三河口大壩碾壓混凝土澆筑溫度的計(jì)算分析

雷升云

(陜西省引漢濟(jì)渭工程建設(shè)有限公司，陜西 西安 710010)

1 工程概況

三河口水利樞紐為引漢濟(jì)渭工程的兩個水源之一，工程樞紐位于子午河佛坪縣大河壩鄉(xiāng)上游約3.8 km處的子午河峽谷下游段，樞紐水庫總庫容為7.1×108m3，調(diào)節(jié)庫容6.5×108m3。三河口水利樞紐拱壩壩頂高程為646 m，壩底高程501 m，最大壩高145 m，壩頂寬9 m，拱冠壩底厚37 m；壩頂上游弧長472.153 m，分10個壩段施工。主要由大壩、壩身泄洪放空系統(tǒng)、壩后引水系統(tǒng)、抽水發(fā)電廠房和連接洞等組成。其中攔河大壩為1級建筑物，抽水電站建筑物級別為2級，泄水消能防沖建筑物為2級，樞紐其他次要建筑物級別均為3級，臨時建筑物為4級。

工程大壩主體、消力塘及導(dǎo)流洞封堵等大體積混凝土總量約為109.8×104m3，其中碾壓混凝土約為90.68×104m3。本工程基礎(chǔ)層碾壓混凝土通倉澆筑面積大，混凝土基礎(chǔ)容許溫差約束應(yīng)力與基礎(chǔ)塊混凝土尺寸成比例增加，大壩大體積碾壓混凝土溫控難度大，要求高。

三河口碾壓混凝土大壩總平面布置圖見圖1。

圖1 三河口碾壓混凝土大壩總平面布置圖

2 澆筑溫度計(jì)算分析

根據(jù)混凝土出機(jī)口溫度計(jì)算結(jié)果，按照11月～次年2月混凝土自然拌和，3月采取加入30%片冰拌和，4月～10月碾壓混凝土加制冷水、加冰、粗骨料風(fēng)冷拌和，4月、10月常態(tài)混凝土加制冷水、加冰拌和，5月～9月常態(tài)混凝土加制冷水、加冰、粗骨料風(fēng)冷拌和?？刂?月～10月碾壓混凝土最高出機(jī)口溫度不超過12℃，計(jì)算入倉和澆筑溫度的基準(zhǔn)出機(jī)口溫度見表1。

表1 用于計(jì)算的混凝土出機(jī)口溫度 單位：℃

2.1 澆筑溫度

混凝土澆筑溫度是指混凝土經(jīng)平倉振搗后，覆蓋上層混凝土?xí)r，距混凝土表面5 cm～10 cm深處范圍內(nèi)的平均溫度。

2.2 計(jì)算方法

混凝土澆筑溫度按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

Tp=TI+(Ta+R/β-TI)(φ1+φ2)

式中：Tp為混凝土澆筑溫度；TI為混凝土入倉溫度；Ta為外界氣溫；R/β為太陽輻射熱溫升；φ1為平倉過程的溫度系數(shù)，φ1=kτ，k=0.0030(1/min)，τ取20 min；φ2為平倉后的溫度系數(shù)。

平倉后的溫度系數(shù)可由下式計(jì)算：

φ=1-φ2

φ=∑Bne-μn2at/l2

式中：l為鋪筑層厚度的一半；Bi為比歐準(zhǔn)數(shù)，Bi=βl/λ；t為平倉后至覆蓋新混凝土的時間間隔；An、μn可通過Bi查得。

2.3 計(jì)算結(jié)果

碾壓混凝土碾壓坯層厚30 cm，常態(tài)混凝土澆筑坯層厚50 cm，覆蓋時間分別取1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h，對C9025三級配和二級配碾壓、C25三級配常態(tài)混凝土(11月～2月自然拌和，3月出機(jī)口溫度不超過11℃，4月～10月碾壓混凝土出機(jī)口溫度12℃，常態(tài)混凝土出機(jī)口溫度11℃)，分別計(jì)算層面不保溫(β=45 kJ/(m2·h·℃))及保溫(β=10 kJ/(m2·h·℃))工況下的澆筑溫度，結(jié)果見表2和表3。

表2 無保護(hù)的C9025碾壓三級配混凝土澆筑溫度 單位：℃

3 結(jié)論

(1)C9025三級配碾壓混凝土，當(dāng)不采取層間保溫措施，且不考慮太陽輻射折減時，4月～10月層間覆蓋時間為6 h的澆筑溫度均大于18℃，最高澆筑溫度出現(xiàn)在7月，達(dá)到30.2℃；隨著太陽輻射熱由100%遞減至0%，層間覆蓋時間為6 h的澆筑溫度大于18℃的時段逐漸減小，當(dāng)太陽輻射熱為0時，7月層間覆蓋時間為6 h的澆筑溫度為20.1℃，不能滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)采取β=10 kJ/(m2·h·℃)的層間保溫措施后，混凝土澆筑溫度大幅減小，7月澆筑的太陽輻射熱為100%層間覆蓋時間為6 h的澆筑溫度降低為21.2℃，太陽輻射熱為0的層間覆蓋時間為6 h的澆筑溫度降低為16.2℃。C9025三級配和二級配碾壓混凝土，在層間采取保溫措施的情況下，采取遮陽、噴霧等措施使太陽輻射熱折減70%后，層間覆蓋時間控制在6 h以內(nèi)，混凝土澆筑溫度可控制在18℃以內(nèi)；若遮陽、噴霧后太陽輻射熱可100%的折減，則澆筑溫度可控制在16℃以內(nèi)。

(2)在運(yùn)輸和澆筑過程中采取遮陽和層間表面保溫的措施可較大幅度的減小混凝土的溫度回升，尤其是氣溫相對高的5月～9月份作用明顯。

(3)碾壓混凝土在考慮折減70%太陽輻射熱或不考慮太陽輻射熱的情況下，1月份和12月份自然拌和的混凝土(無論考慮層間覆蓋與否)存在澆筑溫度小于5℃的情況，為保證混凝土澆筑質(zhì)量，應(yīng)在混凝土拌和時采取熱水拌和的措施，以保證混凝土澆筑溫度不小于5℃。