黃登水電站大壩碾壓混凝土溫度控制與管理

穆曉東，郭萬里，王 建

(中國水利水電建設工程咨詢西北有限公司黃登監(jiān)理中心，云南 蘭坪 671406)

1 工程概況

黃登水電工程位于云南省怒江州蘭坪縣境內，為碾壓混凝土重力壩，最大壩高203 m，壩址距營盤鎮(zhèn)約12 km，該地區(qū)屬低緯山地季風氣候，夏季炎熱冬季較冷，其顯著特點是干、濕二季分明。一般每年5月～10月為雨季，11月～翌年4月為干季。壩址區(qū)多年平均氣溫17.7 ℃，極端最高氣溫39.4 ℃，極端最低氣溫-3.4 ℃，晝夜溫差大。

黃登水電站于2010年1月27日開工，2013年11月截流，2015年5月22日開始首倉碾壓混凝土施工，2018年4月11日大壩全線封頂，累計完成碾壓混凝土250.89萬m3，完成常態(tài)混凝土60.42萬m3。黃登水電站大壩碾壓混凝土年平均施工強度較大，2015年底澆筑至1 468 m高程，完成碾壓混凝土56萬m3；2016年底澆筑至1 544 m高程，完成碾壓混凝土136萬m3；2017年底澆筑至1 610 m高程，完成碾壓混凝土55萬m3，大壩混凝土施工歷時37個月。黃登水電站碾壓混凝采用通倉澆筑方式，河床基礎部位最大澆筑塊長165 m，全年劃分為4個澆筑時段：高溫(6月、7月、8月)，次高溫(9月、5月、4月)，次低溫(10月、11月、3月)，低溫(12月、1月、2月)。高溫期施工工期達18個月，且高溫期月平均施工強度為20萬m3。

2 碾壓混凝土溫度控制標準

黃登水電站碾壓混凝土溫度控制過程中，根據《大壩混凝土原材料及溫度控制施工技術要求》(第 B 版)[？]按照不同澆筑時段，嚴格執(zhí)行技術要求對碾壓混凝土出機口溫度、澆筑溫度、內部溫度及冷卻水管鋪設進行控制，具體要求見表1～2。

表1 碾壓混凝土主要溫控措施

表2 壩體混凝土容許最高溫度 ℃

3 混凝土出機口溫度控制

混凝土出機溫度是大壩溫度控制的首要環(huán)節(jié)，其主要影響因素是原材料的溫度控制，砂石骨料通過開采、運輸、加工篩分、儲備后其溫度可達到35 ℃以上；水泥的溫度在高溫期可達到28 ℃以上，粉煤灰的溫度可達到26 ℃；黃登壩址區(qū)4月中旬至9月下旬最高氣溫為38 ℃，而骨料自然溫度在35 ℃左右，江水溫度在17～19 ℃，碾壓混凝土出機口溫度要求不超過12 ℃。

3.1 骨料溫度的控制

拌和系統(tǒng)一次風冷料倉共設6個倉，設計總容量為1 638 m3，系統(tǒng)預冷混凝土生產能力為480 m3/h。一次風冷料倉為鋼結構“一”字排開布置，每組風冷料倉分設3個小倉，分別裝大中小石骨料，冷風由冷卻區(qū)底部送入，逆骨料流向穿過該區(qū)骨料層吸熱升溫后，由冷卻區(qū)上部出來進入空氣冷卻器進行冷卻，冷卻后的冷風由離心鼓風機壓入風冷料倉進行下次冷卻循環(huán)，骨料在冷風不斷循環(huán)冷卻下降到所需終溫進入貯料區(qū)。骨料在料倉內自上而下流動，冷風在料倉內自下而上流動，與骨料進行逆流式熱交換，骨料冷卻為連續(xù)風冷，冷風為閉路循環(huán)，冷卻區(qū)料位應不低于風冷區(qū)，以防冷風短路而影響骨料冷卻效果。

拌和系統(tǒng)二次風冷料倉位于拌和樓頂部，每座樓共計6個倉，設計總容積為955 m3，每組風冷料倉分設6個小倉，其中砂倉2個，大中小石各1個，剩余1個骨料倉根據生產情況實時進行調控。黃登水電站設置甸尾、梅沖河兩座拌合系統(tǒng)，梅沖河拌合系統(tǒng)主要生產零星項目常態(tài)二級配混凝土兼顧大壩碾壓Ⅱ級配混凝土生產，甸尾拌合系統(tǒng)主要生產大壩Ⅲ級碾壓混凝土，因此甸尾調節(jié)料倉主要裝大石，梅沖河調節(jié)料倉裝中石。二冷風機相應地布置在風冷料倉外側，其中小石倉對應配備GKL(LFL)-1400冷風機、中石倉配備GKL(LFL)-1000冷風機、大石倉配備GKL(LFL)-1000型冷風機。每個料倉自上而下分為進料區(qū)、冷卻區(qū)、貯料區(qū)。在冷卻區(qū)內設有配風、導料裝置，使冷風在冷卻區(qū)向上均勻擴散，冷透了的骨料在貯料區(qū)的下部排放?？諝饫鋮s器、離心鼓風機與各分料倉一對一配置，組成各自獨立的冷風循環(huán)系統(tǒng)。實踐證明，當混凝土澆筑過程中，使料倉始終保持在滿倉狀態(tài)中，可使骨料的溫度降低3 ℃左右。

由于黃登水電站所處地區(qū)晝夜溫差大，白天陽光直射的地表溫度可達到40 ℃左右，骨料倉占地面積大，是露天成品料倉，當骨料在料倉中堆放時，受陽光照射及氣溫影響，料倉中表層骨料的溫度甚至可達到45 ℃以上。為了減少陽光的爆曬，通過加高骨料倉高度增加堆料厚度，并在輸料皮帶上布置了灑水裝置，灑水的目的僅在于降低骨料表面溫度(水量極小)，實踐證明該方法可使骨料表面溫度降低8～10 ℃。為了防止骨料在運輸過程中受氣溫影響，凡是運輸成品骨料的皮帶機上均搭設了防曬保溫棚，棚內布有管路，夏季噴水降溫。

3.2 膠凝材料溫度控制

膠凝材料主要指水泥和粉煤灰。拌和系統(tǒng)水泥和粉煤灰均采用1 800 t級的罐露天儲備，罐內水泥的溫度在高溫期可達32 ℃，粉煤灰的溫度可達28 ℃，當罐體在陽光爆曬時，其表面溫度均可上升到45 ℃左右。為了降低水泥和粉煤灰的溫度，首先在每個儲罐外圍搭設了遮陽棚，防止陽光直射罐體，其次在每個儲罐的下部錐體部分上，用Ф38 mm的硬質塑料管緊密纏繞且外用保溫被將硬質塑料管料管包裹嚴密，然后在管內通人工制冷循環(huán)水，以達到降溫目的。

3.3 拌和用水溫度控制

黃登工地混凝土拌和用水采用瀾滄江江水，江水通過場內供水系統(tǒng)凈化后進入主供水系統(tǒng)供應至各施工部位。高溫季節(jié)其溫度在17～19 ℃，低溫期在9～16 ℃，混凝土的出機溫度在高溫期要求小于12 ℃。由于摻與拌和的混凝土其他材料溫度較高，必須在不同時期對水溫按不同要求進行控制。水溫的控制，在拌合廠設置準備了兩個系統(tǒng)，即制氟利昂冷水系統(tǒng)和氨制冷盤管輔助制冷系統(tǒng)，通過這兩套系統(tǒng)在高溫期可以將原冷水機組出水溫度7～10 ℃降低至2～4 ℃，保證了出機冷水溫度滿足要求。

4 混凝土運輸、入倉及澆筑溫度控制

黃登大壩碾壓混凝土采用平層法澆筑，最大倉面面積在8 000 m2左右，因此對倉面分區(qū)規(guī)劃、拌和系統(tǒng)能力、倉面施工組織均提出了很高的要求。根據大壩混凝土施工情況，碾壓混凝土坯層覆蓋時間一般需要4～6 h，混凝土經過運輸、卸料、平倉、碾壓等環(huán)節(jié)，溫度回升較快，在高溫期施工如何控制混凝土這一時段內混凝土的溫度回升，是高溫期碾壓混凝土溫度控制的關鍵。

4.1 混凝土運輸過程溫度控制

黃登大壩碾壓混凝土入倉方式有4種：自卸汽車直接運輸入倉、自卸汽車運輸長滿管溜槽入倉、膠帶機輸送至滿管入倉、自卸車運輸纜機吊罐入倉。大壩碾壓混凝土施工中，以最大澆筑面積8 000 m2為控制原則進行分區(qū)，并結合混凝土入倉強度、拌合系統(tǒng)生產能力、運輸能力、高低溫層間間隔時間，制定了混凝土上壩規(guī)劃。對大壩1 435～1 475 m高程利用自卸汽車供料入倉，最大分區(qū)澆筑面積6 872 m2，平均入倉強度450 m3/h；利用右岸至基坑道路對大壩1 440～1 476 m高程采用自卸汽車供料入倉，最大分區(qū)倉面面積5 600 m2，平均入倉強度410 m3/h；利用左岸1 500 m高程道路布置2條25 m滿管對大壩1 475～1 500 m高程供料入倉，最大分區(qū)倉面面積6 200 m2；平均入倉強度440 m3/h；利用左岸與甸尾拌合系統(tǒng)連接的1 560 m高程皮帶供料線加左岸壩頂2條124 m長滿管對大壩1 500～1 560 m高程進行供料，最大分區(qū)澆筑面積約為7 200 m2，平均入倉強度490 m3/h，2條滿管平均小時340 m3/h，皮帶機平均入倉強度150 m3/h；在左岸壩頂布置2條64 m滿管對大壩1 560～1 612 m高程進行供料，最大分區(qū)澆筑面積6 900 m2，平均入倉強度435 m3/h。

上述入倉方式均不能一次卸料到位，還需在倉號內配備自卸車進行倒運，因此混凝土自出機到平倉，至少有3次卸料過程，需10～20 min的運輸時間。為了控制混凝土在此時段的溫度回升，主要采用了在自卸車和長滿管上設置遮陽棚及隔熱材料的方法，高溫期以便減少太陽直射造成混凝土溫度回升，防止運輸過程中因蒸發(fā)量大而造成混凝土失水發(fā)白，從而造成VC值增大。在運輸過程中，嚴格控制其運輸時間，禁止混凝土料出機后在運輸途中滯留，協(xié)調整個施工過程中每一個環(huán)節(jié)，當某一環(huán)節(jié)不能連續(xù)運作時，必須及時通知拌合樓停止拌制混凝土，以免造成出機混凝土不能及時入倉、及時平倉碾壓。通過黃登工程的施工，在高溫期碾壓混凝土自出機至完成碾壓不宜超過2 h，自出機至入倉不宜超過30 min。

4.2 混凝土入倉溫度控制

設計對碾壓混凝土入倉溫度未提具體要求，碾壓混凝土出機口溫度滿足要求后，但由于運輸過程中各種因素導致混凝土溫度回升，入倉后的澆筑溫度超標難以處理，為此通過現場試驗確定不同氣溫條件的入倉溫度，確定入倉溫度不超過對應澆筑溫度-2 ℃。為確保入倉溫度實時受控，在入倉前做好混凝土入倉規(guī)劃，并加強施工過程管理，減少混凝土轉運次數、縮短運輸時間、根據現場實際需要進行混凝土要料生產，避免混凝土運輸車輛在受料斗前長時間等候。

4.3 混凝土澆筑溫度控制

碾壓混凝土在倉號內施工主要有：卸料、平倉、碾壓、檢測壓實度四大工序，無論在高溫季節(jié)還是低溫季節(jié)施工，施工過程中前3項是影響溫度回升的主要因素，因此卸料、平倉、碾壓之間的緊密銜接最為關鍵。首先卸料必須嚴格按條帶寬度(4～5 m)整齊有序進行，卸料后必須及時平倉、及時碾壓、及時覆蓋。尤其在平倉后得不到及時碾壓時亦要及時覆蓋倉面，黃登大壩碾壓混凝土層間間隔時間在高溫季節(jié)(6月～8月)，上一層混凝土覆蓋的時間間隔不宜大于5 h；施工過程中，混凝土熱升層監(jiān)控采用衛(wèi)星定位、實時動態(tài)差分、無線數據傳輸、平倉機平倉作業(yè)識別方法等，對平倉機械、碾壓機械施工過程實時控制反饋，對碾壓混凝土熱升層時間進行實時控制，計算機系統(tǒng)自動監(jiān)測混凝土攤鋪、碾壓過程的歷時，繼而判定該層混凝土是否在規(guī)定熱升層時間內作業(yè)完畢，對于接近規(guī)定熱升層時間的部位，及時向現場管理人員發(fā)出提示，從而達到實時控制層間覆蓋時間的目的。

黃登大壩位于河谷地帶，夏季氣溫較高，蒸發(fā)量較大，因此在高溫期施工碾壓混凝土時，混凝土中水分蒸發(fā)及快，VC值的損失將隨時間的延長而增大，根據現場測試當混凝土不被覆蓋時，VC值在90 min內與被覆蓋的相差5～7 s，基本喪失了可碾性。而在倉號中，最直觀的表現為倉面混凝土出現發(fā)白，這一過程僅在平倉后10 min左右出現。因此黃登工程根據不同時期，采用了不同的補水措施。即，首先要保證混凝土的出機VC值在3～5 s內；其次在高溫期除了用土工布進行覆蓋外，還采取了噴霧機噴霧措施，且效果十分明顯，當氣溫高達34～38 ℃時，每5～8 min噴霧一次或根據氣溫變化情況不間斷開啟，從外觀上看混凝土表面能始終保持濕潤，從倉內氣溫看，氣溫保持在19～23 ℃之間，濕度在80%以上。總結黃登水電站施工經驗，噴霧機噴嘴30 cm范圍內水霧過于飽和，水霧凝結后形成“雨滴”落入倉內，影響混凝土質量，霧炮風機下部應加裝接水簸箕，將凝結水排出倉外。

5 混凝土內部最高溫度控制

5.1 大壩冷卻機組布置

黃登大壩碾壓混凝土大壩冷卻水廠冷卻對象相對集中但高程分布跨度大，不宜集中布設冷卻水廠，結合以往工程施工經驗，采用集裝箱移動式冷水站方式分期進行。

(1)初期冷卻水廠。主要在壩后左岸1 530 m高程平臺上布置1臺W-YDLSF1000移動式冷水站，向大壩左岸進水口1 557 m高程以下混凝土提供10 ℃冷水；在壩后左岸1 460 m高程馬道及壩后右岸1 462 m馬道上共布置3臺W-YDLSF1000移動式冷水站，向大壩左右岸1 481 m高程以下混凝土提供10℃冷水。使用時段為2015年3月至 2016年2月。

(2)中期冷卻水廠。在大壩壩后左岸1 501 m高程和右岸1 500 m高程平臺上共布置3臺W-YDLSF1000移動式冷水站，向大壩1 481～1 531 m高程混凝土提供10 ℃冷水。使用時段為2016年2月至8月。

(3)后期冷卻水廠。大壩壩后左岸1 560.5 m高程和右岸1 560.5 m高程平臺及右岸1 625 m高程的壩頂平臺，向大壩1 531～1 625 m高程混凝土提供10 ℃冷水。使用時段為2016年9月至2018年2月。

5.2 混凝土通水冷卻控制

大壩混凝土通水冷卻目的一是控制混凝土內部溫度不超過容許最高溫度；二是控制混凝土內部溫度一期冷卻結束后溫度回升不應過大；三是通過通水冷卻實現大壩下閘蓄水時混凝土內部溫度滿足設計要求。

5.2.1冷卻水管鋪設

冷卻水管鋪設的技術要求有：

(1)冷卻水管材料需滿足設計提出的相關要求。施工過程中，采用“U”形卡(由Φ10 mm 圓鋼制成)將塑料管固定在混凝土澆筑層面上，防止混凝土澆筑過程中偏移。

(2)壩體內部埋設的蛇形水管嚴格按照施工藍圖及審批的倉面設計間排距進行埋設。冷卻水管的進口和出口均布置在壩體下游。在壩體下游面的各層棧橋和馬道及壩后貼角上集中布置各組引管，對應連接進、回水管口，同時將每套管理 按“壩段-高程-冷卻水管編號”等信息的標示牌掛設在壩后的每一套冷卻水管管口處，以便于對冷卻通水流量、水溫等參數的現場控制管理。

(3)單根水管的長度不大于300 m，蛇形布置。當同一倉面布置多條水管時，各條水管長度應基本相當。同層各管圈必須同時通水冷卻、同時結束，禁止出現不同步冷卻的情況。二級配碾壓混凝土單獨引管，后期根據內部溫度控制該部位通水流量。

(4)冷卻水管鋪設完成后，及時對已鋪好的冷卻水管進行通水檢查，如發(fā)現滲漏和堵塞現象，應立即處理，在混凝土澆筑時應防止冷卻水管移位或被破壞。

5.2.2一期通水冷卻

一期通水冷卻的目的是消減澆筑層初期水化熱溫升，控制混凝土最高溫度不超過容許范圍，并減少內外溫差。對通水冷卻的工藝標準、通水流量、通水時間等嚴格控制，主要采取了以下措施：

(1)一期冷卻最晚通水開始時間不大于混凝土初凝后24 h，通水流量按1.5～2.0 m3/h，進口水溫8～10 ℃，冷卻通水24 h換向一次。

(2)為防止同倉號同高程同時間不同位置混凝土內部溫度偏差，內部溫度較高的部位應采取設計范圍內大通水流量或延長通水時間的措施，但需滿足設計提出 的降溫速率要求。一般防滲區(qū)二級配碾壓混凝土溫度高于三級配碾壓混凝土溫度。

(3)一期通水冷卻過程中，需嚴格按照規(guī)定的監(jiān)測頻次進行一期冷卻的進水溫度、出水溫度、流量的監(jiān)測及通水及時性檢查，對不符合設計要求的 流量要求及時進行調整，保證流量滿足設計要求，確保通水效果。一期通水冷卻準備結束時，應進行全面的悶水測溫，以確定冷卻效果是否達到要求，若未達到要求應繼續(xù)通水，直至達到要求。

(4)應加強一冷結束后混凝土內部溫度監(jiān)測，溫度回升超過設計要求的范圍時需采取補充通水，防止混凝土出現二次峰值和超過容許最高溫度的情況。補充通水冷卻的進水口水溫、通水流量、降溫速率等需滿足設計提出的相關要求。也 可采取間歇通水措施，先通水3～5 d后悶溫7 d，視悶溫結果再決定以后通水時間。

5.2.3中期通水冷卻

中期通水冷卻的主要目的是削減混凝土內外溫差，預防混凝土在冬季出現裂縫，每年10月初開始對當年4月～9月澆筑的壩體混凝土進行中期通水冷卻，將混凝土內部溫度降至20～22 ℃，中期通水冷卻參考水溫 15～18 ℃，通水流量不大于1.2 m3/h，每天最大降溫速度不大于0.5 ℃。中期通水冷卻準備結束時，應進行全面悶水測溫，以確定冷卻效果是否達到要求，若未達到要求應繼續(xù)通水，直至達到要求為止。

6 結 語

黃登水電站自2015年4月30日～2018年4月11日共澆筑混凝土316倉，內部最高溫度合格254倉，合格率為85.4%?；炷脸鰴C口溫度共檢測7 674次，合格率為94.6%，澆筑溫度檢測8 346組，合格率為93.7%，大壩混凝土各環(huán)節(jié)溫控管理工作均滿足設計要求。黃登大壩的溫控工作在歷次質量監(jiān)督檢查及安全鑒定檢查中也得到專家組高度好評，專家認為“各參建單位質量體系健全，管控制度完善，行為總體規(guī)范，工程質量管控體系運行有效，已完工程質量均處于受控狀態(tài)”。通過不斷實踐總結，黃登大壩在溫控工作中形成了一整套的混凝土拌制、入倉澆筑、一期、中期動態(tài)化的通水冷卻施工工藝，為類似工程提供借鑒。