碾壓混凝土大壩大升層施工溫控技術(shù)

黃 艷 梅

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 第一分局 四川 彭山 620860)

1 概 述

烏弄龍水電站是瀾滄江上游河段水電梯級(jí)開發(fā)的第二級(jí)電站，壩址位于云南省維西縣巴迪鄉(xiāng)，電站裝機(jī)容量為990 MW。攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高130.5 m。樞紐主要建筑物由碾壓混凝土重力壩、壩身泄洪表孔和底孔及右岸地下廠房系統(tǒng)等組成。壩頂高程1 909.5 m，建基面高程1 779 m。大壩壩頂軸線長(zhǎng)度為247.1 m，壩頂寬10 m，壩底最大寬度為100 m。壩體斷面上游面垂直，下游坡比為1∶0.72。

烏弄龍水電站壩址區(qū)多年平均氣溫為11.5 ℃，極端最高氣溫為31.9 ℃，極端最低氣溫為-8.9 ℃，多年平均相對(duì)濕度為70%，多年平均降雨量為966 mm，最大日降雨量為93.4 mm，多年平均蒸發(fā)量為1 460.2 mm。多年平均風(fēng)速為1.5 m/s，最大風(fēng)速為19 m/s。

烏弄龍水電站大壩碾壓混凝土采用大倉(cāng)面薄層連續(xù)短間歇澆筑、平層法施工[1]，分層高度除強(qiáng)約束區(qū)以外以6 m為主。大升層施工方法有效簡(jiǎn)化了施工程序，提高了機(jī)械化施工程度和工效[2]，是施工單位的首選。但大面積混凝土采取大升層施工其混凝土方量之大可想而知。因此，如何解決混凝土水化熱帶來的溫度升高問題就成為迫在眉睫的重中之重，必須采取有效的溫控手段控制混凝土裂縫的發(fā)生。

2 碾壓混凝土溫控的要求和內(nèi)容

2.1 溫控要求

烏弄龍水電站大壩主河床壩段碾壓混凝土基礎(chǔ)容許溫差見表1，容許最高溫度見表2。上下層溫差標(biāo)準(zhǔn)為15 ℃；碾壓混凝土強(qiáng)約束區(qū)控制內(nèi)、外溫差不超過15 ℃，弱約束區(qū)控制內(nèi)外溫差不超過17 ℃，其它不超過19 ℃。

表1 碾壓混凝土基礎(chǔ)容許溫差表

表2 碾壓混凝土容許最高溫度表

2.2 溫控的主要內(nèi)容

(1)降低混凝土內(nèi)部的最高溫度，即減少混凝土最高溫度與運(yùn)行期設(shè)計(jì)溫度(如穩(wěn)定溫度等)間的差值。

(2)使混凝土各點(diǎn)溫度盡量均勻，避免出現(xiàn)過大的溫度梯度。

(3)使壩體達(dá)到運(yùn)行期設(shè)計(jì)溫度值，以便進(jìn)行接縫灌漿處理，防止灌漿后再產(chǎn)生溫度應(yīng)力。

3 烏弄龍水電站采用的碾壓混凝土溫控技術(shù)

3.1 配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)并加強(qiáng)施工管理，提高施工工藝水平，改善混凝土性能，其目的是提高混凝土的抗裂能力。將碾壓混凝土砂中的石粉含量控制在(20±2)%，優(yōu)先選擇中熱水泥，摻合料采用Ⅱ級(jí)或以上粉煤灰。在配合比設(shè)計(jì)中，采取了以下措施，有效降低了混凝土溫升：

(1)高摻粉煤灰。配合比采用宣威市眾合成建材有限公司生產(chǎn)的“F”類Ⅱ級(jí)粉煤灰，高摻量達(dá)60%，以減少水泥用量。

(2)添加緩凝高效減水劑。采用浙江龍游型緩凝高效減水劑用于碾壓混凝土，減少了碾壓混凝土中的水泥用量。

(3)選用中熱硅酸鹽水泥。大壩混凝土選用42.5級(jí)中熱硅酸鹽水泥以減少水泥水化熱。

3.2 出機(jī)口溫度控制

拌和樓出機(jī)口溫度控制是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，其標(biāo)準(zhǔn)取決于當(dāng)月需滿足的混凝土入倉(cāng)澆筑溫度，烏弄龍水電站大壩碾壓混凝土澆筑溫度見表3。

表3 碾壓混凝土澆筑溫度控制表

3.2.1 高溫季節(jié)施工

(1)拌合系統(tǒng)的原材料溫控。根據(jù)烏弄龍水電站氣象資料并結(jié)合拌和樓的運(yùn)行條件，對(duì)拌和樓生產(chǎn)制冷混凝土的各種原材料擬定不同月份的拌和溫度控制標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算公式采用能量守恒公式，結(jié)合實(shí)際工況，強(qiáng)約束區(qū)和弱約束區(qū)的碾壓混凝土按澆筑溫度標(biāo)準(zhǔn)反推求得原材料溫度標(biāo)準(zhǔn)(表4)，出機(jī)口溫度根據(jù)氣溫變化進(jìn)行調(diào)整。

表4 碾壓混凝土原材料溫度控制表 /℃

(2)拌合系統(tǒng)溫控技術(shù)。

①對(duì)砂倉(cāng)采用遮陽棚防嗮的方式，骨料采用大量堆存，成品料倉(cāng)堆料高度不低于8 m，以減少夏季高溫氣候?qū)υ牧蠝囟鹊挠绊憽?/p>

②控制混凝土骨料的含水率小于4%，且對(duì)骨料采用高堆積、冷卻水拌和。

③水泥的入庫(kù)溫度不超過65 ℃。

④對(duì)拌和樓的料斗、儲(chǔ)水器、皮帶運(yùn)輸機(jī)、拌和樓等加遮陽棚，以免被太陽暴曬，同時(shí)可用水化熱較低的水泥生產(chǎn)混凝土。

⑤4～10月若采取上述措施仍不能滿足溫控要求，則需增加風(fēng)冷措施預(yù)冷骨料，并采取加制冷水拌等方式降低混凝土的出機(jī)口溫度，使其滿足澆筑溫度要求。

3.2.2 低溫季節(jié)施工

低溫季節(jié)施工時(shí)，在混凝土澆筑結(jié)束后及時(shí)貼苯板并覆蓋保溫被。

當(dāng)氣溫低于-3 ℃且低溫天氣持續(xù)3 d或超過3 d以上時(shí)，實(shí)行暫停施工的辦法。

3.3 運(yùn)輸過程中的溫度控制技術(shù)

烏弄龍水電站大壩碾壓混凝土施工其碾壓混凝土從出機(jī)口至上坯層混凝土覆蓋前的溫度回升值要求為：4～10月，在高溫時(shí)段不超過5 ℃，其它月份不超過3 ℃。為此，采取了以下溫控技術(shù)：

(1)車輛運(yùn)輸前，先采用冷水沖洗、潤(rùn)濕車廂，降低車廂板溫度，車廂沖洗時(shí)間間隔不大于2 h。

(2)在運(yùn)輸車輛安裝遮陽棚，防止車輛在運(yùn)輸途中遭太陽直射并能減少風(fēng)對(duì)料堆表面的風(fēng)干影響。禁止采用尾氣設(shè)于車廂的汽車運(yùn)輸混凝土。

(3)大壩混凝土澆筑期間，應(yīng)保持運(yùn)輸?shù)缆吠〞?，在關(guān)鍵路段設(shè)置指揮人員，以減少交通堵塞，減少溫度“倒灌”。

(4)在受料平臺(tái)及倉(cāng)內(nèi)均設(shè)置信號(hào)工，以減少自卸汽車在卸料平臺(tái)的等待時(shí)間，盡快入倉(cāng)卸料，減少溫度“倒灌”。

(5)纜機(jī)及箱式滿管在混凝土運(yùn)輸過程中，對(duì)皮帶機(jī)安裝遮陽棚以防止太陽暴曬，采取保溫、降溫措施，開倉(cāng)前對(duì)料罐實(shí)施沖水降溫，對(duì)吊罐、滿管包裹保溫材料等。滿管入倉(cāng)必須控制混凝土入倉(cāng)后的平倉(cāng)振搗時(shí)間，盡量快速平倉(cāng)振搗，以減少預(yù)冷混凝土暴露在空氣中的時(shí)間，從而減少混凝土的空氣熱傳導(dǎo)溫升。

3.4 混凝土澆筑過程中的溫度控制技術(shù)

混凝土澆筑溫度系指入倉(cāng)混凝土經(jīng)平倉(cāng)振搗或碾壓后、覆蓋上坯層混凝土前，在距本坯層混凝土表面以下10 cm處的混凝土溫度?；炷亮先雮}(cāng)后，對(duì)倉(cāng)內(nèi)的溫控在低溫季節(jié)和高溫季節(jié)均非常重要。本工程主要采取了以下措施：

(1)倉(cāng)面小氣候。高溫季節(jié)澆筑混凝土?xí)r外界氣溫較高，為防止混凝土初凝及氣溫倒灌，營(yíng)造小氣候以降低施工環(huán)境溫度，噴霧亦可防止假凝。噴霧機(jī)噴霧以降低倉(cāng)面的環(huán)境溫度，噴霧時(shí)需保證成霧狀，注意避免其形成水滴落在混凝土面上。噴霧機(jī)安放在周邊模板、壩肩槽坡面或倉(cāng)面固定支架上，架高2～3 m并結(jié)合風(fēng)向使噴霧方向與風(fēng)向一致。同時(shí)，根據(jù)倉(cāng)面大小選擇噴霧機(jī)數(shù)量，一般噴霧機(jī)按照間距30 m左右布置并保證噴霧降溫效果，或匹配現(xiàn)場(chǎng)需求進(jìn)行噴霧機(jī)的安裝，以達(dá)到更好的噴霧降溫效果。注意：噴霧時(shí)水分不得過量，以防止混凝土表面積水。開始噴霧時(shí)的倉(cāng)內(nèi)氣溫根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，且以混凝土表面不形成積水為控制條件。

(2)滿管入倉(cāng)時(shí)，注意控制混凝土入倉(cāng)后的平倉(cāng)振搗時(shí)間，快速進(jìn)行平倉(cāng)振搗以減少預(yù)冷混凝土暴露在空氣中的時(shí)間，降低其在澆筑時(shí)段的溫升。

(3)在風(fēng)大、高溫、太陽暴曬嚴(yán)重等情況下，碾壓完畢立即采用保溫被覆蓋，直到下一層開使攤鋪[3]。

3.5 通水冷卻

在混凝土澆筑完成后混凝土初凝到終凝這段時(shí)間，混凝土內(nèi)部的水泥與拌和水會(huì)發(fā)生充分的水化熱化學(xué)反應(yīng)，在其結(jié)合的同時(shí)產(chǎn)生了大量的熱量，使混凝土內(nèi)部急劇升溫，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外的溫差變大，如果不采取及時(shí)的處理措施，混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度嚴(yán)重下降。通?？刂苹炷羶?nèi)部因水化熱引起的壩體內(nèi)部溫度升高的辦法是壩體內(nèi)通水冷卻，即在碾壓混凝土施工的同時(shí)預(yù)埋冷卻水水管，在其水化熱溫升期間進(jìn)行通水冷卻。

烏弄龍水電站大壩通水冷卻分一期、中期及二期冷卻。一期冷卻在混凝土開始澆筑時(shí)立即開始通水冷卻，以降低混凝土的最高溫度。中期冷卻是對(duì)當(dāng)年4～9月高溫季節(jié)澆筑的混凝土在10月后進(jìn)行通水冷卻，二期通水冷卻的目的是使混凝土降至接縫灌漿或接觸灌漿溫度。

3.5.1 壩體內(nèi)冷卻水管的布置

壩體內(nèi)混凝土冷卻水管的布置按1.5 m間距呈蛇型布置，水管距上游壩面2.5 m，距離下游壩面3 m；垂直方向?qū)泳酁?.5 m，水管距基巖面或老混凝土面距離≥0.3 m，距離各種縫及孔洞的距離為1.5 m。水管不允許穿過各種縫及孔洞，單根循環(huán)蛇型水管的長(zhǎng)度要求不大于250 m[4]。冷卻蛇形管垂直于水流方向布置，當(dāng)同一倉(cāng)面需要布置多條水管時(shí)，各條水管的長(zhǎng)度應(yīng)基本相當(dāng)。同層各管圈必須同時(shí)通水冷卻、同時(shí)結(jié)束，禁止出現(xiàn)不同步冷卻的情況。

3.5.2 通水程序及強(qiáng)度

(1)一期通水冷卻。上坯層混凝土開始鋪筑時(shí)即開始通水。針對(duì)6 m升層，一般情況下，采用通7 ℃～10 ℃的制冷水進(jìn)行冷卻。4月、10月也可采用天然河水，但冷卻時(shí)間應(yīng)延長(zhǎng)至35 d。管中水的流量控制為前20 d為2 m3/h，后15 d控制為技術(shù)要求通水流量1.3 m3/h，水管中的水流方向應(yīng)每24 h調(diào)換一次[4]；混凝土降溫速度每天不大于0.5℃，冷卻水管進(jìn)口水溫與混凝土最高溫度之差不超過20 ℃。根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)，必要時(shí)加強(qiáng)溫控力度，防止混凝土出現(xiàn)二次峰值和超過容許最高溫度的情況。

(2)中期通水冷卻。每年10月份進(jìn)行悶溫檢測(cè)，對(duì)于不滿足內(nèi)外溫差標(biāo)準(zhǔn)要求的啟動(dòng)中期冷卻。每年10月對(duì)當(dāng)年4～9月澆筑的壩體混凝土進(jìn)行中期通水冷卻，將混凝土內(nèi)部溫度降至滿足內(nèi)外溫差要求為準(zhǔn)，根據(jù)每年的實(shí)際外界環(huán)境溫度確定中期通水冷卻的結(jié)束溫度。中期通水冷卻參考水溫為7℃～10 ℃，通水流量不宜大于1.2 m3/h，控制最大降溫速率每天不超過0.5 ℃。

(3)二期通水冷卻。在岸坡接觸灌漿前，需要進(jìn)行二期通水冷卻。二期通水采用通7 ℃～10 ℃的制冷水或滿足要求的河水對(duì)其進(jìn)行二期冷卻以將其降低至穩(wěn)定溫度[5]。二期通水程序及要求與一期通水冷卻相同。

3.5.3 冷水機(jī)的配置

根據(jù)烏弄龍水電站大壩的施工進(jìn)度， 35 d混凝土上升10 m，冷卻水管間距1.5 m，則有7層冷卻水管需要通水，應(yīng)配備4臺(tái)移動(dòng)式冷水站，冷水機(jī)組型號(hào)分別為HYPCPW650、HYPCPW319、HYPCPW170、HYPCPW100，可以滿足工程溫控要求。

3.6 冷卻水管的封堵

通水冷卻結(jié)束后，采用42.5級(jí)中熱硅酸鹽水泥漿對(duì)冷卻水管進(jìn)行回填灌漿，然后切除水管的外露部分，將其表面處理至滿足混凝土外觀要求。

4 防裂及內(nèi)外溫差控制技術(shù)

(1)高溫季節(jié)澆筑過程中，對(duì)倉(cāng)面上方噴霧以降低環(huán)境氣溫；盡量減少混凝土的暴露面和暴露時(shí)間，每一層碾壓完畢，及時(shí)覆蓋臨時(shí)保溫被或聚苯乙烯泡沫材料，并在倉(cāng)面灑水養(yǎng)護(hù)，以減少混凝土的溫度回升。

(2)澆筑后的養(yǎng)護(hù)。

①混凝土澆筑收倉(cāng)12 h后，開始對(duì)混凝土表面進(jìn)行流水養(yǎng)護(hù)，水層厚度大于5 mm。

②對(duì)于混凝土水平施工層面，其灑水養(yǎng)護(hù)應(yīng)持續(xù)至上一層碾壓混凝土開始澆筑為止。

③遇氣溫較低(日平均氣溫小于3 ℃)時(shí)，停止碾壓混凝土施工。對(duì)于已澆筑的混凝土倉(cāng)面用土工膜+保溫被材料覆蓋并進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)至上一層混凝土開始鋪筑。

(3)當(dāng)日平均氣溫低于3 ℃或氣溫驟降時(shí)，為防止碾壓混凝土的暴露表面產(chǎn)生裂縫，對(duì)大壩上下游面及時(shí)覆蓋苯板，壩面及倉(cāng)面采用保溫被覆蓋并適當(dāng)延長(zhǎng)拆模時(shí)間。所有孔、洞及廊道等入口進(jìn)行封堵，以防其受到冷氣的襲擊。避免在夜間或氣溫驟降時(shí)拆模。

(4)大壩基礎(chǔ)表面保溫。為提高壩體基礎(chǔ)混凝土的穩(wěn)定溫度，減小溫度應(yīng)力， 11月上旬開始對(duì)壩體進(jìn)行表面苯板保護(hù)。大壩基礎(chǔ)上游面表面保溫范圍為泄洪進(jìn)水口底板高程以下；大壩基礎(chǔ)下游面表面保溫范圍從基礎(chǔ)高程開始約20 m高度。

5 結(jié) 語

目前，烏弄龍水電站已投入運(yùn)行且運(yùn)行狀態(tài)良好。事實(shí)證明：碾壓混凝土大壩6 m高升層施工、輔以上述溫控措施，在保證質(zhì)量的前提下，能夠達(dá)到經(jīng)濟(jì)、高效的效果，所取得的經(jīng)驗(yàn)值得類似工程借鑒。