蟒河口大壩混凝土施工溫控技術(shù)

徐更曉

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000)

1 工程概況

蟒河口水庫工程位于河南省濟(jì)源市境內(nèi)，水庫總庫容1094萬m3，工程等級為中型Ⅲ等工程。水庫大壩為碾壓式混凝土重力壩，共10個壩段，左、右岸各布置3個擋水壩段，河床布置3個開敞式溢流壩段和1個底孔引水壩段，壩頂高程317.6 m，最大壩高77.6 m，壩頂長度220.5 m。大壩混凝土總方量為29萬m3，其中碾壓混凝土25.2萬m3。

2 混凝土拌和及運(yùn)輸入倉

在距離大壩約1 km的下游場地布置拌和系統(tǒng)，采用一座多微DW240型連續(xù)式拌和樓和一座HZS60型強(qiáng)制式拌和站，前者以拌制碾壓混凝土料為主，后者以拌制常態(tài)混凝土料為主，合計銘牌產(chǎn)量300 m3/h,實際生產(chǎn)能力可達(dá)210 m3/h，滿足混凝土高峰澆筑強(qiáng)度的需要。混凝土骨料來自距離壩址4 km的克井鎮(zhèn)任莊石料廠，為人工骨料，最大生產(chǎn)能力5000 m3/d。

大壩280 m高程以下采用自卸汽車運(yùn)料直接入倉，大壩上部采用岸坡滿管溜管入倉。

3 大壩混凝土設(shè)計溫控指標(biāo)

3.1 基礎(chǔ)允許溫差

基礎(chǔ)溫差是指澆筑塊在距離建基面一定高度范圍內(nèi)，混凝土最高溫度與該部位穩(wěn)定溫度之間的差值。

表1 大壩基礎(chǔ)允許溫差 單位：℃

3.2 內(nèi)、外溫差

內(nèi)外溫差是指混凝土壩體內(nèi)平均最高溫度與環(huán)境溫差之差，環(huán)境氣溫是指各月最低日平均氣溫，常態(tài)混凝土控制在20℃～25℃以下 ；碾壓混凝土厚度小于6 m的結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差控制在 20℃ 以下，大于6 m的結(jié)構(gòu)控制在19℃ 以下。

3.3 壩體內(nèi)部允許最高溫度

壩體內(nèi)部允許最高溫度見表2。

表2 壩體內(nèi)部允許最高溫度 單位：℃

4 混凝土溫控設(shè)計

混凝土各項溫控指標(biāo)相互關(guān)聯(lián)，為方便計以混凝土內(nèi)部允許最高溫度為統(tǒng)一控制指標(biāo)。

4.1 碾壓混凝土溫控設(shè)計

4.1.1 碾壓混凝土溫控計算工況

按照施工進(jìn)度安排，混凝土在2008年11月～2009年10月施工，因此其施工的最高氣溫月份為6月份，壩體強(qiáng)約束區(qū)可安排在相對低溫時段施工，其內(nèi)部最高溫度控制指標(biāo)較易滿足，本文主要針對氣溫最高6月份施工的壩體弱約束區(qū)、非約束區(qū)的混凝土溫控進(jìn)行計算。

4.1.2 工況I，6月份施工，不采取特殊溫控措施的混凝土內(nèi)部最高溫度計算

骨料倉堆高6 m以上在廊道取料，砂石骨料溫度取月平均氣溫，拌和用水從地埋式水箱抽取，水溫也取月平均氣溫，6月份的月平均氣溫為26.6℃，水泥及粉煤灰溫度按50℃計算。

(1) 混凝土出機(jī)口溫度

根據(jù)初擬的碾壓混凝土配合比中每立方混凝土各種材料組成的重量(Wi)、溫度(Ti)和比熱(Ci)，拌和產(chǎn)生的機(jī)械熱按1600 kJ計，計算混凝土的出機(jī)口溫度(T0)為：

表3 不采用特殊措施情況下碾壓混凝土6月份出機(jī)口溫度

(2)砼入倉溫度計算：

TB·P=T0+(Ta-T0)(θ1+θ2+…+θn)

式中：T0為混凝土出機(jī)口溫度；Ta為混凝土運(yùn)輸時的氣溫，取6月份最高平均氣溫33.30C；θ1、θ2……θn為有關(guān)系數(shù)，混凝土運(yùn)輸過程中，每裝卸轉(zhuǎn)運(yùn)一次θ=0.032，混凝土運(yùn)輸時θ=At，A為系數(shù)，自卸汽車A=0.003，t=汽車運(yùn)輸時間，t=12 min(以1.5 km運(yùn)距考慮)。

代入計算可得入倉溫度為：TBP=29.03℃ 。

(3)混凝土澆筑溫度計算

混凝土澆筑溫度系指砼經(jīng)過平倉振搗后，覆蓋上層混凝土前在5 cm～10 cm深處測得的溫度。

TP=TB·P+0.003τ(Ta-TB·P)

式中：τ為混凝土平倉振搗后到上層混凝土覆蓋前的間隔時間，取120 min；TBP為混凝土入倉溫度，為29.03℃ ；Ta為氣溫，取6月份最高平均氣溫33.3℃。

計算可得：TP=30.57℃。

(4)混凝土最高溫度計算：

Tmax=TP+Tr=TP+Nθ0

式中：TP為混凝土澆筑溫度，6月份混凝土的澆筑溫度為30.57℃；Tr為水化熱溫升，Tr=Nθ0；θ0為混凝土最終絕熱溫升，℃；N為系數(shù)，根據(jù)澆筑層的厚度，天然散熱條件和澆筑溫度確定，這里澆筑層厚多為2 m～3 m，取經(jīng)驗數(shù)字0.5。

混凝土最終絕熱溫升θ0計算：

θ0=Q(W+kF)/Cρ

式中：Q為水泥水化熱，按經(jīng)驗數(shù)字取為82 kcal/kg；W為水泥用量，70 kg/m3；F為粉煤灰用量，90 kg/m3；k為粉煤灰相對水泥的水化熱折減系數(shù)，取0.25；C為混凝土的比熱，取0.245 kcal/(kg·℃)；ρ為混凝土的重力密度，取2400 kg/m3。

計算得θ0=12.90℃。

計算得混凝土最高溫度Tmax=30.57+12.90×0.5=37.02℃。

該溫度不滿足6月份大壩非約束區(qū)碾壓混凝土內(nèi)部最高溫度36℃的要求、更不滿足弱約束區(qū)28℃的要求，因此要考慮采用其他溫控措施。

4.1.3 工況Ⅱ，6月份施工，采取相應(yīng)溫控措施時混凝土內(nèi)部最高溫度計算

應(yīng)該試算后擬采取的主要溫控措施為：骨料堆倉搭設(shè)遮陽蓬并噴水霧降溫，可使骨料溫度低于月平均氣溫2℃～3℃，用冷水機(jī)組生產(chǎn)50C冷水拌制混凝土，對施工倉面噴水霧降溫，可降低環(huán)境溫度6℃～8℃，使小環(huán)境溫度不高于混凝土入倉溫度，相應(yīng)倉面內(nèi)混凝土溫度回升不再考慮,在混凝土中埋設(shè)1 m×1.5 m間距冷卻水管通冷水對混凝土進(jìn)行冷卻，計算方法同前述，詳細(xì)計算過程不再列出，僅列出計算結(jié)果見表4。

表4 采用相應(yīng)溫控措施碾壓混凝土6月份混凝土溫控計算表 單位：℃

4.2 常態(tài)混凝土溫控設(shè)計

4.2.1 常態(tài)混凝土溫控計算工況

主要為墊層及溢流面混凝土，其中約束區(qū)的墊層可安排在相對低溫時段施工，其內(nèi)部最高溫度控制指標(biāo)較易滿足，本文主要針對氣溫最高6月份施工的溢流面混凝土溫控進(jìn)行計算。

4.2.2 常態(tài)混凝土內(nèi)部最高溫度計算

除配合比不同外其他施工條件同碾壓混凝土，擬采用配合比每方混凝土材料用量：水泥250 kg、粉煤灰43 kg、砂725 kg、粗骨料1240 kg、水146 kg，也分為不采用特殊溫控措施和采用一定溫控措施兩種情況計算，經(jīng)試算后采用的溫控措施：5℃冷水拌和、作業(yè)倉面噴霧降溫、混凝土內(nèi)部埋設(shè)1 m×1 m間距管通冷卻水降溫，計算方法同碾壓混凝土，計算過程不再詳述，下面僅列出計算結(jié)果見表5。

表5 采用相應(yīng)溫控措施常態(tài)混凝土6月份混凝土溫控計算表 單位：℃

5 混凝土溫控措施

5.1 高溫季節(jié)混凝土溫控措施

圍繞降低混凝土內(nèi)部最高溫度采取綜合配套措施。

5.1.1 控制出機(jī)口溫度

通過搭設(shè)遮陽棚、增加骨料堆高、噴霧、地下廊道取料等措施來控制骨料溫度，控制水泥、粉煤灰入罐溫度不大于50℃，利用制冷水拌和混凝土，選用兩臺每小時可產(chǎn)10 m3/h、5℃冷水的制冷機(jī)組，制冷能量55萬kJ/h，配套電機(jī)200 kW。

5.1.2 減少運(yùn)輸及倉面作業(yè)過程中的溫度回升

自卸車等混凝土的容器側(cè)壁用隔熱材料進(jìn)行保溫，自卸車頂部加設(shè)活動式遮陽棚，集料斗搭設(shè)遮陽棚，輸送混凝土的皮帶機(jī)和滿貫溜管搭蓋遮陽防雨棚。

各施工環(huán)節(jié)統(tǒng)一調(diào)度，緊密配合，縮短混凝土運(yùn)輸及等待卸料時間，加快混凝土入倉、鋪料平倉、碾壓或振搗的速度，及時進(jìn)行上層料的覆蓋或隔熱材料覆蓋，減少溫度倒灌。混凝土終凝后要保濕養(yǎng)護(hù)。

高溫季節(jié)布置兩臺WD2000-30型遠(yuǎn)射程風(fēng)送式噴霧機(jī)，在作業(yè)倉面噴霧形成小氣候，可降低環(huán)境氣溫6℃～8℃。

5.1.3 降低混凝土水化熱溫升

優(yōu)化混凝土配合比，摻加高效減水劑和粉煤灰以減少水泥用量，采用中低熱水泥，通過以上方法降低混凝土水化熱。

5.1.4 合理安排施工時段

壩體下部強(qiáng)約束區(qū)混凝土安排在低溫季節(jié)施工。

高溫季節(jié)施工時，在施工進(jìn)度滿足要求的前提下，盡量避開高溫時段澆筑，高溫時段只作備倉工作，混凝土澆筑時間可安排在早晚、夜間及利用陰天進(jìn)行。

5.1.5 做好混凝土散熱及內(nèi)部降溫

壩體采用3 m厚分層澆筑，中間間隔5～7天，以利混凝土散熱。

預(yù)埋水管通冷卻水降溫，控制混凝土內(nèi)部最高溫升，碾壓混凝土按1.0 m×1.5 m間距布設(shè)冷卻水管、常態(tài)混凝土按1.0 m×1.0 m間距布設(shè)冷卻水管。

5.1.6 混凝土溫度檢測

除做好氣溫、原材料溫度檢測外，要加強(qiáng)混凝土出機(jī)口溫度、澆筑溫度、內(nèi)部溫度及冷卻水溫的檢測，通過檢測數(shù)據(jù)及時調(diào)整溫控措施以滿足各項溫控指標(biāo)的要求。

5.2 混凝土低溫季節(jié)溫控

日平均氣溫連續(xù)5 d穩(wěn)定在5℃以下，或最低氣溫連續(xù)5 d穩(wěn)定在-3℃以下時，按低溫季節(jié)要求施工。日平均氣溫-10℃以下時不再安排施工。

5.2.1 澆筑基面處理

當(dāng)基巖或老混凝土表層低于0℃時，對其表層10 cm深度范圍內(nèi)進(jìn)行處理，用熱風(fēng)槍加熱至3℃以上。

5.2.2 保證澆筑溫度

加熱水拌和，熱水溫度50℃～60℃，使得混凝土澆筑溫度在5℃以上。

5.2.3 做好混凝土保溫

采取保溫模板(木模)，或鋼模內(nèi)襯保溫材料，每層澆筑完畢立即采用保溫材料覆蓋頂面。

壩體上、下游面處于長期暴露壯態(tài)，采用氣墊薄膜內(nèi)貼在模板上，形成半永久性保溫層，既可保溫又可保濕。

6 結(jié)語

蟒河口大壩混凝土施工中，通過溫控設(shè)計計算和比較分析，采用了有針對性的綜合混凝土溫控措施，壩體內(nèi)部最高溫度及基礎(chǔ)溫差和內(nèi)外溫差均控制在設(shè)計允許值范圍之內(nèi)，壩體混凝土未出現(xiàn)危害性裂縫、表面裂縫也得到了控制，取得了滿意的效果，本工程的溫控實例也表明，碾壓混凝土大壩溫控措施應(yīng)通過對不同溫控方案做詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較來確定，未必都需要采用風(fēng)冷骨料、加冰拌和等特殊溫控措施，盡量優(yōu)化溫控措施，以便在技術(shù)上滿足溫控要求的前提下控制施工成本。