超薄拱壩混凝土的溫控措施

汪 洋

(西藏開發(fā)投資集團(tuán)有限公司，西藏 拉薩 850000)

超薄拱壩混凝土的溫控措施

汪 洋

(西藏開發(fā)投資集團(tuán)有限公司，西藏 拉薩 850000)

鑒于水電站大壩建設(shè)及運(yùn)行的安全性，大壩混凝土澆筑過程中的溫度控制尤為重要,以蓋下壩水電站攔河壩工程建設(shè)為例，分析了超薄拱壩混凝土施工過程中的溫控措施，為類似工程的建設(shè)提供參考。

蓋下壩水電站,雙曲拱壩,混凝土,溫控

1 工程概況

蓋下壩水電站攔河壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程394.00 m，最大壩高160 m(包括基礎(chǔ)墊座19 m)，壩頂弧長153.20 m，壩頂寬度6.0 m～10.8 m，厚高比0.106，是目前亞洲最高薄拱壩，其混凝土用量大，混凝土的溫度控制要求高。通過現(xiàn)場精心的施工組織、科學(xué)的施工管理及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕炷翜乜卮胧w下壩水電站攔河壩混凝土的澆筑順利完成，未產(chǎn)生任何裂縫，成功實(shí)現(xiàn)了零裂縫的質(zhì)量目標(biāo)。

2 混凝土溫控依據(jù)

以工程相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程要求為基礎(chǔ)，通過設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位及施工單位等參建單位的聯(lián)合討論與分析，制定了蓋下壩水電站攔河壩混凝土相關(guān)的3個(gè)重點(diǎn)溫控要求，分別為封拱灌漿溫度、基礎(chǔ)允許溫差及壩體允許的最高溫度，它們的要求依次見表1～表3。

表1 壩體封拱灌漿溫度表

表2 基礎(chǔ)允許溫差標(biāo)準(zhǔn)

此外，在混凝土施工過程中，須嚴(yán)格控制各壩塊混凝土的澆筑速度，相鄰壩塊的混凝土澆筑高差不應(yīng)大于10 m～12 m，最高壩塊和最低壩塊的混凝土澆筑高差不應(yīng)超過15 m,相鄰壩段混凝土的澆筑時(shí)間間隔宜小于21 d。

表3 壩體設(shè)計(jì)允許最高溫度 ℃

3 混凝土溫控措施

混凝土的溫升主要源于膠凝材料的水化，因此控制膠凝材料的水化熱總量及水化放熱速度是混凝土溫控的重點(diǎn)，依據(jù)實(shí)際工程工況，從以下4個(gè)方面開展混凝土的溫控工作：

1)混凝土原材料的選擇；2)混凝土配合比的設(shè)計(jì)；3)混凝土的拌合生產(chǎn)；4)混凝土的施工控制(含運(yùn)輸、澆筑等)。

3.1混凝土原材料的選擇

考慮到膠凝材料對混凝土溫升的影響，蓋下壩水電站攔河壩建設(shè)選用混凝土原材料遵循以下原則：

1)水泥：選用強(qiáng)度等級為42.5級中熱硅酸鹽水泥，其指標(biāo)均須符合國家標(biāo)準(zhǔn)(水泥比表面積宜不大于320 m2/kg，MgO含量4%～5%)；

2)粉煤灰：壩體混凝土使用滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求的Ⅰ級粉煤灰；

3)骨料：大壩混凝土所用骨料質(zhì)量要求均須滿足DL/T 5144—2015水工混凝土施工規(guī)范及設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定；

4)外加劑：大壩混凝土所采用的外加劑均須滿足DL/T 5100—2014水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程及設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定。

3.2混凝土配合比的設(shè)計(jì)

混凝土的早期溫升主要發(fā)源于水泥的水化，因此，在保證混凝土和易性及設(shè)計(jì)要求各項(xiàng)性能的前提下，適當(dāng)提高膠凝材料中粉煤灰所占的比例，以降低混凝土早期的水化熱溫度峰值及水化放熱速率，進(jìn)而減小混凝土內(nèi)部與外部的溫度差異，最終降低混凝土出現(xiàn)溫度裂縫的可能性。

3.3混凝土的拌合生產(chǎn)

在拌合設(shè)備與拌合工藝相同的前提下，混凝土的拌合出機(jī)溫度會因拌合前原材料的溫度不同而產(chǎn)生改變，同時(shí)在其他條件相同的前提下，采用不同的拌合方式，混凝土的拌合出機(jī)溫度也不同。

依據(jù)能量守恒定律，拌合前混凝土各原材料的熱量之和應(yīng)與拌合后混凝土的熱量相等，因此本工程建設(shè)采用骨料預(yù)冷、拌合加冷水(或加冰)的方法來對混凝土的拌合出機(jī)溫度進(jìn)行控制。

依據(jù)實(shí)際的工程需求，合理控制混凝土拌合時(shí)加入預(yù)冷骨料、冷水或冰的量，進(jìn)一步來控制混凝土的拌合出機(jī)溫度，以此為基礎(chǔ)，本工程建設(shè)時(shí)混凝土拌合出機(jī)溫度的控制方法為：加入4 ℃冷水和冰屑拌合混凝土，當(dāng)混凝土的拌合出機(jī)溫度控制值為10 ℃時(shí)，加冰約30 kg。

本工程建設(shè)過程中，嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)要求對混凝土的拌合出機(jī)溫度進(jìn)行控制，具體要求為：

1)強(qiáng)約束區(qū)：冬季期間拌合出機(jī)溫度須控制在8 ℃左右，其余季節(jié)須控制在7 ℃以內(nèi)；

2)弱約束區(qū)：拌合出機(jī)溫度均須控制在8 ℃左右；

3)自由區(qū)：冬季期間拌合出機(jī)溫度須控制在10 ℃～11 ℃，其他季節(jié)須控制在8 ℃左右。

3.4混凝土的施工控制

3.4.1運(yùn)輸控制

混凝土的運(yùn)輸距離越遠(yuǎn)，運(yùn)輸途中的轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)越多，水泥的水化程度越大，進(jìn)一步導(dǎo)致混凝土的入倉溫度越高，不利于混凝土的溫控施工，因此，結(jié)合工程現(xiàn)場的實(shí)際情況，應(yīng)盡可能縮短混凝土的運(yùn)輸距離，減少混凝土的運(yùn)輸時(shí)間，以保證澆筑質(zhì)量。

此外，所有的混凝土運(yùn)輸設(shè)備、工具(如吊罐、攪拌車及自卸車等)均須設(shè)置遮陽、隔熱材料，對混凝土進(jìn)行防曬保溫。

3.4.2澆筑控制

1)入倉溫度控制。

考慮高、低溫季節(jié)對混凝土性能的影響，本工程制定的混凝土澆筑計(jì)劃如下：

a.高溫季節(jié)澆筑混凝土，安排在夜間澆筑。在確定制冷容量時(shí)，按非約束區(qū)混凝土7月～9月的澆筑溫度考慮，混凝土拌合出機(jī)溫度的控制值為10.0 ℃。

b.低溫季節(jié)澆筑混凝土，當(dāng)日平均氣溫低于5 ℃時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加熱水或預(yù)熱骨料來進(jìn)行混凝土的拌制，進(jìn)而控制混凝土的入倉溫度。

2)澆筑層厚及高差控制。

對于大體積混凝土的澆筑，一般采用分層澆筑的方法，蓋下壩水電站攔河壩的工程建設(shè)對于澆筑層厚的控制遵循以下原則：

a.大壩基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)澆筑層厚須控制在1.5 m左右；

b.弱約束區(qū)與孔口約束區(qū)澆筑層厚須控制在1.5 m～3 m；

c.非約束區(qū)澆筑層厚須控制在3.0 m左右。

綜合分析大體積混凝土的散熱、防裂及澆筑等各方面因素，本工程中混凝土澆筑的層間間歇時(shí)間須滿足：1.5 m層厚，控制層間間歇5 d～7 d左右；3.0 m層厚，控制層間間歇5 d～21 d。

3)混凝土表面防護(hù)。

蓋下壩水電站攔河大壩位于狹谷山區(qū)，晝夜溫差較大，氣候干燥，風(fēng)速較大，混凝土表面易產(chǎn)生收縮裂縫，因此，對于基礎(chǔ)約束區(qū)、上下游面及相關(guān)重要結(jié)構(gòu)部位，除按高溫季節(jié)進(jìn)行溫度控制外，還須加強(qiáng)混凝土表面的保溫保濕工作，以減少內(nèi)外溫差及表面水分的散失，避免壩體混凝土表面裂縫的出現(xiàn)。

3.4.3溫度控制

通常，澆筑早期的混凝土有3個(gè)典型特點(diǎn)：水化速度快、水化溫升快、水化熱高，受這些因素影響，大壩混凝土的內(nèi)部與外部易產(chǎn)生溫度差異，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土內(nèi)外部出現(xiàn)溫度梯度，溫度應(yīng)力也隨之產(chǎn)生，進(jìn)一步發(fā)展將誘發(fā)溫度裂縫的出現(xiàn)。

為防止混凝土的內(nèi)外部溫差過大，本工程采用的主要方法為通水降溫，即：在大壩混凝土的內(nèi)部布設(shè)冷卻水管，通過通水溫度和通水流量來控制混凝土的降溫速率。

依據(jù)工程現(xiàn)場實(shí)際條件，大壩通水冷卻分三期進(jìn)行，具體如下：

1)一期冷卻通水旨在削減混凝土內(nèi)部水化熱溫升；

2)二期冷卻通水自每年的9月開始進(jìn)行，壩體通水水溫與壩體混凝土溫差控制在25 ℃以內(nèi)，將混凝土內(nèi)部溫度降至20 ℃～22 ℃，以滿足其過冬時(shí)內(nèi)外溫差要求；

3)三期冷卻通水在接縫灌漿前進(jìn)行，目的在于將混凝土的內(nèi)部溫度控制在設(shè)計(jì)允許的接縫灌漿封拱溫度范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

蓋下壩大壩工程建設(shè)施工管控及溫控管理控制得當(dāng)，尤其是對混凝土溫度的把控，其所有溫控指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)溫控標(biāo)準(zhǔn)，并成功實(shí)現(xiàn)“零裂縫”的壯舉，工程涉及的溫控措施可為今后類似的工程建設(shè)提供參考。

[1] [日]巖崎訓(xùn)明.混凝土的特性[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1980.

[2] DL/T 5144—2001，水工混凝土施工規(guī)范[S].

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[4] 馮乃謙.實(shí)用混凝土大全[M].北京：科學(xué)出版社,2001.

Temperaturecontrolofsuper-thinarchdamconcrete

WangYang

(TibetDevelopmentInvestmentGroupCo.,Ltd,Lhasa850000,China)

In light of the hydropower station dam construction and operation security, the paper holds that the temperature control of the dam concrete in casting process is rather important. Taking Gaixia dam hydropower station barrage engineering construction as an example, it analyzes temperature control measures of super-thin arch dam concrete in construction process, which has provided some guidance for similar engineering construction.

Gaixia dam hydropower station, double-curved arch dam, concrete, temperature control

TU755

A

1009-6825(2017)26-0103-02

2017-07-05

汪 洋(1975- )，男，工程師