天花板水电站碾压混凝土双曲拱坝温控技术研究.pdf

表 3 坝体碾压混凝土基础允许温差 浇筑块长边长度 ， J 离基岩面高度h 3 0 m 以下 3 O 7 0 m 7 0 m 以上 O 0 2 L 1 8 1 5 1 2 0 2 0 4 L 1 9 1 6 1 4 0 4 L以上非约束区 2 1 1 8 1 6 ( 3 )允许最高温度。坝体碾压混凝土浇筑块允许最高 温度见表 4 。 表 4 坝体碾压混凝土浇筑块允许最高温度 部位 最高温度 浇筑温度 强约束区 3 2 1 7 弱约束区 3 4 1 9 非约束区 3 6 2 1 3 温控措施 大体积碾压混凝土温控，一是浇筑后混凝土经过水 化热后在坝体内的允许最高温度不超过 3 2 ，二是已浇 筑的坝体内混凝土温度和坝体表面外界温度的差值不超 过 2 O 。 按照这两个指标 的要求，结合工程情况，施工中采 用 3 0 c m的薄层碾压，以利于散热，每碾压 3层埋设 1 层 冷却水管 ；同时 ，在拌和系统、运输环节、仓面等采取 一 系列温控措施 ，确保两个温度指标。碾压浇筑后产生 的水化热温度，通过冷却水带走热量而达到设计要求。 这就要求使入仓温度尽可能小低 、通水冷却最有效的两 方面措施。 3 1 半成品混凝土的温控 ( 1 )影响出机 口混凝土温度的因素分析。通过对出机 口混凝土温度受其中原材料的影响程度分析，有针对性 地采取措施 ，最大 限度 地 降低 出机 口混凝 土 的温度 。 出 机E l 混凝土温度按如下公式计算 C G T +Q r 1 、 一 丽 u 式 中 一出机 口混凝土温度 ， ； c i 混凝土第 i 种原材料的比热容，J ( k g ) ； G 一 组成每立方米混凝土的第 i 种原材料的质 量 ，k g ； 混凝土第 i 种原材料的平均温度 ，； ( 卜 混凝土拌和时产生的机械热，J ，取 Q一 6 2 8 1 1 0 。 J r n 3 。 按表 1 所列的二级配合 比值计算，结果是 ：粗骨料 温度每上升 I C，出机 口混凝 土温度上升 0 4 9 7 7 C；砂 的温度每上升 I C，出机口混凝土温度上升 0 3 0 9 6 4 C； 水泥温度每上升 1 C，出机 E l 混凝土温度上升 0 0 2 5 1 C； 混凝土工程 粉煤灰温度每上升 1 ，出机口混凝土温度上升0 0 3 0 6 2 C； 水温度每上升 I C，出机 口混凝 土温度上 升 0 1 3 7 。由 此得 出：骨 料 和 砂 的 温 度 对 出 机 口 温 度 影 响 最 大 ( O 8 o 7 1 ) ，然后是水温 ( O 3 7 ) ；水泥、煤灰对出机 口温度影响最小 ( O 0 5 5 7 ) 。这说 明，重点控制骨料的 温度是降低出机口温度的最有效措施。 经过现场对原材料和出机口混凝土测温 比较 ，出机 口温度 变化 也与上述 结论 相符 。 ( 2 )拌和系统温控措 施 。在成 品骨料仓 加装 遮 阳篷 ， 料仓堆高 1 0 m以上，砂石料采取地弄取料；由胶带机送 入拌和楼集料斗，皮带全部加装遮阳篷。在高温天气实 测，地弄出料胶带机料温要低于仓面料温 1 O 左右。 为了确保出机 口混凝土 的温度，在生产过程 中进一 步采取 以下措施 ： 1 )地弄两端封闭，保持地弄内部在高温时段不至于 回温过快。 2 ) 拌和楼周围洒水降温降尘。 3 )在拌和系统加装喷雾机，降低阳光对系统周围照 射 后的温升 。 4 ) 水泥罐喷涂 白色涂料。 ( 3 )运输环节的温控措施。运输环节的温控措施主 要有 ： 1 ) 碾压混凝土自卸运输车加装遮阳篷 ，避免阳光直 接照射在混凝土表面。 2 )从拌和楼到仓面道路确保畅通 ，并洒水降温降尘 。 3 )运输车在接料前用清水河水冲洗车厢，接料时车 厢外面冲凉水 ，降低车厢温度 。 4 )运输车接料后从拌和楼到仓面下料的时间控制在 2 0 mi n以内 。 采取以上措施后，经实测，在高温天气下混凝土入 仓温度高出出机温度不超过 l C。 3 2 仓面温控 碾压混凝 土仓面的温控 ，主要做到以下几点 ： ( 1 )加快碾压混凝土入仓碾压，入仓后快铺快碾控制 在 2 h内完成。 ( 2 )阳光照射仓面时，对已完成碾压部分用土工布遮 盖 ，可控制已浇筑碾压混凝土温度 回升降低 4 C左右。 ( 3 )仓面喷雾。高温天气下采用喷雾机对浇筑仓面喷 雾，降低环境温度。喷雾雾滴直径为 4 0 8 0 t ff n ，根据实 测，喷雾后仓面环境温度较外界气温平均降低 6 C左右。 3 3 通水冷却 碾压混凝土温度在浇筑后的 3 7天内基本达到最高 峰值，通冷却水在头 7天 内最为重要。摊铺完成后进行 通水削减温峰，一期通水水温为 8 1 O C，水温与碾压混 凝土 的温差不超过 2 5 C为原则 ，同时控 制混凝 土 内外 温 差在 2 O 以内 。 一 期通水时间也不宜过长，以防止冷却时间过长带 2 7 水利水电施工 2 0 1 1 第 3期 总第 1 2 6期 来的开裂风险。坝体碾压混凝土温度降到 2 5 以下时， 停止一期温控阶段通水，一期 目标温度为 2 O 2 4 C。实 施过程中，为保护冷却水管不被碾压破坏 ，安排在完成 碾压 8 -1 0 h开始通水 。经过通水冷却，可削减水化热温 峰 1 0 以上 。 二期通水在混凝土施工完成 4 6个月后，以满足封 拱灌浆要求。二期通水水温为 1 O 1 2 C，目标温度是坝 块各高程的封拱温度。 埋设的冷却水管采用外径为 3 2 mm、内径为 2 8 tur n的 HD P E高强度聚乙烯管。冷却水管埋设要求在基础约束 区间排 距为 1 0 m1 5 m，非 约束 区 间距 为 1 5 m 1 5 m，单根水管长 度一 般控 制在 2 5 0 m 以内。 通过通入冷却水，可控制碾压混凝土最高温升在设 计要求的 3 2 范嗣内。 3 4 养护 高温季节 、高温时段浇筑的碾压混凝土，采取降低 浇筑温度、通水冷却等措施后 ，可控制混凝土最高温度 不超过允许 温度 。对 上下游 及 坝面暴 露 的侧 面采 用花 管 淋水养护 ，水平面覆盖土工布洒水养护，养护可长期进 行 ，但最少应至下一仓混凝土浇筑为止。 4 高薄拱坝的温控体会 天花板水 电站 大 坝高 1 1 3 m，拱 冠坝 顶宽 6 0 m，拱 冠梁底厚 2 4 2 4 7 m，厚高比为 0 2 1 5 。坝体高且薄，温控 受环境气温 的影响 较大 。在施 工 中发 生 了多项 与温 控有 关的重大变更 ，对坝体内温的温控均有直接的影响。主 要的变更有j项：第一，原设计中热水泥拌制碾压混凝 土改为普通硅酸盐水泥；第二，坝体前后原设计保温苯 板被取消；第三，原设计要求碾压混凝土为预冷骨料加 冷水和冰片，混凝土浇筑温度不高于 l 5 1 7 ，后改为 自然状 态下拌制 。以上 三项 变更 完全 改变 了 当今流 行 的 大体积混凝土温 控 的主要 手段 。上 述几 方 面的 原 因，加 大了大坝的温控难度，坝体温度控制手段基本上依赖于 坝体内冷却水管的通水降温。 从大坝整体施工情况来看，除个别部位已浇筑的区 域超过设计要求的最高允许温度外，绝大部分区域均未 超过最高允许温度。大坝蓄水前的坝面普查没有发现大 的裂缝 ，仅在坝面 1 0 0 0 m高程以下发现 5条长在 2 m 以 内、缝宽小 于 0 2 ram 的细微表 面裂缝 。 4 1 坝体温度分析 坝体封拱灌浆的降温是一个非常不易的漫长过程， 坝体内温受外部环境温度的影响较大，在夏季高温天气 下还会有回升的现象。 以大坝 1 0 1 7 m高程 Tb l 一1 7 、T b 31 3为例：T b l 一 1 7 、T b 3 1 3 均为大坝 1 0 1 7 m 高程埋设 的温 度计 ，T b l 一 1 7 在 I区，距大坝下游 9 m；Tb 3 1 3在大坝 区，距大 坝上游面 3 m。埋设时间为 2 0 0 9年 1 1月 7日上许 9时， 埋设初始读数 T b l一1 7为 1 7 7 、T b 31 3为 1 9 4 C， 入仓第 3 天达到最高峰值，T b l 一1 7 最大峰值为 2 8 4 C， Tb 3 1 3最大峰值为 2 8 2 C，之后开始降温，最低降到 1 8 1 9 C。进入第二年夏季后 ，开始随着外界外境温度 不断地升温，虽然在此过程中加大了通水力度，但依然 难以阻止温升的发展。高温天气过后，加上不停地通水 冷却，坝体内温开始下降，至 1 2 月即接近 1 8 。1 0 1 7 m 高程 Tb l 一1 7 、T b 3 1 3的测温结果见图 1 。 k I T b1 一 l 7 距 下 游 坝 面 9 m 、 厂 、 瓶 、 舯 1 b i 一 j 糍 。 。 $ 一 距 上 游 坝 面 3 m 一 黼辫 一 28 日期 图 1 1 0 1 7 m 高程 T b l 1 7 、T b 3 1 3的测温结果 ( 下接第 3 7页) 较多，系统设计时将干法与湿法相结合进行筛分，既可 降低生产运行成本，又可提高人工砂产量和调整砂的细 度模数，减少系统耗水量和污水处理的压力。 4 2 系统设计存在的问题 系统于 2 0 0 8年 8月中旬投产，投产后主要存在以下 几个 问题 ： ( 1 )系统设计时使用的加工料源为清水河 白云岩 石料场的开采料 ，由前期开采情况看，毛料 比较干净、 新鲜 ，无夹泥现象 。考虑系统投资及运行成本 ，在最 终确定设计方案时取消 了一筛配置螺旋洗石机 ，一筛 采用干法生产。系统在运行初期采用的加 工料源 为洞 挖料和坝肩开挖料 ，料 源较脏 ，含泥较多 ，因此成品 质 量较 差 。 ( 2 )系统生产常态混凝土砂和碾压混凝土砂，由于 两种砂的石粉含量要求不同，因此两种砂的生产工艺不 同，常态砂采用湿法生产 ，碾压砂则采用干法生产 ，从 而造成生产常态砂时部分冲洗水随骨料返回制砂调节料 仓 ，使制砂原料含水率较大；二筛干法和湿法同时生产 时干筛 较 困难，造成 碾压 砂产 量 降低 ，且 筛分 效 率 降低。 ( 3 )由于场地限制，制砂调节料仓容量小，底部无盲 沟和排水沟排水，满足不了堆存 自然脱水的效果，也造 成制砂原料含水率不易控制。 4 3系统工艺优化与探讨 ( 1 )针对 4 2 小节中问题 ( 1 )采取的措施如下 ： 1 )加强对加工毛料的管理 ，坝肩含泥量较高的料作 混凝土工程 为弃 料 。 2 )在成品粗骨料出料溜槽加水冲洗，并将溜槽割出 孔洞，以利于脱水、脱泥。 ( 2 )针对 4 2小 节 中问 题 ( 2 ) 、 ( 3 )采 取 的措 施 如下 ： 1 )制砂原料仓增加排水盲沟和排水沟，加速 制砂 原料 的脱水 ；制砂 原料仓 增加雨 棚，以确保 雨 天 的 生产 。 2 )运行中，将湿法生产的 2 0 4 0 mm及 5 2 0 mm砂 料作为成品料进入成品堆场；根据工艺要求 ，干法生产 的盈余 2 0 4 0 mm及 5 2 0 ram砂料作为返料循环破碎， 这样可有效减少制砂原料的含水率。 3 )先将制砂原料仓堆满料，并进行脱水，再启动制 砂设备，即制砂采用先集料、后生产的方式 ，这样可同 时进行干法和湿法筛分。湿法筛分后，多余的 5 4 0 mm 返料可在制砂原料仓得到充分脱水，减少 了制砂原料的 含水量 ；且湿法筛分后多余的 5 4 0 mm返料仅占制砂原 料 的 2 O 左右 ，这 样 ，制砂 原料的含水量得到有效控 制 ， 确保了干法生产的顺利进行 。 5 结束语 天花板水电站人工砂石加工系统通过精心布置 ，大 胆创新设计生产工艺 ，经过两年多的运行和改进，系统 运行稳定、可靠，圆满完成了天花板水电站的各种混凝 土骨料的生产任务，为水电站按时发电作出了贡献。 ( 上接 第 2 8页) 从上述分析可知，早期温控可以有效防止水化热温 升超过设计允许温度 ，避免温差过大而出现裂缝 。中期 通水降温同样也是为了防止温差过大，但在高温天气通 水是否用制冷水降温值得 进一步研究 。而封拱灌浆温 度场的降温则安排在冬季完成 ，要求在 夏季高 温天气 下通过制冷水使坝体达到封拱灌 浆温度 的想法是不实 现 的 。 4 。 2 碾压混凝土施工 中的温控 该工程大坝采用通仓薄层碾压，碾压层面越薄，层 面散失的热量越多，对前期通水降温有利，应严格控制 碾压层的厚度。 浇筑分层厚度在冬夏季节应有所区别。夏季高温天 气下浇筑层不宜太厚，有利于早期的降温；冬季浇筑温 度、环境温度低 ，可适当增加分层厚度。 碾压仓面的间歇时间不应过长，如果在下一层已充 分冷却后开始浇筑上一层混凝土 ，容易形成上下层温差 过 大 ，可能造成 裂缝 的产 生 。 5 结束语 高薄拱坝的坝体施工期间的温度控 制，主要是前 期在浇筑后最高温升和后期封拱灌浆温度 的降温控制 。 前者是为预防坝体出现裂缝 ；后者是为 了在坝体达到 稳定温度场后诱导缝 能够张开 ，使坝体呈稳定 的收缩 状态 ，并通过封拱灌浆对大坝诱导缝 、横缝进行灌浆， 使大坝连接形成一个整体的拱形结构。天花板工程地质 条件和坝基结构形式均非常复杂，施工期大坝的温控难 度相对较大 ；充分利用低温季节多浇筑 ，尽量避免高温 季节浇筑混凝土；高温季节浇筑时，分层应薄，间歇时 间应短。大坝的温控防裂工作是一项技术强性、涉及面 广的综合工程，合理的设计方案 、优 良的施工组织以及 可靠的施工 质量是 确保大坝 不裂或 者少裂 的前 提和 基 础 。 3 7