龍灘水電站大壩碾壓混凝土溫控防裂措施

李高峰, 劉小兵, 趙銀超, 賀 磊

(1.西華大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院,四川成都 610039;2.中國(guó)水利水電第八工程局有限公司,湖南 長(zhǎng)沙 410007)

1 工程概述

龍灘水電站是紅水河梯級(jí)開發(fā)中的骨干工程,以發(fā)電為主,兼有防洪、航運(yùn)等綜合效益。工程按正常蓄水位高程 400m設(shè)計(jì),初期按高程375m建設(shè),右岸碾壓混凝土大壩指 2～21#(含21#)壩段,其中 2～4#壩段為岸邊擋水壩段,5#壩段為通航壩段,6～11#壩段為河床擋水壩段,12#和 19#壩段為底孔壩段,13～18#壩段為溢流壩段,20#壩段為電梯井壩段,21#壩段為轉(zhuǎn)彎壩段。

初期建設(shè)時(shí)壩軸線長(zhǎng) 761.258m,壩頂高程382m,最大壩高 192m。大壩混凝土總量 560多萬(wàn) m3,其中碾壓混凝土約 385萬(wàn) m3,占混凝土總量的 69%。

龍灘水電站位于廣西紅水河流域,屬典型的副熱帶季風(fēng)氣候。壩址多年平均氣溫 20.1℃,多年平均水溫 21℃,極端最低氣溫 -2.9℃,極端最高氣溫 38.9℃,多年平均河水溫度 21℃,極端最高河水溫度 30℃,極端最低河水溫度 10℃,多年平均相對(duì)濕度 80%,多年平均風(fēng)速 0.7m/s,實(shí)測(cè)最大風(fēng)速 24m/s。各月最高及最低日平均氣溫、平均水溫、地溫及濕度見表 1。

從表 1中可以看出,高溫季節(jié)及次高溫季節(jié)時(shí)間長(zhǎng)。根據(jù)龍灘大壩施工進(jìn)度,碾壓混凝土施工必須經(jīng)過高溫時(shí)段。如何做好混凝土的溫控工作,是防止龍灘水電站碾壓混凝土大壩產(chǎn)生不可控裂縫的關(guān)鍵。

表 1 壩址區(qū)氣象要素特征值表 /℃

2 大壩碾壓混凝土施工溫控標(biāo)準(zhǔn)

2.1 大壩碾壓混凝土溫控標(biāo)準(zhǔn)(表 2)

2.2 基礎(chǔ)允許溫差

不同壩段碾壓混凝土基礎(chǔ)允許溫差見表 3。

2.3 壩體混凝土允許上、下層溫差

在間歇期超過 28d的混凝土面上繼續(xù)澆筑時(shí) ,將老混凝土面以上 1/4L范圍內(nèi)的上層混凝土最高平均溫度與新混凝土開始澆筑時(shí)下層實(shí)際平均溫度之差控制在 10℃～12℃之內(nèi)。

表 2 碾壓混凝土溫控標(biāo)準(zhǔn)表 /℃

表 3 基礎(chǔ)允許溫差表 /℃

2.4 壩體混凝土允許內(nèi)外溫差

按照相關(guān)規(guī)定,混凝土澆筑塊內(nèi)部最高溫度與其外表的溫差不大于20℃。為便于管理,將內(nèi)外溫差轉(zhuǎn)化為控制壩體混凝土的允許最高溫度(表 2)。

當(dāng)進(jìn)行冷卻水管通水冷卻時(shí),通水水溫與混凝土內(nèi)部溫差不超過 20℃,冷卻時(shí)混凝土日降溫幅度不超過 1℃。

3 碾壓混凝土溫控措施

根據(jù)龍灘大壩實(shí)際情況及河海大學(xué)溫控仿真計(jì)算成果,結(jié)合國(guó)內(nèi)外大量工程的成功經(jīng)驗(yàn),龍灘大壩碾壓混凝土施工采取的溫控措施主要有:原材料選取及優(yōu)化混凝土配合比、控制混凝土稠度(VC值)、控制混凝土施工層間間隔時(shí)間及層厚、降低混凝土出機(jī)口溫度、控制混凝土運(yùn)輸及澆筑過程中的溫度回升、表面養(yǎng)護(hù)與保護(hù)、通水冷卻等措施。

3.1 原材料選取及優(yōu)化混凝土配合比

(1)原材料的選取。

隨水泥活性和強(qiáng)度等級(jí)的增高,其收縮量顯著提高,收縮周期延長(zhǎng),故采用水化熱低的水泥品種并控制其用量。經(jīng)過大壩碾壓混凝土配合比試驗(yàn),42.5中熱硅酸鹽水泥、廣西魚峰水泥或荊門三峽水泥均可等同使用。

粉煤灰的選用:宣威、珞磺、襄樊、來(lái)賓 -B、凱里五個(gè)廠家生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰均可等同使用。

骨料使用廣西龍灘大法坪沙石系統(tǒng)生產(chǎn)的人工沙石骨料。人工粗骨料顆粒級(jí)配百分比為:三級(jí)配,大石 ∶中石 ∶小石 =30∶40∶30;二級(jí)配,中石 ∶小石 =50∶50;將人工沙的石粉含量控制在 16%～20%,石粉中細(xì)料(粒徑 80μm以下顆粒)含量控制在 50%左右。

外加劑的選用:浙江龍游外加劑廠生產(chǎn)的緩凝型高效減水劑(ZB-1RCC15)和引氣劑(ZB-1G);江蘇建筑科學(xué)研究院博特新材料有限公司生產(chǎn)的緩凝型高效減水劑(JM-II),其復(fù)合劑摻量均為 0.60%。

(2)優(yōu)化混凝土配合比。

龍灘大壩碾壓混凝土配合比優(yōu)化是在室內(nèi)配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,適量增減膠凝材料用量,變動(dòng)外加劑的摻量,在不同配比情況下,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)碾壓混凝土性能試驗(yàn)決定混凝土配合比。選用的碾壓混凝土配合比見表 4。

3.2 降低混凝土出機(jī)口溫度

(1)骨料和砂的堆存:經(jīng)加工的砂和骨料分級(jí)堆存,地垅廊道取料。夏季骨料的堆存高度大于 8m或更高,堆存時(shí)間大于 7d。

(2)采用二次風(fēng)冷預(yù)冷骨料:先對(duì)粗骨料噴冷水進(jìn)行預(yù)冷,在骨料調(diào)節(jié)料倉(cāng)用冷風(fēng)將骨料冷卻至 7℃～10℃,然后在拌和樓料倉(cāng)用冷風(fēng)進(jìn)行二次風(fēng)冷,可將骨料溫度降低至 0℃～-6℃。

(3)采用加冷水拌和混凝土:根據(jù)理論計(jì)算,每 m3混凝土加 10kg、5℃低溫水,可降低出機(jī)口溫度 0.22℃。

碾壓混凝土各月出機(jī)口溫度見表 5。

3.3 控制混凝土稠度(VC值)

大壩碾壓混凝土稠度(VC值)是根據(jù)兩次碾壓工藝性試驗(yàn)成果并結(jié)合工地現(xiàn)場(chǎng)施工狀況決定,采用的碾壓混凝土稠度(VC值)規(guī)定:將出機(jī)口的VC值控制在5～7(±2s),進(jìn)入到倉(cāng)面的VC值控制在 5～7(±3s)。

表 4 大壩碾壓混凝土施工配合比表

3.4 控制混凝土施工層間間隔時(shí)間及層厚

龍灘大壩碾壓混凝土施工層間間隔時(shí)間采用初凝時(shí)間進(jìn)行控制。結(jié)合龍灘工地氣候條件、碾壓混凝土生產(chǎn)、施工實(shí)際狀況,2005年 5月,《紅水河龍灘電站碾壓混凝土施工工法》中明確規(guī)定:碾壓混凝土從出機(jī)口至碾壓完畢在 1.5h內(nèi)完成;碾壓混凝土的層間允許的間隔時(shí)間必須控制在小于混凝土初凝時(shí)間 1～2h以內(nèi),施工中允許層間間歇時(shí)間:高溫季節(jié)(5～9月份)小于 4h,次高溫季節(jié)(3～5月份)、10～11月份)小于 6h,12月 ～次年 2月份小于 8h。

對(duì)于基礎(chǔ)部位(0～0.2L),嚴(yán)格控制澆筑高度不大于 1.5m,基礎(chǔ)約束區(qū)以外澆筑高度不大于3.0m。

3.5 控制混凝土運(yùn)輸及澆筑過程中的溫度回升

控制混凝土運(yùn)輸過程中的溫度回升:在拌和樓附近布置噴水霧設(shè)施,以降低拌和樓系統(tǒng)小環(huán)境氣溫;用冷卻水沖洗自卸汽車車廂及供料線皮帶,在強(qiáng)烈陽(yáng)光或大風(fēng)天氣、或氣溫高于 25℃時(shí),汽車車廂頂部應(yīng)加帆布遮蓋,且車廂內(nèi)的裝料厚度不小于 50cm;供料線上方用白色或鋁制的防雨遮陽(yáng)保溫罩搭設(shè)遮陽(yáng)棚,并沿供料線設(shè)置專用噴霧管路,以降低供料線周圍小環(huán)境溫度;拌和樓生產(chǎn)能力與倉(cāng)面平倉(cāng)、碾壓設(shè)備處理能力相匹配,禁止混凝土等候入倉(cāng)的情況發(fā)生。

控制混凝土澆筑過程中的溫度回升:在每層混凝土碾壓完畢、新混凝土覆蓋之前,用保溫材料進(jìn)行覆蓋遮陽(yáng),最后一層混凝土碾壓完成后立即用保溫材料進(jìn)行保溫,保溫 12～14h左右;在澆筑倉(cāng)面采用直徑為 400mm的軸流鼓風(fēng)機(jī) +噴霧槍聯(lián)合通水噴霧,形成倉(cāng)面上 1～1.5m之間的空間范圍人工“小氣候”,噴霧效果見圖 1、2。噴霧標(biāo)準(zhǔn):①每 1000m2布置噴槍一支;②當(dāng)氣溫25℃以上時(shí),倉(cāng)面平均氣溫降溫 4℃～6℃;③倉(cāng)面平均濕度≥80%;④倉(cāng)面噴霧強(qiáng)度為每 6min小于 0.3mm;溫度測(cè)量:高溫時(shí)段的每天 7∶00、9∶00、17 ∶00、19 ∶00各測(cè) 1次倉(cāng)面小氣候溫度,9∶00～17∶00每小時(shí)測(cè) 1次倉(cāng)面小氣候溫度,同時(shí)在相鄰壩段測(cè)量自然溫度,然后對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果確定倉(cāng)面噴霧強(qiáng)度是否滿足要求;合理安排澆筑時(shí)段,利用早、晚及夜間進(jìn)行澆筑作業(yè)。

3.6 表面養(yǎng)護(hù)與保護(hù)

待碾壓混凝土最后一層碾壓完后,鋪保溫材料進(jìn)行保溫并灑水養(yǎng)護(hù),終凝后流水養(yǎng)護(hù)。平面流水養(yǎng)護(hù)應(yīng)持續(xù)至上一層碾壓混凝土開始澆筑為止。對(duì)于側(cè)面及永久暴露面,流水養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)齡期為止。

圖 2 噴霧機(jī)與噴霧槍聯(lián)合噴霧的情況

拆模后的橫縫面在 12h以內(nèi)保溫材料應(yīng)全部覆蓋。壩體上游面隨壩體的上升噴涂耐久保溫材料。

3.7 通水冷卻

大壩冷卻水管全部沿壩軸線方向布置,單根長(zhǎng)度控制在 250～300m,所有水管的進(jìn)、出口端均作好清晰的標(biāo)記。

大壩冷卻水管埋設(shè)分上、下游分別布置,倉(cāng)內(nèi)冷卻水管支管采用 φ32高密度聚乙烯管(壁厚2.15mm),倉(cāng)內(nèi)干管采用直徑 40mm的高密度聚乙烯管(壁厚 3.5mm)。水管間距 ×層距 =1.5 m×1.5m。冷卻水管導(dǎo)熱系數(shù)大于等于 1.6kJ/m?h?℃,抗拉強(qiáng)度大于 10MPa,在 3.5MPa內(nèi)水壓力作用下不漏水,在承受卸料沖出及 BM202振動(dòng)碾有振碾壓條件下不損壞。

在混凝土澆筑前通水檢查冷卻水管是否漏水,在混凝土澆筑開始后通水,通水時(shí)間一般為10～15d,水管通水流量約為 18～20L/min。初期通水為制冷水,制冷水水溫為 10℃～12℃,混凝土溫度與水溫之差不超過 22℃,冷卻時(shí)混凝土日降溫幅度不超過 1℃,水流方向 12h改變 1次,使混凝土塊體均勻冷卻。

4 加強(qiáng)管理

(1)成立專門的溫控小組:成立專門的溫控小組,由專人負(fù)責(zé)溫控的技術(shù)、檢查和督促、現(xiàn)場(chǎng)溫控實(shí)施、落實(shí)情況,負(fù)責(zé)溫控資料、報(bào)表的整編和總結(jié)。

(2)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫:為及時(shí)掌握、控制澆筑倉(cāng)號(hào)的溫度情況,每 2h測(cè)量一次混凝土原材料的溫度、氣溫、出機(jī)口溫度、入倉(cāng)溫度及壩體冷卻水的溫度,按每 100m2布一個(gè)測(cè)點(diǎn)的原則測(cè)量混凝土的澆筑溫度(每個(gè)倉(cāng)號(hào)不少于 3個(gè)測(cè)點(diǎn))并作好記錄。根據(jù)上述測(cè)量情況,及時(shí)調(diào)整或加強(qiáng)溫度控制措施。

(3)加強(qiáng)混凝土內(nèi)部溫度測(cè)量:澆筑塊內(nèi)部溫度根據(jù)混凝土內(nèi)部埋設(shè)的測(cè)溫儀器進(jìn)行測(cè)量。實(shí)施過程中按設(shè)計(jì)、監(jiān)理要求定期進(jìn)行內(nèi)部溫度測(cè)量,根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,以便為混凝土溫度控制提供可靠的資料,用于指導(dǎo)溫控工作,及時(shí)調(diào)整或加強(qiáng)溫控薄弱環(huán)節(jié)。

2.招標(biāo)代理機(jī)構(gòu)管理制度和管理行為缺失引起的不規(guī)范行為。一是在監(jiān)管部門統(tǒng)一開展的政府采購(gòu)代理機(jī)構(gòu)名錄登記工作中提供不實(shí)登記信息。二是未妥善保存錄音錄像資料和有關(guān)供應(yīng)商的投標(biāo)文件等采購(gòu)文件。三是未依法從政府采購(gòu)評(píng)審專家?guī)熘谐槿≡u(píng)審專家。四是沒有在法定期限內(nèi)對(duì)投訴人提出的質(zhì)疑作出答復(fù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)龍灘水電站大壩碾壓混凝土工程在前期研究及施工過程中,先后被列入國(guó)家“八五”、“九五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目及國(guó)家電力公司的攻關(guān)項(xiàng)目,取得了大量的成果。

(2)根據(jù)河海大學(xué)溫控仿真計(jì)算成果,結(jié)合龍灘大壩碾壓混凝土施工的實(shí)際情況,制定出了具體的溫控防裂施工措施。溫控仿真計(jì)算成果的成功應(yīng)用,保證了碾壓混凝土施工質(zhì)量。

(3)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理,保證通信暢通,特別是倉(cāng)面與拌和樓的通信,減少了混凝土在倉(cāng)外的等待時(shí)間。

(4)供料線在運(yùn)輸混凝土?xí)r,由于大風(fēng)及太陽(yáng)照射的影響,混凝土 VC值損失較大,應(yīng)減少其在一天中高溫時(shí)段的使用。

(5)龍灘水電站大壩碾壓混凝土施工已全部完工并已運(yùn)行,至今沒有出現(xiàn)不可控制的裂縫,表明龍灘工程采用的溫控措施是有效的,解決了碾壓混凝土在高溫季節(jié)施工的難題,為研究高溫條件下碾壓混凝土的施工,特別是高壩的施工,對(duì)碾壓混凝土的應(yīng)用和筑壩技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義,為同類工程提供了成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

[1] 廣西龍灘水電站七局八局葛洲壩聯(lián)營(yíng)體,編著.龍灘水電站碾壓混凝土重力壩施工與管理[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2007.

[2] 王石連,劉 云,趙文華.龍灘水電站全斷面碾壓混凝土溫控仿真研究及應(yīng)用[J].水力發(fā)電,2007,59(3):59～61.