严寒干燥地区某常态混凝土双曲拱坝温度控制技术.pdf

混凝土工程 续表 坝段号 高 程 ( m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 O 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 6 0 5 6 6 7 7 6 6 6 6 6 7 7 7 7 6 6 5 9 2 6 6 7 7 7 7 7 7 7 7 7 6 6 5 7 6 6 6 7 7 7 7 7 7 7 6 6 5 6 7 6 6 6 6 6 6 6 6 6 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 3 高温期混凝土温度控制措施 高温期混 凝 土温 度 控 制 的主 要 环节 在 配 合 比选 择 、 出机口温度控制、混凝土运输温度控制、仓面温度控制 和后期混凝土温度控制 五个 方面 。 3 1 配合比选择 由于坝址区的不利气候条件，加之大坝主体为常态 混凝土，单位体积水泥用量较高，在保证坝体混凝土达 到设计要求 的前提 下 ，优 化配 合 比，减 小 混凝 土水化 热 温升就成为混凝土温控的首要任务。 本工程大量采 用三级 配 和 四级 配混 凝 土来减 少水 化 热温升。选择 9 0 d龄期的参数作为判定标准。同时，选 用发热量较低的中热水泥和掺粉煤灰的方式来降低混凝 土水化热 。通过 多次试 验 ，最 终确 定大 坝混 凝 土施 工配 合比 ( 见表 4 ) 。 表 4 混凝土施工配合 比 配合比 材料用量 参数 k g m ) 强度 级配 等级 粉煤灰 胶凝 天然砂 人工砂 粗骨料 水胶比 用水量 水泥 粉煤灰 砂 减水剂 引气剂 ( ) 材料 5 O 5 O 小石 中石 大石 特大石 o 3 O W 1 0 F 4 0 0 O 4 3 3 5 9 2 2 1 4 1 3 9 7 5 5 9 5 2 9 8 2 9 7 3 0 8 4 6 1 7 6 8 1 8 1 9 0 0 6 0 。3 0 W 1 0 F 4 0 0 四 O 3 8 3 5 8 2 1 9 1 1 2 4 6 7 5 7 0 2 8 5 2 8 5 3 3 2 3 3 2 4 9 8 4 9 8 1 3 3 7 0 0 2 3 3 2出机 口温度 控 制 混凝土 出机 口温 度控 制 主要采 取 骨料 风冷 、制冷 水 拌和、加片冰拌和的综合措施。 3 2 1 骨料风冷 制冷系统配置两台套总制冷量 2 6 0万 k c a l 的高压螺 杆制冷压缩机组 。7 9 预冷 混凝土 生产能 力 1 5 0 m。 h 。 大坝实际最大浇筑仓 面面积 约为 5 0 0 m ，按 2 5 h覆盖 一 层，控制人仓强度只需达到 6 0 m。 h即可满足强度需要。 因此 ，制冷系统 配置 可以满 足高 温 季节最 高强 度 时预 冷 混凝土的生产要求。 骨料采用二 次风 冷 。一 次风 冷设 置混 凝 土风 冷料 仓 一 座 ，料仓 内设总容积 4 0 0 m。 的料仓 4个 ，分别为 4 种 粗 骨料进行风冷。按照 6 O h的最大需求计算，料仓容量 可满足约 7 h的混凝土浇筑用量，骨料在料仓内可充分冷 却 。实践表 明 ，混凝 土浇筑前 2 h开启 骨料 风冷 ，骨料 平 均温度可降至 4 C左右，混凝土拌制温度得到有效保障。 二次风冷设 在拌 和楼 顶层 的储 备 料仓 ，采用 壁挂 式 冷风机随楼安装。储备料仓共 6个，实际生产时对其中4 个粗骨料仓进行风冷，天然砂和人工砂料仓因风冷后容 易结块 ，不宜 风冷 。 筛分系统骨料成品料堆下部设置地弄 ，成 品骨料通 过传送带输送 至风 冷 料仓 。由于采 用 了地 弄供 料 ，料 堆 底部的骨料温度受环境温度影 响小，提高 了粗骨料在一 次风冷料仓的降温保证率。骨料风冷过程 中，由专人监 控制冷管路的吸气和排气压力，以此控制骨料温度，使 骨料降温得到充分保障。 3 2 2 制冷水 拌和 由于气候 和季节 的变化 ，坝址 区 4月和 1 O月 的河水 温度较低 ，可直接用 于混凝 土拌制 ；5 9月份 河水 温度 在 7 1 4 之间 ，对控制混凝土 出机 口温度不利 。 为控制混凝土拌制温度 ，设置一座冷却水池。冷却 水池临近制冷车间，从制冷车间分支出一条制冷管路， 并在水池中布设百叶片，较高温度 的河水进入水池后， 通过制冷叶片得到冷却。为提高河水冷却效果，拌和楼 设置中转水池，冷却水池的水泵人中转水池后用于混凝 土拌和。中转水池的设置为冷却水池冷却河水赢得了时 间，使制冷水的温度得到有效保证。通过采取上述措施， 高温季节制冷水可持续保持在 I C 左右。 3 2 3 添加片冰拌和 由于冷却 水拌制 混凝 土 的温 度控 制作 用有 限 ，高 温 季节施工 时 ，仅 用制 冷水拌 和难 以达 到混 凝土 浇筑 温度 控制要求 ，因此，设置独立的片冰系统用于控制高温季 节混凝 土出机温度。 由 F I P 6 0 S A型单体片冰机 1台套、制冷量 6 1 8 k W 的 制冷压缩机 1台套、5 0 t 箱式自动储冰库一座组成片冰系 统 ，其理论生产量 为 6 0 t d 。需要加 冰拌和 时 ，片冰通 过 冰库下部的旋转刮刀将片冰刮至出冰 口，再通过螺旋机 输送 到拌 和楼 称量 后加入拌和机 。 35 水利水 电施工2 0 1 5 第 4期 总第 1 5 1 期 实际生产时 ，根据 日气 温变 化和 出机 口混凝 土温 度 检测情况 ，动态调整 加冰 量 。实 践证 明 ，高 温季 节加 冰 控制在 5 3 0 k g m。 时 ，可满足浇筑温度控制要求 。 混凝土运输温度控制 。混凝土采用 2 0 t自卸汽车水平 运输 ，采用 6 m。 自储能式卧罐配合辐 射式缆机 垂直入仓 ， 从拌和系统到供 料平 台约需 1 2 mi n车程 。在 不考 虑运 输 设备保温的情况下，整个车程混凝土温升 3 5 C；同时， 由于高蒸发的气候特点，混凝土坍落度也损失较大。 为尽量减小运 输环 节 的混凝 土温度 回升 ，施 工 中采 取对运输车辆和卧罐喷涂 5 c m厚发泡聚氨酯的保温措施 ， 并在车厢上部搭设遮 阳棚 ，防止 日晒 ，减少水分损失。 通过对车辆喷涂保温层，可将水平运输时的混凝土 温升由 3 5 C降到 1 5 2 ；混凝土坍落度损失可由 3 4 c m降到 2 3 c m。 3 3 仓面温 度控 制 混凝土人仓后 的温度控 制 主要是 为 了实现 下层 混凝 土快速覆盖和解决高蒸发引起 的混凝土泛 白问题 。 实 际施 工 时 ，主要 采 用 随浇 筑 随覆 盖 的控 制 方 法 ， 入仓混凝 土在 平仓 振捣 完后 ，立 即用 三 防帆布覆 盖 ，减 少 日光直射 ，延缓 混凝 土温 升 。同时 ，在仓 面 内配 备喷 雾补水设施，调节仓面小气候，防止混凝土因高蒸发引 起 的表面快速 失水 。通 过采用 上述方 法 能有效 解决 浇筑 仓面由于气候条件带来的不利因素，可将混凝土浇筑温 度控制在设计范 围内。 3 4 后期 混凝 土温度 控制 后期混凝 土温 度控制 主要从 养 护和通 水 冷却方 面控 制温度 。 3 4 1 混凝土养护 混凝 土在 浇筑 完成 后 ，不 仅要 考虑 因干燥 和高 蒸发 引起 的快速失 水和 防裂 ，同时要考 虑昼夜 温差 大 和寒潮 频繁 时的保温 。 为解决该 问题 ，采 用覆 盖 2 层 聚乙烯保 温被 ，保温 被为双层 编织布 内置 泡沫 塑料 而成 ，尺寸 为 l m1 0 m， 厚度 为 2 c m。由于保温 被具 有 良好 的锁 水性 ，混凝 土在 养护期能长时间保持水分不蒸发。同时，保温被内的泡 沫塑料具有保 温性 能 ，可 以抵 御昼 夜温差 和寒 潮等 不利 天气 条件 的影 响。 3 4 2 通水冷却 ( 1 )冷却水管材质 。 冷却水管分 为两种 材质 ，一种是 坝基 强 约束 区范 围 内用于混凝土冷却的钢管，另一种是弱约束区及 自由区 用 于混凝 土冷却 的高导热性 HD P E塑料冷却水 管。 钢管采用外径 2 5 mm、壁厚 1 5 1 8 mm 的镀锌钢 管 ，转弯处采 用 标 准 9 O 。 弯 头 连接 。钢管 由于导 热 系数 大，可忽略水管本身的热阻，对于基础强约束区混凝土 温控有利 。 高导热性 HD P E塑料冷却水管干管内径 3 2 mm，壁 厚 2 mm，呈 白色 ，导热 系数 1 6 6 k J ( m h ) ，管材 3 6 在小于 3 5 MP a内水压力作用下不漏水，可直接在仓面 上铺设成蛇形管，减少大量接头，便于施工。 ( 2 )冷却水管布设。 冷却水管采用蛇形布置，水平间距按 l m控制，塑料 冷却水管层间间距按 l m控制 ，镀锌钢 管层问间距按 1 1 5 m控制 。单根水 管 的长度不 大 于 2 0 0 m，最 多允许 三 根蛇形干管并联 在一根 支管 上 ；一个 仓面最 多 布置两 根 支管 ，当同一仓 面需要 布置 多条水 管 时，各 条水 管 的长 度应基本相等。同一干管上不允许超过 6个接头，单管 流量控制在 1 2 -1 5 m h 。 ( 3 ) 通水冷却要求 。 坝体混凝土通水冷却分为三期，分别为初期通水 、 中期通 水 和 后 期 通 水 。混凝 土 降 温 速 率 控 制 在 0 5 I C d 。 初期通水采用天然河水或 6 制冷水 ，在混凝土开仓 前 0 5 h开始，通水时长 1 4 2 1 d ，冷却时间按混凝土降 温幅度控制，约束区为 6 8 、自由区为 8 1 O 。初 期通水 的 目的是控制混凝土最高温度 。 每年 9 月份对 当年 4 7 月份浇筑 的混凝 土 ，1 O月份 对当年 8 、9月份浇筑的混凝土进行中期通水，冷却采用 天然河水，通水时长 3 0 5 0 d ，冷却时间按混凝土温度降 到 1 6 1 8 为准 。 后期通水采 用天然 河水 ，开始 时按该 组混 凝 土最短 龄期 9 0 d为准 ，通水时长 5 0 6 0 d ，最终冷却 至封拱温度 6 8 。 ( 4 )通水冷却控制措施。 通水冷却主要强调 以现场管理为主，仪器监测为辅 的控制措施。通过重点监控新浇混凝土通水冷却 ，动态 控 制通水量 和通水 时长等措施 ，可有效控制混凝土温度 。 1 )重点监控新浇混凝 土通水冷却 。 根据混凝土温度监测数据，新浇筑的混凝土一般在 第 3 5 d时温度达到最高值，因此，实际施工时应重点 监控新浇混凝土一周内的通水情况，防止 因管路弯折、 闸阀损坏等原因导致混凝土温度超过标准要求。 2 )动态控制通水 量和通水 时长。 4 月份和 1 O 月份河水温度较低 ，与新浇筑的混凝 土之 间容易存在较大温差，因此，该时段应减小通水流量，使 混凝土温降速率控制在设计要求范围内。实践证明，初期 通水 阶段 ，4月份 和 1 O 月份通水流量控制在 l 0 b1 5 L mi n 时，温降速率可控制在 0 5 1 d ，通水 1 4 d 左右可降低 混凝土温度 6 8 ；高温季节 5 9 月 份因河水温度较高 ， 与新浇筑 的混凝土 之 间的温 差较小 ，混 凝土 温降 速率较 慢，因此，需要加大通水流量和延长通水时长。实践证 明，高温季节初期通水时，通水流量控制在 e S 3 0 L mi n 时，通水 2 1 2 8 d 可降低混凝土温度 6 8 。 3 )后期通水防冰冻措 施 。 受坝址区水温条件限制 ，仅当年的 3月下旬至 5 月 上旬和 1 O月下旬至 l 2月上旬的河水温度适合坝体混凝 土进行后期通水冷却。此时，气温已接近一2 O ，因此， 必须做好后期通水冷却的防冰冻措施。防冰冻措施主要 采取给管路搭设保温棚、缠绕发热带、包裹保温棉被等 方式 。 保温棚采用 4 8 mm钢管搭设双排脚手架 ，脚手架外 侧铺设 2 层 2 c m厚聚乙烯保温被，保温被外侧铺设一层 三防布的方式。保温棚内部布设取暖器、碘钨灯等发热 装置维持棚 内温度 。采 取 该种措 施后 ，可 有效抵 御 大 风 侵袭，并保证外界温度一2 0 。 C左右时保温棚的水管不被 冻结 。 由于后期通水时天气寒冷，露天的供水管路容易冻 结，管路冻结将导致整个供水管线瘫痪。为防止供水管 线瘫痪，采取对露天供水管路缠绕发热带、包裹保温被 的方式，效果显著 。发热 带根据 管径布设 ，DN1 0 0 D N1 5 0 mm 的管径布设 一道 ，DN1 5 0 DN3 0 0 mm 的管径 布设二道，发热带敷设完后 ，在发热带外层采用包裹 2 层 2 c m 厚聚 乙烯保温被 的方式 ，可 以防止热 量快速损 失 。 实践 证明 ，采用该 种 方式 ，可保证 外 界温 度在 一2 O 左 右时露天供水管路不冻结。 4 混凝 土越 冬保 护 混凝土工程 坝址区气候寒冷，由于 内外温差过大容易引起混凝 土裂缝，因此越冬时，必须采取严格的温控措施。大坝 越冬保温采取永久保 温和临时保 温相结 合的方式 。 4 1 大坝上下游面保温 大 坝上 游 面采 用 2 mm 聚 脲 涂 层 + 1 0 0 mm 发 泡 聚 氨酯 + 回填黄 土 的保 温防 渗方 式 ，下 游 面采 用 1 O O mm 发泡聚氨酯十2 mm防老化面漆的保温方式 。在大坝上 下游混凝土表面共埋设了 4支温度计监测混凝土越冬 期 温度 。数据 表 明 ，在 1 月 份最 低气 温 一3 5 2 时 ，4 支温度计的最低温度都在 4 6 之 间，2月份由于低 温 时段 持 续 较 长 ，混 凝 土 的 温 度 较 1月 份 平 均 低 约 1 ，最 低 温 度 在 3 5 之 间 ，说 明该 种 方 式 保 温 效 果 良好。混凝 土温度 监测成 果见表 5 ，坝址 区气温监 测 成果 见 表 6 。 表 5 坝体上下游面混凝土温度监测成果袁 监 测成 果 1 2 月 1 月 2 月 3月 温度计编号、 最低 最高 平均 最低 最高 平均 最低 最高 平均 最低 最高 平均 、 T7 B一1 3 7 6 8 5 8 4 1 5 3 4 9 3 4 5 3 3 3 7 7 1 4 7 T8 B一1 4 3 7 5 6 7 4 1 5 1 4 7 3 4 5 3 6 4 2 8 6 5 5 T8 B一2 6 3 9 2 8 7 6 3 7 1 6 8 4 6 6 3 5 5 5 8 9 6 7 2 T8 B一3 4 9 8 5 7 5 5 6 7 O 6 6 3 9 6 9 5 1 5 8 1 1 7 7 袁 6 坝址 区气温监 测成果表 1 2 月 1 月 2 月 3月 月份 最低 最高 平均 最低 最高 平均 最低 最高 平均 最低 最高 平均 坝址区平均温度 一2 8 6 1 8 1 3 1 3 5 2 9 6 2 1 6 3 O 0 3 4 1 6 6 2 0 O 1 4 4 2 5 4 2 大坝横缝面保温 侧表 面采 用粘 贴 1 0 c m 厚 X P S板 。X P S保温 板 的主 要技术指标见 表 7 。 表 7 X P S保 温板主要技 术指标 序号 指标名称 单位 性能 1 表观密度 k g m。 2 O 2 压缩强度 MP a O 2 3 吸水率 2 o 4 导热系数 k 1 ( m h) O 1 0 8 5 尺寸稳定性 2 0 4 3 大坝 越冬 面保 温 大坝越冬 保温采用铺 设一 层塑料 薄膜( 厚 0 6 mm) ， 然后在其上面铺设两层 2 c m厚的聚乙烯保温被 ，再在上 面铺设 1 3层 2 c m厚棉被 ，最后在顶部铺设 一层三 防帆布 的保温方式 。为加强 保温 及 防止侧 面 进风 ，在越 冬面 上 下游侧用砂袋垒 1 O m高、0 8 m 宽的防风墙；保温被在 大 坝上 下游面各延长 l m，保温被延 长部分与坝 面接茬 处 喷涂 1 0 c m厚发泡聚氨酯 ，将延长部分 的保温 被严实地包 裹 ，防止上下游方向的大风进入。 4 4 越冬面保温被的揭开 保 温被一般 在次年 3月 底或 4月 初根 据 温控理 论计 算 ，结合现场实际气温与混凝土表面实测温度情况揭除， 保 温被 完全揭开 时机需 根据 环境 气温 最终 确定 ，一般 需 分 多次 逐步揭除 。当越冬 面混凝 土 温度 与 日平 均气 温 温 差小 于 3 C，可把保温被完全揭 开。 4 5 保温效果验证 综 合表 8和表 9成果 看 ，坝 址 区最低 温度 较 多年 平 均最低温度低的情况下 ，越冬面混凝土仍能保持在正温 以上 。以坝址 区最 低 温度 和 混 凝 土表 面 最 低 温度 比较 ， 平均温差可达到 3 3 5 ，保温效果显著。但应加强背阴 部位 和棱 角部位的保温 。 ( 下转第 4 4页) 3 7 水利水 电施 工2 0 1 5 第 4期 总第 1 5 1 期 p 赠 鞋 赠 、 、 、 、 7 8 9 l 0 1 1 l 2 l 3 1 4 l 5 1 6 l 7】 8 l 9 2 0 2 】2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 通水时间( d ) 图 4 水管 1 O m1 O m布置 1 5 m。 h流量通 l O d 再通 0 8 m。 h流量时不 同最高 温度混凝土降温过程( 管长 2 5 0 m，1 0 冷却水) 3 2 28 2 赠 21 60 2 )水管布置间距越密，在相同的通水条件下，混凝 土内部的降温速率越快。在观音岩所处的干热条件下， 在遵循设计要求 的前提下 ，适当的改变水管布置间距， 可优化冷却通水效果 。 3 )水管 的长度越短 ，在 相同 的通水 条件下 ，混 凝土 内部的降温速率越快。在仓内布置冷却水管，合理规划 ， 使单根水管的长度尽量缩短。同一仓面布置多条水管时， 各条水管长度基本相 当，更有利 于冷却通水 工作 的开展 ， 确保冷却同步效果。 ( 2 )混凝土 内部温度变化曲线 。 通过 闷水测温 和光 纤测 温 的方法 ，对 混凝 土 内部温 度变化情况进 行 了记录 。本 文以 闷水测 温方 法测得 的温 度为例，进行了统计，其变化曲线见图5 。 2 0 1 2 1 2 2 O 1 3： O 0 2 01 2 1 2 2 8 2 0 1 3 1 4 2 0 1 3 1 1 l 2 0 1 3 5 3 1 1 5：00 1 5：00 8：00 8 ： 0 0 时间 图 5 闷温及埋设温度 计检测 结果 变化 曲线 从变化曲线可以看出，混凝土浇筑后 7 l O d水化热 是最高的 ，需要加强冷却通水工作 ，确保 冷却通 水效果 。 通水 2 1 d以后 ，混凝 土 内部温 度变 化趋 于缓 和 ，闷温结 果满足设计要求，可停止冷却通水。 4结束语 观音岩水电站左岸高碾压混凝土坝一期冷却通水严 201 3 1 0 2 5 1 3： 0 0 格按照设计要求及施工工艺进行施工，保证了碾压混凝 土大坝的一期冷却通水质量。通过多次钻芯取样等质量 检测 ，证 明碾 压混凝 土施工质量优 良。 对通水成果进行统计，得出了不同通水条件下混凝 土冷却效果曲线 以及混 凝土温 度变 化 曲线 ，对工 程施 工 具有指导意义，为干热河谷条件下高碾压混凝土坝的冷 却通水工作积累了经验。 ( 上接 第 3 7页) 表 8 越冬 面混凝 土温度监测成果表 测成果 1 2 月 1 月 2 月 3 月 温度计编号、 最低 最高 平均 最低 最高 平均 最低 最高 平均 最低 最高 平均 TB18 6 8 9 7 5 4 1 5 9 4 5 1 5 4 2 2 4 1 1 2 2 1 4 TB 38 9 7 l 8 3 1 3 5 5 6 9 4 7 2 2 1 6 3 5 1 5 6 7 2 7 TB 58 9 1 1 0 6 9 9 7 8 9 7 9 6 2 7 9 6 4 5 4 6 7 6 1 表 9 坝址 区气温对比表 月 1 2 月 1 月 2 月 3 月 温度 最低 最高 平均 最低 最高 平均 最低 最高 平均 最低 最高 平均 坝址 区平均 温度 一 2 8 6 1 8 1 3 1 3 5 2 9 6 2 1 6 3 O 0 3 4 1 6 6 2 O O 1 4 4 2 5 多年平均温度 一l 4 8 9 4 一l 3 4 一l 7 1 1 1 9 一l 6 4 l 6 1 8 5 1 3 3 9 4 1 8 3 5 差值 一1 3 8 7 6 O 3 1 8 1 2 3 5 2 1 3 9 5 1 3 3 1 O 6 1 2 6 1 5结束语 常态混凝 土双 曲拱坝 施工 在新疆 严寒 干燥 地 区建设 4 4 尚属 首次 ，本文仅 对上 述气候 条件 下拱 坝 的温 度控 制技 术阐述 了一些 经验 和措施 ，仅供参考 。 如 勰 ” 加