邕寧水利樞紐工程預(yù)冷混凝土系統(tǒng)設(shè)計(jì)及預(yù)冷費(fèi)用分析

【摘要】溫度控制是大體積混凝土工程施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在水利工程大體積混凝土溫控措施中，采用預(yù)冷混凝土是最為關(guān)鍵也是最主要的措施之一。本文以南寧市邕寧水利樞紐工程中溫控要求較高的閘墩底板為基礎(chǔ)，簡(jiǎn)述了南寧市邕寧水利樞紐工程攔河壩工程預(yù)冷混凝土拌合站的制冷工藝設(shè)計(jì)、制冷容量計(jì)算、設(shè)備配置，并采用單價(jià)分析法對(duì)本工程混凝土預(yù)冷費(fèi)用分析進(jìn)行了分析計(jì)算。

【關(guān)鍵詞】邕寧水利樞紐工程；預(yù)冷混凝土；設(shè)備選型；溫控費(fèi)用

1、工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

南寧市邕寧水利樞紐工程位于南寧邕江河段下游青秀區(qū)仙葫開(kāi)發(fā)區(qū)牛灣半島處，上距老口航運(yùn)樞紐74Km，下距西津水電站124Km。水庫(kù)正常蓄水位67m，總庫(kù)容7.1億m3，電站總裝機(jī)容量57.6MW（6×9.6MW），為燈泡貫流式機(jī)組。樞紐工程等別為Ⅱ等，主要施工內(nèi)容包括攔河壩工程、航運(yùn)過(guò)壩工程、防洪排澇工程等部分。

1.2 大體積混凝土工程情況概述

本工程攔河壩工程混凝土總量約62萬(wàn)m3，其中大體積混凝土主要集中在主廠房、閘墩、重力壩、縱向砼圍堰等部位，總量約35萬(wàn)m3，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求，要求砼入倉(cāng)溫度不超過(guò)14℃。由于本工程混凝土溫度控制要求嚴(yán)格，采用預(yù)冷混凝土施工是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵。因此，必須進(jìn)行預(yù)冷混凝土系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型等，已確定合理的預(yù)冷混凝土溫控費(fèi)用。

2、預(yù)冷混凝土工藝設(shè)計(jì)與設(shè)備選型

2.1 確定混凝土出機(jī)口溫度

由于本工程設(shè)計(jì)圖紙僅給明了最高入倉(cāng)溫度為14℃，因此必須對(duì)出機(jī)口溫度進(jìn)行計(jì)算。本計(jì)算以現(xiàn)狀條件下氣溫、水溫為依據(jù)，因現(xiàn)場(chǎng)骨料倉(cāng)平均堆料高度大于6m，故砂石骨料溫度采用當(dāng)月平均氣溫進(jìn)行估算。混凝土出機(jī)口溫度根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算（見(jiàn)《水利水電工程施工手冊(cè)》（第3卷 混凝土工程） 公式8-4-4）。

TB·P=T0+（Ta- T0）（θ1+θ2+θ3）

式中：TB·P——混凝土入倉(cāng)溫度，℃；

T0——混凝土出機(jī)口溫度，℃；

Ta——混凝土運(yùn)輸時(shí)氣溫，℃；

θi（θ=1，2，3…，n）——溫度回升系數(shù)，混凝土裝卸和轉(zhuǎn)運(yùn)每次θ=0.032，混凝土運(yùn)輸時(shí)θ=At；

A——混凝土運(yùn)輸過(guò)程中溫度回升系數(shù)，根據(jù)水利水電工程施工手冊(cè)》（第3卷 混凝土工程）表8-4-3，本工程運(yùn)輸采用6m3自卸汽車，運(yùn)輸15min考慮，取A=0.0022；

T——運(yùn)輸時(shí)間，min；

計(jì)算的各月出機(jī)口溫度理論值如表1：

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，本工程出機(jī)口溫度按T0=13.5℃控制。

2.2 預(yù)冷設(shè)備的選型計(jì)算

廣西南寧地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年月平均最高氣溫28.4℃（7月），多年月平均最高水溫29℃（7月），通過(guò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析，每年5月～10月大體積混凝土工程施工需采取溫控措施。本文從需要溫控的7月為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行預(yù)冷設(shè)備容量的計(jì)算。

2.2.1 計(jì)算基礎(chǔ)

（1）已知南寧地區(qū)7月份平均最高氣溫為28.4℃，平均最高水溫29℃。

（2）閘墩底板砼配合比為：水泥192kg/m3，砂620 kg/m3，小石434 kg/m3，中石434 kg/m3，大石577 kg/m3，水115 kg/m3，粉煤灰48 kg/m3，減水劑1.44 kg/m3。

2.1.2 預(yù)冷設(shè)備容量計(jì)算

根據(jù)工程特點(diǎn)，依據(jù)《水利水電工程混凝土預(yù)冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL512-2011）條文說(shuō)明第四章熱平衡計(jì)算表3，當(dāng)混凝土出機(jī)口溫度T0>14℃時(shí)，擬采用骨料堆場(chǎng)降溫，拌合樓料倉(cāng)風(fēng)冷粗骨料，加冷水拌和混凝土相結(jié)合的方式進(jìn)行（暫不考慮加冰拌和）。

（1）配合比采用理論配合比，依據(jù)熱平衡公式計(jì)算經(jīng)風(fēng)冷后骨料及冷水的溫度關(guān)系。

根據(jù)熱平衡公式，T0 （mccc+ mfcf +mscs + mGcG + mwcw） =Tc mccc + Tf mfcf + Tf mscs + T'G mGcG + T'w mwcw +QJ

式中：T0——混凝土出機(jī)口計(jì)算溫度，℃；

Tc、Tf、Ts——水泥、粉煤灰、砂的平均進(jìn)料溫度，℃；

mc 、mf 、ms 、mG、mw——每立方米混凝土水泥、粉煤灰、砂、骨料的重量，kg；

cc 、cf、cs、cG、cw——水泥、粉煤灰、砂、骨料的比熱，kj/（m3·℃）；

T'G——風(fēng)冷后骨料溫度，℃；

T'w——水冷后拌和水溫度，℃；

QJ ——每立方米混凝土拌和時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械熱，kj/m3 ；

其中：cc= cs=cG=0.837×103kj/（kg·℃），cf=0.92×103kj/（kg·℃），Tc=60℃，Ts=28.4℃，QJ=1500 kj，

得出以下公式：

2415.119×13.5=204.864×60+518.94×28.4+1209.465×T'G+481.85×T'w+1500，簡(jiǎn)化后得

2.51 ×T'G + T'w =8.43

根據(jù)《水利水電工程施工手冊(cè)》（第3卷 混凝土工程）相關(guān)論述“一般粗骨料可降至零度以下，拌和水可降至2℃”，確定如下組合模式：

①取T'w=2℃時(shí)，T'G =2.56℃

②取T'w =4℃時(shí)，T'G =1.77℃

③取T'w=6℃時(shí)，T'G =0.97℃

方案比選：以T'w=4℃，T'G =1.77℃為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)備選型（具體比選過(guò)程省略）。

2.2.3預(yù)冷設(shè)備的選型

根據(jù)本工程總體施工進(jìn)度要求，右岸混凝土設(shè)計(jì)總量約50萬(wàn)m3，高峰月平均混凝土澆筑強(qiáng)度4.81萬(wàn)m3/月，考慮混凝土的月不均勻澆筑系數(shù)1.5，按月生產(chǎn)500h計(jì)算，混凝土拌合站的生產(chǎn)產(chǎn)能為145 m3/h，預(yù)冷混凝土仍按高峰期145 m3/h產(chǎn)能進(jìn)行計(jì)算考慮；

（1）水冷設(shè)備選擇：

冷水總供應(yīng)量：115 m3/h×145kg/ m3÷1000 kg/ m3 =16.7 m3/h，即水冷設(shè)備的總供水產(chǎn)能為16.7 m3/h；

水冷設(shè)備冷負(fù)荷計(jì)算，參照水利水電工程混凝土預(yù)冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL512-2011），需選擇的水冷設(shè)備總冷負(fù)荷為

Qw =4.19×115×（29-4）×145×1.5/3600=727.8kw

（2）風(fēng)冷設(shè)備選擇

風(fēng)冷骨料冷負(fù)荷計(jì)算，參照水利水電工程混凝土預(yù)冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL512-2011），需選擇的風(fēng)冷設(shè)備總冷負(fù)荷為

QG=0.837×1445×（28.4-1.77）×145×1.5/3600=1945.9kw

（3）設(shè)備選型

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，設(shè)備選型時(shí)均考慮一定的富余量。制冷水設(shè)備負(fù)荷為727.8kw，選擇一套LSLGF1000型螺桿式冷水機(jī)組（標(biāo)準(zhǔn)工況下，單機(jī)制冷量為983kw）。制冷風(fēng)設(shè)備負(fù)荷為1945.9kw，選擇一套LG31.5A800D2型螺桿式制冷壓縮機(jī)組（標(biāo)準(zhǔn)工況下，單機(jī)制冷量為2330kw）。

2.3 預(yù)冷混凝土溫控費(fèi)用分析

根據(jù)以上分析計(jì)算，本工程需將29℃河水制備成4℃冷水，同時(shí)需將骨料由28.4℃風(fēng)冷至1.77℃骨料。

1 混凝土預(yù)冷基礎(chǔ)單價(jià)確定

表2計(jì)算中，機(jī)械臺(tái)時(shí)費(fèi)參照廣西壯族自治區(qū)水利水電工程機(jī)械臺(tái)時(shí)費(fèi)定額計(jì)算一類費(fèi)用和二類費(fèi)用，相應(yīng)計(jì)算各類取費(fèi)，包括其他直接費(fèi)、間接費(fèi)、利潤(rùn)、稅金等。按照上述原則計(jì)算冷水、預(yù)冷骨料基礎(chǔ)單價(jià)分別為12.48元/t、3.16元/t。

根據(jù)設(shè)計(jì)提供的達(dá)到混凝土預(yù)冷的溫度要求，每m3混凝土所需要的冷水?dāng)?shù)量為115kg、冷骨料的數(shù)量1445kg，根據(jù)上述基礎(chǔ)單價(jià)計(jì)算出的混凝土預(yù)冷措施單價(jià)：供冷水1.44元/ m3，制冷骨料4.57元/ m3。本工程預(yù)冷混凝土控制措施費(fèi)指標(biāo)為6.01元/m3。

2 確定混凝土預(yù)冷費(fèi)用

供冷水1.44元/ m3×35萬(wàn)m3=50.4萬(wàn)元，制冷骨料6.01元/ m3×35萬(wàn)m3=159.95萬(wàn)元，本工程混凝土溫度預(yù)控措施費(fèi)為以上兩項(xiàng)費(fèi)用之和，共計(jì)210.35萬(wàn)元。

3、結(jié)語(yǔ)

南寧市邕寧水利樞紐工程預(yù)冷混凝土系統(tǒng)于2016年3月份投入生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，目前已累計(jì)完成大體積混凝土約28萬(wàn)m3，月最大混凝土澆筑量達(dá)4.8萬(wàn)m3，通過(guò)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)，混凝土出機(jī)口溫度均在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，混凝土其余各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求，系統(tǒng)運(yùn)行正常。

預(yù)冷混凝土系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一般都比較龐大而復(fù)雜，制冷設(shè)備的價(jià)格也比較昂貴，所以混凝土的溫控方案要從經(jīng)濟(jì)效益上考慮，經(jīng)過(guò)再三分析對(duì)比，采取最佳的方案，才能達(dá)到既滿足工程需要又能降低工程造價(jià)的目的。尤其對(duì)一些入倉(cāng)溫度要求不是很高的混凝土工程，應(yīng)盡量減少預(yù)冷混凝土的使用，而從優(yōu)化混凝土配合比、減少運(yùn)輸時(shí)間、合理選擇入倉(cāng)方式以及采取倉(cāng)內(nèi)循環(huán)水冷卻與倉(cāng)面噴霧相結(jié)合等其它方式來(lái)實(shí)現(xiàn)砼溫度控制措施滿足要求、溫控費(fèi)用低的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]水利水電工程施工手冊(cè)（第3卷 混凝土工程），中國(guó)電力出版社，2002年。

[2]SL512-2011，水利水電工程混凝土預(yù)冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范。

作者簡(jiǎn)介：宋欣欣，1986年5月生，女，內(nèi)蒙古赤峰人，工程師，大學(xué)本科學(xué)歷，現(xiàn)任南寧市中鐵建邕寧水利樞紐投資建設(shè)有限公司計(jì)劃合約部部長(zhǎng)，研究方向：工程造價(jià)。