官地水电站碾压混凝土温度控制措施的研究.doc

官地水电站碾压混凝土温度控制措施的研究
摘 要 官地水电站碾压混凝土大坝地处西南地区，施工期间遇到高温干燥严寒等温控技术难题。本工程通过高温季节从原材料、出机口、运输过程、碾压、养护等环节采取了有效温度控制措施；冬季低温严寒时段采取聚乙烯闭孔泡沫板保护等措施，解决了目前困扰碾压混凝土施工的温控技术难题。官地大坝施工至今，未发现任何危害性裂缝，为碾压混凝土建设积累了经验。文章重点介绍碾压混凝土高温温控措施和低温保护措施。
关键词 官地水电站 碾压混凝土 高温温控 越冬保温
1 工程概况
官地水电站位于四川省凉山彝族自治州西昌市和盐源县交界的大罗村境内，系雅砻江卡拉至江河口河段水电规划五级开发式的第三个梯级电站。工程等级为一等工程，主要水工建筑物为1级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。电站枢纽建筑物主要由左右岸挡水坝段（为碾压混凝土重力坝）、消力池、右岸引水发电系统组成，右岸地下厂房装机4台600MW机组，总装机容量2400MW。
官地水电站大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程1334.00m，最低建基面高程1166m,最大坝高168.0m，最大坝底宽153.2m，坝顶轴线长516m，整个坝体共24个坝段，从左至右由左岸挡水坝1#~9#坝段、左中孔10#坝段、溢流坝段11#~14#坝段、右中孔15#坝段和右岸挡水坝段16#~24#坝段组成。
两岸挡水坝段基础垫层和坝顶为常态混凝土，坝体内廊道等空洞周边为变态混凝土，其余均为碾压混凝土；溢流坝段溢流面、闸墩、基础垫层为常态混凝土，坝体内廊道等空洞周边为变态混凝土，其余为碾压混凝土;中孔坝段基础垫层和坝顶为常态混凝土，中孔周边为常态混凝土，上有闸门井为变态混凝土，其余为碾压混凝土；坝体上有迎水面为变态混凝土。消力池基础深槽回填为碾压混凝土，其余均为常态混凝土。
雅砻江流域属川西高原气候区，主要受高空西风环流和西南季风的影响，坝址区干湿季节分明，每年11月至次年4月为旱季，日照多，湿度小，日温差大，降雨很少，约占全年降雨量的5%～10%；5～10月份为雨季，气候湿润，降雨集中，占全年降雨量的90%以上。流域内气温由北向南呈增高趋势，降雨量自北向南递增。根据西昌气象站资料，多年平均气温17.0。C，极端最高气温39.4。C，多年平均相对湿度75%，最大风速14.0m/s；多年平均降雨量1142.3mm。
官地水电站工程主要有以下特点：日差大，常年气候干燥少雨，日照多，温控工作难度大，仓面相对狭小，施工设备和施工道路布置困难；近年来西南地区基础设施建设、水电开发过快，建材市场小，材料需求量大，供求矛盾突出。
官地水电站作为西南地区规模较大的电站之一，大坝混凝土的浇筑要经历2个冬季和2个夏季，需经历各种环境气候的考验。为了满足大坝混凝土在干燥高温季节连续浇筑，确保混凝土不出现裂缝，官地水电站碾压混凝土的温控成为关键技术问题。通过一系列的温控措施研究，并结合前期现场试验，官地工程形成了一套完善的碾压混凝土温控措施，取得了混凝土单班最高浇筑强度6507m3，单日最高浇筑强度11250m3，单月最高浇筑强度16.91 万m3，单月最高升层12.5m的好成绩，混凝土钻芯取样的各项质量指标均达到规范要求。2010年12月5日在10#坝段RⅡ碾压区高程1215.33～1197.13成功提取一根长18.20m芯样。
2 大坝碾压混凝土温控要求
官地水电站系中水顾问集团成都勘测设计研究院设计。设计通过仿真计算研究，并结合现场工程实际情况，提出了碾压混凝土温控标准。
① 大坝允许基础温差:
浇筑块边长长度L（M）
混凝土分区
允许基础温差（℃）
70m以上（5#~20#坝段）
强约束区
常态（垫层）
15
碾压
12
弱约束区
碾压
14
30~70m（2#~4#、21#~23#坝段）
强约束区
常态（垫层）
16
碾压
14
弱约束区
碾压
16
30m以下（1#、24#坝段）
强约束区
常态（垫层）
17
碾压
15
弱约束区
碾压
16
大坝底部深槽

碾压
12

② 据计算分析常态混凝土和碾压混凝土的内外温差≦16℃；
③ 上下层温差基础约束区长时间间歇老混凝土上新浇混凝土，按基础强约束去考虑，自由区范围内，在间歇期超过28天的老混凝土上继续浇筑混凝土时，当上层短间歇均匀上升的高度大于0.5块长时，上下层温差15℃,当上层混凝土上升的高度小于0.5块长时，上下层温差要求不大于10℃；
④ 混凝土最高温度：
单位：℃
浇筑块长边长度L（M）
部位
混凝土分区
月份
4~9
10、3
11~2
70m以上（5#~20#坝段）
强约束区
常态垫层
30
27
碾压
27
弱约束区
碾压
29
27
自由区
碾压
35
33
27
30~70m（2#~4#、21~23#坝段）
强约束区
常态垫层
32
27
碾压
30

弱约束区
碾压
32

自由区
碾压
35
33
27
30m以下（1#、24#坝段）
强约束区
常态混凝土
34
27
碾压
32
27
弱约束区
碾压
33
27
大坝底部深槽

碾压
27
3 碾压混凝土高温控制措施
3.1 优选工程原材料，优化混凝土的配合比
官地水电站混凝土量大，需要的原材料也较大，因此原材料的选择在一定程度上对混凝土的质量有重要影响。
在满足设计要求的各项指标的前提下，通过现场工艺实践，优化混凝土施工配合比，尽量减少水泥用量，增加粉煤灰掺量；同时选用优质高效的减水剂和引气剂，减少胶凝材料的用量，从而降低胶凝材料水化热温升和最高温度。
3.2 原材料温控
大坝各月出机口温度
单位：℃
浇筑块长边长度L（M）
部位
混凝土分区
月份
11~2月
3~10月
70m以上（5#~20#坝段）
强约束区
常态垫层
自然

碾压
自然

弱约束区
碾压
自然

自由区
碾压
自然

30~70m（2#~4#、21~23#坝段）
强约束区
常态垫层
自然

碾压
自然

弱约束区
碾压
自然

自由区
碾压
自然

30m以下（1#、24#坝段）
强约束区
常态混凝土
自然

碾压
自然

弱约束区
碾压
自然

大坝底部深槽

碾压
自然

通过对原材料的温度控制来达到控制出机口温度的目的，原材料主要通过下述方法控制：
控制水泥进罐前温度，对于超过45℃的汽车在停车场停车待冷直至温度达到要求。拌和楼上水泥和粉煤灰进入拌和机前的温度不得超过35℃，否则延长水泥和粉煤灰停罐时间。
对水泥罐和粉煤灰罐采取遮阳保温措施，防止太阳直射暴晒，夏季高温季节水泥罐和粉煤灰罐外侧采用塑料花管通冷水降温。
骨料的储量满足连续3天以上的生产量，并且保证砂子脱水充分，含水率不超过6%。粗骨料堆高一般为6～9m，尽可能安排在夜间和低温时间送料和转料，粗骨料要充分脱水。采取地下廊道取料，料堆高度保持6m以上，料堆和运输线路采取遮阳措施防止阳光直晒。
3.3 降低出机口温度
在夏季浇筑混凝土时，必须控制混凝土的出机口温度。骨料对混凝土的拌和温度影响较大，为控制混凝土的出机口温度，必须对骨料的温度进行有效的控制。骨料采用骨料管储存，采用地下传送带取料，根据温度计算和试验验算成果，在骨料通过传送带运输至拌合系统的过程中设置一冷车间对骨料进行风冷，进一步降低骨料的温度到10℃左右，有效的降低混凝土的出机口温度。
拌合混凝土采用加冰的方法。在混凝土拌合楼上设置二冷车间制冰，在混凝土拌合过程中将冰加入混凝土中。所有混凝土拌合系统均设置遮阳设施。
3.4 减少混凝土运输过程中的温度回升
当采用自卸汽车直接入仓时，在拌合楼入口设喷雾装置，以降低小环境气温，对车厢进行降温湿润；自卸汽车运输时，车厢顶部设置活动遮阳棚；合理安排浇筑仓面，根据施工强度合理安排运输车辆，多装快跑，一般每车运输混凝土不少于6.0m3；严格控制混凝土在车上的滞留时间。
3.5 控制混凝土浇筑过程中的温度回升
碾压混凝土在仓面的平仓摊铺和碾压过程中，其工序和施工管理不当容易造成温度回升。官地水电站为防止浇筑过程中温度回升采取的主要措施有：
（1）根据设备的工作状态，分析设备的入仓能力，合理规划仓号，确定仓面大小，以最短的时间完成每个仓号的平仓摊铺和碾压。
（2）加强仓面的施工组织管理，做到混凝土料入仓后及时平仓摊铺，及时碾压。充分发挥现场调度和指挥能力，做到从拌和楼出机口取料到碾压完成控制在2h内（最短仅为1.5h）。碾压完成后立即覆盖保温被，直到下一层料摊铺时再依次揭开。
（3）在混凝土的平仓摊铺和碾压过程中，在坝体浇筑仓号外增设喷淋（雾）装置，进行仓面喷雾，降低大坝浇筑仓面周围的温度，提高湿度，形成人工气候小环境。仓面采用固定式远程喷雾机和手持式喷枪进行喷冷水雾降温，根据官地碾压混凝土实践证明采用仓面小气候可以降低仓面气温，仓面湿度可以提高30％左右。
（4）对于已经碾压结束仓面和下料暂停仓面及时覆盖，降低混凝土表面水分蒸发，也防止混凝土外部高温倒灌。
（5）做好混凝土浇筑过程中的温度测量（或监测），根据现场实测温度及时反馈信息，以便调整温控措施。
3.6 埋设冷却水管，采用冷却水管进行冷却。
对浇筑的混凝土采用冷却水管进行冷却。冷却水管采用HDPE塑料管，导热系数应≥1.6KJ/(m.h. ℃)，主管规格为：内径32.6mm，壁厚3.7mm，外径40.0mm,支管规格为：内径28.0mm,壁厚2.0mm,外径32.0mm,
官地大坝采用的单根冷却水管从进口到出口之间的沿程长度不大于300m。约束区，冷却水管层间间距为1.5m，水平环绕管距为1.5m（根据现场实际环绕布置情况，同一平面上部分管距可能会作相应调整，要求水平管距按1.0～1.5m控制），自由区，冷却水管层间间距为3m，水平环绕管距为1.5m仓面内外侧埋管与坝体周边（上、下游面，左右侧永久缝等）距离为0.8m，遇到孔洞部位绕开布置，距离空洞内壁位置不得大于0.5m。每条冷却水管均整体铺设，在仓内尽量不允许出现接头。
在上一层碾压混凝土碾压完毕24h后即可开始通水，以削减水化热温升，降低碾压混凝土最高温升。为适应坝体通水温度变化的要求，大坝设置两套坝外冷却供水系统，一套冷却水温为12℃~14℃，一套冷却水温为天然河水。常态混凝土下料浇筑即可开始一期冷却通水。碾压混凝土上层浇筑完成24小时以为开始一期冷却通水。基础约束区3~10月份通12℃制冷水，其他月份通天然河水，冷却水流量1.2~1.5m³/h,通水21天；自由区3~10月份一期冷却通14℃制冷水，通水流量1.2~1.5m³/h，其他月份通天然河水，通水流量0.5~1.0m³/h，通水21天。
冷却水管冷却时碾压混凝土日降温幅度不应超过0.5℃。每12h改变一次水流方向，使坝体均匀冷却。冷却水温度与坝体混凝土之间最大温差控制不超过20℃。
3.7 表面保护和养护
为了减少后期混凝土强度上升过程中混凝土裂缝，必须加强混凝土浇筑过程中的保护和养护。官地碾压混凝土大坝在高温时段施工中，对碾压完成的层面部位立即用保温被覆盖，在喷雾和保温被的联合作用下，有效地遏制了外部温度的倒灌，使混凝土的浇筑温度得到了有效控制。此外，在混凝土终凝后，立即对混凝土层面进行洒水或流水养护，同时对混凝土长期暴露面采用Φ32花眼塑料管进行花管流水养护。
4 碾压混凝土低温控制措施
4.1 低温季节及气温骤降时的保护
大坝越冬措施，冬季大坝混凝土浇筑要求大坝浇筑完成之后立即对新浇筑混凝土表面进行3cm厚EPE聚乙烯保温板覆盖保温。越冬过程中对坝体上下游及横缝外路面进行5cm厚EPE聚乙烯保温板覆盖高温。并且对预留洞进行封堵，对通道进行门帘式保温。
5 结语
官地水电站碾压混凝土大坝历时两年，目前大坝混凝土已经基本结束，已经逐步进入蓄水发电阶段。从总体浇筑过程和施工工艺来看，它除了采用常规的温控措施外，还结合本工程特定的施工地理环境，特别是解决的干燥高蒸发条件下碾压混凝土连续上升、混凝土昼夜温差大以及冬季保温难度大等一系列碾压混凝土施工温控难题。经过两个冬季的考验，同时通过钻孔取芯和实验室的各项混凝土强度等性能指标的检测，表明了官地碾压混凝土温控措施具有很强的针对性和适用性。官地碾压混凝土大坝成功的温控措施为我国西南地区的碾压混凝土施工积累了宝贵经验。