針對船閘大體積混凝土通水冷卻技術(shù)研究

陳佳培 王國勝

（中國葛洲壩集團第一工程有限公司， 湖北 宜昌 443000）

1 工程概況

大藤峽單級船閘布置于左岸，樁號為1+142.66m～1+283.66m，壩段長度141m，其中上閘首壩段長113m，船閘事故檢修門庫壩段長28m。右側(cè)與左岸廠房安裝間壩段相接，由上引航道、上閘首、閘室、下閘首和下引航道構(gòu)成，船閘總長3418m。閘室有效尺度為280m×34m×5.8m（有效長度×有效寬度×門檻水深）。船閘軸線與壩軸線垂直，船閘主體段長度為385m，其中閘室墻長度為268.2m，航槽寬度為34m，采用分離式結(jié)構(gòu)。重力式邊墩（墻）頂高程65.00m，基礎(chǔ)建在弱風(fēng)化基巖上。上閘首擋水前緣寬度為113m，沿水流方向長為58.8m，人字門底檻頂高程為38.20 m；下閘首長度為58m，閘頂寬度為80m，底部寬度為116.4m，人字門底檻頂高程為14.95m。

船閘主體上閘首共1 段，長58.8 米，被3 道縱向結(jié)構(gòu)縫分為了4 塊；邊墩頂部厚度為23m,左右邊墩底部厚度分別為45m、40m。底板長58.8m，寬28 米。閘室共16 段，每段被縱向結(jié)構(gòu)縫分為了3 塊，閘室底板頂高程13.95m；閘室墻頂寬閥門段為19m,其他段為8m。下閘首共2 段，每段被縱向結(jié)構(gòu)縫分為了3 塊；下閘首長58m，頂寬80m,底寬116.4m。

船閘主體混凝土澆筑總量約164 萬m3，其中上閘首混凝土36.8 萬m3，閘室混凝土101.9 萬m3，下閘首混凝土25.3 萬m3。針對如此大體積的船閘混凝土，如何降低水化熱、防止混凝土產(chǎn)生裂縫，本文針對船閘大體積混凝土通水冷卻技術(shù)展開研究。

2 通水冷卻要求

船閘大體積混凝土采用兩期通水：其中高溫季節(jié)（4 月～10 月）船閘混凝土進(jìn)行一期通水冷卻，每年10 月15 日～11 月15 日（約30 天）為當(dāng)年高溫季節(jié)澆筑的船閘大體積混凝土進(jìn)行二期通水冷卻。一期通水冷卻時間為20 天，要求混凝土內(nèi)部溫度與冷卻水水溫之差不超過25℃，通冷卻水流量為1.5m3/h，每24 小時應(yīng)對冷卻水的流向進(jìn)行改變，使大體積混凝土水化熱下降更加均勻、混凝土塊體冷卻更加均勻，混凝土溫度降幅應(yīng)控制在小于0.7℃/d。二期通水冷卻時間為30d，混凝土內(nèi)部溫度與冷卻水溫度之差應(yīng)控制在不超過20℃，通冷卻水流量為1.5m3/h，每24 小時應(yīng)對冷卻水的流向進(jìn)行改變，使大體積混凝土水化熱下降更加均勻、混凝土塊體冷卻更加均勻，混凝土溫度降幅應(yīng)控制在小于0.7℃/d。

船閘4 月～10 月澆筑的混凝土，需埋設(shè)冷卻水管進(jìn)行通水冷卻，冷卻水管間距為：基礎(chǔ)約束區(qū)冷卻水管間距為1.5m×1.5m(層間距×水平間距)，脫離基礎(chǔ)約束區(qū)冷卻水管間距為1.5×2.0m(層間距×水平間距)。冷卻水管采用高強度聚乙烯塑料管（其中主管直徑為φ40mm，壁厚2mm，支管直徑為φ32mm，壁厚2mm）。

3 冷卻水供水量計算

按照船閘大體積混凝土澆筑施工進(jìn)度計劃，同時結(jié)合高峰期通水冷卻的船閘混凝土施工強度按照13 萬m3/月考慮，冷卻通水流量富裕系數(shù)采用1.3，根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)倉位冷卻水管布置可計算出平均1m3混凝土需要冷卻水管支管長度0.45m（單根冷卻水管長度不宜大于250m），通水流量為1.5m3/h。

同時通水冷卻水管總長度為：130000×1.3×0.45=76050m。

總流量為：76050÷250×1.5=456.3m3/h。

二期通水采用河水，當(dāng)河水溫度大于17℃時采用通制冷水，通冷卻水總流量同一期為456.3m3/h，兩期通冷卻水總流量為912.6m3/h。

4 制冷設(shè)備選型

船閘區(qū)域夏季平均最高河水水溫為24.2℃，極端最高河水水溫為27.3℃，河水水溫按26℃選用。一期冷卻區(qū)冷卻水溫為15℃，損耗系數(shù)為1.2。

15℃冷卻水量制冷容量 =456.3×2×（26-15）×1.2×1×1000/10000 =1204.6Kcal/h。

根據(jù)制冷所需1204.6 Kcal/h 容量、兩期通冷卻水總流量為912.6m3/h（一、二期均為456.3m3/h），一、二期冷卻通水共需配置3 臺360 m3/h 移動式冷水站，3臺360 m3/h 移動式冷水站，冷水站額定功率為750Kw，名義工況為進(jìn)出水20℃/9℃溫差。

5 制冷設(shè)備及管路布置

根據(jù)大藤峽船閘一期、二期大體積混凝土冷卻系統(tǒng)的規(guī)劃及結(jié)合施工場地條件，所選用的3 臺移動式冷水站，分別布置在船閘上閘首右側(cè)和船閘下閘首右側(cè)，其中船閘上閘首右側(cè)布置1 臺360m3/h 移動式冷水站，用于供應(yīng)上閘首及閘室上半部分混凝土通水冷卻；船閘下閘首右側(cè)布置2 臺360m3/h 移動式冷水站，用于供應(yīng)下閘首及閘室下半部分混凝土通水冷卻。3 臺移動式冷水站總冷卻水量達(dá)到1080m3/h，大于設(shè)計總冷卻水量912.6m3/h，可滿足船閘大體積混凝土通水冷卻要求。

冷水機組的冷卻水經(jīng)機組內(nèi)的冷凍泵進(jìn)行加壓、由DN250 保溫型主鋼管進(jìn)行輸送、DN250 保溫型主鋼管送至上、下閘首棧橋的DN150 主管，然后由DN150 主管上接引DN100 冷水分支管，冷水分支管每個倉位設(shè)置一組，冷回水管應(yīng)錯開平行布置。

每個倉內(nèi)HDPE 冷卻水管從分水支管上DN32 球閥上接管進(jìn)入船閘混凝土進(jìn)行冷卻，冷卻水在混凝土內(nèi)部經(jīng)過循環(huán)后，再經(jīng)回水分支管自流至DN100 循環(huán)回水管，進(jìn)入DN150 冷卻干管，冷卻干管分兩趟并排平行架設(shè)，經(jīng)DN200 保溫主干管回到移動式冷水站進(jìn)行再冷卻，并依次如此循環(huán)。每組分水管進(jìn)回水閘門前設(shè)置一組過濾及換向設(shè)備，按照通水技術(shù)設(shè)計要求定期進(jìn)行換向，確保船閘大體積混凝土內(nèi)部冷卻的均勻性和管道內(nèi)的冷卻水通暢。

6 倉內(nèi)冷卻水管布置

船閘閘室主體混凝土內(nèi)冷卻水管采用HDPE 塑料管時，主管外徑40mm，內(nèi)徑32mm，支管外徑32mm，內(nèi)徑28mm。水管導(dǎo)熱系數(shù)≥1.0KJ/（m·h·℃），拉伸屈服應(yīng)力≥2.0Mpa。固結(jié)灌漿蓋重區(qū)內(nèi)布置1.5m×1.5m 焊接鋼管或采用HDPE 塑料管。采用焊接鋼管時，主管規(guī)格DN32，壁厚3.5mm， 外徑42.4mm；支管規(guī)格DN25，壁厚3.2mm，外徑33.7mm。

冷卻水管埋設(shè)要求：冷卻水管距迎水面的距離一般要求為2.0m～3.0m，距背水面1.5m～2.5m，距橫縫及廊道、孔洞等內(nèi)壁面的距離1.0m～1.5m,單根水管長度不得大于300m。冷卻蛇形管不允許穿過橫縫、誘導(dǎo)縫及各種孔洞。冷卻水管應(yīng)避免交叉。

冷卻水管倉面布置方式：冷卻水管每次埋設(shè)前，需根據(jù)每個倉面面積及水管間距先確定水管數(shù)量，當(dāng)倉面水管數(shù)量多于三根時，應(yīng)采用主、支管相結(jié)合的方式布置。主管管徑為φ40mm，支管管徑為φ32mm，單根主管上并聯(lián)的支管不得超過2 根。

當(dāng)?shù)谝粚永鋮s水管布置在混凝土面上時，測量員應(yīng)根據(jù)冷卻水管布置設(shè)計圖紙在倉面放樣，預(yù)埋固定冷卻水管的裝置。第二層冷卻水管直接埋設(shè)在剛施工的混凝土層面上，鋪設(shè)好后采用40cm 長的鋼筋U 型卡將冷卻水管固定在層面上。

冷卻水管的引出方式：澆筑層內(nèi)的冷卻水管與供水鋼管上的DN32 球閥相連。

7 結(jié)語

大藤峽船閘工程混凝土工程量龐大，月澆筑強度高，混凝土通水冷卻技術(shù)直接影響著整個船閘工程混凝土澆筑質(zhì)量，本文對通水冷卻技術(shù)要求、冷卻水供水量計算、制冷設(shè)備選型、制冷設(shè)備及管道布置及倉內(nèi)冷卻水管布置等方面進(jìn)行研究介紹，為后續(xù)類似工程提供施工借鑒。