水電站大壩混凝土的溫度控制

新疆烏魯木齊葛洲壩新疆工程局（有限公司） 何玉平

水電站大壩混凝土的溫度控制

新疆烏魯木齊葛洲壩新疆工程局（有限公司） 何玉平

一、工程概況

本文，筆者以某水力發電站為例。該水力發電站屬于大型的工程，以發電為主，兼有防洪、養殖、旅游和畦灌等綜合效益，蓄水庫具備相對的調節能力。蓄水庫倉容為149.14×108m3，電站裝機容積為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#壩段及局部水墊塘水泥澆筑。

二、大壩混凝土溫度控制問題

該水力發電站大壩為水泥拱壩，鑒于工期緊以及施工強度高的特點，其溫控要求也相當嚴格。大壩水泥在溫控方面的困難程度表現在以下幾方面。

1. 大壩水泥使用的是C18045、C18040，水泥強度高，水泥的無上溫度較難控制，特別是在高溫季節施工時。

2. 由于二期冷卻在水泥的短齡期內，而水泥內士敏土水合熱沒有絕對開釋，加上拱壩邊坡陡峻，容易發生橫縫壓縫現象。這為二期冷卻帶來了很大的困難。

3. 大壩工程所處地區的晝夜溫差較大，新澆水泥外表較易受外界空氣溫度變動影響，進而導致開裂。

4. 艙面使用的是平層法澆筑，水泥顯露時間較長，水泥澆筑時，艙面溫升較難控制。

三、大壩混凝土溫控分區

該工程的大壩水泥分為基礎強約束區、基礎弱約束區和非約束區三類。強約束區為h=（0～0.2）L內的混凝土，弱約束區為（0.2～0.4）L內的混凝土，非約束區為0.4L以上的混凝土，其中L為壩塊基礎長邊的長度。依據施工總進程規劃安置及溫控標準要求，經溫控計算剖析基礎強弱約束區水泥全年需求預冷水泥。非基礎強弱約束區的水泥澆筑除12月、1月可以天然入倉外，剩下月份均需使用預冷水泥。上部3m層厚澆筑層采取開始的冷卻處理辦法，控制水泥無上溫度，以滿足預設的要求。

四、大壩混凝土溫控處理辦法

1. 合理安排施工順序。因為在大壩水泥施工時，對于基礎約束區水泥、底孔、中孔和表孔等結構部位，在預設規定的間歇期內平均升漲，薄層長間歇沒有顯露出來，而剩下部位基本做到短時間內平均升漲，要扼制整個大壩無上與最低壩段高差不大于30m。對于基礎約束區水泥施工，盡量在10月至次年3月溫度較低時候澆筑，對各環節的溫控效果進行嚴格控制。

2. 優化配比。預設澆筑大壩水泥前，先對混凝土施工配比進行相關的優化預設。水泥施工中采取合理的處理辦法來優化水泥的配比，保障水泥的極限拉伸值（或抗拉強度）、施工勻質性指標及強度保障率。

3. 降低出機口溫度和澆筑溫度。

（1）控制出機口溫度。降低水泥出機口溫度，將水泥從機口至艙面遮蓋前水泥溫度回升系數控制在0.25以內。

（2）水泥運送過程溫度的控制。為了有效地減低水泥在運送過程中的溫度回升，可以在施工中增強管理，并加快水泥的入倉速度，以減少運送過程中的溫度回升。

（3）水泥澆筑過程中溫度的控制。為了有效地減少預冷水泥的溫度回升，在高溫下澆筑水泥要在艙面噴霧，以降低艙面溫度。同時，優選施工設施，盡可能地使用機械化操作，嚴格控制水泥運送時間和艙面澆筑坯遮蓋前的顯露時間，加快水泥入倉速度和遮蓋速度，降低水泥澆筑溫度，以此降低壩體無上溫度。

4. 水泥澆筑分層及層間間歇的控制。

（1）水泥分層澆筑。澆筑層厚依據溫控、結構和立模等條件進行選定，對于大壩河槽壩段基礎強約束區澆筑層厚，4月至9月半大于1.0m，10月至翌年3月半大于1.5m，弱約束區澆筑層厚1.5m，非約束區澆筑層厚大多為1.5～3.0m。而對于埋件、鋼筋密布的孔口部位，鑒于澆筑3.0m層厚存在溫控及施工艱難情況，采取一次立模兩次澆筑形式進行施工，每次澆筑1.5m。

（2）水泥層間歇期控制。對水泥層間歇期進行控制，使其不過短也不過長，對于1.0m層厚，層間間歇5d左右；對于1.5m層厚，層間間歇一般為7d左右；對于3.0m層厚，層間間歇為7～10d。

五、大壩水泥溫度控制的計算

1. 水泥出機口溫度和澆筑溫度的計算。

（1）在運送過程中，存在攪拌樓轉料和往吊罐轉料，共轉料兩次，水泥運送時間一般取平均值為30min，可以根據以下公式進行相關的計算：

式中，TB，P為水泥入倉溫度，T0為水泥出機口溫度，Ta為水泥運送過程的空氣溫度。

（2）水泥的澆筑溫度。其計算公式為：

式中，TP為水泥澆筑溫度，TB，P是澆筑平倉振搗到上層遮蓋前的所有時間，以120min為宜。通過計算，若艙面在噴霧的背景下，比外界空氣溫度低5℃。在高溫季節，水泥的澆筑背景主要在6月，其均勻背景溫度為18.5℃，澆筑溫度分別為約束區12.9℃、非約束區14.8℃，基本滿足預設要求。顯然，其他月份也能滿足預設要求。

（3）性能使得運送量遭受影響。通過對天然氣、煤氣管道內壁施行涂層，可以有效減少因年久失修導致的沉淀物增加的現象，對于徹底整理管道具備一定的匡助效用，能夠很好地減少環境污染。通過減少管道內的沉淀物，可以減少管道的維修量，延長管道的運用時間，對于各類閥門及管件的使用時間的延長也有一定的推動效用。

2. 水泥內里無上溫度計算。水泥內里無上溫度計算取值：外界溫度取月平均空氣溫度、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1.0m（澆筑層厚）×1.5m（水準間距）、1.5m（水準間距）×1.5m（澆筑層厚）、2.0m（澆筑層厚）×1.5m（水準間距）。本工程按《水泥拱壩預設規范》中相關要求進行計算，其天然散熱時采用單向差分法計算。

六、結論

計算結果表明，大壩水泥所采取的水泥控制處理辦法可以很好地滿足設計要求，對于保證大壩澆筑質量具有重要作用，為同類工程的溫控施工提供了參考。