèi)預(yù)埋降溫盲管

混凝土澆筑前，在混凝土澆筑倉塊內(nèi)埋設(shè)D200mm混凝土降溫盲管。混凝土降溫盲管隨混凝土澆筑而升高。利用降溫盲管，不但可以散發(fā)混凝土內(nèi)部熱量，還可以利用此管人工觀測混凝土內(nèi)部溫度。降溫水管和降溫盲管布置見圖1。

圖1 降溫水管和降溫盲管布置示意圖

2.4 高溫季節(jié)施工溫控措施

（1）優(yōu)化混凝土運(yùn)輸方案，縮短運(yùn)輸及卸料時(shí)間。

（2）澆筑現(xiàn)場配置足夠人力、機(jī)械，加快入倉后并及時(shí)平倉振搗。

（3）混凝土平倉振搗后，采用隔熱材料及時(shí)覆蓋，縮短混凝土的曝曬時(shí)間。

3 溫度觀測及溫控效果分析

3.1 溫度計(jì)的安裝

按設(shè)計(jì)要求，在澆筑混凝土前，分別在溢流壩段（0+046.45）和沖沙壩段（0+091.45）安裝溫度計(jì)11支和10支，進(jìn)行混凝土內(nèi)部溫度的觀測。兩斷面的溫度計(jì)布置詳見圖2和圖3。圖中高程為相對高程，單位為m；長度單位為mm。

3.2 溫度觀測

溫度計(jì)安裝完成后，分別對初始溫度、混凝土內(nèi)部溫度和天氣溫度進(jìn)行了觀測，詳見表2。

圖2 0+046.45斷面T-Y系列溫度計(jì)布置示意圖

圖3 0+091.45斷面T-D系列溫度計(jì)布置示意圖

3.3 裂縫檢查和溫控措施效果分析

（1）2014年10月25日，通過對壩體混凝土表面、廊道內(nèi)進(jìn)行檢查，沒發(fā)現(xiàn)裂縫。

（2）在埋設(shè)的21支溫度計(jì)中，有16支溫度計(jì)在1～5天內(nèi)達(dá)到峰值，符合一般規(guī)律。

（3）觀測到的21組溫差數(shù)據(jù)中，有18組小于30℃，14組小于25℃，壩體內(nèi)外溫差普遍較小。

（4）各壩段沿壩軸線最大長度19.15m，垂直壩軸線最大長度為39m，壩體斷面尺寸較小。

綜合分析以上檢查結(jié)果及觀測數(shù)據(jù)，筆者認(rèn)為施工中采取的溫控措施效果明顯。同時(shí)壩體斷面較小也是壩體沒有產(chǎn)生裂縫的重要因素。

表2 壩體內(nèi)外溫差對比表（溫度單位：℃）