水電站大壩混凝土溫度控制技術探討

徐 健

中國水利水電建設工程咨詢西北公司，陜西 西安 710075

1 工程概況

小灣水電站屬大型一等工程，以發電為主兼有防洪、灌溉、養殖和旅游等綜合利用效益，水庫具有不完全多年調節能力。水庫庫容為149.14×108m3，電站裝機容量4200mW（6×700mW）。大壩由43個壩段及左岸壩肩推力墩組成，以22#、23#壩段橫縫為界分為左、右岸兩個標段。本標為左岸大壩標，施工范圍為23#～43#壩段及部分水墊塘混凝土澆筑。

2 大壩混凝土溫度控制難度

本水電站大壩為混凝土拱壩，鑒于工期緊以及施工強度高，其溫控要求相當嚴格。由于這些情況，使得本大壩混凝土在溫控方面的難度體現在以下幾方面：

1）鑒于本大壩混凝土采用的是C18045、C18040，混凝土強度高導致較難控制混凝土的最高溫度，尤其在高溫季節施工；

2）鑒于倉面采用平層法澆筑，混凝土暴露時間長，導致混凝土澆筑時較難控制倉面溫升；

3）本大壩工程所處地區的晝夜溫差大，造成新澆混凝土表面較易受到外界氣溫變化影響而出現裂縫；

4）由于二期冷卻在混凝土的短齡期內，而混凝土內水泥水化熱沒有完全釋放，加上由于拱壩邊坡陡峭，很有可能出現橫縫壓縫現象。這些問題需要通過適當超冷混凝土溫度解決，這為二期冷卻帶來更大的難度。

3 大壩混凝土溫控分區

本工程的大壩混凝土分為基礎強約束區，基礎弱約束區和非約束區三大部分。強約束區為h=0～0.2L區域內混凝土，弱約束區為0.2L～0.4L區域內混凝土，非約束區為0.4L以上的區域混凝土，其中L為壩塊基礎長邊的長度。

根據施工總進度計劃安排及溫控標準要求，經溫控計算分析，基礎強弱約束區混凝土全年需要預冷混凝土。脫離基礎強弱約束區的混凝土澆筑除12月、元月份可以自然入倉外，其余月份均需采用預冷混凝土。上部3m層厚澆筑層，采取初期冷卻措施，以有效地保證控制混凝土最高溫度滿足設計要求。

4 大壩混凝土溫控措施

4.1 合理安排混凝土施工程序

合理安排混凝土施工程序以及施工進度，可有效地防止基礎貫穿裂縫、減少表面裂縫。因此在大壩混凝土施工時，對于基礎約束區混凝土、底孔、中孔和表孔等重要結構部位，在設計規定的間歇期內連續均勻上升，不出現薄層長間歇；而其余部位基本做到短間歇均勻上升。控制整個大壩最高與最低壩段高差不大于30m。對于基礎約束區混凝土施工，盡量安排在10月至次年3月氣溫較低季節澆筑，嚴格控制各環節的溫控效果。

4.2 優化混凝土配合比設計

澆筑大壩混凝土前，先對混凝土施工配合比進行優化設計。混凝土施工中采取有效措施優化混凝土配合比，保證混凝土所必須的極限拉伸值（或抗拉強度）、施工勻質性指標及強度保證率。在施工過程中強化施工管理，嚴格工藝，保證施工勻質性和強度保證率達到設計要求，改善混凝土抗裂性能，提高混凝土抗裂能力。同時，降低混凝土單位水泥用量，以減少混凝土水化熱溫升和延緩水化熱發散速率，提高混凝土抗裂能力。

4.3 降低混凝土出機口溫度和澆筑溫度

1）混凝土出機口溫度控制。降低混凝土出機口溫度，通過控制混凝土從機口至倉面覆蓋前混凝土溫度回升系數在0.25以內，加大夜間澆筑混凝土的強度。通過骨料堆場控制、骨料預冷、拌和加冰加冷水等措施；

2）混凝土運輸過程溫度控制。為了有效地降低混凝土在運輸過程中的溫度回升，施工中加強管理，加快混凝土的入倉速度，以減少運輸過程中的溫度回升；

3）混凝土澆筑過程溫度控制。降低混凝土澆筑溫度從降低混凝土出機口溫度和減少運輸途中及倉面的溫度回升兩方面考慮。為了有效地減少預冷混凝土的溫度回升，在高溫季節澆筑混凝土時在倉面噴霧，以降低倉面環境氣溫；同時，優選施工設備，盡可能采用機械化操作，嚴格控制混凝土運輸時間和倉面澆筑坯覆蓋前的暴露時間，加快混凝土入倉速度和覆蓋速度，降低混凝土澆筑溫度，從而降低壩體最高溫度。

4.4 混凝土澆筑分層及層間間歇控制

1）混凝土分層澆筑。澆筑層厚根據溫控、結構和立模等條件選定。對于大壩河床壩段基礎強約束區澆筑層厚，4月～9月不大于1.0m，10月至翌年3月不大于1.5m；弱約束區澆筑層厚采用1.5m；非約束區澆筑層厚一般采用1.5m～3.0m。而對于埋件、鋼筋密集的孔口部位，鑒于澆筑3.0m層厚存在溫控及施工困難，采取一次立模兩次澆筑方式施工，每次澆筑1.5m；

2）混凝土層間間歇期控制。控制混凝土層間間歇期不能過短也不能過長，對于1.0m層厚，控制層間間歇5d左右；1.5m層厚，控制層間間歇7d左右；3.0m層厚，控制層間間歇7d～10d。

5 大壩混凝土溫度控制計算

5.1 混凝土出機口溫度和澆筑溫度計算

1）在運輸過程中，存在拌和樓轉料和往吊罐轉料，共轉料兩次，混凝土運輸時間平均取30min，可以按下公式計算：TB，P=T0+0.124（Ta-T0），式中：TB，P-混凝土入倉溫度，℃；T0-混凝土出機口溫度；Ta-混凝土運輸過程的氣溫；

根據上述公式經計算，若倉面在噴霧的環境下，比外界氣溫低5℃。在高溫季節，混凝土的澆筑時的環境溫度最高月在6月，其平均環境溫度為18.5℃，澆筑溫度分別為：約束區12.9℃、非約束區14.8℃，基本滿足設計要求，顯然其它月份也能滿足設計要求。

5.2 混凝土內部最高溫度計算

混凝土內部最高溫度計算取值：外界溫度取月平均氣溫、養護水取月平均水溫，冷卻通水的水溫取10℃，冷卻水管長度為300m，冷卻水管布置1.0m（澆筑層厚）×1.5m（水平間距）、1.5m（水平間距）×1.5m（澆筑層厚）、2.0m（澆筑層厚）×1.5m（水平間距）。本工程按《混凝土拱壩設計規范》中有關要求進行計算，其中自然散熱時采用單向差分法計算。

6 結論

本文結合小灣水電站大壩的溫控施工難點，提出相應的混凝土溫度控制與防裂措施，同時對混凝土的溫度控制進行計算。計算結果表明，本大壩混凝土所采取的混凝土控制措施可有效地滿足設計要求，保證了大壩澆筑質量。

[1]趙仲，王紅軍.小灣水電站大壩混凝土溫控施工工藝[J].施工技術，2010(12).

[2]郭萬里，董慶煊，普新友.小灣高拱壩混凝土溫度控制與管理[J].水力發電，2009(9).