長河壩水電站泄洪洞高標號抗沖磨硅粉混凝土溫控施工技術

甘文忠，張 曾，王永峰

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都611730)

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長河壩水電站泄洪洞高標號抗沖磨硅粉混凝土溫控施工技術

甘文忠，張 曾，王永峰

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都611730)

結合長河壩水電站泄洪洞大落差、高流速、大斷面典型泄水洞室工程實例，對高標號抗沖磨硅粉混凝土溫控施工技術展開研究，通過采取低熱水泥混凝土、分析優化混凝土配合比、澆筑低坍落度常態混凝土、預埋冷卻水管通冷水、混凝土內部溫度監測、表面常流水養護等多種綜合溫控措施，有效降低了混凝土水化熱，避免了混凝土內部裂縫的發生及溫度裂縫的缺陷處理。混凝土整體質量得到有效控制，提高了施工效率，降低了施工成本。

高速水流；泄水洞室；抗沖磨硅粉混凝土；溫度控制；施工技術；長河壩水電站

1 工程概況

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內，為大渡河干流水電梯級開發的第10級電站，是以發電為主的大型水庫電站。電站采用水庫大壩、首部式地下引水發電系統開發，總裝機容量2 600 MW，最大壩高240 m，水庫正常蓄水位1 690 m。長河壩水電站設計有3條泄洪洞，其洞身斷面均為圓拱直墻形，包括標準斷面及漸變段、摻氣坎段等非標準斷面，洞身底板及距拱肩1.0 m以下邊墻采用C50、C40抗沖磨硅粉混凝土襯砌，頂拱及上部1.0 m邊墻采用C25普通混凝土襯砌。其中1號泄洪洞為深孔泄洪洞，全長1 372 m，襯砌厚度0.7～1.5 m，襯砌后斷面尺寸為14.0 m×(16.0～19.0) m(寬×高)，進口高程1 650 m，出口高程1 508.97 m，縱坡10.279%；2號、3號泄洪洞為開敞式泄洪洞，全長分別為1 508、1 540 m，襯砌厚度均為0.7～1.5 m，襯砌后斷面尺寸均為(14.0～17.0) m×(15.0～18.0) m (寬×高)，進口高程均為1 662.5 m，出口高程均為1 500 m，縱坡分別為10.848%、10.552%。長河壩水電站泄洪洞洞身結構斷面見圖1。

圖1 長河壩水電站泄洪洞洞身結構斷面(單位：cm)

長河壩水電站泄洪洞洞身坡比均在10%以上、最大斷面17.0 m×18.0 m、最高運行水頭162.5 m、最大流速49 m/s、單孔最大泄流量3 692 m3/s，為高速水流流道，具有坡度大、斷面大、水頭高、流速高、泄量大、使用頻率高等特點，洞身結構混凝土采用C50、C40高標號抗沖磨硅粉混凝土，對混凝土表面平整度(不平整度最大允許高度≤3 mm/2 m)、抗沖、耐磨、防裂等指標均提出了高標準要求。

2 抗沖磨硅粉混凝土溫控施工技術

2.1 低熱水泥的性能分析及在抗沖磨硅粉混凝土中的應用

低熱水泥全稱為低熱硅酸鹽水泥，是一種以硅酸二鈣為主導礦物，鋁酸三鈣含量較低的水泥。經大量研究和實驗證實，該水泥具有良好的工作性、高后期強度、低水化熱、低干縮、高耐磨性、高耐侵蝕性、高耐久性等優點。

(1)強度分析。低熱水泥、普通水泥、中熱水泥強度如表1所示。經研究、應用分析表明，普硅水泥和中熱水泥早期水化速度快，7 d強度即能達到28 d強度的60%～80%，而低熱水泥7 d強度僅為其28 d強度的40%～60%，但7 d后的強度增進速率大、明顯高于普硅水泥和中熱水泥，至28 d齡期時強度與普硅水泥和中熱水泥相當，3 m齡期時低熱水泥強度超出普硅水泥和中熱水泥約3～5 MPa，表現出良好的長期強度性能。

(2)水化熱分析。表2是普通水泥、中熱水泥、低熱水泥的水化熱分析結果。由表2可知，不同齡期的水化熱低熱水泥比中熱水泥低約15%，比普硅水泥低約20%～25%，峰值溫度低，其水化熱明顯低于普硅水泥及中熱水泥，且水化放熱平緩，具有良好的低水化熱性能。

表1 硅酸鹽水泥強度分析 MPa

表2 水泥水化熱分析 kJ/kg

(3)干縮性能分析。表3是普通水泥與低熱水泥的干縮性能分析結果。經研究分析，各齡期干縮率低熱水泥僅為普硅水泥的50%～70%，其干縮率明顯低于普硅水泥，且低熱水泥的干縮穩定期較短，28 d后的干縮率基本無變化，具有良好的抗干縮性能。

表3 水泥干縮性分析 %

(4)耐磨性能分析。表4為200 N負荷下的水泥耐磨性能分析結果，對水泥耐磨性能試驗分析表明，360 d單位面積磨損量低熱水泥為中熱水泥的65%～70%、為普硅水泥的60%～65%，具有良好的長期耐磨性能。

表4 水泥耐磨性能分析(200 N負荷條件下) kg

(5)應用情況。根據低熱水泥及其他品種水泥強度、水化熱、干縮性及耐磨性試驗、應用比較分析表明：低熱水泥具有①后期強度增長快；②水化熱低；③干縮小，自生體積變形為微膨脹，可有效避免和減少混凝土裂縫、提高混凝土的抗裂性；④長期耐磨、耐久性能好等良好性能。因此，長河壩水電站泄洪洞抗沖磨硅粉混凝土采用嘉華牌低熱水泥。

2.2 抗沖磨硅粉混凝土配合比優化設計

長河壩水電站在泄洪洞抗沖磨硅粉混凝土施工前，對混凝土配合比參數展開了大量分析研究工作，其中采用三維有限元法對混凝土在粉煤灰摻量、常態混凝土、泵送混凝土等不同參數條件下的各性能指標進行試驗分析研究，通過試驗分析確定最優抗沖磨硅粉混凝土配合比參數，從混凝土配合比方面解決部分溫控難題。

圖1為混凝土內部第一主應力與齡期關系曲線，可知，混凝土隨著齡期的增長，最大拉應力區減小、拉應力值也減小。圖2為混凝土內部溫度與齡期關系曲線，可知混凝土內外部溫差隨著齡期的增長逐漸減小。

圖1 混凝土內部第一主應力與齡期關系曲線

圖2 混凝土內部溫度與齡期關系曲線

不同粉煤灰摻量下的混凝土水化熱變化如圖3所示，可知粉煤灰摻量越大混凝土水化熱越低。常態混凝土與泵送混凝土不同齡期的絕熱溫升情況如圖4所示，可知低塌落度常態混凝土能夠有效地控制混凝土內部溫升，而泵送混凝土內部溫升相對較大，不利于混凝土的溫控防裂。

圖3 混凝土水化熱與粉煤灰摻量關系曲線

圖4 常態、泵送混凝土絕熱溫升對比曲線

混凝土熱強比與齡期的關系如圖5所示，可知泵送混凝土由于水泥用量高于低坍落度常態混凝土、放熱量大，泵送混凝土熱強比高于常態混凝土。常態混凝土與泵送混凝土的抗裂安全系數如圖6所示，分析表明低坍落度常態混凝土的抗裂安全系數為1.84～2.81，而泵送混凝土的抗裂安全系數明顯較低、局部抗裂安全系數僅為1.0～1.3。

圖5 混凝土熱強比與齡期關系

圖6 常態、泵送混凝土抗裂安全系數對比曲線

2.3 常態抗沖磨硅粉混凝土在長河壩水電站泄洪洞中的應用

根據長河壩水電站泄洪洞抗沖磨硅粉混凝土配合比研究分析，低坍落度常態混凝土較泵送混凝土具有水化熱小、內部溫升相對較小、抗裂安全系數大等優質特性，采用常態混凝土有利于高標號抗沖磨硅粉混凝土溫度的控制、緩解溫控壓力，可有效避免和減少混凝土內部裂縫的發生及溫度裂縫的缺陷處理，對抗沖磨硅粉混凝土的內外整體質量具有重要意義，并加快混凝土施工進度、有效降低施工成本。

為實現低坍落度常態混凝土澆筑，長河壩水電站泄洪洞邊墻抗沖磨硅粉混凝土澆筑采用鋼模臺車配置雙向提料系統并結合皮帶機布料系統，通過提升料斗將常態混凝土提升至皮帶機水平面以上，并通過葫蘆吊架的減速機縱向移動提升料斗至皮帶機正上方，卸料至皮帶機上，再通過可逆皮帶機將混凝土輸送至兩側邊墻下料溜筒內，實現常態抗沖磨硅粉混凝土快速、高效施工。低坍落度常態混凝土鋼模臺車除實現常態混凝土澆筑、抗沖磨硅粉混凝土溫度有效控制外，混凝土整體質量得到有效控制，還大大降低了人力資源的勞動強度及投入，提高了施工效率，降低了施工成本。

2.4 其他混凝土溫控施工技術

(1)預埋冷卻水管通冷水。混凝土內部設置冷卻水管并通冷水以削減混凝土內部初期水化熱溫升、控制混凝土最高溫度不超過容許范圍。泄洪洞邊墻抗沖磨硅粉混凝土內部冷卻水管采用HDPE塑料管，蛇形布置于里層鋼筋上，布置間距為1.0 m×1.0 m，主管內徑32.6 mm、壁厚3.7 mm、外徑40.0 mm，支管內徑28.0 mm、壁厚2.0 mm、外徑32.0 mm。冷卻水管直接引用響水溝低溫冷水(其水溫低于18 ℃)，連續通水時間控制在15天以上，通水流量不低于1.5 m3/h。 抗沖磨硅粉混凝土內部冷卻水管采用S形布置。

(2)混凝土溫度監測。每個澆筑段內部預埋測溫裝置測量混凝土內部溫度。測溫裝置由測溫管與溫度計組成，其中測溫管采用鋼管，測溫管內在不同澆筑層布置電阻溫度計。溫度監測時期為自混凝土澆筑至澆筑后5天，監測頻率為1次/4 h，且溫度出現高峰期間加密觀測。

(3)混凝土常流水養護。混凝土澆筑完成且鋼模臺車移出后采取常流水淋水養護。淋水養護裝置為混凝土頂部布置PVC噴水花管，養護水沿邊墻混凝土面流淋，達到淋水養護效果，養護水引用響水溝低溫水。常流水淋水養護時間不少于14天。

3 結 語

本文結合長河壩水電站泄洪洞大落差、高流速、大斷面典型泄水洞室工程實例，針對其高標號抗沖磨硅粉混凝土溫度控制、防裂等方面展開研究，通過采用低熱水泥混凝土、分析優化混凝土配合比、澆筑低坍落度常態混凝土、預埋冷卻水管通冷水、混凝土內部溫度監測、混凝土表面常流水養護等多種綜合溫控措施技術，有效降低了抗沖磨硅粉混凝土內部水化熱、緩解了溫控壓力，避免和降低了混凝土內部裂縫的發生及溫度裂縫的缺陷處理，混凝土整體質量得到有效控制，提高了施工效率，降低了施工成本，取得了良好的社會經濟效益。

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(責任編輯 王 琪)

Temperature Control and Construction Technologies of High-grade Abrasion-resistant Silica Fume Concrete for Spillway Tunnels of Changheba Hydropower Station

GAN Wenzhong, ZHANG Zeng, WANG Yongfeng

(Sinohydro Bureau 7 Co., Ltd., Chengdu 611730, Sichuan, China)

For constructing the spillway tunnels with high head, large discharge and large cross-section size in Changheba Hydropower Station, the temperature control and construction technologies of high-grade abrasion-resistant silica fume concrete are studied. By using low heat cement concrete, optimizing concrete mix proportion, pouring low slump normal concrete, pre-embedding cooling water pipes, monitoring internal temperature of concrete, and curing concrete by surface continuous water flow, the hydration heat of concrete is effectively reduced, the occurrence of internal cracking and the treatment of temperature cracking are avoided. The overall quality of concrete is effectively controlled, the construction efficiency is improved and the cost of construction is also reduced．

high-speed flow; spillway tunnel; abrasion-resistant silica fume concrete; temperature control; construction technology; Changheba Hydropower Station

2016- 08- 03

甘文忠(1970—)，男，四川樂山人，工程師，從事水利水電工程施工技術及管理工作．

TV431(271)

A

0559- 9342(2016)10- 0083- 04