地下置換洞回填混凝土施工期溫控試驗

黃 亮

(中國水利水電第十四工程局有限公司,云南 昆明 650041)

地下置換洞回填混凝土施工期溫控試驗

黃 亮

(中國水利水電第十四工程局有限公司,云南 昆明 650041)

本文簡要介紹了小灣水電站高拱壩壩肩抗力體地下工程置換洞回填混凝土施工。混凝土溫控技術要求嚴格、施工工藝復雜，并且地下洞室交錯、洞內外溫差變化大、圍巖溫度影響突出。本文通過抗力體回填混凝土溫控試驗，混凝土分塊回填、混凝土溫度控制、施工工藝、儀器監測成果等綜合分析，總結一套符合施工技術要求、滿足溫控質量要求及現場施工條件的施工工藝，高效、快速地完成施工。

置換洞室;回填混凝土;溫控試驗

1 概 況

小灣水電站位于云南省瀾滄江中游河段，是瀾滄江中下游河段的龍頭水庫，最大壩高294.5 m，總庫容149.14×108m3，裝機容量4200 MW。左、右岸壩肩(基)設置多層抗力體地下置換洞，對斷層、蝕變巖體等地質缺陷進行置換。

各層置換洞回填混凝土嚴格控制溫度，設計分兩期進行：一期回填預留3.5 m×3.5 m洞作為灌漿廊道，通過溫控降至設計溫度，再進行灌漿施工；最后進行二期灌漿廊道回填。一、二期回填為C25微膨脹混凝土，施工階段設計優化調整：一期為C2825W906F9050(中熱水泥)常態混凝土，二期為C2825W906F9050(低熱微膨脹水泥)預冷低熱混凝土。

一期混凝土內埋設塑料冷卻水管通水冷卻，將混凝土內部最高溫度控制在設計允許的范圍內(≤45 ℃)，同時經過溫控將混凝土內部溫度降至接縫灌漿允許溫度19～20 ℃[1]。

二期混凝土出機口溫度根據運距的長短控制在7～12 ℃。嚴格控制澆筑溫度，澆筑溫度控制標準為18 ℃，最高澆筑溫度不大于19 ℃[1]。

2 試驗目標

置換洞大規模回填混凝土前，選擇具有代表性的置換洞進行試驗，按施工技術要求和現場澆筑設備、澆筑手段、溫控措施、施工工藝條件，通過混凝土配合比、溫控措施和施工工藝等試驗，根據混凝土溫控、儀器監測、施工工藝等統計數據，分析混凝土溫度變化、新老混凝土結合、施工縫開合變化情況及施工工藝，評價回填混凝土質量、溫控效果、施工工藝等[1-2],確定一套滿足回填混凝土溫控質量要求的現場切實可行的溫控施工工藝。

3 一期混凝土溫控試驗

3.1 試驗布置

根據設計要求，一期回填混凝土內埋設蛇行冷卻水管，水平和垂直間距根據各洞室的斷面尺寸、預留灌漿廊道位置及回填厚度確定，水平和垂直間距一般為1.0 m左右，局部1.0～1.5 m。預留灌漿廊道四周回填厚度小于1.0 m時，不需布置冷卻管。水管距離澆筑塊周邊及二期回填洞壁的距離0.5～0.8 m，水管一般布置在每個澆筑層的底部，當澆筑層厚大于1.0 m時，在澆筑層中每 1.0 m加鋪一層水管，無論水管鋪在何部位，均保證冷卻水管在施工中不破損。單根冷卻水管長度不大于200 m[1]。

回填混凝土選取具有代表性的右岸EL1030 m高程RF11J置換洞第一(大樁號)至第三澆筑段(小樁號)K0+104 m～K0+134 m展開回填混凝土溫控試驗，共三段，分別布置6支溫度計和6支測縫計，溫度計埋設在大樁號方向兩個澆筑分段的中間橫斷面中；測縫計布置在三個澆筑分段的施工縫之間。冷卻水管及監測儀器布置見圖1、圖2。

圖1 冷卻水管布置圖

圖2 監測儀器布置圖

3.2 回填施工方案

拌和樓統一拌制混凝土[2]，專用混凝土罐車運輸(罐體設置防曬材料)，洞口泵送入倉，人工平倉，插入式振搗器振搗密實，澆筑至高程，分別鋪設冷卻水管、溫度計、測縫計[3]。水管覆蓋后即安排專人往冷卻水管通8～13 ℃制冷水進行冷卻。按規范和施工技術要求定期測量進出水溫溫度、速率以及溫度計、測縫計儀器提取監測數據。

3.3 試驗數據統計

2005年11月19日至2005年12月29日一期回填中熱水泥混凝土試驗，按施工工藝回填施工，同時通水冷卻進行溫控和埋設儀器進行監測。

(1)溫度計監測成果見圖3～圖6。

圖3 EL1030 m混凝土溫度觀測曲線(第一塊第一倉)

圖4 EL1030 m混凝土溫度觀測曲線(第一塊第二倉)

圖5 EL1030 m混凝土溫度觀測曲線(第二塊第一倉)

圖6 EL1030 m混凝土溫度觀測曲線(第二塊第二倉)

(2)數據統計

制冷水進出冷卻水管水溫統計是：進水溫8～13 ℃，出水溫10～15 ℃，流量10～15 m3/h。前3 d，進出水溫變化0.5～3.5 ℃/h；第3～15天，進出水溫變化0.4～2.5 ℃/h；第15天后，進出水溫變化0.2～1.5 ℃/d。

溫度計統計是：最高溫度46.5℃，前3 d，溫度變化0.5～1.1 ℃/d；第3～15天，溫度變化0.3～0.9 ℃/ d；第15天后，進出水溫變化0.2～0.5 ℃/d。

測縫計統計是：前3 d 0.11～0.9 mm/d；第3～15天0.05～0.09 mm/d；第15天后0.01～0.02 mm/d。

3.4 一期回填試驗成果分析

根據圍巖及周圍洞室群情況合理選擇澆筑長度不大于15 m、分層高度3 m以內，一期回填采用低坍塌度的中熱水泥混凝土，內部通水冷卻及實施溫控，加強混凝土內部溫度、裂縫控制。

通過混凝土回填溫度實測及儀器監測，從溫度統計數據結果分析，混凝土溫度變化規律基本明確：第一、二段第一、二層回填混凝土到達混凝土最高溫度時間基本一致，約3～4 d，最高溫度46.5 ℃，可以基本控制混凝土最高溫度≤45 ℃，降溫速率基本控制在1 ℃/d，施工縫開合度滿足設計要求小于1.00 mm。

4 二期混凝土溫控試驗

4.1 試驗布置

2007年11月26日至2008年3月31日，二期回填混凝土采用預冷低熱微膨脹混凝土回填溫控試驗，按設計要求二期回填試驗段選定在右岸EL1030 m RF11J置換洞內進行溫控試驗，即K0+84 m～K0+134 m段(每段10 m，共計5段)，試驗段周圍一期回填混凝土、灌漿等工序已結束，試驗段洞室外圍巖對二期回填無明顯影響。

混凝土配合比選用前期實驗室設計和室內試驗選取審批的二期C2825W906F9050(低熱微膨脹水泥)預冷混凝土配合比，預冷混凝土檢測入倉塌落度控制在14～18 cm、控制入倉澆筑溫度17～19 ℃。

4.2 回填施工方案

拌和樓統一拌制混凝土，專用混凝土罐車運輸(車體外側設置防曬材料)，洞口泵送入倉，人工平倉，插入式振搗器振搗密實，澆筑至相應高程，分別安裝溫度計、測縫計[3]。

4.3 試驗監測數據統計

(1)測縫計監測統計

右岸EL1030 m RF11J置換洞二期回填低熱微膨脹水泥混凝土溫控試驗段，設置在0+128.4 m、0+99 m樁號結構縫上的單向測縫計開合度變化：0+128.4 m樁號結構縫均為較小的張開縫，最大張開縫僅為0.4 mm；而0+99 m樁號上下部結構縫均為閉合縫，縫隙值較小，最大閉合縫為-0.24 mm。一期與二期回填混凝土之間的開合度除0+106.5 m樁號J5斷面頂拱J5-J-02為閉合縫，其值為-2.74 mm外；其余部位斷面均為張開縫，最大張開縫為1.0 mm。測縫計監測結果見圖7～圖8。

圖7 測縫計(開合度)監測曲線圖(右岸EL1030 m RF11J置換洞 0+128.4 m)

圖8 測縫計(開合度)監測曲線圖(右岸EL1030 m RF11J置換洞 0+99 m)

(2)溫度計監測統計

溫度計監測結果見圖9、圖10及表1。

圖9 溫度計監測曲線圖(右岸EL1030 m RF11J置換洞 0+120.4 m)

圖10 溫度計監測曲線圖(右岸EL1030 m RF11J置換洞 0+106.5 m)

從右岸EL1030 m RF11J置換洞二期回填混凝土溫度監測統計表看出，達到最高溫度所需時間在65～166 h之間，最高溫度在38.9～44.7 ℃之間。

可以達到控制混凝土最高溫度≤45 ℃的要求，降溫速率控制在1 ℃/d，只是澆筑溫度大于設計值19 ℃。

4.4 二期回填試驗成果分析

二期回填采用C2825W906F9050(低熱微膨脹水泥)預冷混凝土，內部溫升最高在38.9～44.7 ℃之間，達到最高溫度所需時間在65～166 h之間，15 d左右，混凝土內部溫度降至26 ℃以下。

通過二期回填混凝土溫控試驗監測數據分析，內部溫度變化、開合度變化符合一般混凝土變化規律，且一、二期混凝土結合部結構縫開合度(裂縫張開度)1.26 mm以內，混凝土收縮縫小，可不作接縫灌漿處理。溫度變化對混凝土內部應力影響產生裂縫機率較低[4]。溫度計監測統計見表1。

表1 c溫度計監測統計表

說明：1.回填結束后，溫度計前3 d每4 h收集數據，第3～15天每天收集數據，第16～28天每7 d收集數據，第28天后每月一次收集數據。2.溫度計位置：T1(0+120.4左側)、T2(0+120.4右側)、T3(0+115)、T4(0+106.5)、T5(0+99左側)、T6(0+91.5左側)、J5-T-01(0+120.4底板)、J5-T-02(0+115邊墻)、J4-T-01(0+104邊墻)、J4-T-02(0+96邊墻)。

二期回填采用預冷低熱微膨脹混凝土，在批準的施工技術條件下：施工設備、配合比、溫控措施、施工工藝等總體上能夠確保二期回填混凝土澆筑的密實(除廊道頂拱局部小范圍)、溫度控制(除澆筑溫度外)和開合度變化要求。

5 溫控試驗總結

抗力體置換洞一期、二期回填試驗采用(中熱水泥)常態混凝土和(低熱微膨脹水泥)預冷混凝土，經過施工設備、人員、材料、施工措施等精心組織，配合儀器監測、溫控措施等施工工藝，順利地完成試驗施工[3]。

(1)混凝土配合比設計加粉煤灰、外加劑拌制，同時一期混凝土控制塌落度、二期混凝土預冷，有效控制混凝土自身的溫度，混凝土取樣試驗：強度、塌落度、膨脹性、溫度等各項目指標滿足設計要求[1,5]，證明大體積溫控混凝土和補償收縮混凝土施工配合比是合理的。

(2)一期回填后，通冷卻水對混凝土進行冷卻，地下大斷面洞室混凝土施工中采取全斷面通水冷卻混凝土措施，在水電工程尚屬首次。通過冷卻水降低混凝土內部溫度，有效地控制了混凝土溫度，極大降低了混凝土出現裂縫的機率，抑制收縮變形對置換洞四周圍巖的影響[4,6-7]，加固了置換洞斷層、蝕變帶等軟弱巖帶以及開挖爆破對松馳巖體影響的恢復，保證混凝土溫控施工質量，滿足設計對置換洞缺陷巖體的置換處理技術要求[1]。

(3)二期混凝土具有一定的膨脹性，與一期混凝土四周能緊密結合，結構縫開合度非常小，確保一、二期混凝土結構形成一體，整體受力，滿足大壩壩基受力要求[5,8]。

(4)通過一、二期回填混凝土溫控措施，以及設備、人員、材料等施工組織、施工工藝的溫控合理性試驗，探索出一套符合混凝土溫控技術和質量要求、滿足現場施工條件的施工工藝。

抗力體后期的地下置換洞一期、二期回填混凝土溫控施工均按試驗成果及工藝組織進行施工，所有工程施工結束后，經過試驗檢測、儀器監測及取樣表明，混凝土溫度控制、施工工藝及成果滿足設計要求[1,3]。

[1] 中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院．拱座地質缺陷處理地下洞井塞混凝土施工技術要求(A版)[R]．昆明：中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院，2005.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉建設部．混凝土質量控制標準：GB 50164-2011[S]．北京：中國建筑工業出版社，2011.

[3] 國家能源局．水工混凝土施工規范：DL/T 5144-2015[S]．北京：中國電力出版社，2015.

[4] 羅虎．混凝土裂縫與施工期溫度控制的探討[J]．水利水電施工，2012(4)：12-14.

[5] 中國水利水電科學研究院．水工混凝土試驗規程：DL/T 5150-2001[S]．北京：中國電力出版社，2001.

[6] 王輝．大體積混凝土溫度裂縫的成因分析及控制措施[J]．水利水電施工，2012(1)：27-29.

[7] 鄧韻．小灣水電站特高拱壩混凝土通水冷卻技術[J]．水利水電施工，2013(5)：38-43.

[8] 中華人民共和國住房和城鄉建設部．混凝土結構工程施工質量驗收規范：GB 50204-2015[S]．北京：中國建筑工業出版社，2015.

黃 亮(1980-)，男，工程師，主要從事項目管理工作。

TV642.4;TV698.2+3

A

2096-0506(2016)12-0069-06