水庫大壩混凝土溫控措施

□劉青松（贛州市水利電力勘測設計研究院）

1 工程概況

安遠縣艾壩水庫工程位于安遠縣欣山鎮，壩址位于珠江流域東江水系九曲河一級支流鎮江河，壩址以上集水面積59.50 km2。艾壩水庫總庫容961萬m3，是一座以城鎮供水和灌溉為主的小（1）型水庫工程，主要樞紐建筑物為混凝土大壩。水庫大壩為C15埋石混凝土重力壩，壩頂高程457.00 m，壩頂總長138.50 m（其中溢流壩長45 m），壩頂寬5 m，最大壩高50 m。壩體主要填筑材料為C15埋石混凝土，基礎及齒槽為C15混凝土，壩體上游面采用厚1 m的C25混凝土面板，溢流堰面及邊墻混凝土為C30。該項目工程總投資1.80億元，于2015年9月底開工建設，目前大壩壩體澆筑已全部完成。

大壩主要工程量：土石方開挖45 676 m3，土石方填筑11 828 m3，C15埋石混凝土澆筑62 174 m3，其它混凝土澆筑41 645 m3，鋼筋制安1 189 t。

2 溫度應力和裂縫產生的原因

艾壩水庫大壩為C15埋石混凝土重力壩，壩頂總長138.50 m，最大壩高50 m，大壩體積較大，故其各標號混凝土澆筑方量也較大。根據施工進度安排，大壩壩體澆筑工期23個月，歷經兩冬兩夏，且壩體設灌漿廊道、預埋測壓管、排水管等細部分結構較多，故大壩澆筑施工比較復雜，其施工要求也較高。為了保障大壩各部分結構安全滿足規范和正常運行要求，設計、施工中必須充分考慮和控制壩體溫度裂縫在規定范圍內。

大壩混凝土溫度變形裂縫產生的原因較多較復雜，需根據各工程自身實際情況分析清楚其可能產生溫度變形裂縫的主要因素，以便有針對性的采取有效的溫度控制措施。本工程所屬九曲河流域1958年建有定南氣象站，根據氣象站監測資料，工程區多年平均氣溫18.80℃，最高氣溫40℃（1999年7月23日），最低氣溫-8.30℃（1963年元月16日），年內溫差較大，工程位于山區地，白天和晚上溫差也較大（特別是夏季）。因此，壩體混凝土澆筑施工期外界氣溫及變化將是本工程壩體混凝土產生溫度變形裂縫的一項主要因素。

根據以往工程相關經驗和室內混凝土試驗，大壩混凝土所用水泥在水化過程中會釋放大量的熱量，熱量得不到消散較長時間聚集在壩體內部會使大壩內部溫度大幅升高，當大壩內部與表面溫度相差過大時，便會產生溫度應力。溫度應力與大壩內外溫差成比例，溫差越大，溫度應力也越大，當壩體混凝土的抗拉強度不足以抵抗溫度應力時，便會產生溫度裂縫。因此，壩體混凝土水泥水化熱將是本工程壩體混凝土產生溫度變形裂縫的另一項主要因素。

3 大壩混凝土溫控措施

艾壩水庫大壩混凝土溫度控制的方法和措施需根據工程所在地氣溫變化、大壩壩體斷面、工程所需天然建筑材料、混凝土內部溫度、當地水泥品種、各標號混凝土配合比以及工程現場地質情況等具體條件確定。根據本工程自身各類情況和特點，主要從以下幾個方面采取溫控措施。

3.1 原料的溫度控制

大壩混凝土原材料主要包括拌合用水、水泥和骨料。降低拌合用水溫度一般采用制冷機制冷或加冰的方式，考慮到制冷或加冰的方式成本較高，該項目直接抽取河水沉淀凈化作為拌合用水。水泥本身一般情況下難以采用降溫措施，主要將水泥堆放在陰涼干燥的地方，并搭設遮陽遮雨棚。本工程砂、石等骨料采用人工軋制，人工軋制骨料較慢，位置集中，根據此情況，其降溫措施采用分級配堆填骨料，堆填高度最好超過10 m，并于每個骨料堆上搭設遮陽涼棚，于涼棚頂架設噴霧塑料水管，高溫時間對骨料噴涼水降溫處理。經現場檢驗，此方法可大幅降低骨料溫度，簡單、有效、經濟。

3.2 優選配合比

壩體混凝土澆筑前應進行混凝土配合比試驗，在確定配合比時，本工程根據類似工程混凝土配合比試驗和澆筑的經驗，選用當地品牌硅酸鹽水泥、5種水灰比、以及3種粉煤灰摻加量進行試驗，依據排列組合的方法進行試驗。

水泥水化熱是溫升一項主要原因，因此宜選用中低熱和低收縮水泥品種，本工程選用粉煤灰硅酸鹽水泥，粉煤灰選用Ⅰ級粉煤灰。粉煤灰的水化熱遠低于水泥，每方混凝土添加10 kg粉煤灰可減少相應量水泥，可降低混凝土水化熱溫升約0.90～1.30℃。

充分考慮骨料含泥量的控制，必須滿足規程規范要求，同時，盡量采用粒徑較大、級配良好的骨料。經工地現場試驗，在保證混凝土強度不變情況下，采用粒徑比較大的中、粗砂，比采用細砂每立方混凝土中可減少用水量18～26 kg，水泥減少24～30 kg，用水量的減少自然會減少混凝土的干縮，水泥用量的減少自然會減少其水化熱。

3.3 澆筑的溫度控制

3.3.1 控制澆筑時段

根據工程區氣象站監測資料，工程區歷史最高氣溫40℃（1999年7月23日），最低氣溫-8.30℃（1963年元月16日）。因此，壩體澆筑施工盡量避開高溫和低溫冰凍時節，避開中午溫度較高的時間施工，其最高澆筑氣溫不得超過28℃，澆筑時間可安排在下午五點至次日早晨十點的早晚和夜間進行，其它時間可做相關澆筑準備工作。

3.3.2 控制澆筑厚度

采用分層澆筑，易于混凝土的振搗，且混凝土的暴露面少，有利于降低底部混凝土的最高溫升，分層厚度宜控制在1.50～2 m，層間散熱時間控制在6～8 d。

3.3.3 控制倉面溫升

在混凝土澆筑倉面搭設涼棚（蛇皮袋、牛皮紙等），并于涼棚頂架設噴霧裝置，對施工倉面進行噴霧。經現場試驗可知，當混凝土澆筑氣溫超過25℃時，對倉面噴霧可降低倉面溫度4～6℃。

3.4 預埋冷卻水管控制溫升

水管冷卻過程分為兩期，即一期冷卻和二期冷卻。一期冷卻在每倉混凝土澆筑完成后馬上抽取較涼河水通至水管，本工程建議通水時間不小于半個月。二期冷卻在混凝土接縫灌漿之前進行，通水冷卻的持續時間，可略短于一期冷卻時間。

冷卻水管埋設位置為地基約束范圍內的混凝土，于混凝土內埋設適量的電阻溫度計。倉面內埋設冷卻水管材質為φ28 mm聚乙烯（PE）塑料管，冷卻水管水平間距1.50 m，垂直間距2 m（按2 m為一澆筑層考慮），每一倉面最大冷卻水管長度控制在200～250 m。冷卻用水采用河水，每天通水應改變一次通水方向，控制水溫與混凝土溫差不超過25℃，管中水的流速按0.60 m/s、流量按20 L/min進行控制。降溫速度≤1℃/d。冷卻水管使用前進行試水，避免管道破裂、接口等滲水，避免雜物堵塞管道影響管道過流能力，同時抽取圍堰上游河水較深位置的河水（底層河水溫度相對更低）。

3.5 冬季施工溫度控制

當日均氣溫在0～5℃時，壩體混凝土澆筑應按低溫季節施工要求進行，即應從原材料、拌合、澆筑等環節采取保溫措施。氣溫低于冰凍氣溫（0℃）時不可進行混凝土澆筑施工。低溫季節施工，混凝土澆筑溫度應保持不低于5℃。

砂石等骨料宜在溫度較高時抓緊備料，本工程砂、石等骨料采用人工軋制，人工軋制骨料較慢，位置集中，根據此情況，其保溫措施同樣采用分級配堆填骨料，堆填高度最好超過10 m，并于每個骨料堆上鋪設蛇皮袋、牛皮紙、泡漠板等保溫材料。

混凝土的拌和比較關鍵，其時長比常溫時節更長，具體時間根據現場拌合試驗確定，根據本工程具體情況，建議拌合時間比常溫時節長40%～60%。無論夏季高溫時節還是冬季低溫季節混凝土拌合站應建設在盡量靠近大壩澆筑倉位的位置，既可避免混凝土在運輸過程中溫度有較大變化，同時亦可節約運輸成本。

在每個倉面澆筑好后，倉面鋪設泡漠板等材料進行保溫。

4 結論

目前，大壩混凝土澆筑施工溫度控制措施比較多樣，通過艾壩水庫大壩混凝土澆筑施工發現，因根據工程所在地氣溫變化、工程所需天然建筑材料、大壩壩體斷面、混凝土內部溫度、當地水泥品種、各標號混凝土配合比以及工程現場地質情況等因素，充分認識其影響混凝土溫度應力的原因，有針對性地采取大壩混凝土澆筑施工溫度控制措施。

艾壩水庫大壩混凝土澆筑施工各環節所采取的溫度控制措施均施工簡便、經濟實惠、效果明顯，溫控費用所占大壩投資比例極低。目前，艾壩水庫大壩壩體混凝土澆筑施工已全部完成，其澆筑時間經歷了兩個高溫夏季和兩個冬季，各項溫控指標均控制在設計和規范要求范圍內，通過對大壩外觀質量檢查沒有發現表面裂縫，外觀質量較好。

［1］李燕秋.大體積混凝土裂縫原因分析［J］.山西建筑，2009，35（29）：121-122.

［2］吳云良，劉智.渠道混凝土裂縫成因與預防［J］.吉林水利，2008（1）：65-67.