永和水電站大壩混凝土高溫季節(jié)施工裂縫防控措施

郭映娟

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

永和水電站大壩混凝土高溫季節(jié)施工裂縫防控措施

郭映娟

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

永和水電站位于山西省沁源縣郭道鎮(zhèn)永和村東沁河一級(jí)支流紫紅河上，是一座小型的水利水電樞紐工程。文中介紹了沁源永和水電站大壩混凝土在高溫季節(jié)澆筑時(shí)，所采取的溫控防裂措施，保證了大壩混凝土建筑質(zhì)量。

大壩混凝土；高溫；施工；裂縫防控；措施

1 工程概述

永和水電站位于山西省沁源縣郭道鎮(zhèn)永和村東沁河一級(jí)支流紫紅河上，是一座具有供水、灌溉、發(fā)電等綜合利用的?。á瘢┬退姌屑~工程。樞紐工程由擋水壩段、溢流壩段、放空排砂洞、壩后式水電站和引水發(fā)電洞組成。壩體是實(shí)體混凝土重力壩，最大壩高40 m，壩頂長(zhǎng)388 m，壩頂寬8 m。壩體混凝土共計(jì)約28.2萬m3，依據(jù)混凝土澆筑進(jìn)度計(jì)劃，高溫季節(jié)筑混凝土方量為13萬m3，日最大澆筑方量為1 000 m3。永和水電站的夏季最高溫度為30℃，最低溫度為7℃；歷年平均濕度為64%；多年平均風(fēng)速為1.8 m/s，最大風(fēng)速16 m/s。

2 混凝土裂縫及成因

2.1 塑性收縮裂縫

影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有：水灰比、環(huán)境溫度、濕度等。由于高溫、濕度等的影響，澆筑初期混凝土的表面水分散失過快，毛細(xì)管中產(chǎn)生負(fù)壓造成混凝土體積急劇收縮，而混凝土澆筑初期的的強(qiáng)度低不能抵抗本身收縮，將可能產(chǎn)生塑性收縮裂縫。

2.2 溫度裂縫

溫度裂縫容易產(chǎn)生在溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中和大體積混凝土表面。大體積混凝土澆筑后的硬化過程中，水泥的大量水化熱集中在混凝土內(nèi)部，致使混凝土內(nèi)部溫度快速升高，而混凝土內(nèi)外散熱速度不同，使混凝土內(nèi)外產(chǎn)生了較大溫差。溫差會(huì)造成混凝土內(nèi)外脹縮不一，使混凝土外表產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)混凝土拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝士表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。在晝夜氣溫變化較大的環(huán)境里，外界氣溫驟降，加大了混凝土內(nèi)外溫差，也會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。

3 溫控防裂措施

3.1 優(yōu)化混凝土配合比

永和水電站大壩混凝土的種類較多，有C9020、C9030F150W4、C9025W6、C2820 和 C9015 埋石混凝土等11類，各類混凝土所在部位見圖1。進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)時(shí)，在保證設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)和抗?jié)B抗凍等級(jí)的前提下，通過合理選擇水化熱低的水泥規(guī)格、適量摻入粉煤灰和混凝土外加劑等優(yōu)化方案，降低了水泥水化熱，延長(zhǎng)了混凝土的凝結(jié)時(shí)間，推遲了水泥水化熱的釋放時(shí)段，由此控制澆筑成型混凝土的溫升峰值。通過試配，最終確定沁源永和水電站大壩混凝土選定配合比，如表1。

圖1 大壩剖面圖

表1 大壩混凝土的標(biāo)號(hào)、方量及配合比表

3.2 粗細(xì)骨料的選擇與降溫

碎石采用沁源當(dāng)?shù)厥蠌S生產(chǎn)的的二級(jí)配5～20 mm、20～40 mm碎石；砂子采用工程所在地生產(chǎn)的人工砂，砂率在40%～44%，細(xì)度模數(shù)2.80～3.00；粗細(xì)骨料中不能含有有機(jī)物，含泥量控制在1%以內(nèi)。運(yùn)輸?shù)焦さ囟蚜蠄?chǎng)的粗細(xì)骨料盡量堆高，高度不小于5 m。為防止陽(yáng)光直射粗細(xì)骨料，在骨料堆放場(chǎng)的上方搭設(shè)黑色遮陽(yáng)棚。在混凝土開盤前，及時(shí)掌握天氣信息，依據(jù)天氣情況，適時(shí)適量灑水噴霧來降低碎石溫度。

3.3 水泥、粉煤灰的選擇與降溫

埋石混凝土中的水泥，采用卓越水泥有限公司“強(qiáng)晉”32.5礦渣水泥，粉煤灰采用長(zhǎng)治市漳澤發(fā)電廠的Ⅱ粉煤灰。高溫季節(jié)澆筑混凝土之前，預(yù)先與水泥生產(chǎn)企業(yè)積極溝通，要求嚴(yán)格控制運(yùn)輸?shù)焦さ氐乃鄿囟?，并且要求運(yùn)輸水泥和粉煤灰的罐車，從裝車到運(yùn)輸都要盡量避開高溫時(shí)段，以晚上裝運(yùn)為宜。

3.4 水的降溫

河水作為施工用水。將河水抽到混凝土攪拌站的水箱內(nèi)，水箱外部用10 cm的聚苯乙烯泡沫板及棉被包裹嚴(yán)實(shí)。水箱內(nèi)一般不存水，隨用隨抽，以保證水箱中的水溫盡量低。

3.5 塊石

埋石混凝土中的塊石，與混凝土的粗骨料來源于同一料場(chǎng)，塊石粒徑30～50 mm。所有塊石入倉(cāng)前，需用高壓水沖洗干凈，并充分濕潤(rùn)保持到入倉(cāng)。埋石率依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)達(dá)到20%。

3.6 混凝土運(yùn)輸

隨著蒙西電力公司電力營(yíng)銷體制改革的不斷推進(jìn)[7]，大營(yíng)銷大服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)和發(fā)展也逐步向各下級(jí)盟市供電企業(yè)延伸和下探，逐步推進(jìn)電力營(yíng)銷由后臺(tái)向前臺(tái)的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，各供電企業(yè)也在電力營(yíng)銷方面進(jìn)行了諸多改革，以營(yíng)銷管控系統(tǒng)為平臺(tái)，充分發(fā)揮資源和數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，不斷推陳出新，完善客戶服務(wù)方式，改善供電服務(wù)水平，提高電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

采用自卸汽車運(yùn)輸混凝土。自卸汽車的四周貼隔熱材料，車廂上部搭設(shè)滑動(dòng)遮陽(yáng)棚；并且在混凝土攪拌站前搭設(shè)遮陽(yáng)棚，讓等待裝混凝土的自卸汽車停車時(shí)得到暫時(shí)降溫。同時(shí)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度指揮，協(xié)調(diào)好混凝土攪拌站的攪拌與倉(cāng)內(nèi)混凝土澆筑的供求平衡關(guān)系，確保自卸汽車裝好混凝土后可以馬上運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)入倉(cāng)。嚴(yán)禁裝載混凝土的車輛停在倉(cāng)外進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的等待。

3.7 混凝土澆筑時(shí)間和分層的選擇

混凝土開盤盡量避開10:00至16:00高溫時(shí)段?；炷翝仓謱釉谧畲鬂M足大壩構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)要求的情況下不要太厚。常態(tài)混凝土的每層澆筑厚度為1.44～2.75m，埋石混凝土的每層澆筑厚度為0.8～-2.0m。

3.8 混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)

混凝土入倉(cāng)前，采取噴霧方法降低澆筑倉(cāng)面氣溫，配備足夠的混凝土工和6臺(tái)插入式振動(dòng)棒，兩相鄰振搗點(diǎn)的距離一般控制在1.5倍振搗作用半徑?；炷列读虾?，迅速分區(qū)振搗，要防止重振和漏振，且每層的倉(cāng)塊要交錯(cuò)搭接?；炷翝仓絺}(cāng)面標(biāo)高后，除去表面浮漿，安排專人找平；且為防止混凝土表面出現(xiàn)收縮裂縫，再用木抹進(jìn)行二次收漿找平，然后再迅速用塑料布覆蓋，防止混凝土暴曬，使其溫度上升，以確保混凝土澆筑溫度?；炷翝仓瓿?～18 h內(nèi)終凝后，開始養(yǎng)護(hù)混凝土。水平混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28 d或至其上面混凝土澆筑覆蓋為止，上下游立面混凝土養(yǎng)護(hù)到混凝土齡期，且使混凝土表面在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)始終保持濕潤(rùn)，當(dāng)夜間氣溫較低時(shí)，可間斷流水養(yǎng)護(hù)。平面混凝土表面用草袋、棉被覆蓋，采取人工灑水養(yǎng)護(hù)，7 d以內(nèi)的高溫時(shí)段，每小時(shí)灑水一次；7 d以后的高溫時(shí)段，每2 h灑水一次。對(duì)上下游壩面，采用懸掛有小孔的塑料管噴水養(yǎng)護(hù)，小孔間距為20～30cm。

3.9 壩體埋石混凝土C9015(Ⅴ區(qū))埋設(shè)冷卻循環(huán)水管

3.9.1 冷卻循環(huán)水管的材質(zhì)及布置

冷卻循環(huán)水管采用內(nèi)徑為32 mm、壁厚4 mm的聚乙烯管，其材質(zhì)除應(yīng)滿足給水用高密度聚乙烯管材相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求外，還應(yīng)具有較高的導(dǎo)熱性能，其導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)不小于1.6 KJ/（m.h.℃）。冷卻水管埋設(shè)位置根據(jù)埋石混凝土試驗(yàn)成果報(bào)告確定。每澆筑一層大壩混凝土，就在其中安設(shè)一層冷卻循環(huán)水管，其位置在每層倉(cāng)面以下20 cm左右。水管距上游C20混凝土和下游壩面均是1.5 m；水管距垂直壩軸線橫縫面和壩內(nèi)孔洞周邊也均是1.5 m。冷卻循環(huán)水管在水平平面內(nèi)平行于大壩軸線成蛇形布置，其間距為1.5 m；采用Φ6 mm鋼筋的U型卡固定冷卻循環(huán)水管，U型卡間距不超過2.0 m。在右壩肩靠近上游位置壩頂高程處設(shè)一個(gè)大水箱，將該水箱中的冷卻水通過Φ75mmPVC主管路送至水管三通，由三通接Φ75 mmPVC冷卻水管內(nèi)，冷卻完的棄水流入下游水平主排水管內(nèi)排走。冷卻循環(huán)水管布置見圖2。

3.9.2 測(cè)溫溫度計(jì)的埋設(shè)及測(cè)溫

將溫度計(jì)埋設(shè)在靠近混凝土倉(cāng)面的長(zhǎng)邊中點(diǎn)附近，距離上下游5 m處各1支，每倉(cāng)不少于2支。測(cè)溫點(diǎn)深度為倉(cāng)面以下10 cm?；炷翝仓螅?天每4 h測(cè)1次，第5天開始每天測(cè)1次，持續(xù)到第15天。澆筑混凝土?xí)r，除測(cè)量混凝土澆筑后14 d需要的混凝土澆筑溫度、壩體冷卻水的進(jìn)出口溫度和氣溫外，還需測(cè)量混凝土的出機(jī)口溫度。如遇到氣溫驟降，增加溫度觀測(cè)次數(shù)。將每天測(cè)得的溫度做及時(shí)記錄、整理和分析計(jì)算。

圖2 冷卻循環(huán)水管布置圖

3.9.3 通水冷卻的技術(shù)要求

混凝土通水冷卻有初期冷卻和中期冷卻兩個(gè)過程。本工程通過埋石混凝土試驗(yàn)得知，施工期的大氣溫度與初期通水后的壩體內(nèi)部溫度基本相同，所以無需再進(jìn)行中后期通水冷卻。

通水冷卻的技術(shù)要求為：混凝土最高溫度不超過38℃，冷卻結(jié)束的目標(biāo)溫度為25℃，初期水溫控制為20℃，水溫和內(nèi)部混凝土溫度之差不超過20℃，日降溫不超過1℃/d；通水流量為0.9 m3/h，通水流速為0.6～0.7 m/s，每24 h改變一次水流方向，初期連續(xù)通水15 d。

3.9.4 降溫效果

通過對(duì)混凝土澆筑過程中埋設(shè)溫度計(jì)所測(cè)的多組數(shù)據(jù)，進(jìn)行觀察、記錄、匯總、計(jì)算分析，得出混凝土的降溫幅度、降溫速度達(dá)到了方案和規(guī)范要求，通過埋設(shè)冷卻循環(huán)水管進(jìn)行通水降溫的方法，也達(dá)到了預(yù)期的降溫效果。

3.1 0 把握開盤時(shí)機(jī)

施工過程中，通過預(yù)先關(guān)注天氣預(yù)報(bào)，或經(jīng)常聯(lián)系長(zhǎng)治市氣象局、沁源縣氣象局，及時(shí)掌握天氣情況，以便于科學(xué)合理地安排混凝土澆筑時(shí)間，有效地避開了在極端天氣情況下開盤。

4 結(jié)語(yǔ)

通過優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，精心采購(gòu)混凝土原材料并在各個(gè)工序中采取了諸多的溫控措施，且采用科學(xué)合理的施工方案，使大壩混凝土溫度得到合理控制，有效地控制了高溫季節(jié)澆筑大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生。沁源縣永和水電站大壩混凝土單元工程1 205個(gè)，全部合格，其中優(yōu)良965個(gè)，優(yōu)良率80%；分部工程8個(gè)，優(yōu)良率100%。本工程于2016年12月通過了下閘蓄水驗(yàn)收。

Construction Crack Prevention and Control Measures of Dam Concrete in the Yonghe Hydropower Station in High Temperature Season

GUO Ying-juan

The Yonghe Hydropower Station is located in the east of Yonghe country，Guodao town，Qinyuan county in Shanxi Province.It is a small water conservancy and hydropower project on the Zihong River，which is a tributary of the Qinhe River.Temperature control and crack prevention measures for dam concrete pouring in high temperature seasons were introduced in this paper.These measures could ensure the dam concrete construction quality.

dam concrete；high temperature；construction；crack prevention and control；measures

TV543

B

1006-8139（2017）02-017-04

2017-02-28

2017-03-08

郭映娟（1964-），女，1988年畢業(yè)于太原工業(yè)大學(xué)水利水電工程建筑專業(yè)，高級(jí)工程師。