猴山水庫工程混凝土溫度控制與防裂技術(shù)研究

郭鵬高

(綏中縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 綏中 125200)

1 壩體混凝土設(shè)計

1.1 工程概況

狗河屬于綏中縣內(nèi)的獨流入海河流，自西北部流向東南，于后王虎屯流入渤海，年徑流量約為1.2億m3，水資源量相對豐富，現(xiàn)階段的開發(fā)利用程度偏低。狗河干流擬建猴山水庫，與大風(fēng)口水庫(東戴河新區(qū)供水水源)的距離較近，具備自流供水的水源條件，如圖1所示。

猴山水庫設(shè)計總庫容1.59億m3，屬于大(2)型水利樞紐，工程等別為Ⅱ等，樞紐建筑物由灌溉與環(huán)境供水管、引水隧洞﹑擋水副壩、引水壩段、溢流壩段以及擋水壩段組成，工程任務(wù)以供水為主，兼顧防洪，同時改善下游農(nóng)業(yè)灌溉條件。引水隧洞長6.177km，經(jīng)由大風(fēng)口水庫通過現(xiàn)有管線供給東戴河新區(qū)。2030年，擬向經(jīng)濟(jì)區(qū)最大引水量為3296萬m3，相應(yīng)流量為1.05m3/s，考慮隧洞檢修按正常供水加大10%考慮，則需要的隧洞過流能力為1.16 m3/s，引水隧洞規(guī)模不需要考慮日變化系數(shù)影響。

1.2 壩體混凝土分區(qū)

主、副壩為混凝土重力壩，壩體混凝土應(yīng)按著不同的工作條件和部位，采用不同的標(biāo)號，并應(yīng)兼顧壩體分區(qū)標(biāo)號盡量與樞紐各結(jié)構(gòu)物的混凝土標(biāo)號相一致，以減少混凝土標(biāo)號種類的原則，進(jìn)行混凝土分區(qū)設(shè)計。按照SL319-2005《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，壩體混凝土應(yīng)滿足強度、抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕、抗沖刷、低熱、抗裂等性能的要求，工程混凝土特性指標(biāo)，通過大量工程類比確定[1-4]。水庫大壩不同分區(qū)混凝土設(shè)計指標(biāo)要求及其使用部位，如表1所示郭鵬高。

圖1 猴山水庫工程擬建位置

表1 分區(qū)混凝土設(shè)計指標(biāo)要求與使用部位

混凝土的水化熱，由水泥品種及水泥用量確定，混凝土重力壩體積大，內(nèi)部混凝土力學(xué)指標(biāo)要求較低，但溫控防裂對混凝土低熱性則要求較高[5]。因此，該工程要求基礎(chǔ)、堰面及閘墩混凝土采用大壩水泥。

1.3 不同分區(qū)混凝土配合比

大壩不同分區(qū)混凝土配合比，如表2所示。

表2 大壩不同分區(qū)混凝土配合比表

2 混凝土性能參數(shù)

1)混凝土性能參數(shù)?；炷恋膹椥阅Ａ坷霉紼(t)=E0(1-e-atb)進(jìn)行計算，其中E0、a、b等系數(shù)取值，見表3。

2)基巖的性能參數(shù)。基巖的彈模為23.0GPa，泊松比為0.32，其性能參數(shù)如表4所示。

3)混凝土的性能參數(shù)。自生體積變形、熱學(xué)性能、絕熱溫升，如表5所示。各分區(qū)混凝土的導(dǎo)溫系數(shù)a均為0.0038 m2/h，導(dǎo)熱系數(shù)λ均為8.88kJ/(m·h·℃)，比熱c均為0.98kJ/(kg·℃)，線膨脹系數(shù)α均為9.0×10-6/℃，混凝土絕熱溫升如表6所示。

表3 彈模公式擬合系數(shù)

表4 基巖的熱力學(xué)參數(shù)

每根水管的長度：200m；水管的水平間距1.5m，垂直間距為混凝土澆筑層厚度；冷卻水初溫：12℃；流量：1.0 m3/h；開始通水時間：一期冷卻在開始澆筑混凝土?xí)r立即進(jìn)行；每根水管通水天數(shù)：14天。冷卻水管參數(shù)，如表7所示。

表5 混凝土自生體積變形(10-6)

表6 混凝土絕熱溫升

表7 冷卻水管參數(shù)

3 溫度控制設(shè)計

3.1 澆筑溫度及最高溫度

結(jié)合實際情況和相關(guān)資料合理確定澆筑溫度及最高控制溫度，如表8。施工時，當(dāng)河水溫度低于設(shè)定的水管冷卻水溫時，用河水冷卻。當(dāng)氣溫低于表中設(shè)定的澆筑溫度時，采用自然入倉。其中，L為澆筑塊長邊尺寸，當(dāng)0.2L不是1.5m的倍數(shù)時，需采用1.5m倍數(shù)的大值。

表8 溫控標(biāo)準(zhǔn)及措施

續(xù)表8 溫控標(biāo)準(zhǔn)及措施

3.2 上下層溫差

上下層溫差是指齡期超過28d的老混凝土面上、下各1/4塊長內(nèi)，開始澆筑混凝土?xí)r上層新澆混凝土與下層老混凝土的平均溫度之差，根據(jù)規(guī)范的建議及其他工程經(jīng)驗，結(jié)合工程的具體情況，確定上下層溫差主壩≤13℃，副壩≤25℃。

3.3 壩體保溫措施

壩體上游面經(jīng)常性水位以上部分采用GRC復(fù)合擠塑板保溫，厚度采用100mm，經(jīng)常性水位以下部分采用擠塑板保溫，厚度采用100mm，均采用錨栓固定于混凝土表面。

擠塑板導(dǎo)熱系數(shù)要求，10℃時導(dǎo)熱系數(shù)<0.028W/mk，25℃時<0.030w/mk：燃燒性能應(yīng)達(dá)到B級。擠塑板表面噴涂水泥砂漿保護(hù)。

采用100mm厚防水巖棉被對閘墩、溢流堰面部位保溫，竣工后拆除保溫材料。對于下游裸露壩面，施工期采用100mm厚擠塑板保溫，至竣工后拆除。

3.4 越冬面混凝土保溫

工程所在地區(qū)最冷月平均氣溫為-7.7℃，為寒冷地區(qū)。多年平均氣溫僅為9.5℃，氣溫年內(nèi)變幅大，晝夜溫差也較大。較大的內(nèi)表溫差是引起越冬層面上、下游較大應(yīng)力導(dǎo)致混凝土表面裂縫的主要原因，為控制混凝土內(nèi)表溫差，減少混凝土表面裂縫，必須對混凝土越冬面進(jìn)行表面保溫防護(hù)。越冬相鄰壩體面采用100mm厚擠塑板保溫，待澆筑相鄰混凝土將其拆除。

3.5 相鄰澆筑塊高差及澆筑時間間隔

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，各壩塊在施工過程中都要盡可能的均勻上升，相鄰壩塊的澆筑時間間隔不宜超過30d，高差不宜超過10m。

4 混凝土防裂技術(shù)

為防止混凝土產(chǎn)生裂縫，必須從原材料選擇、施工安排、施工質(zhì)量、保溫降溫及結(jié)構(gòu)型式等方面采取綜合的混凝土溫度控制措施[6]。

1)對大體積混凝土優(yōu)先使用水化熱較低的水泥，同時，適當(dāng)外摻一定比例的粉煤灰，最大程度的減少水化熱溫升；在混凝土配合比設(shè)計中，對大體積混凝土適當(dāng)增加級配，加大骨料粒徑，降低混凝土的絕熱溫升.

2)根據(jù)設(shè)計要求，為有效控制澆筑問題必須采取相應(yīng)的降溫措施，如骨料堆高、地垅取料、料堆搭棚遮陽、風(fēng)冷粗骨料、混凝土冷水拌和、加冰拌和等.

3)將塑料冷卻水管埋設(shè)于壩體內(nèi)，通水冷卻以降低水化熱溫升，水管布置為1.0(1.5m)×1.5m，冷卻水管材質(zhì)為φ32mmHDPE管。在新澆混凝土達(dá)到終凝后，應(yīng)采取對整個倉面進(jìn)行薄層流水養(yǎng)生的措施，可有效降低壩體混凝土溫度.

4)合理安排施工工期，安排低溫季節(jié)澆筑基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土，嚴(yán)格按照設(shè)計提出的要求控制相鄰塊、相鄰壩段的高差?；A(chǔ)約束區(qū)混凝土不應(yīng)出現(xiàn)薄層長間歇，盡量短間歇均勻上升。高溫季節(jié)利用夜間澆筑，冬季澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)嚴(yán)格按照冬季施工要求進(jìn)行.

5)施工中嚴(yán)格控制澆筑層厚和層間間歇期，澆筑層厚1.5m，層間間歇應(yīng)控制在5天以上；高溫季節(jié)施工時要盡量在早、晚或夜間安排澆筑。氣溫超過25℃時，停止?jié)仓炷?。春秋季晝夜溫差大，加上寒潮頻繁極易使得混凝土表面產(chǎn)生裂縫。非冬季施工時停歇7d仍未上覆混凝土?xí)r，要采取防水氈布覆蓋以防寒潮、晝夜溫差對混凝土的影響。對長期暴露在外的混凝土表面均進(jìn)行保溫，防止表面裂縫，并保持混凝土表面濕潤，做好養(yǎng)生，防止干縮裂縫。在混凝土過冬期間，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計提出的保溫標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行混凝土表面防護(hù)。大壩上游面進(jìn)行長期保溫。

6)閘墩、堰面混凝土摻加聚丙烯纖維和Mgo膨脹抗裂劑。大壩上下游越冬面預(yù)留水平淺縫。8號及15號壩段上游壩面預(yù)留豎向淺縫。廊道、輸水管、豎井、底孔等孔洞幾出口，在氣溫驟降期及低溫季節(jié)時要封堵或遮蔽。

5 結(jié) 語

猴山水庫工程建于北方寒冷地區(qū)，氣溫年內(nèi)變幅大，晝夜溫差也較大。鑒于寒冷地區(qū)大壩的溫度應(yīng)力問題比較突出，設(shè)計對大壩進(jìn)行了溫度應(yīng)力分析和溫控方案研究，并提出合理的溫控標(biāo)準(zhǔn)和有效的溫控措施，為大壩的設(shè)計和施工提供參考。猴山水庫工程建成后，可以提供穩(wěn)定可靠的水源，遏制地下水位持續(xù)下降和海水入侵的不利狀況，可調(diào)控流域上游山區(qū)洪水，削減洪峰，提高水庫下游地區(qū)鄉(xiāng)村和農(nóng)田的防洪標(biāo)準(zhǔn)；該水庫可提高狗河流域下游農(nóng)業(yè)灌溉供水保證率，對促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。