加冰預冷施工技術在樂昌峽工程中的應用

劉 利

(廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 511340)

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加冰預冷施工技術在樂昌峽工程中的應用

劉 利

(廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 511340)

為滿足混凝土設計溫度要求和保證樂昌峽水利樞紐攔河壩碾壓混凝土重力壩在高溫時段需不停倉連續施工時混凝土質量,防止產生混凝土溫度裂縫,經專家論證和實際施工證明,采取加冰預冷控制混凝土出機溫度措施控制混凝土的施工溫度,取得了良好的溫控效果。

高溫；裂縫；溫控；加冰預冷

1 工程背景

樂昌峽水利樞紐工程是以防洪為主,結合發電,兼顧航運和灌溉等綜合利用的樞紐工程,壩頂高程164.6 m,總庫容為3.43億m3。工程等別為Ⅱ等大(2)型,主要建筑物攔河壩的級別為2級。攔河壩為碾壓混凝土重力壩,布置5孔溢流壩,每孔凈寬為12 m,堰頂高程為134.8 m,閘孔孔口尺寸為12 m×10.7 m。壩頂高程為164.6 m,最大壩高為84.6 m,壩頂長為256.0 m,其中溢流壩段長為78.0 m,左岸非溢流壩段長為96.0 m,右岸非溢流壩段長為82.0 m。

樂昌峽水利樞紐工程位于粵北山區,流域處于五嶺以南,屬中亞熱帶山地氣候,氣候濕潤,雨量充沛。多年平均氣溫為19.6 ℃,最高氣溫為39.4 ℃,最低氣溫為-4.6 ℃；根據氣象資料,該地區6—10月的4個月最高氣溫在33.1 ℃～39.4 ℃,且夏季高溫時節正是大壩混凝土施工的高峰期。

2 工程混凝土澆筑量及設計要求

混凝土澆筑43.2萬m3(其中碾壓混凝土27.6萬m3、變態混凝土1.86萬m3、常態混凝土13.6萬m3、預制混凝土1.06萬m3),根據進度計劃,日澆筑高峰強度約3 000 m3/d。為滿足大壩砼高強度施工要求,在滑石排坑128 m平臺到140 m平臺之間布置大型混凝土生產系統。

根據《廣東省樂昌峽水利樞紐工程碾壓混凝土重力壩溫控施工技術要求》規定,為保證大壩碾壓砼在6—9月高溫季節不停倉高強度施工的混凝土質量,預防大體積混凝土溫差裂縫的產生,必須控制混凝土出機口溫度不超過25 ℃,以確保大壩砼質量[1]。

3 加冰預冷施工技術的選擇的原因

本工程項目大體積混凝土的澆筑溫度在采取控制混凝土骨料的堆料高度不低于6 m的高堆取料方式,噴淋方式對骨料進行降溫,并且堆料場加設遮陽、防雨棚,在料倉正前方與兩側采用遮陽掛簾,且在5～20 mm、20～40 mm石料倉兩端設置噴霧裝置,噴水量一般不超過1 mm/h, 根據溫度情況進行噴霧降溫,對40～80 mm粒徑石料在料倉頂部加設噴水管進行直接淋水,控制骨料溫度及在水泥、煤灰罐周圍搭設排架,然后在排架周圍采用遮陽布將其圍蔽,在儲料罐頂部搭設頂棚,并在罐頂周圍設置一環穿孔水管,高溫或烈日時對水泥罐外壁進行灑水降低水泥、粉煤灰罐溫度,混凝土內埋設蛇形冷卻管通水冷卻等一系列措施仍然無法滿足混凝溫控的要求的情況下,需采取加冰拌和混凝土的專項降溫措施,方能解決大壩混凝土夏季高溫高強度施工的要求。

4 加冰預冷施工技術的原理

加冰預冷拌和實際上就是用厚度一般為1.5～2 mm的片冰代替拌和水拌和混凝土的施工技術。由于片冰薄而極易融化,基本上不延長攪拌時間,完全可以替代拌和水,是最有效、最靈活、最簡易的冷卻方式之一。從理論上講,最大加冰量就是混凝土用水量,加冰率可達到100%。實際上,由于為了潤濕骨料、提高混凝土攪拌效率,減少粉塵、稀釋外加劑等,在攪拌機進料前已經含有一定水分,因此實際操作過程中無法達到加冰率100%。

5 制冰系統布置

制冰站主要由制冰機、冷卻塔、儲冰庫、送冰系統等組成,送冰系統主要由螺旋機+風送機+稱量斗組成。

整個制冰站為一座3層的鋼結構,以儲冰庫為主體。儲冰庫分為基礎結構、支撐結構、冰庫3大部分，基礎采用鋼筋混凝土地基梁,主樓為兩層單跨全鋼結構工業建筑 ,樓體內設備多 ,荷載大 ,荷載分布具有頭重腳輕的特點。受工藝布置限制 ,樓體橫向柱間支撐設置困難 ,結構橫向抗側移剛度較低。通過采用地基換填處理 ,以及樓體橫梁與立柱采用剛性連接 ,使橫向排架形成剛架結構,使結構設計滿足規范要求。制冰機與冷卻塔是一個聯系工作的體系,4臺制冰中每臺制冰機對應的1臺冷卻塔工作。制冰放置在冰庫頂,冷卻塔放置制冰機上方,這樣就可以做到既節省布置位置,更能方便操作。儲冰庫扒冰機將冰扒至螺旋機送至風機口,再由風管送至皮帶機上方的稱量集料斗。螺旋機布置在靠近拌和樓側一層樓底。

根據本工程拌和樓生產能力的需要,并通過專業制冰廠家進行了計算提供了數據,日生產4 000 m3混凝土需要150～200 t/d的制冰系統。為保證滿足上述要求,需要布置4臺50 t/d的制冰機。在靠近拌合樓水池旁邊與4#拌合樓比較近的位置布置9 m×5 m的制冰站。制冰用水抽用原拌合樓水池,冷卻塔布置在冰庫頂板處。送冰系統采用風送,搭設鋼架將風管送至皮帶機計量斗上。

6 大體積混凝土出機口溫度計算原理[2]

6.1 混凝土的拌和溫度

混凝土的拌和溫度,又稱出機口溫度,根據混凝土拌合物的熱量系由各種原材料所供給,拌和前混凝土原材料的總熱量與拌和后流態混凝土的總熱量相等的熱平衡計算原理計算：從而混凝土的拌合溫度可按式(1)計算：

T0=(∑tiGiCi-kηGi+Q) / ∑GiCi

(1)

式中T0為混凝土出機口溫度,℃；ti為第i種材料的平均進料溫度,℃；Gi為第i種材料的質量,kg；Ci為第i種材料的比熱容,kJ/(kg·K)；η為冰的冷量利用率,以小數計,對于干燥過冷的片冰可取1.0,對接近0 ℃潮濕片冰取0.8～0.9,本工程根據實驗室試驗取0.9；Q為混凝土拌制產生的機械熱,kJ/m3,若進料溫度按入樓前的溫度計算時,還應計入運輸和二次篩分中增加的機械熱，生產常溫混凝土時機械熱估值可取2 000 kJ/m3，生產低溫混凝土時機械熱估值可取4 000 kJ/m3，本工程取3 000 kJ/m3；k為冰的融化潛熱,取335 kJ / kg。

6.2 混凝土的澆筑溫度

混凝土拌和出機后,經運輸平倉振搗等過程的溫度稱為澆筑溫度。混凝土澆筑溫度受外界氣溫的影響,當在夏季澆筑,外界氣溫高于拌和溫度,澆注后就會比拌和溫度更高,如在冬季澆筑,則恰好相反,這些冷量或熱量的損失,隨著混凝土運輸工具類型、運輸時間、運轉時間、運轉次數及平倉、振搗的時間而變化,于是混凝土的澆筑溫度可按照下式(2)計算：

Tp=T0+(Ta-T0)×(θ1+θ2+θ3+…+θn)

(2)

式中Tp為混凝土的澆筑溫度,℃；T0為混凝土的拌和溫度,℃；Ta為混凝土的環境溫度,℃；θ1、θ2、θ3…θn為溫度損失系數,按以下規定取用：

①混凝土裝卸和運轉,每次θ=0.032；

②混凝土運輸時,θ=At,t為運輸時間(min),A查建筑施工計算手冊；

③澆筑過程中,θ=0.003t,t為澆筑時間(min)。

由式(2)可知,在溫度損失系數一定的情況下,混凝土澆筑溫度基本上取決于混凝土的拌和溫度。

7 樂昌峽攔河壩大體積砼澆筑實例加冰量計算及效果分析

7.1 攔河壩壩體碾壓混凝土C9010(三級配)的基本參數

1) 樂昌峽攔河壩工程混凝土配合比見表1所示。

表1 碾壓混凝土C9010(三級配)配合比

2) 樂昌峽攔河壩工程混凝土澆筑時大氣溫度是時刻變化的,根據天氣預報,可預測大氣溫度即環境溫度；攔河壩大壩混凝土澆筑溫度應控制在25 ℃才能滿足設計要求。

3) 碾壓混凝土C9010(三級配)材料溫度及含水量參數：

水溫度為25 ℃,粉煤灰溫度為35 ℃,水泥為70 ℃,砂溫度為31 ℃,碎石溫度為31 ℃,冰的溫度為0 ℃,砂中含水量為5%,碎石含水量為0。

4) 碾壓混凝土C9010(三級配)其他參數

混凝土裝料、轉運、卸料各1次；汽車運輸平均時間為10 min；平倉振搗混凝土平均時間為20 min。由于在每立方米混凝土中外加劑的用量很少,對混凝土溫度的影響可以忽略不計。

7.2 攔河壩壩體碾壓混凝土C9010(三級配)加冰量計算：

把本工程混凝土各參數代入式(1)中得到：

T0=(74 068.69-335×0.9×G冰+3 000)/2 538.07,T0=25,得到加冰量為45 kg。

通過式(2)可知為降低混凝土的出機溫度,除采用骨料、水泥倉預冷、加冰拌和的方法,采取以下措施也十分有效的。

1) 選擇合理的澆筑時間:混凝土的澆筑應選擇在高溫季節1 d中氣溫較低時進行。

2) 混凝土運輸:混凝土采用罐車運輸,通過調整拌和及澆筑的速度,盡量減少混凝土在罐車內的攪拌時間,避免罐車在陽光下直射。當外界溫度較高或有較強陽光照射時,在罐車的儲料斗上灑冷水降溫。

7.3 效果分析

通過抽取溫度計現場測量施工高峰期天氣氣溫最高1 d的混凝土的實際澆筑溫度作為高溫典型溫度,整理數據,得到實測澆筑溫度,最終可得到混凝土的控制澆筑溫度和實際澆筑溫度的對比,見表2。

表2 施工高峰期高溫天氣1 d中實際澆筑溫度與應控制澆筑溫度對比

由表2可知,混凝土的時間澆筑溫度與計劃控制澆筑溫度相差很小,證明了在不同的環境溫度條件下,大體積碾壓混凝土施工,通過在攪拌混凝土中加入冰屑,來降低混凝土的拌和溫度,進而降混凝土的澆筑溫度控制在混凝土計劃澆筑溫度范圍內是可行的。

8 施工效果

樂昌峽攔河壩工程大體積碾壓混凝土施工中,通過在攪拌混凝土中加入冰屑拌和,嚴格控制了混凝土出機口溫度在25 ℃,在確保混凝土本身質量的同時滿足了規范及設計要求的混凝土澆筑溫度,保證了高溫季節連續高強度不間斷施工的混凝土質量,沒有混凝土溫度裂縫的產生,取得了很好的溫控效果。

9 結語

通過樂昌峽攔河壩大體積碾壓混凝土高溫澆筑工程的實例證明,制備冰屑拌和混凝土的方法簡單容易,可利用已有的拌和設備,是一種經濟、便捷和節能的混凝土工程溫控措施。

[1] 廣東省水利電力勘測設計研究院. 廣東省樂昌峽水利樞紐工程碾壓混凝土重力壩溫控施工技術要求[R].廣州：廣東省水利電力勘測設計研究院，2010.

[2] 水利水電工程施工手冊編委會.水電水利工程施工手冊混凝土工程(第三卷)[M]. 北京：中國電力出版社,2002．

(本文責任編輯 馬克俊)

Application of Ice Precooling Construction Technology in the Lechangxia Project

LIU Li

(Guangdong No.2 Hydropower Engineering Bureau Co., Ltd，Guangzhou 511340，China)

To meet the requirements and ensure the concrete design temperature of RCC gravity dam of Lechang Gorge Dam Project in hot periods when needed continuous construction of concrete mass, and prevent cracks , it is proved by experts and the actual construction that pre-take ice cold extruder temperature control of concrete measures can control the temperature of the concrete construction, and achieved good effect of temperature.

high temperature；crack； temperature； ice cold

2016-07-13;

2016-09-25

劉利(1986),男,本科,工程師,從事水利工程施工技術管理工作。

TV544+.921

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1008-0112(2016)010-0046-03