大体积混凝土温控技术在梅州市清凉山水库扩建工程中的应用.pdf

第 6期 2 0 1 2年 6月 广东水利水 电 GUANGD0NG W ATER RES 0URCES AND HYDR0POW ER No 6 J u n 2 0 1 2 大体积混凝土温控技术在梅州市清凉山 水库扩建工程中的应用 罗志唐 ，丘必学 ( 1 梅 l,l 市清凉山供水有限公 司，广 东 梅 iI 5 1 4 7 6 8 ； 2 梅 州市威华水利水电建设工程有限公 司，广,-4 -, 梅 州5 1 4 0 2 1 ) 摘要 ：清凉山水库大坝加 高是 广东省第一宗砌石重 力坝加 高工程 ，该文介绍 清凉山水库扩 建工程概 况 ，分析 大体积混 凝 土裂缝成 因，在砌石重 力坝加 高工程施工过程 中，通过优化 配合比 、骨料预 冷、低温水搅 拌 、布 置冷却水 管、控制 分 层厚 度 、覆盖保温布等成套 温控技 术措施 ，在 工程 实践 中防裂效果显著 ，工程 质量优 良，具有一定的 实用和推 广价值 。 关键 词 ：水库扩建 工程 ；大体积 混凝土 ；温控措施 ；应 用 中图分类号 ：T V 5 4 4 9 1 文献标识码 ：B 文章编 号 ：1 0 0 80 1 1 2 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 5 2 0 3 1工 程概 况 清凉山水库 坝址 位于梅 江一级 支流 白宫河 中游 ， 集雨而积 为 9 4 3 6 k in ，iT 常水位为 2 3 2 m，总库容 为 3 6 8 1 万 m ，主坝 为 C 1 0细石混凝土砌 块石重 力坝 ， 最大坝高为 5 8 9 m，是以供水 、防洪为主 ，结合灌溉 、 发电的多年渊 节巾型水库 ，于 2 0 0 4年 8月建成 。该工 程是梅州市委市政府 的一项重要 民心工程 ，2 0 0 8年 9 月 ，市委市政府决定对清凉山水库进行扩建 ；2 0 0 9年 l 0月批准立项 ；2 0 1 0年 4月开工建设。 清凉山 水 库 扩 建 工 程 可 研 、初 设 论 证 结 果 表 明 ，通过大坝加厚加高 、溢洪道 改建 、左岸条形山 加同 、分层取水设施 、管理信息系统等工程 ，正常水 位升高到 2 3 7 m，升高 5 m，正常库容 为 4 3 0 7万 m ， 总库容为 4 8 6 4万 m ，最大坝高为 6 6 1 1 1 1 ，大坝加高 7 2 m，扩建后每年可增加城市供水 1 0 0 0万 m ，水库 下游防洪标准提 高到 3 0年一 遇 ，同时可增加 保灌面 积 、改善下游生态 ，工程效益 显著，是广东省第一宗 砌 石重 力 坝加 高 T程 。 清凉山水库扩建T程采用后帮整体式加高方案，挡 水坝 加 高 后 坝 顶 高 程 为 2 4 0 8 m，防浪 墙 顶 高 程 为 2 4 2 1 1 1 1 ，下游坝坡为 2 3 2 6 4 m以上垂直 ，坝顶宽为 6 m， 采用 c 1 5混凝土加高；2 3 2 6 4 m以下按 1 ： 0 8 2坡度采 用 C 1 5混凝土砌块石培厚，平均加厚 7 8 m，详见 图 1 。 溢流坝段 总长为 2 6 m，堰顶高程 为 2 3 1 5 m，采用 C 2 5 混 凝 土 加 高 6 0 m。因此 ，挡 水 坝 垂 直 段 ( 2 3 2 6 4 2 4 0 8 i n ) 和溢流坝加高属于大体积混凝土。 图1 挡水 坝标 准横 断 面示意 2大体 积 混凝 土裂 缝成 因分 析 大体积混凝土与普通混凝土的区别在于厚度 、宽 度不同，实质的区别是大体积混凝土 内部 的热能散 失 速度比表面热能散失速度慢 ，形成 内外温差较大 ，产 生 内部温度应力致使混凝土开裂。混凝 土内外温差 过 大是造成裂缝的关键因素。 根据文献 2 混凝土水化热温升计算公式 ： 收 稿 日期 ：2 0 1 2 0 2 2 7 ：修 回 日期 ：2 0 1 2 0 41 4 作者简介 ：罗志唐 ( 1 9 7 2一) ，男 ，本科 ，高级工程师 ，从事水 利T程建设与管理 _ 作 。 52 2 0 1 2年 6月 第 6期 罗志唐 ，等 ：大体积混凝土温控技术在梅 州市清凉 山水库扩建工程 中的应用 T m = T k 。 2 4 ( 1 ) 式中 为基础温 升( ) ，跟 昆凝土土厚 、外界气温 有关 ； 为 水 泥 强度 修 正 系 数 ，3 2 5 M P a为 1 0 0， 4 2 5 M P a为 1 1 3 ； 为水泥品种修正系数 ，矿渣硅酸 盐为 1 0 0，普通硅酸盐水泥为 1 2 0； 为水泥用量系 数 ， = w 2 7 5 ， 为实际水泥用量( k g I l l ) ； 为模 板修正系数 ，刚模板为 1 0 ，木模板为 1 4，其他模板 为 1 4；T 为混凝土的内外温差 ( ) 。 实测数据表明 ，在室外温度为 2 0 c lC，使用普通硅 酸盐水泥搅拌 的 C 1 5混凝 土内部最高温度 可达 5 0 ， C 2 5混凝土内部最高温度可达 5 5 ，温差高达 3 0 和 3 5 。通常情 况下 ，当内外 温差小于 2 0 2 5 时 ， 所产生的温度应力小于混凝土本身 的抗拉强度 ，不会 造成混凝土开裂。在混凝土浇筑过程 中，混凝土 内部 的温度在 57 d龄期 时达 到最高 ，而 同期 的混凝土抗 拉强度相对较小 ，最容易 出现裂缝 ，而且温差越 大 ， 出现 的裂缝越多 ，裂缝发育程度越高 ，对混凝土的破 坏越严重 。因此 ，在混凝土浇筑后 的7 d内，若气温变 化较大或者昼夜温差较大 时，要特别加强混凝土表面 的保温养护工作 。 3大体积混凝土温控技术应用 清凉 山水库扩建工程针对大体积混凝土浇筑的技 术要求 ，提出了温控思路是 内部降温 ，外部保 温，降 低混凝土内外温差梯度 ，预 防裂缝产生 。因此 ，采用 了优化配合比、骨料预冷 、冷水搅拌 、布置冷却水管 、 控制分层厚度 、覆盖保温布等温控成套技术措施进行 控制 。 I 3 1 3 1 优化混凝土配合 比，降低水化热 为了保证新旧坝结合牢 固，设计单位要求混凝土 配合 比( 见表 1 ) 必须满足水化热低 、抗拉 强度 高、极 限拉伸大 、收缩小 4项要求 ，同时施工现场混凝土全 部采用泵送人仓。因为工地附近地 区没有大坝水泥生 产 ，因而使用 当地生产 的相对较低水化热的 3 2 5普通 硅酸盐水泥 ，掺人二级粉煤灰作为胶凝材料 ，掺加高 效减水剂 ，通过减少水泥用量和用水 量 ，以降低水化 热 ，泵送混凝土对流动性要求较高 ，而流动性大的混 凝土 ，其 自生体积收缩较大 ，两者矛盾突出。 表 1 清凉 山水库 扩建工程大体积混凝土配合 比 ( 单位 ：k g m ) 该工程委托长江水利委员会长江科学院进行 混凝 土性能试验 ，根据推荐 的混凝土配合 比参数 ，在满 足混凝土泵送和强度要求前提下 ，弹性模量较低 ，但 自生体积收缩偏 大，故采用在混凝土搅拌时掺人 3 轻烧氧化镁 的办法补偿混凝土的自生体积收缩 。 3 2 骨料预冷 、低温水搅拌控制混凝土温度 混凝土骨料 的温度直接影响进仓混凝土温度 ，对 骨料进行预冷可有效降低混凝土的最高温升。清凉山 水库属于深水水库 ，水温随水深增大而下降 ，在水面 2 0 m以下左右水温稳定在 1 3 1 5 C C，因此 ，在夏季 直接架管取用库底的低温水 ，通过架设在骨料堆场周 围的喷雾和喷淋系统不间断地对 骨料进行冷却降温措 施 ，并起到对骨料预清洗 的作用。通过喷淋降温 ，实 测骨料温度 比外界气温低 5 7 ；砂则采用加大堆 放高度 、地垄取砂的办法降低砂的温度；此外 ，直接 使用库底低温水搅拌混凝 土。通过 以上措施有效地控 制 了人仓混凝土的温度。 3 3 控制浇筑厚度，布置冷却水管 ，降低混凝土内部 温度 实践证 明，采用了骨料预冷 、低温水搅拌生产的 混凝土 ，当混凝土 浇筑 层厚度小 于 1 2 m、宽度小 于 6 m时 ，没有 现混凝土温度裂缝 ，因此 ，在工期可以 满足的情况 下 ，为 了便于操作 ，统一采用 1 0 m即一 块普通建筑模板的宽带作为混凝土浇筑厚度进行现场 控制。 但在溢 流面板浇筑过程 中 ，主汛期前必须 完成， 工期紧迫 ，而且溢流面板须满足高速水流冲击的要求 ， 过多的仓面结合本身就容易形成裂缝 ，对结构整体性 不利 ，因此 ，施工过程 中采取 了混凝土内部布置冷却 水管措施( 见图 2 ) 。冷却小管采用直径为 5 0 mm的 高强度聚乙烯管 ，壁厚为 2 mm，每浇筑层仓面中布置 蛇形冷却水管 ，间距 为 1 m，通 l 8 库底水 冷却 ，其 流量为 2 0 L ra i n ，通水时间为连续 2 0 d ，通过坝体混凝 土 内预埋的温度计与 出水 口实测温度进行实 时比较 ， 控制混凝土 内外温差均满足设计要求。 图 2 冷却水 管平面 布置示意( 单位 ：n l ln ) 3 4 覆盖保温布 ，推迟拆模 ，降低 内外温差 混凝土浇筑后 ，到达初凝时间开始 ，在混凝土外 露面覆盖保温布 ，推迟拆模时间，可以对混凝土进行 53 2 0 1 2年 6月 第 6期 广 东水 利水电 保温 ，减小混凝土 内外温差梯度 ，并起到表面保湿防 止干缩的作用。在混凝土 内部 温度缓慢下 降，内外温 差降低后拆模并洒水养护。 3 5 温控效果 3 5 1 溢 流坝 由于溢流坝必须在 主汛期台风活跃前完成 ，因此 安排在夏季 6 7月份气温较高时期浇筑大体积的溢流 面板 C 2 5混凝土 ，从实时监测数据表明( 见表 2 ) ，采用 温控成套 技术后，最 高温度为 5 0 8 5 ，持续通水 2 0 d 后，平均气温降幅达到 1 5 4 8 ( 2 ，混凝土内外最大温差控 制在 2 0 2 c I = 以下，实现了温控 目标 ，未出现裂缝。 表 2 溢流 坝温控效果实测资料统计 3 5 2挡水坝 挡水坝垂直段( 2 3 2 6 42 4 0 8 m) C 1 5混凝土共浇 筑 1 2 O 0 0 m ，施工 期为 1 2 0 d ， 日均浇筑量 为 l O O m 。 ， 浇筑后均未出现裂缝 ，实现了温控 目标 ，保证 了工程 质量和进度。 4结语 在清凉 山水库扩建工程 中，由于溢流面板宽 2 6 m， 在面板 中间预留 了 1 0 m 的施工宽缝 后浇带 ，在 两边 的混凝土浇筑 2 0 d后再采用微膨胀混凝土浇筑 ，对 防 止溢流面板裂缝发挥了一定 的作用 。 根据安全合理 、经济科学 的原则 ，结合工程实 际 需要 ，针对夏季 、冬季大体 积混凝 土浇筑容 易出现裂 缝 的难题 ，采取通过实验与实践相结合 的方法 ，就地 取材引用库底低温水 ，由于采用 了优化配合 比、骨料 预冷 、低 温水搅拌 、布置 冷却水管 、控制分层 厚度 、 覆盖保 温 布 等 成 套 温 控 技 术 措 施 ，挡 水 坝 垂 直 段 ( 2 3 2 6 4 2 4 0 8 m) 和溢流坝加高大体积混凝土浇筑后 均未出现裂缝 ，防裂效果显著 ，工程质量优 良。上述 成套温控措施技术简单 、方便施 工 、针对性强 、效果 显著 ，确保 了工程质量和进度 ，具有一定的实用和推 广价值 。 参考文献 ： 1 董 良山 ，李贤锋 梅州 市清凉 山水 库扩 建丁 程初 步设 计 报告 R 广 州 ：广 东 省 水 利 电 力 勘 测 设 计 研 究 院 ， 20 0 9 2 工铁梦T程结构 裂缝 M 北京 ：巾国建筑 版社 ， l 9 97 3 朱伯芳 大体积 混凝 土温度应力与 温度控制 M 北 京 ： 中国电力 版社 ，1 9 9 9 4 董芸 ，周世 华清凉 山水 库扩建 工程 混凝 土性 能试 验 研 究 R 武汉 ：长江水利委员会长江科学 院 ，2 0 0 9 5 朱岳明 ，贺金仁 ，肖志乔，等混凝土水管冷却的试验及计 算与应用 J 河海大学学报，2 0 0 3 ，( 6 ) ：6 2 6 6 3 0 ( 本文责任 编辑王瑞兰) 坏 不 不 尔 尔 尔 尔 尔 尜 场 尔 乖 乖 坏 乖 乖 乖 厂 、 行 尔 尔 尔 坏 坏 尔 ( 上接 第5 1页) 图 1 格宾挡墙设计 ( 单位 ：高程 m；长度 mlT 1 ) 格宾石笼施工相对于浆砌石 、混凝 土施工具备 以 下优点 ： 施工方便 ：不用水 ，水泥和模板 ，不要 电 力供 应 ，受场 地 局 限 性小 ，施 工 可 以大 范 围铺 开 ； 组合性好 ：加工运输方便 ，可按设计 要求捆扎成各 种形状 ，适应 山坡 、岸滩 和堤 防等各种地 区； 经济 - 54 性好 ：使用当地石材 ，在该 工地施 工时 ，充分利 用水 毁后河道堆积的块石 ，大大的降低了施工成本。 4 结语 格宾石笼网箱在信宜市 “ 9 2 1 ” 灾后重建项 目双合 河 、钱排河水毁河道修 复应急工程 中取得 了良好 的工 程和经济效益 ： 1 ) 由于格宾石笼施工 受场地和资源的影响小 ，该 工程格宾石笼施工进度快 ，为抢 险救灾节约 了宝贵 的 时间 ，在短短 的 3个月的时间内完成 7 0 3万 m 的格 宾石笼砌筑 ； 2 ) 格宾石笼石料就地取材 ，利用河道水毁留下的 山石 ，节约了施工成本。 参考文献 ： 1 建设部 质检 总局 G B 5 0 2 0 32 0 0 2砌 体 T程 施工 质 量验 收规范 S 北京 ：中国建筑T业 出版社 ，2 0 0 2 2 广东省 水利电力勘测设 计研 究 院信宜 市“ 9 2 1 ” 灾后重 建项 目双合河、钱排河水毁河道修复应急T程设计报告 R 广州 ：广 东省水利 电力勘测设计 研究院 ，2 0 1 0 ( 本 文责任 编 辑王瑞 兰 )