楊房溝水電站高拱壩大體積混凝土溫控措施研究

葉 勁 松， 劉 曉 龍， 李 雷 剛

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

楊房溝水電站攔河壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程為2 102 m，河床建基面高程為1 947 m，壩高155 m。拱冠梁壩頂厚度為9 m，拱冠梁壩底厚度為32 m[1]。拱壩壩頂中心線弧長為362.17 m，分16個橫縫，共17個壩段。

楊房溝水電站壩址區(qū)屬典型的川西高原氣候區(qū)，主要受高空西風(fēng)環(huán)流和西南季風(fēng)影響，干、濕季節(jié)分明。多年平均氣溫為16.5 ℃，極端最高氣溫為40.6 ℃，極端最低氣溫為-3.6 ℃。多年平均地溫為14.7 ℃，歷年最高地溫為21.7 ℃，歷年最低地溫為5.1 ℃；多年平均水溫為11.2 ℃，歷年最高水溫為17.2 ℃，歷年最低水溫為3.7 ℃。干季(11月～次年4月)日照強(qiáng)、多大風(fēng)、濕度小、晝夜溫差大。雨季(5～10月)雨量充沛、濕度較大、氣溫較高，受極端氣候的不利影響，拱壩混凝土溫度控制施工的難度非常大。

鑒于楊房溝水電站雙曲拱壩屬于大體積混凝土建筑物，水泥在水化過程中產(chǎn)生了較高的水化熱量，使混凝土的內(nèi)部溫度升高而帶來相應(yīng)的應(yīng)變和應(yīng)力，極易產(chǎn)生溫度裂縫，進(jìn)而影響到混凝土的整體結(jié)構(gòu)，因此，需要采取強(qiáng)有力的施工措施控制混凝土的溫度變化。介紹了楊房溝水電站高拱壩大體積混凝土采用的溫度控制措施。

2 混凝土溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

2.1 溫差控制標(biāo)準(zhǔn)

(1)基礎(chǔ)容許溫差。楊房溝水電站雙曲拱壩混凝土基礎(chǔ)容許溫差控制標(biāo)準(zhǔn)為：河床壩段強(qiáng)約束區(qū)為17 ℃，弱約束區(qū)為20 ℃；岸坡壩段強(qiáng)約束區(qū)為16 ℃，弱約束區(qū)為19 ℃。

(2)內(nèi)外溫差控制標(biāo)準(zhǔn)為17 ℃。

2.2 最高溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

楊房溝水電站雙曲拱壩施工期混凝土最高溫度控制標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 混凝土最高溫度控制標(biāo)準(zhǔn)表

2.3 混凝土出機(jī)口溫度

對混凝土出機(jī)口溫度按不超過11 ℃控制。高溫季節(jié)為控制拱壩混凝土的最高溫度，混凝土出機(jī)口溫度按不超過9 ℃控制。

2.4 混凝土澆筑溫度

拱壩混凝土的澆筑溫度按不超過15 ℃控制。任何部位的混凝土澆筑溫度在任何時段均不能低于7 ℃。

2.5 混凝土內(nèi)部溫度的降溫速率

對于一期冷卻階段：混凝土日降溫速率不超過1 ℃，且日平均降溫不宜超過0.5 ℃；中期冷卻階段的混凝土日降溫速率不超過0.6 ℃，且日平均降溫不宜超過0.4 ℃；二期冷卻階段混凝土日降溫速率不超過0.5 ℃，且日平均降溫不宜超過0.3 ℃。該工程一期、中期冷卻階段符合率為90%，二期冷卻階段符合率為95%。

2.6 混凝土內(nèi)部溫度回彈控制

一期冷卻降溫階段與中期冷卻降溫階段之間、中期冷卻降溫階段與二期冷卻降溫階段之間以及二期冷卻降溫階段后(接縫灌漿后1個月內(nèi))或低溫季節(jié)若混凝土最高溫度與一期冷卻目標(biāo)一致時，混凝土平均溫度回升按不超過1 ℃控制；當(dāng)混凝土平均溫度回升0.5 ℃時，需采用0.5～0.8 m3/h小流量通水措施控制混凝土的溫度回升，通水水溫及歷時需根據(jù)混凝土溫度要求選用，溫度回彈控制符合率為90%。

3 混凝土溫度控制措施

3.1 混凝土出機(jī)口溫度控制

根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求，混凝土出機(jī)口溫度按不超過11 ℃控制。高溫季節(jié)混凝土出機(jī)口溫度按不超過9 ℃控制。

為了保證混凝土出機(jī)口溫度滿足溫控技術(shù)要求，根據(jù)不同的季節(jié)，對不同的骨料粒徑采用不同的溫度控制標(biāo)準(zhǔn)。2018年10月至2019年4月20日，骨料風(fēng)冷溫度按照監(jiān)理部批復(fù)文件(長楊監(jiān)輔[2018]170號)的要求進(jìn)行控制。冬季骨料溫度的控制標(biāo)準(zhǔn)為：白天9 ℃、6 ℃、3 ℃、3 ℃(小石、中石、大石、特大石)，晚上7 ℃、7 ℃、7 ℃、7 ℃(小石、中石、大石、特大石)；2019年4月20日以后，骨料風(fēng)冷溫度按照監(jiān)理部批復(fù)文件(長楊監(jiān)輔[2019]37號)的要求進(jìn)行控制，低溫季(11月～次年2月)按照9 ℃、7 ℃、7 ℃、7 ℃(小石、中石、大石、特大石)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制；高溫季(3～10月)按照7 ℃、6 ℃、4 ℃、4 ℃(小石、中石、大石、特大石)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。

為確?；炷脸鰴C(jī)口溫度，加大了一次、二次骨料風(fēng)冷質(zhì)量控制，加大了骨料溫度檢測頻率(大石、特大石溫度每2 h測溫一次)，并結(jié)合水泥、粉煤灰等原材料的溫度檢測情況適當(dāng)調(diào)整進(jìn)風(fēng)溫度，同時加強(qiáng)風(fēng)冷料倉的料位控制，保證料位高度不低于料倉回風(fēng)口。根據(jù)骨料的實(shí)際含水量變化情況及時調(diào)整混凝土的用水量和加冰量，確?；炷脸鰴C(jī)口溫度及坍落度滿足要求。

3.2 混凝土澆筑過程控制

(1)加強(qiáng)混凝土運(yùn)輸過程的管理，縮短運(yùn)輸時間，減少轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，對運(yùn)輸車車廂采取配備防雨、防曬、隔熱裝置等措施。

(2)混凝土運(yùn)輸至卸料平臺后快速卸入料罐內(nèi)，通過纜機(jī)垂直運(yùn)輸料罐至指定澆筑倉內(nèi)及時下料。

(3)混凝土澆筑過程中，一旦卸料入倉、現(xiàn)場平倉人員應(yīng)立即進(jìn)行平倉振搗，同時加快混凝土層面的覆蓋速度和平倉振搗速度，做到不堆料、壓料，提高混凝土的澆筑強(qiáng)度，縮短坯層的覆蓋時間。

(4)高溫季節(jié)應(yīng)避開高溫時段澆筑混凝土，充分利用低溫季節(jié)和早晚及夜間氣溫低的時段進(jìn)行澆筑，白天開倉前2 h進(jìn)行噴霧降溫。

(5)當(dāng)倉內(nèi)氣溫高于22 ℃，需進(jìn)行倉面噴霧以降低倉內(nèi)的環(huán)境溫度。噴霧應(yīng)覆蓋整個倉面，水分不應(yīng)過量，應(yīng)防止混凝土表面出現(xiàn)積水現(xiàn)象。

3.3 通水降溫控制

楊房溝水電站拱壩混凝土屬于大體積混凝土，其表面系數(shù)較小，水泥水化熱釋放較為集中，內(nèi)部升溫比較快，進(jìn)而造成混凝土內(nèi)外溫差較大，極易產(chǎn)生混凝土溫度裂縫，從而影響到拱壩結(jié)構(gòu)的安全和正常使用。因此，需要采取降低混凝土內(nèi)部最高溫度、減少混凝土最高溫度與運(yùn)行期設(shè)計(jì)溫度間的差值，方能夠有效預(yù)防溫度裂縫的產(chǎn)生。通常采取在壩體內(nèi)埋設(shè)冷卻水管進(jìn)行通水降溫[2]的措施，以帶走混凝土內(nèi)部水化熱溫升，使各點(diǎn)溫度均衡，避免出現(xiàn)過大的溫度梯度。

圖1 混凝土分期冷卻降溫過程示意圖

3.3.1 壩體冷卻水管的布置

楊房溝水電站拱壩混凝土冷卻水管的支管采用蛇形布置，蛇形支管的方向垂直于水流方向布置。冷卻水管的主管進(jìn)出口均布置在壩體下游、集中到壩后橋或臨時棧橋部位與流量測控裝置連接?？紤]到該工程牛腿、孔口等結(jié)構(gòu)部位溫度控制難度大，根據(jù)對采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后對混凝土倉內(nèi)冷卻水管的間距布置進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整：

(1)大壩非孔口壩段冷卻水管間距按1.5 m(豎向)×1.5 m(水平)布置。

(2)廊道周邊冷卻水管的間距按1 m(豎向)×1 m(水平)布置。

(3)孔口部位的冷卻水管間距按1 m(豎向)×0.8 m(水平)布置。

3.3.2 通水降溫控制

袁永華 女， 1991年5月出生于河南省商丘市，2014 年于河南城建學(xué)院獲得學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為遼寧工程技術(shù)大學(xué)在讀碩士生，主要研究方向?yàn)閳D像分割.

為提高通水冷卻的控制精度，對冷卻水管的入口和出口溫度同時進(jìn)行監(jiān)控，并適時根據(jù)出口水溫調(diào)整通水流量，通水流向每24 h更換一次。當(dāng)預(yù)測通水控溫難以滿足設(shè)計(jì)要求時，縮短至12 h更換一次。對于低溫季節(jié)澆筑混凝土，當(dāng)外界氣溫低于10 ℃時，由于水溫、氣溫相對較低，采用天然水即可以達(dá)到較好的控溫效果。但應(yīng)注意調(diào)整通水流量，避免出現(xiàn)混凝土降溫速率超標(biāo)的情況，必要時可暫停通水，避免過度冷卻和氣溫驟降疊加給混凝土帶來不利的影響。

在各期降溫過程中，應(yīng)根據(jù)溫度測量成果及時調(diào)整通水流量，確保降溫速率滿足要求。為保證最高溫度控制、防止降溫幅度過大過快，應(yīng)進(jìn)行各期冷卻目標(biāo)溫度預(yù)警，即距離冷卻目標(biāo)溫度1 ℃～2 ℃時進(jìn)行預(yù)警、預(yù)控，加大溫度觀測頻次，根據(jù)溫度測量成果及時調(diào)整通水，防止最高溫度超標(biāo)。各部位各期通水冷卻目標(biāo)溫度及降溫幅度見表2。

表2 各部位各期通水冷卻目標(biāo)溫度及降溫幅度表 /℃

(1) 一期冷卻要求。

①一期冷卻的主要目的是削減水化熱溫升，降低混凝土最高溫度?；炷翝仓絺}振搗完成后應(yīng)盡早開始一期通水冷卻，其冷卻水管入口處參考的通水溫度為8 ℃～10 ℃，低溫季節(jié)可視情況調(diào)整為14 ℃～16 ℃。

②一期冷卻目標(biāo)溫度為Ta，降溫幅度控制在6 ℃～9 ℃(基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)和孔口約束區(qū)目標(biāo)溫度為21 ℃～22 ℃左右，弱約束區(qū)和自由區(qū)目標(biāo)溫度為21 ℃～24 ℃)，日最大降溫速率不超過1 ℃，且日平均降溫幅度按不超過于0.5 ℃/d控制，冷卻降溫過程應(yīng)連續(xù)平順，防止因通水不足及通水中斷等原因造成的溫度回升。一期通水冷卻的時間不少于21 d，自開始通水至混凝土最高溫度出現(xiàn)2 d后，通水流量不宜超過1.2～2 m3/h[3]，具體可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際控溫情況適度調(diào)整。

(2) 中期冷卻要求。

①一期冷卻達(dá)到其目標(biāo)溫度Ta后可根據(jù)實(shí)測混凝土內(nèi)部溫度情況開始中期通水冷卻。中期冷卻的主要目的是以控溫為主，防止一期冷卻結(jié)束后混凝土溫度快速回升進(jìn)而導(dǎo)致增加后期冷卻的降溫幅度。中期通水冷卻階段，冷卻水管入口處的參考通水溫度為14 ℃～16 ℃。

②中期冷卻目標(biāo)溫度為Tb，其降溫幅度控制在4 ℃～6 ℃(基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)和孔口約束區(qū)的目標(biāo)溫度為16 ℃～17 ℃，弱約束區(qū)和自由區(qū)的目標(biāo)溫度為17 ℃～18 ℃)，降溫速率按照不大于0.6 ℃/d控制，日平均降溫不宜超過0.4 ℃且冷卻降溫過程應(yīng)連續(xù)平順，防止因通水不足及通水中斷等原因造成的溫度回升，中期通水冷卻時間不少于21 d，通水流量不宜超過1.2 m3/h。

③為防止中期冷卻階段溫度回升幅度過大，應(yīng)根據(jù)溫度測量成果在混凝土溫度回升值達(dá)到1 ℃時，及時進(jìn)行通水降溫。冬季澆筑混凝土、外界氣溫低于10 ℃左右時，由于水溫、氣溫相對較低，通水量偏大時可能會出現(xiàn)混凝土過冷現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)施工情況對通水流量進(jìn)行調(diào)整。中期冷卻期間，同一澆筑塊的溫度差異按照小于4 ℃進(jìn)行控制。

(3)二期冷卻要求。

①二期冷卻前，混凝土溫度應(yīng)達(dá)到中期通水冷卻目標(biāo)溫度Tb，二期冷卻開始時，混凝土齡期應(yīng)達(dá)到100 d。根據(jù)溫度梯度控制要求和接縫灌漿施工進(jìn)度計(jì)劃開始二期通水冷卻，至接縫灌漿開始前完成二期冷卻。二期冷卻的主要目的是將大壩混凝土溫度降低至封拱溫度Tc。二期通水冷卻階段，冷卻水管入口處的參考通水溫度為8 ℃～10 ℃，混凝土溫度與冷卻水管進(jìn)口的水溫之差不應(yīng)超過15 ℃。二期通水溫度與混凝土溫度之差應(yīng)控制在10 ℃以內(nèi)。

②二期冷卻目標(biāo)溫度為Tc，溫度變化幅度應(yīng)控制為±0.5 ℃，降溫速率按照不大于0.5 ℃/d控制，±平均降溫幅度按照不超過0.3 ℃/d控制，且冷卻降溫過程應(yīng)連續(xù)平順，防止因通水不足及通水中斷等原因造成的溫度回升。二期通水冷卻的時間不少于30 d。對于二期冷卻的結(jié)束時間按其上部要求的同冷區(qū)是否達(dá)到封拱溫度進(jìn)行控制，通水流量為1.2 m3/h。

③為防止二期冷卻階段降溫速率過快、降溫幅度過大，應(yīng)加大溫度觀測頻次并根據(jù)溫度測量成果及時調(diào)整通水流量。施工過程中應(yīng)總結(jié)不同齡期混凝土合適的降溫通水流量。冬季澆筑混凝土、外界氣溫低于10 ℃左右時，由于水溫、氣溫相對較低，通水量偏大時可能會出現(xiàn)混凝土過冷現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)施工情況對通水流量進(jìn)行調(diào)整。二期冷卻期間，同一澆筑塊的溫度差異按照小于2 ℃控制。

④接縫灌漿前，應(yīng)在各灌區(qū)選取3～4層冷卻水管進(jìn)行悶溫測溫，結(jié)合溫度傳感器測溫成果綜合判定其是否達(dá)到設(shè)計(jì)封拱溫度。接縫灌漿期間應(yīng)根據(jù)溫度測量成果判定灌區(qū)溫度是否維持在設(shè)計(jì)封拱溫度，應(yīng)動態(tài)調(diào)整通水冷卻措施，直至封拱灌漿完成。

3.4 表面養(yǎng)護(hù)控制措施

3.4.1 混凝土表面保溫

(1)混凝土澆筑層面、坯層面間歇期覆蓋4 cm厚、內(nèi)裝聚乙烯卷材、顏色統(tǒng)一的保溫被[4]，直至其上層混凝土澆筑時揭開。澆筑層內(nèi)的鋼筋、模板拉條、止水等特殊部位時使用統(tǒng)一厚度為4 cm的聚乙烯卷材嚴(yán)密覆蓋。當(dāng)澆筑層面在冬季出現(xiàn)長間歇或遭遇氣溫驟降時，該層面上的保溫被應(yīng)適當(dāng)加厚。

(2)拱壩橫縫面拆模后，立即覆蓋4 cm厚的聚乙烯卷材，其保溫材料統(tǒng)一采用橫向緊貼被保護(hù)面，橫縫面保溫至相鄰壩段混凝土澆筑至相應(yīng)高程時方能逐層拆除。

(3)拱壩上、下游面拆模后應(yīng)立即進(jìn)行消缺，并在拆模后3～5 d內(nèi)覆蓋厚度為4 cm的聚苯乙烯板進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

(4)壩體孔口溢流面、閘墩表面部位拆模后，立即覆蓋厚度為4 cm的聚苯乙烯板進(jìn)行常年保溫。

(5)在泄洪中孔、生態(tài)流量泄放孔孔口流道施工過程中，對其進(jìn)出口兩端采取臨時擋風(fēng)措施，其高度應(yīng)不低于已澆筑邊墻并在流道內(nèi)分段懸掛保溫被以減少空氣流通?？卓谛纬珊螅捎梅烙瓴歼M(jìn)行臨時封閉。

(6)施工過程中，及時對壩內(nèi)廊道、電梯井、通氣孔、吊物孔及其他各類孔洞洞口采取有效措施進(jìn)行臨時封閉保護(hù)。

3.4.2 混凝土保濕養(yǎng)護(hù)

(1)混凝土初凝后3 h開始實(shí)施保濕養(yǎng)護(hù)[5]，混凝土的養(yǎng)護(hù)時間不小于28 d；對于重要部位以及閘墩、抗沖磨混凝土等特殊部位宜延長養(yǎng)護(hù)時間。

(2)對于新澆混凝土層面采用濕養(yǎng)護(hù)方法，以保持其表面持續(xù)濕潤(或養(yǎng)護(hù)至新混凝土覆蓋)，養(yǎng)護(hù)需保持連續(xù)性。混凝土收倉后，采用噴霧法保濕養(yǎng)護(hù)；混凝土終凝后改為流水養(yǎng)護(hù)或旋噴養(yǎng)護(hù)。

(3)模板與混凝土表面在模板拆除前及拆除期間均需保持潮濕狀態(tài)，所采用的方法是讓養(yǎng)護(hù)水流從混凝土頂面向模板與混凝土之間的縫滲流以保持其表面濕潤。流水養(yǎng)護(hù)在模板拆除后繼續(xù)進(jìn)行，縫面養(yǎng)護(hù)至混凝土覆蓋，其余表面養(yǎng)護(hù)至保溫材料覆蓋。

(4)廊道及孔口流道內(nèi)采用兩端封閉、內(nèi)部噴霧的方法養(yǎng)護(hù)。

(5)混凝土養(yǎng)護(hù)需配備專人負(fù)責(zé)并做好養(yǎng)護(hù)記錄。每隔2 h應(yīng)檢查一次養(yǎng)護(hù)的情況：氣溫高時加密巡查并根據(jù)檢查結(jié)果及時調(diào)整養(yǎng)護(hù)措施以保證混凝土表面濕潤。

4 結(jié) 語

楊房溝水電站混凝土雙曲拱壩施工通過采取精細(xì)化、智能化的溫度控制措施，使混凝土各項(xiàng)溫度控制指標(biāo)滿足技術(shù)要求，溫度控制總體水平優(yōu)秀，有效地防止了影響拱壩結(jié)構(gòu)安全和使用的裂縫發(fā)生，在保證混凝土質(zhì)量的情況下，實(shí)現(xiàn)了資源節(jié)省，經(jīng)濟(jì)高效的目標(biāo)。