乐昌峡碾压混凝土重力坝的温控实践与应用.pdf

第 1期 2 0 1 2年 1月 广东水利水 电 GU ANGD0NG WAT ER RES OURC E S AND HYDRO P OW E R No 1 J a n 2 0 1 2 乐昌峡碾压混凝土重力坝的温控实践与应用 周史宏 ， 李秀英 ( 广 东省乐昌峡水利枢纽管理处 ， 广 东 乐昌 5 1 2 2 0 0 ) 摘要： 乐昌峡坝址位于中亚热带山地气候区， 高温期持续时间长， 温度控制是碾压混凝土连续施工过程中须考虑的重要问题， 与混凝土裂缝控制和耐久性密切相关。该文从原材料的优选、 混凝土拌和、 浇筑及养护等方面， 介绍乐昌峡大坝碾压混凝土施工 的温控技 术措施 ， 温控 效果分析表 明温控措施合理有 效。 关键 词 ： 乐昌峡 水利枢纽 ； 大坝； 碾压混凝土 ； 温控措 施 中图分类号 ： T V 5 4 4 9 2 1 文献标 识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 80 l l 2 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 8 6 0 3 前 言 乐昌峡水利枢纽工程位于粤北山区， 是广东省北江 上游的关键性防洪控制工程。其大坝为碾压混凝土重 力坝 ， 包括左岸挡水坝段 、 右岸挡水坝段 、 溢流坝段碾压 混凝土 、 溢流坝段溢洪道及放空底孔 5个部分 ， 其 中碾 压混凝土为 2 8 3 1万 m 。混凝 土为热的不 良导体 ， 水 泥 、 掺合料等胶凝材料也会释放水化热 ， 在外界高温环 境影响下 ， 大体积混凝土将 由于 自约束力超过抗拉强度 而出现裂缝 ， 威胁坝体安全 。乐 昌峡坝址位于中亚热带 山地气候 区， 高温期持续 时间长 ， 对碾压混凝土连续施 工过程中温度控制技术要求较高 ， 因此 ， 在乐 昌峡水利 枢纽工程建设过程中， 研究高效的碾压混凝土温控施工 技术 ， 防止坝体裂缝的发生显得尤为重要。 为防止碾压混凝土产 生温度裂缝及 收缩裂缝 ， 在大坝施工过程 中采取 以防为主 ， 在原材料 的选择 、 运 输及配合 、 混凝土浇筑与后续保温养护各个环节 中， 分 别采取一系列的温控技术措施 ， 以保证碾压混凝土施工 质量。碾压混凝土施工工艺流程 见图 1 。 基础面处理 测量放样 钢筋绑扎+ 模板安装 ( 固定 ) 预埋件安装 质检验收 ( 砼 浇筑 ) F一循 环 ( 浇筑 后 等强 与养 护 ) I L 拌和+运输 人仓 摊铺 振动碾压 切缝 ( 设置诱导缝 ) 图 1 碾压混凝土施 工工 艺流 程 1 原材料优选 1 )水泥 。水泥所产生 的水化热是造成砼温度上升 的重要热源 ， 不同类型的水泥之间其水化热存在显著差 收稿 日期 ： 2 0 1 11 1 2 5 作者简 介 ： 周史宏 ( 1 9 8 6一) ， 男 ， 从事 水利工程建设与管理工作 。 8 6 异。为控制因水泥水化热而产生的温升 ， 一般要求所选 水泥应具有水化热低 、 脆性系数小 、 收缩较小 、 细度适中 等特点。乐 昌昌山水泥厂生产的粤海牌 4 2 5纯熟料水 泥 ( 中热硅酸盐水泥 ) 符合工程建设要求 ， 其 水化热试 验结果 见表 1 。 表 1水 泥 水 化 热 试 验 结 果 龄期 h 1 2 2 4 4 8 7 2 9 6 1 2 0 1 4 4 1 6 8 总挥发热量 J 2 9 3 7 0 3 7 9 1 4 4 5 0 3 4 4 6 9 9 2 4 8 4 1 6 4 9 1 2 8 5 0 1 9 6 5 1 0 8 6 水化热 ( J g ) 1 6 5 2 1 3 2 5 3 2 6 4 2 7 2 2 7 6 2 8 2 2 8 7 2 )骨料。胶凝材料中释放的水化热也是造成砼温度 上升的重要热源 ， 通过碎石级配试验 ， 确定碾压混凝土三 级配合 比为 3 0： 4 0： 3 0 ， 二级配合比为 5 5： 4 5 ， 可有效地降 低碾压混凝土的胶凝材料用量， 从而降低混凝土水化热的 产生。骨料来源于1 1 1 2 0将军山料场生产的人工砂石料。 3 )粉煤灰。粉煤灰能够有效地改善碾压混凝 土性 能 ， 降低混凝土水化热温升。韶关市松尧环保建材有限 公司生产的 级粉煤灰符合工程建设要求 。 4 )外加剂。通过相容性试验对外加剂性能进行优 选 ， 确定使用广州建标 F D N一 4 4 0 T型高效超缓减水剂 与 W 一3型松香 类热聚物 引气剂 ， 以达到减 少水泥用 量 、 延缓水化热 、 提高抗裂性的 目的。 2 混凝土施工过程 中温控措施 2 1 混凝土拌合温控措施 混凝土拌合温度主要受拌合水 、 水泥 、 骨料及外加剂 的影响， 其中石子、 砂 、 水 、 水泥每降低 1 ， 混凝土温度可 2 0 1 2年 1月 第 1期 周史宏 ， 等 ： 乐昌峡碾压 混凝土重力坝的温控实践与应用 分别降低 0 5 5 、 0 1 9 、 0 2 1 、 0 0 5 。 【 = ， 可见降低石子 温度是降低混凝土拌合温度最行之有效 的方法。为降低 石子温度 ， 在料仓设置凉棚遮阴， 对石料运输车采取遮 阳 保温措施 ， 同时保证石子堆存时间不小于7 d ， 尽量减少外 界气温对石子的影 响； 采用专用罐运输水泥 、 粉煤灰 ， 控 制其入罐温度在 7 5 C以下； 在 6 9月工地高温期间， 砼 拌和时采用冰屑 、 冰水拌等方法来降低混凝土出机 口温 度 ， 控制混凝土出机 口温度在 2 5 以下 。 2 2 混凝土浇筑温控措施 1 )仓 面温 控 工 艺措 施。 当浇 筑 仓 内气 温 高 于 2 5 时， 采用机械设备进行仓面喷雾对混凝土浇筑进行 降温。在仓面安设 2台高压 冲毛机 、 4台喷雾机 ， 根据 现场浇筑混凝土情况进行表面喷雾 ， 且保证停仓期间仓 面喷雾不停止作业 。整个仓面将形成雾气环境 ， 有利于 降低仓面气温 ， 减少混凝土温度 回升 ， 使混凝 土浇筑温 度与出机 口温度之差小于 3 。 2 )合理调整浇筑时间。4 9月早 、 晚或夜间气温 较低 ， 须加大混凝土浇筑强度 ， 保证碾压混凝 土从拌 和 到碾压在 2 h内完成 ； 避开下午 15点 高温 时段施工。 5 9月 ， 当混凝土振捣密实后 ， 白天对仓 面覆盖保温材 料进行隔热 ， 夜 间揭开以利散热 ； 在气温骤降时段 ， 覆盖 保温材料对混凝土进行保温， 上层混凝土开始铺料时才 逐步揭开。 3 )通水冷却措施 。沿混凝土层面敷设冷却水管 ， 控 制混凝土的最高温升 。水管层间距为 1 5 m， 单管长不大 于 2 5 0 m， 沿坝轴线方向蛇形布置， 管间距为 l m。单根冷 却蛇形管冷却水流量控制在 1 01 5 m h ， 水流方 向每 2 4 h一 4 8 h变换 1 次。单条冷却水管铺设完成 ， 上部混凝 土下料时即开始一期通水冷却； 一期通水冷却后， 在冬季 来临前和坝体蓄水前 ， 坝体各部位最高温度仍超过允许 最高温度时， 便对坝体混凝土进行二期冷却。 4 )混凝土养护及表面保 护。混凝土浇筑完毕后 ， 及时采取洒水 、流水或薄膜进行养护 ，保持适宜 的温 度和湿度。乐昌地区昼夜 温差 日变幅大 ，气温骤降也 较频繁 ，在气温骤降期均对浇筑块龄期大于 5 d以上进 行保温 。除气温骤降期 需进行保温外 ，对 于当年浇筑 的混凝土从 当年 1 0月起开始对暴露面保温 ，时段延长 至次年气 温升高 时为止 。本工程 选用 厚约 为 1 e m 和 2 e ra 2种规格 的聚乙烯 防雨保温材料 ，保 温材料性能 符合设计标准。 3 温控效果分析 3 1 温度裂缝原 因分析 一 是由于温差较大引起的， 混凝土结构在硬化期 间 水泥放出大量水化热 ， 内部温度不断上升 ， 水 泥发 出的 热量聚集在结构物内部不易散失 ， 使混凝土表面和内部 温差较大 ， 混凝土内部膨胀高于外部 ， 此时混凝 土表 面 将受到很大 的拉应力 ， 而混凝土 的早期抗拉强度很低 ， 混凝土温度变化产生 的变形受 到混凝土 内部或外部 的 约束后 ， 将产生很大的应力。一旦温度应力超过混凝土 能承受的抗拉强度时， 因而出现裂缝 。这种温差一般仅 在表面处较大 ， 离开表面就很快减弱 ， 因此裂缝只在接 近表面的范 围内发生 ， 表面层以下结构仍保持完整 。 二是 由于受外界约束引起 的结构温差较大 ， 当大体 积混凝土浇筑在约束地基上 时， 没有采取特殊措施 降 低 、 放松或取消约束 ， 裂缝易发生深进 ， 甚至产生直贯坝 体 的温度裂缝。 3 2 大坝温控效果检测 大坝碾压混凝土于 2 0 0 9年 1 2月开始浇筑混凝土 ， 2 0 1 0年 5月开始埋设混凝土通水冷却水管。 目前 已埋 设完成 1 0 8支温度计 ， 其中， 坝横 0+ 0 8 1 9断面布置 2 2 支温度计 ， 坝横 0+ 0 9 2 9断面布置 2 4支温度计 ， 坝横 0 +1 3 8 0断面布置 3 8支温度计 ， 坝横 0+1 7 8 5断面布 置 1 9支温度计 ， 所有温度计均工作正常。由于采取了 上述温度控制措施 ， 实测坝体最高温度基本控制在设计 允许 值 内 ( 碾 压 混 凝 土 温 升 控 制 最 高 温 度 不 超 过 3 5 5 、 砼平均温度砼 内外温差都小于 1 6 3 J ) ， 说 明 本工程的温控措施合理 、 成效显著。 3 3 效果分析 根据南京水文关于乐 昌峡大坝 2 0 1 1年 9月 常规仪 器 ( 温度计等) 资料分析报告显示 ： 1 )坝横 0+ 8 1 9断面温度较高的部位集中在坝体 内部碾压混凝土区域 1 2 1 m高程 附近 ， 该断面温度计监 测 的 砼 温 度 范 围 为 2 4 2 3 2 0 C， 平 均 温 度 为 2 7 5 。具体数据见图 2 。 2 )坝横 0+1 3 8 0断面温度较高的部位 集中在坝 体 中部碾压砼 ， 监测 的砼温度范围为 1 8 6 3 6 6 c = ， 平均温度为 2 8 1 。具体数据见图 3 。 综上所述 ： 大坝碾压混凝土的温度检测结果基本上 符合相关技术规定的要求 。 4结 语 碾压混凝土大部分裂缝都属 于温度裂缝和干缩裂 缝 ， 为避免不产生裂缝应采取的有效措施主要是温控措 施 。乐 昌峡碾压混凝 土大坝从原材料选用 、 施工过程 、 混凝土浇筑及养护等方面施行温控技术 ， 监测结果表明 温控措施是合理 、 必要的， 有效 的降低 了大坝碾压混凝 土层间内外 的温差 ， 防止裂缝的发生。 8 7 2 0 1 2年 1月第 1期 广东水利水电 N o 1 J a n 2 0 1 2 ( 单位 ： 高程 m； 温度 ) 图 2 0+8 1 9断面等温线分布示意 ( 2 0 1 1 9 2 1 ) 参考文献 ： 1 陈宝春 大体积混凝土温度裂缝的成因及控制 J 施工 技术 ， 2 0 0 3 ， ( 6 ) ： 2 62 8 2 广东水电二局股份有限公司 乐昌峡拦河坝碾压混凝土 施工方案及试验成果 R 广州： 广东水电二局股份有限 ( 单位 ： 高程 m； 温度 ) 图 3 0+1 3 8 0断面等温线 分布示意 ( 2 0 1 l 一 92 1 ) 公司 ， 2 0 0 9 3 余列强 广东省乐昌峡水利枢纽工程碾压混凝土重力坝 温控施工技术要求 R 广州： 广东省水利电力规划勘测 设计研 究院 ， 2 0 1 0 ( 本文责任编辑王瑞兰) ( 上接 第 8 1页) 5 3 进水 口前沿库区流态和流速分布 1 )电站进水 口前沿库 区的来流较平顺 ， 进水 口前 沿库区无较明显的回流区和不 良流态 ， 电站进水 口的人 流条件 良好 。 2 )电站进水 口前沿库区来流 的流速相应较小 ， 在 极限死水位为 1 3 8 5 m运行时 ， 电站进水 口前沿进水渠 及库区底流速小于 1 0 m s 。 5 4 进水 口段水头损失 电站进水 口段在设置隔水门条件下 ， 进水 口段的水 头损失比无隔水门工况运行 的水头损失稍大 ， 在保持隔 水门顶水深为 h 9 m 的运行条件下 ， 进水 口段 的水 头 损失 0 4 m。 5 5 水工模型试验结论 乐 昌峡水利枢纽 电站进水 口前沿库 区和进水渠人 流较平顺 ， 不会产生较明显 回流和漩涡等不 良流态 ， 入 流流态 良好 ； 电站进水 口设 置防涡梁后 ， 不会 出现有害 的吸气漩涡 ， 工程运行安全； 电站进水 口进 口断面人流 较平顺和均匀 ， 人流流态好 ， 进水 口段水头损失较小。 8 8 6 结 语 乐 昌峡水利枢纽工程 的进水 口是广东省内第一座 采用分层取水措施的大型水利枢纽工程 ， 并通过水工模 型试验分析论证了其合理性和可行性 。乐 昌峡水利枢 纽工程分层取水进水 口的建设标志着现代水利水 电项 目的开发正朝着与生态环境保护有机结合的方向发展 ， 实践证明人类在对水资源进行合理开发 的同时也是可 以保证项 目开发与生态环境 的和谐发展 ， 其设计经验可 供今后的类似工程参考。 参考文献 ： 1 杜效鹄 ， 喻卫奇， 芮建 良 水电生态实践分层取水结构 J 水力发电， 2 0 0 8 ， ( 1 2 ) ： 2 8 3 2 2 刘欣 ， 陈能平， 肖德序 ， 等 光照水电站进水口分层取水设 计 J 贵州水利发电， 2 0 0 8 ， ( 5 ) ： 3 3 3 5 3 水利部长委长江勘测规划设计研究院 S L 2 8 52 0 0 3水利 水电工程进水口设计规范 S 北京： 中国水利水电出版 社 2 0 0 3 4 黄智敏， 何小惠， 钟勇明， 等 乐昌峡水电站进水 口水力模 型试验研究 J 水电站设计， 2 0 1 1 ， ( 2 ) ： 7 3 7 7 ( 本文责任编辑马克俊 )