抽水蓄能電站蝸殼大體積溫控混凝土施工探討

楊大勇，尤艷兵，李 波

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 引言

廣東陽江抽水蓄能電站位于廣東省陽春市與電白縣交界處的八甲山區(qū)，地理位置處于廣州～湛江粵西片的中部，直線距廣州市230 km，距陽春市50 km，距陽江市60 km。工程區(qū)屬陽春市行政區(qū)管理范圍。

電站規(guī)劃裝機規(guī)模2 400 MW，電站分近期和遠期兩期建設，近期建設規(guī)模1 200 MW，上、下水庫擋水、泄水建筑物在近期一次建成，輸水發(fā)電系統(tǒng)、地下廠房分兩期建設。樞紐永久建筑物由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群、地面開關站、下水庫及上下庫連接道路等組成。

地下廠房開挖尺寸為156.5 m×26 m×60.2 m（長×寬×高），由安裝場、主機間、副廠房組成，安裝場布置在主機間的西端，副廠房布置在主機間的東端。

主機間各層高程分部如下：發(fā)電機層高程-8.30 m；中間層高程-15.30 m；水泵水輪機層高程-21.80 m；蝸殼層高程-30.50 m。主機間布置3 臺單機容量400 MW（發(fā)電工況）的可逆式水泵水輪機組，機組間距25 m，每個機組段間分結構縫。水輪機工況額定凈水頭653 m。

本次主要探討抽水蓄能電站可逆式抽水蓄能發(fā)電機組的蝸殼大體積溫控混凝土施工，如何降低混凝土澆筑溫度和內部溫升，減少混凝土溫度裂縫。

2 蝸殼混凝土配合比設計

蝸殼混凝土設計為C30W4F50 清水混凝土。根據(jù)結構特點和溫控要求，通過對混凝土配合比設計及優(yōu)化，減少水泥用量，控制大體積混凝土的溫度裂縫。

根據(jù)清水混凝土的特點及外觀要求，為減少蝸殼大體積混凝土的溫度裂縫，使蝸殼混凝土外觀達到免裝修的清水混凝土效果，并考慮到清水混凝土配合比的水泥用量大于普通混凝土的水泥用量，清水混凝土的水泥用量較大，產生的水化熱較多，因此設計兩種混凝土配合比來滿足要求，即蝸殼混凝土外立面1.0~2.0 m 范圍使用C30W4F50 清水混凝土配合比，以保證外觀效果；蝸殼混凝土內部采用C30W4F50 普通混凝土，以減少水泥用量和水化熱。

本工程通過委托有資質的第三方試驗，進行蝸殼混凝土的配合比試驗，配合比確定后再進行蝸殼混凝土的絕熱溫升試驗、自生體積變形試驗、極限拉伸試驗等專項試驗。蝸殼內部的C30W4F50 普通混凝土配合如表1。

表1

3 蝸殼混凝土溫控措施

3.1 混凝土澆筑分層

根據(jù)設計圖紙，蝸殼混凝土主要包括蝸殼基礎混凝土和蝸殼外包混凝土，結構尺寸為順水流方向長度18.10 m，寬度17.32 m，高程為-30.55~-21.85 m，總高度8.70 m，共分5 層澆筑，最大分層高度1.90 m。其中蝸殼基礎高度3.7 m，分兩層澆筑，高度分別為1.90 m、1.80 m；蝸殼外包混凝土高度3.65 m，分兩層澆筑，高度分別為1.85 m、1.80 m；-23.20~-21.85 m 高程段與水輪機層樓板一起澆筑，分層高度為1.35 m。各層的特性見表2。

表2

混凝土入倉方式采用泵送加吊罐，混凝土泵布置在安裝間下部的6 號支洞內，接泵管至1 號~3 號機組段澆筑蝸殼混凝土，50 t 橋機配6 m3吊罐輔助入倉澆筑。

3.2 溫控指標

根據(jù)設計圖紙要求，蝸殼混凝土強度等級為C30W4F50，屬溫控混凝土，溫控指標：混凝土澆筑溫度≤22℃，混凝土內部允許最高溫度為≤56℃；溫控措施采用通水冷卻，冷卻水管要求采用Φ30鋼管，間排距1.0~1.5 m，底層與頂層冷卻水管距離混凝土完成面不小于0.5 m。通水溫度20±2℃，通水流量2 m3/h，24 h 變換一次通水方向。同時采取表面保溫措施使用混凝土澆筑體內外溫度差不大于20℃。

3.3 氣象資料

根據(jù)電站附近的陽春氣象站氣象資料，工程所在地年平均氣溫22℃，最高氣溫37.6℃，最低氣溫-1.8℃。氣溫最低月份為1 月份，平均氣溫在13.4~15.4℃之間。氣溫最高月份為7 月份，平均氣溫在27.1~28.5℃之間。各月平均氣溫見表3。

表3

根據(jù)氣象資料，高溫時段為4~10 月，低溫時段為11~次年3 月。

3.4 出機口溫度控制

蝸殼溫控混凝土供應由布置在下庫的混凝土拌和站生產的預冷混凝土。拌和站生產能力為90 m3/h，配置一套15 t/h 的冷水機組和20 m3水池，冷水溫度4℃，作為拌制預冷混凝土拌制用水和骨料倉噴霧冷卻用水；另配置一套15 t/d 的制冰系統(tǒng)，滿足生產預冷混凝土的需要。

為降低混凝土出機口溫度，主要采取以下措施生產預冷混凝土。

（1）骨料倉采用鋼結構遮陽棚，避免骨料暴曬升溫和雨淋。

（2）選用低熱水泥，控制水泥入罐溫度不超過80℃。

（3）骨料料倉周邊采用噴霧降溫措施，噴曬4℃冷水降低骨料倉的溫度。

（4）骨料從料倉到拌和樓的運輸皮帶，全程采取隔熱、保溫措施進行封閉。

（5）混凝土拌制時，采用冷水加片冰拌制，保證出機口溫度不超過充許值。

（6）在高溫季節(jié)運送混凝土的車輛采用隔熱遮陽措施，縮短混凝土運輸和暴曬時間，控制從出機口到倉面的溫度回升。

（7）通過控制出機口溫度不超過20℃，運輸和入倉澆筑溫升不超過2℃，將澆筑溫控制控制在設計圖紙要求的22℃以內。

預冷混凝土出機口溫度計算：

計算參數(shù)

根據(jù)氣溫條件、成品料堆設置遮陽棚、骨料堆高、料倉周邊采用噴霧降溫措施等，骨料溫度取值按照低溫季節(jié)17.6℃，高溫季節(jié)25.6℃作為計算依據(jù)；冷水溫度4℃；片冰溫度-5℃；出機口溫度<20℃。

根據(jù)以上參數(shù)，考慮砂含水率3%，骨料含水率1%時，計算混凝土出機口溫度。

對11~3 月、4~10 月預冷混凝土按C30W4F50普通混凝土出機口溫度18~20℃進行計算。

通過熱平衡計算，11~3 月預冷混凝土出機口溫度不大于20℃時，需加冰40 kg，出機口混凝土溫度19.6℃；4~10 月預冷混凝土出機口溫度不大于20℃時，需加冰90 kg，出機口混凝土溫度19.6℃。

拌制混凝土時，每班對出機口混凝土溫度抽測數(shù)量不少于2 次。現(xiàn)場根據(jù)拌和樓出機口實際測量的混凝土溫度，及時調整每方混凝土的加冰量，最終使用出機口混凝土溫度溫足不大于20℃的要求，每次調整加冰量后均應加強溫度檢測。

3.5 澆筑體溫度控制

蝸殼基礎和蝸殼外包混凝土均為大體積混凝土，共分5 層澆筑，分層高度為1.8~1.9 m。混凝土施工過程中，除控制出機品混凝土溫度不大于20℃，同時采取以下溫控措施進行施工。

（1）為防止混凝土運輸過程中的溫度回升，在高溫季節(jié)運送混凝土時，對混凝土攪拌運輸車進入拌和樓時，采用噴灑4℃的冷水對罐體進行降溫；采取隔熱遮陽措施，縮短混凝土運輸和暴曬時間，控制從出機口到倉面澆筑的溫度回升不大于2℃。

（2）加強澆筑溫度的測量，及時掌握混凝土入倉澆筑時的混凝土溫度，按照每班的抽測數(shù)量不少于2 次進行溫度測量，保證澆筑入倉的混凝土溫度滿足設計要求。

（3）混凝土澆筑前，在倉內預埋冷卻水管。每層混凝土均布置2 層冷卻水管，第1 層高度0.6 m，第2 層按澆筑高程下0.6 m 的高度布置，整個蝸殼大體積混凝土共布置8 層冷卻水管。每倉內的冷卻水管均單獨設置一個進水口和出水口，不得將兩層冷卻水管串聯(lián)通水。冷卻水管采用Φ32×2.5 鋼管，水平“S”形布置，間距1.0 m，采用Φ28 鋼筋焊接支架固定?；炷灵_始澆筑后即開始通水冷卻。冷卻水采用布置在廠房的系統(tǒng)供水管供水，水溫18~22℃。

（4）為降低高溫季節(jié)混凝土出機口溫度和澆筑溫度，可根據(jù)進度計劃，將蝸殼的大體積混凝土安排在低溫時段施工，并盡量選擇在早晚和夜間低溫時段澆筑，避開中午高溫時段澆筑。

（5）每倉混凝土澆筑完后，及時對混凝土表面保護及保溫，并保持混凝土表面濕潤。保護材料的種類和厚度，根據(jù)混凝土結構的內外溫度和氣候條件選用。本工程選用50 mm 厚泡沫板對混凝土表面保護，使混凝土澆筑體內和表面溫度差不大于20℃。

（6）混凝土澆筑完成后，及時灑水養(yǎng)護，保持混凝土表面濕潤，養(yǎng)護時間不少于14 d，或養(yǎng)護至下一層混凝土澆筑前。

（7）冷卻水管通水溫度18~22℃，水壓0.5 MPa，通水流量按1.5~2.0 m3/h 控制。每24 h 改變一次水流方向。當進水口和出水口溫度相差超過10℃時，每12 h 改變一次水流方向。

（8）蝸殼大體積混凝土通水冷卻時間不少于14 d，且混凝土內部溫度與地下廠房溫度的差值小于20℃，即可停止通水冷卻，后期灌注2∶1 的純水泥漿對冷卻水管進行回填封堵。

4 混凝土溫度監(jiān)測

4.1 測溫計埋設

每層混凝土澆筑前，在該層混凝土平面布設2個監(jiān)測點，每個監(jiān)測點按照分層厚度的垂直方向的表層、中間、底層各埋設一支電子測溫計。表層測溫計布置在監(jiān)測點的混凝土澆筑體表面以下5 cm 處，用于測量混凝土表層溫度；中間測溫計布置在監(jiān)測點的混凝土澆筑體分層厚度的垂直方向的中間位置，用于測量混凝土中心溫度；底層測溫計布置在監(jiān)測點的混凝土澆筑體底面以上5 cm 處，用于測量混凝土底層溫度。測溫計安裝前先檢查測溫計是否完好，整個倉面的測溫計全部安裝完成后，對每支測溫計再進行一次測量，確保埋設的溫度計完好。對于損壞的測溫計及時更換。

安裝電子測溫計時，在測溫點位置安裝一根Φ28 插筋并固定牢固，將測溫計的溫度傳感器固定在鋼筋上，每個測溫點布置3 個測溫計，分別固定在鋼筋的上、中、下位置，測溫計電纜采用Φ32 鋼套管安裝固定，并將鋼套管固定在鋼筋，接引至混凝土澆筑高程以上。每個倉內的溫度計安裝完后，及時進行編號和標識，以利于后期溫度測量。

4.2 測溫數(shù)據(jù)收集

混凝土澆筑過程中，安排技術人員全程監(jiān)控。當每支測溫計被混凝土覆蓋后，即開始測量其初始數(shù)據(jù)，并詳細記錄測溫時間、溫度計位置及編號、實測溫度等數(shù)據(jù)?；炷翝仓w內部測溫計的數(shù)據(jù)采用與電子測溫計配套的專用測溫儀進行測量，由專職技術員進行測量。測量頻次按照每間隔4~6 h 測量一次，每天不少于4 次。

通過對4 臺機組蝸殼混凝土的溫度數(shù)據(jù)收集分析，氣溫最高時段的6~8 月，該時段內的混凝土內部中間點的最高溫度基本滿足要求，少量測點超標1~2℃；9~次年5 月最高溫度均滿足要求?；炷翝仓w的內部高溫時段主要集中在澆筑后7 d 內，之后逐漸下降。

5 結論

通過陽江抽水蓄能電站的蝸殼大體積溫控混凝土施工經驗，為達到蝸殼大體積混凝土的溫控指標，主要以澆筑前控制混凝土出機口溫度、運輸過程中的混凝土溫升，使混凝土的澆筑溫度滿足要求；澆筑后通過混凝土內部埋設冷卻水管進行通水冷卻，及時將混凝土內部因水泥水化熱產生的熱量通過冷卻水帶走，達到降低混凝土內部溫度的目標。其中混凝土出機口的溫度控制是溫控的關鍵環(huán)節(jié)，混凝土必須采用冷水加片冰進行拌制；在低溫季度時，應充分利用低溫時段的有利條件，出機口混凝土溫度在設計圖紙要求的情況下，再適當降低2℃左右，更有利于降低混凝土內部溫度。