构皮滩水电站双曲拱坝混凝土温度控制施工.pdf

水利水 电施工2 0 1 3 第 2期总第 1 3 7期 表 2 三峡 P MH4 2 5中热水泥性能检测 密度 细度 比表面积 标准稠度 凝结时间 ( rai n ) 抗折强度 ( MP a ) 抗压强度 ( MP a ) ( g c m3 ) ( ) ( m2 k g ) ( ) 安定性 初凝 终凝 3 d 7 d 2 8 d 3 d 7 d 2 8 d 3 2 2 7 3 2 7 2 4 8 合格 1 4 8 1 9 3 4 2 5 6 8 8 1 7 3 2 5 2 5 O 8 表 3 粉 煤灰品质检 验 生 产厂家 细 度 ( ) 需 水量比 ( ) 烧失 量 ( ) S O 3 含量 ( ) 碱含 量 ( ) I表观 密度 ( g c m 。 ) 检 测结 果 凯里 电厂 1 3 6 9 7 7 3 2 3 O 6 1 1 3 2 l 2 3 6 级 外加剂：业主指定为 J G一3 缓凝高效减水剂和 F S弓 气剂 。 粗 、细骨料采用灰岩轧制而成，骨料线膨胀系数偏小。 2 3 混凝土力学性能 土 自身抗拉强 度或应 变超 过混 凝土极 限拉伸 引起 的 。本 工程通过试 验，选定了最优 配合 比，其力学性能详见 表 4 。 2 4 混凝土热学性能 混凝土产生裂缝绝大多数是因为温度应力超过混凝 混凝土主要热学性能见表 5 。 表 4 混凝土主要 力学性能 强度 水胶比 用水量 砂率 抗压强度 ( MP a ) 2 8 d轴拉强度 2 8 d 极限拉伸值 2 8 d 抗拉弹模 2 8 d抗压弹模 等级 ( k g m3 ) ( ) 石子级配 7 d 2 8 d 9 0 d ( M a ) ( 1 0 -4 ) ( 1 0 4 M a ) ( X 1 0 4 M a ) 0 5 1 0 0 3 1 5 ：3：2 1 6 8 2 7 7 3 4 1 2 7 3 0 9 7 3 2 1 3 4 9 C1 8 o 3 0 O 5 8 7 2 5 3：3：2：2 1 9 5 2 8 6 3 6 6 2 5 9 0 8 9 3 2 2 3 4 6 O 4 5 9 6 3 0 5：3：2 1 7 5 2 9 1 4 0 5 3 O1 1 O O 3 3 7 3 7 7 Ct 8 o 3 5 0 4 5 8 6 2 4 3：3：2：2 2 O 3 3 1 2 4 1 3 3 2 8 O 9 4 3 7 5 3 3 O 表 5 混凝土主要热 学性能 混凝土级配 强度等级 绝热温升 ( ) 导温系数 口 ( m2 h ) 热导率 k J ( m h ) 比热容 c k J ( k g ) 线膨胀系数 口 ( 1 0 6 c) Ca 8 o 3 0 2 1 3 三级配 0 0 0 3 0 8 8 9 8 1 1 7 2 6 O C1 8 0 3 5 2 4 1 2 C1 8 o 3 0 1 8 6 4 四级配 0 0 0 3 1 8 4 2 3 1 0 7 3 6 O C1 8 0 3 5 2 1 2 5 3温控标准 3 1 基础 温差 基础允许温差标准见表 6 。 3 2 混凝土设计允许最高温度 混凝土设计允许最高温度见表 7 。 表 7 表 6 基础允许温差标准 部位 控制范围 ( ) 基础强约束区 ( 0 O 2 ) L 1 6 1 7 基础弱约束区 ( O 2 O 4 ) L 1 9 2 0 非约柬区 2 O 2 2 注L为浇筑块长边尺寸 。 混凝土设计允许 最高温度 ( ) 项 目 部位 1 2 次年 2月 3 、1 1月 4 、1 0月 5 、9月 6 8 月 基础强约束 区 2 4 2 7 2 9 3 O 2 9 3 O 2 9 3 0 溢流 基础弱约束 区 2 4 2 7 3 0 3 2 3 2 坝段 脱离基础约束区 2 4 2 7 3 0 3 3 3 6 非溢流 基础强约束区 2 5 2 8 3 2 3 2 3 2 坝段 基础弱约束区 2 5 2 8 3 2 3 4 3 5 1 5 号 、 2 4 2 7号 脱离基础约束区 2 5 2 8 3 2 3 4 3 8 非溢流 基础强约束区 2 5 2 8 2 9 3 O 2 9 3 O 2 9 3 O 坝段 6 1 0号、 基础弱约束区 2 5 2 8 3 2 3 2 3 2 1 8 2 3号 脱离基础约束区 2 5 2 8 3 2 3 3 3 8 注1 基础强约束区为建基面 ( O o 2 )L，基础弱约束区为 ( O 2 0 4 )L，其中 L为浇筑块长边尺寸。 2 重要部位采用下限值。 4 4 3 3 上 、下层温差控制 当下层混凝土龄期超过 2 8 d 成为老混凝土时，其上层混 凝土应控制上、下层温差，对连续上升坝体且高度大于0 5 L ( 浇筑块长边尺寸)时，允许老混凝土面上下各 L 4范围内 上层最高平均温度与新混凝土开始浇筑下层实际平均温度之 差为1 7 ；浇筑块侧面长期暴露时，或上层混凝土高度小于 0 5 L或非连续上升时，应加严上下层温差控制。 3 4 坝体接缝灌浆温度 坝体封拱接缝灌浆温度要达到设计允许温度才可进行接 缝灌浆，接缝灌浆温度要求见表 8 。设计文件要求，控制坝 体实际接缝灌浆温度与设计接缝灌浆温度的差值在+1 和 一 2 范围内，基础约束区混凝土接缝灌浆温度不得高于设 计灌浆温度，坝体混凝土超冷原则上按不超过 0 5 C 控制。 表 8 坝体各高程坝体接 缝灌浆温度 高程 ( m) 温度 ( ) 6 1 5 O 6 4 0 5 1 5 O 5 4 5 O 6 1 5 O 1 3 0 4 1 O 0 5 4 5 0 1 2 0 4混凝 土施工温度控制 4 1 优化混凝土配合 比设计 通过优化混凝土配合比，在节约水泥材料用量的条件 下，保证混凝土所必需的极限拉伸值 ( 或抗拉强度) 、施工 匀质性指标及强度保证率，改善混凝土抗裂性能，提高混凝 土抗裂能力。接缝混凝土尽量采用三级配富浆混凝土，以降 低混凝土单位水泥用量，减少混凝土水化热温升。 4 2 合理安排混凝土施工时段和程序 坝体混凝土因浇筑时间、约束情况及边界条件等的 差异，所产生的温度应力差别较大。在低温季节和低温 时段应提高混凝土施工强度，尽量多浇混凝 土。同时， 基础约束区混凝土等重要结构部位 ，在设计规定的间歇 期内连续均匀上升，其余部位基本做到短间歇均匀上升。 相邻坝段高差符合设计允许高差要求：相邻坝段高差不 大于 1 0 1 2 m，最高 与最低 坝段高差不大于 2 1 m。 4 3合理控制浇筑层厚和间歇时间 浇筑层厚度大小直接影响混凝土表面散热速率、内外 温差，进而影响温度应力的大小。施工时基础强约束区按 1 5 m浇筑，其他采用 3 0 m浇筑，在结构要求及埋件、钢 筋密集的孔 口部位浇筑 3 0 m层厚存在温控与施工困难时， 按一次立模两次浇筑方式施工，每次浇筑 1 5 m。 层间间歇期一般不小于 4 d ，也尽量避免大于 1 0 c l 。 对于有严格温控防裂要求的基础强约束区和重要结构部 位，控制层间间歇期为 3 1 0 d 。 4 4 混凝土出机及浇筑温度控制 4 4 1 混凝土 出机温度控制 常温混凝土为低温季节不采用预冷措施拌制的 自然 混凝 土工程 温度混凝土，也称 自然入仓温度混凝土；预冷混凝土为 高温季节或较高温季节采用预冷措施拌制的低温混凝土。 在高温季节或较高温季节浇筑混凝土，当 自然 出机不能 满足设计浇筑温度要求时，采用预冷混凝土浇筑。降低 混凝土出机口温度主要采取预冷粗骨料、加冰、加冷水 拌和混凝土等措施，使 4 1 0月浇筑基础约束区混凝土 时混凝土出机口温度达到 7 C，6 8月浇筑脱离基础约 束区混凝土时混凝土出机口温度不高于 1 4 。 ( 1 )骨料预冷：构皮滩工程中混凝土骨料预冷采用两 次风冷系统。 一 次风冷系统 由 2组风冷骨料仓、空气冷却器、离 心风机及制冷车间等组成，每组风冷骨料仓均能给任意 一 座拌和楼供料，每组风冷骨料仓按粗骨料级配分为四 个分料仓，特大石、大石、中石和小石各用一个仓。骨 料在仓内自上而下流动，冷风在料仓 内自下而上流动， 与骨料进行逆流式热交换 ，将骨料 由初温分别降至设计 温度 。 骨料在骨料仓 中一次风冷后，分别 由胶带机送到拌 和楼料仓，进行二次风冷，将骨料冷却到设计温度 。二 次风冷系统由粗骨料仓、空气冷却器 ( 附壁式冷风机) 、 轴流风机及相应的制冷设备组成。 骨料两次风冷后，温度可降至2 4 。 ( 2 )加冷水和片冰拌和混凝土：在拌和混凝土过程中 掺入适量的冷水和片冰，是控制混凝土出机温度的一个 重要措施。冷水和片冰的掺量随季节和混凝土配方的不 同而有较大变化，根据设计需要 ，通过调整水和冰的比 例，可以拌制出出机温度为 7 1 3 的混凝土。 冷水和片冰是 由紧邻拌和楼的制冰楼提供 的。该制 冰楼在制冷高峰期能 日产 4 C的冷水 2 0 4 0 t 和一1 O 的片 冰雪 2 4 0 t 。 ( 3 )骨料在储存和运输过程中的温控措施：在成品料 仓上架设防晒雨棚等措施，降低原材料温度，确保骨料 堆存高度 6 m以上或更高。进料廊道的弧门轮流开启 ，以 保证所放料层均为堆料 的下层低温料。夏季高温季节视 情况在成品料仓采取喷雾、洒水等降温措施，降低原材 料温度。在砂石骨料运输胶带机上方搭设遮阳棚，以减 少太 阳辐射对骨料初温 的影 响。 4 4 2 混凝 土浇筑 过程温度控 制 为减少预冷混凝土 的温度回升，高温季节浇筑混凝 土时拟在仓面喷雾 ，以降低仓面气温，保持仓面湿度。 同时，在施工中加强管理，优选施工设备，严格控制混 凝土运输时间和仓面浇筑坯覆盖前的暴露时间，加快混 凝土入仓速度和覆盖速度，降低混凝土浇筑温度，从而 降低坝体最高温度。 4 5 混凝土通水冷却 混凝土通水冷却是在混凝土的浇筑过程中，把冷却水管 埋置在坝内并通以冷却水，以此来达到削减混凝土水泥水化 热量最高温升和将坝体温度强迫冷却至接缝灌浆所要求的温 度。这是大坝混凝土施工温度控制的主要措施之一。 4 5 水利水电施工2 0 1 3 第2期总第 1 3 7期 4 5 1 冷却水管设计 ( 1 )水 管 选择 ：冷 却水 管采 用外 径 3 2 c m、内径 2 8 mm的高密度聚乙烯 ( P E)塑料冷却水管，导热系数 1 6 6 k J ( m h ) 。P E管在水利水 电施 工混凝 土通水 冷却中得到了广泛的应用，它具有强度高、冷却效果 良 好、价格便宜、运输方便和施工简易快捷的特点。 ( 2 )冷却水管布置：构皮滩大坝混凝土浇筑层厚一般 为 1 5 m和 3 0 m，冷却水管埋置在距各浇筑层顶部以下 1 5 0 c m和一个浇筑层的底部 ( 即老混凝土面上) ，呈 S形 布置。布置间距 为 1 5 m1 5 m ( 水 平 层 高) 。由于一 些坝块面积较大 ，为不使冷却水循环管路过长 ( 设计要 求不大于 2 5 0 m)而影响降温速度，同一层冷却水管一般 分 了 2 3 条独立 回路 。 坝内冷却水管按接缝灌浆分区范围结合坝体通水计 划 ，就近引入下 游坝 面预 留槽 内。引入 槽 内的水 管排 列 有序 ，做好标识 、记 录。 为防止在浇筑过程中冷却水管受到冲击破坏，在浇 筑过程中应保持冷却水管 内持续通水，发现堵塞及漏水 现象 ，应立 即处理 。 4 5 2 后冷 系统设计 ( 1 )后冷水车间：根据本工程的特点在右岸坝肩下游 侧布置了四级移动式冷水站，分别布置在高程 4 6 5 m交通 洞内 、4 9 5 m 马道 、5 8 0 m 马道、6 4 0 5 m 平 台，同时根据 大坝上升情况进行分期施工 。 ( 2 )制冷设备和容量 ：构皮滩 大坝混凝 土后 冷水 车间 共配置 7台套 冷水 机 组 。6台套 F E S 2 7 0 X 型冷 水 机组 ， 额定制冷水能力为 2 0 0 m。 h ，1台套美国 ( 无锡)约克公 司生产的YS E Z E z S 4 5 C KE型冷水机组，额定制冷水能力 为 2 6 0 m。 h冷水机组。各冷水站内冷水机组数量根据各 阶段初 ( 中) 、后期冷却所需制冷容量确定。经过实践验 证，冷水机组制冷容量完全满足坝体通水冷却要求。 ( 3 ) 输水系统：冷水输送靠布置在后冷水车间内部的 加压泵 ，每 台套 冷 水机 组 设 扬程 为 4 6 m，功率 为 3 7 k w 立式加压泵 1台 ( 流量为 2 0 0 m3 h ) 。工程早期 ，布置在 后 冷水 车间内部 的加压 泵 即能胜任 初 、中期 和后期 全部 的冷水输送工作。 坝后供 回水主管 、干 管及坝后 立管均 采用焊 接钢管 ， 为同时满足初 ( 中)期通水 和后期 的需要 ，布置 了两套供 回水管路 ，一套制冷水进 回水管 ，一套河水 进 回水管 。在 坝后供回水干管上布置了进回水换向设施，满足通水冷却 时进回水 2 4 h 换向的要求 。大坝供水主管 ( D N2 5 0 mm)布 置在右岸坝肩下游侧，供水干管 ( D N 2 0 0 mm)分别布置在 各级坝后栈桥上，坝后立管 ( D N1 0 0 mm)布置在坝体横 缝的单数缝面先浇块上。混凝土浇筑时，溢流坝段每 3 m 浇筑层均在坝后距离单数缝缝面 1 2 m处设预留槽，预留 槽对应各级工作桥，工作桥上布置进回水供水头。非溢流 坝段根据拱坝体形结构在坝后相应位置布置预留槽及工作 桥。制冷水供、回水管，坝内冷却水管及后冷水站构成封 闭的循环系统。为满足冷却水管内水压力不小于 0 3 5 MP a 46 的规范要求 ，在供水头处 ，水压力一般在 0 5 MP a 以上 。 为了充分利用 自然资源以节省成本，在冬季利用天 然河水进行初 、中期冷却 。 由于从 坝 内流 出的 回水 平 均温 度 一 般 为 1 8 2 O ( 初、中期) ，比外界水温度低 ，为减轻制冷难度和节省 成本 ，除在冬季所采用的天然河水外，所有从坝内流出 的冷却 水都 回收到制冷厂再度制冷 ，循环利用 。 4 5 3 混凝土通水冷却计算理论 构皮滩大坝混凝土通水冷却采用实用计算法和根据 各时段冷却水水温用时差法计算。根据工程实际情况建 立 了一套符合工 程实 际 的较 完整 的数 据 库 ，起到 了指 导 和控制混凝土通水冷却的作用。 4 5 4 通 水冷却施工 ( 1 )冷却分期 ：构皮滩拱坝混凝土通水冷却分 3期进 行 ，即初 、中期 和后期冷却 。 初期通水冷却从混凝土浇筑完成 开始，历时 1 5 2 0 d ， 根据理论跟踪计算或埋在混凝土内的温度计读数，当混凝土 温度达 2 5 2 7 后即结束初期通水进入间歇期或转入中期通 水。初期通水可采用制冷水，当河水温度较低时改通河水。 一 般情况下，每年入冬前应进行中期通水冷却，将 当年浇筑的混凝土温度降至 2 2 后结束 中期通水。中期 通水一般采用江水进行。另外，在高温季节 ，初期通水 结束后，还应密切关注坝体 内部温度情况 ，如有 回升趋 势 ，应补充通水 ，补充通水可采用河水进行 。 后期通水是为了使坝体达到接缝灌浆温度进行的通 水 。后期通水一般在接缝灌浆前 4 5 6 0 d开始进行 。 ( 2 ) 通水冷却过程中坝体内部温度情况掌握方法 ：为 了很好地掌握坝体内部温度情况，设专职测温人员，每 4 h 测 1 次进、出水温度情况。测温数据内容有：各进水干、 支管流量，进回水温度，对应时段气温等。相关技术人员 根据实测数据，推算坝体混凝土内部温度情况，并将坝体 内部温度信息及时反馈给现场工作人员，现场工作人员根 据降温信息及时调整各部位冷却水管流量或水温，使坝体 混凝土温度均衡下降，从而达到了 “ 动态控制”的目的。 进行后期通水 冷却 过程 中 ，当坝体 内部 温度 接近 接 缝灌浆温度时，应加密观测频次，必要时采用部分管路 试闷温的方法掌 握坝体 内部 温度 情况 ，当达 到设计 要 求 的接缝灌浆温度时立即进行闷温，闷温时间为 7 d 。 构皮滩工程坝体内部相应坝段埋设了部分监测仪器 ， 用来监测坝体在施工期及运行期的坝体 内部温度及混凝 土应变。因此，在通水冷却施工过程中，定期对已埋仪 器的进行观测，作为施工期坝体内部温度参考值。 ( 3 )特殊情况处理：由于 1 3灌区及各灌区岸坡坝 段混凝土在进行后期通水冷却过程中受地温影响较严重， 因此，在这些部位坝体混凝土温度达到接缝灌浆温度后， 让接近基岩的 2 3层管路继续通水，其上部管路进行闷 温，继续通水的管路直到接缝灌浆前都要保持持续通水， 但可以适当减小通水流量，这样可以防止地温倒灌。 ( 4 )后期通水冷却过程中出现的问题：根据本工程技 术条款要求，后期通水冷却采用 6 8 的制冷水进行冷 却。本工程于 2 0 0 6年 9 月下旬开始进行 1 2 灌区的后期 通水冷却 ，在 1 2灌区进行后期冷却过程中，我们努力 改进后冷工艺，提高冷水机组的工作效率，生产 6 8 C 的制冷水。但 由于坝体温度为 2 2 2 5 ，与制冷水有 1 4 1 9 的温差 ，从 而使坝体冷却水进 出口温差较大， 影响冷水机组生产 6 8 制冷水 的效率，流量小于设计 要求。另一方面，从内埋设 的温度计读数上看，在满足 设计要求的水温及流量要求的条件下，混凝土内部 日降 温速率大于 I C d( 设计要求不大于 1 d ) 。 新工艺、新方法的探索：针对以上的问题 ，我们在 后期通水冷却过程中，经过不断实践、摸索，总结出了 一 套行之有效的方法 ：在通水过程中仅控制混凝土内部 温度与制冷水之间的温差，随着坝体 内部温度 的降低 ， 制冷水温度也在降低，确保混凝土均衡降温。这种通水 冷却方案有以下几个特点： 1 )虽然这种方法与后期冷却过程中始终通 6 8 的 制冷水的方法相比较，通水时间长 l O 2 0 d ，但是在后冷 水站制冷容量有限的情况下，这种方法解决了后冷制冷 容量有限与坝体所需制冷水流量较大之间的矛盾，可以 使两个或三个灌区同时进行后期通水冷却，仍然能够在 计划时段内完成了坝体混凝土后期通水冷却 ，将坝体混 凝土温度冷却到了接缝灌浆温度，确保坝体后期通水冷 却及接缝灌浆工期要求。 2 )由于进坝制冷水温度与坝体混凝土内部温度差别 较小，能确保坝体混凝土缓慢、均衡降温，闷温结果较 真实地反映了坝体内部温度情况。 3 )由于在后期通水冷却过程中，混凝土内部温度较 均衡，不易使坝体混凝土产生温度裂缝，从而保障了混 凝土的质量 。 4 )充分利用 了冷水 机组 的最大制 冷能力 ，从而 节约 了后冷系统运行成本。 另外 ，此方法 同样适用于初期通水 。 1 7号坝段 1 O 灌区在后期冷却通水过程中混凝土降温 过程 曲线见图 1 。 2 5 2 0 1 5 赠 1 0 5 1 6 1 1 1 6 2 1 2 6 3 I 3 6 4 1 4 6 ( d 1 图 1 坝体混凝土后期冷却 降温过程 曲线 4 5 5 后期通水冷却过程中应注意事项 ( 1 )在较高温季节进行后期通水冷却，必须做好坝体 上、下游面的保温工作。 ( 2 )为提高冷水机组的工作效率，必须提高制冷水的 混凝土工程 回收率 ( 本工程制冷水的回收率达到 9 O 以上) 。 ( 3 )如果在低温季节进行后期通水冷却，可以考虑先 通一段时间河水 ，当坝体混凝土与河水温差小于 5 C时， 再改用制冷水进行后期通水冷却。 4 6 混凝土表面保温及养护 混凝土表面保温是预防混凝土表面裂缝 ( 温度裂缝 和干缩裂缝)的重要措施之一 。 4 6 1 混凝土表面保温 混凝土表面保温材料主要为聚乙烯卷材保温被和聚苯 乙烯板保温材料。大坝横缝面和水平面采用 1 8 mm厚高发 泡聚乙烯卷材保温被 保温后混凝土表面等效放热系数为 2 4 7 w ( r n 2 ) 覆盖，大坝上游面、结构混凝土等部 位采用 3 0 ram厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温，坝体下游面采 用 2 0 m m厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温。每年 9 月底 ，将导 流底孔、中孔、廊道及其他所有孔洞进行挂帘封堵。 4 6 2 混凝土养护 混凝土浇筑完毕后，及时进行养护。高温和较高温 季节的混凝土浇筑完成后 ，采用 自动喷水器对已浇混凝 土进行不间断洒水养护并覆盖保温层，保持仓面潮湿， 使混凝土充分散热。对侧边利用悬挂的多孔水管喷水养 护坝体上游面，养护时间2 8 d 。为做好养护工作，建立专 门养护队伍，责任落实到人，并加强检查。 夏季高温季节保温被覆盖 2 4 3 6 h后 ，当混凝土温 度高于气温时则揭开保温被散热，必要时采用混凝土表 面流水养护 。 5 实施效果分析 本工程在施工中严格采取了上述综合温度控制措施， 取得了较好的效果 。仅在个别坝段出现少数表层裂缝外， 未发 现深层裂缝及 贯穿裂缝 。 6 结束语 在坝体混凝土温控施工过程中应做好如下几方面的工作： ( 1 )选用合理的混凝土原材料，改善混凝土的力学、 热学性能 。 ( 2 )合理安排混凝土施工时段，在低温季节应多浇快 浇混凝土 。 ( 3 )合 理分层 ，严格 控制混凝 土层间间歇时间 ，各坝 段间做好跳仓浇筑规划 。 ( 4 )从埋设冷却水管到冷却水管回填灌浆，在这一相 当长的时段内保证冷却水管的通畅，是坝体通水冷却及 接缝灌浆顺利进行的有利保障。 ( 5 )采用动态跟踪削峰技术，保障混凝土通水冷却效 果；在通水过程中控制混凝土。 ( 6 )内部温度与制冷水之间的温差 ，确保混凝土均衡 降温。 ( 7 )加强保温、养护工作。 4 7