楊房溝水電站高拱壩大體積混凝土溫控措施研究

葉 勁 松， 劉 曉 龍， 李 雷 剛

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

楊房溝水電站攔河壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程為2 102 m，河床建基面高程為1 947 m，壩高155 m。拱冠梁壩頂厚度為9 m，拱冠梁壩底厚度為32 m[1]。拱壩壩頂中心線弧長為362.17 m，分16個橫縫，共17個壩段。

楊房溝水電站壩址區屬典型的川西高原氣候區，主要受高空西風環流和西南季風影響，干、濕季節分明。多年平均氣溫為16.5 ℃，極端最高氣溫為40.6 ℃，極端最低氣溫為-3.6 ℃。多年平均地溫為14.7 ℃，歷年最高地溫為21.7 ℃，歷年最低地溫為5.1 ℃；多年平均水溫為11.2 ℃，歷年最高水溫為17.2 ℃，歷年最低水溫為3.7 ℃。干季(11月～次年4月)日照強、多大風、濕度小、晝夜溫差大。雨季(5～10月)雨量充沛、濕度較大、氣溫較高，受極端氣候的不利影響，拱壩混凝土溫度控制施工的難度非常大。

鑒于楊房溝水電站雙曲拱壩屬于大體積混凝土建筑物，水泥在水化過程中產生了較高的水化熱量，使混凝土的內部溫度升高而帶來相應的應變和應力，極易產生溫度裂縫，進而影響到混凝土的整體結構，因此，需要采取強有力的施工措施控制混凝土的溫度變化。介紹了楊房溝水電站高拱壩大體積混凝土采用的溫度控制措施。

2 混凝土溫度控制標準

2.1 溫差控制標準

(1)基礎容許溫差。楊房溝水電站雙曲拱壩混凝土基礎容許溫差控制標準為：河床壩段強約束區為17 ℃，弱約束區為20 ℃；岸坡壩段強約束區為16 ℃，弱約束區為19 ℃。

(2)內外溫差控制標準為17 ℃。

2.2 最高溫度控制標準

楊房溝水電站雙曲拱壩施工期混凝土最高溫度控制標準見表1。

表1 混凝土最高溫度控制標準表

2.3 混凝土出機口溫度

對混凝土出機口溫度按不超過11 ℃控制。高溫季節為控制拱壩混凝土的最高溫度，混凝土出機口溫度按不超過9 ℃控制。

2.4 混凝土澆筑溫度

拱壩混凝土的澆筑溫度按不超過15 ℃控制。任何部位的混凝土澆筑溫度在任何時段均不能低于7 ℃。

2.5 混凝土內部溫度的降溫速率

對于一期冷卻階段：混凝土日降溫速率不超過1 ℃，且日平均降溫不宜超過0.5 ℃；中期冷卻階段的混凝土日降溫速率不超過0.6 ℃，且日平均降溫不宜超過0.4 ℃；二期冷卻階段混凝土日降溫速率不超過0.5 ℃，且日平均降溫不宜超過0.3 ℃。該工程一期、中期冷卻階段符合率為90%，二期冷卻階段符合率為95%。

2.6 混凝土內部溫度回彈控制

一期冷卻降溫階段與中期冷卻降溫階段之間、中期冷卻降溫階段與二期冷卻降溫階段之間以及二期冷卻降溫階段后(接縫灌漿后1個月內)或低溫季節若混凝土最高溫度與一期冷卻目標一致時，混凝土平均溫度回升按不超過1 ℃控制；當混凝土平均溫度回升0.5 ℃時，需采用0.5～0.8 m3/h小流量通水措施控制混凝土的溫度回升，通水水溫及歷時需根據混凝土溫度要求選用，溫度回彈控制符合率為90%。

3 混凝土溫度控制措施

3.1 混凝土出機口溫度控制

根據相關技術要求，混凝土出機口溫度按不超過11 ℃控制。高溫季節混凝土出機口溫度按不超過9 ℃控制。

為了保證混凝土出機口溫度滿足溫控技術要求，根據不同的季節，對不同的骨料粒徑采用不同的溫度控制標準。2018年10月至2019年4月20日，骨料風冷溫度按照監理部批復文件(長楊監輔[2018]170號)的要求進行控制。冬季骨料溫度的控制標準為：白天9 ℃、6 ℃、3 ℃、3 ℃(小石、中石、大石、特大石)，晚上7 ℃、7 ℃、7 ℃、7 ℃(小石、中石、大石、特大石)；2019年4月20日以后，骨料風冷溫度按照監理部批復文件(長楊監輔[2019]37號)的要求進行控制，低溫季(11月～次年2月)按照9 ℃、7 ℃、7 ℃、7 ℃(小石、中石、大石、特大石)的標準進行控制；高溫季(3～10月)按照7 ℃、6 ℃、4 ℃、4 ℃(小石、中石、大石、特大石)標準進行控制。

為確保混凝土出機口溫度，加大了一次、二次骨料風冷質量控制，加大了骨料溫度檢測頻率(大石、特大石溫度每2 h測溫一次)，并結合水泥、粉煤灰等原材料的溫度檢測情況適當調整進風溫度，同時加強風冷料倉的料位控制，保證料位高度不低于料倉回風口。根據骨料的實際含水量變化情況及時調整混凝土的用水量和加冰量，確保混凝土出機口溫度及坍落度滿足要求。

3.2 混凝土澆筑過程控制

(1)加強混凝土運輸過程的管理，縮短運輸時間，減少轉運次數，對運輸車車廂采取配備防雨、防曬、隔熱裝置等措施。

(2)混凝土運輸至卸料平臺后快速卸入料罐內，通過纜機垂直運輸料罐至指定澆筑倉內及時下料。

(3)混凝土澆筑過程中，一旦卸料入倉、現場平倉人員應立即進行平倉振搗，同時加快混凝土層面的覆蓋速度和平倉振搗速度，做到不堆料、壓料，提高混凝土的澆筑強度，縮短坯層的覆蓋時間。

(4)高溫季節應避開高溫時段澆筑混凝土，充分利用低溫季節和早晚及夜間氣溫低的時段進行澆筑，白天開倉前2 h進行噴霧降溫。

(5)當倉內氣溫高于22 ℃，需進行倉面噴霧以降低倉內的環境溫度。噴霧應覆蓋整個倉面，水分不應過量，應防止混凝土表面出現積水現象。

3.3 通水降溫控制

楊房溝水電站拱壩混凝土屬于大體積混凝土，其表面系數較小，水泥水化熱釋放較為集中，內部升溫比較快，進而造成混凝土內外溫差較大，極易產生混凝土溫度裂縫，從而影響到拱壩結構的安全和正常使用。因此，需要采取降低混凝土內部最高溫度、減少混凝土最高溫度與運行期設計溫度間的差值，方能夠有效預防溫度裂縫的產生。通常采取在壩體內埋設冷卻水管進行通水降溫[2]的措施，以帶走混凝土內部水化熱溫升，使各點溫度均衡，避免出現過大的溫度梯度。

圖1 混凝土分期冷卻降溫過程示意圖

3.3.1 壩體冷卻水管的布置

楊房溝水電站拱壩混凝土冷卻水管的支管采用蛇形布置，蛇形支管的方向垂直于水流方向布置。冷卻水管的主管進出口均布置在壩體下游、集中到壩后橋或臨時棧橋部位與流量測控裝置連接。考慮到該工程牛腿、孔口等結構部位溫度控制難度大，根據對采集到的溫度數據進行分析后對混凝土倉內冷卻水管的間距布置進行了優化調整：

(1)大壩非孔口壩段冷卻水管間距按1.5 m(豎向)×1.5 m(水平)布置。

(2)廊道周邊冷卻水管的間距按1 m(豎向)×1 m(水平)布置。

(3)孔口部位的冷卻水管間距按1 m(豎向)×0.8 m(水平)布置。

3.3.2 通水降溫控制

袁永華 女， 1991年5月出生于河南省商丘市，2014 年于河南城建學院獲得學士學位，現為遼寧工程技術大學在讀碩士生，主要研究方向為圖像分割.

為提高通水冷卻的控制精度，對冷卻水管的入口和出口溫度同時進行監控，并適時根據出口水溫調整通水流量，通水流向每24 h更換一次。當預測通水控溫難以滿足設計要求時，縮短至12 h更換一次。對于低溫季節澆筑混凝土，當外界氣溫低于10 ℃時，由于水溫、氣溫相對較低，采用天然水即可以達到較好的控溫效果。但應注意調整通水流量，避免出現混凝土降溫速率超標的情況，必要時可暫停通水，避免過度冷卻和氣溫驟降疊加給混凝土帶來不利的影響。

在各期降溫過程中，應根據溫度測量成果及時調整通水流量，確保降溫速率滿足要求。為保證最高溫度控制、防止降溫幅度過大過快，應進行各期冷卻目標溫度預警，即距離冷卻目標溫度1 ℃～2 ℃時進行預警、預控，加大溫度觀測頻次，根據溫度測量成果及時調整通水，防止最高溫度超標。各部位各期通水冷卻目標溫度及降溫幅度見表2。

表2 各部位各期通水冷卻目標溫度及降溫幅度表 /℃

(1) 一期冷卻要求。

①一期冷卻的主要目的是削減水化熱溫升，降低混凝土最高溫度。混凝土澆筑平倉振搗完成后應盡早開始一期通水冷卻，其冷卻水管入口處參考的通水溫度為8 ℃～10 ℃，低溫季節可視情況調整為14 ℃～16 ℃。

②一期冷卻目標溫度為Ta，降溫幅度控制在6 ℃～9 ℃(基礎強約束區和孔口約束區目標溫度為21 ℃～22 ℃左右，弱約束區和自由區目標溫度為21 ℃～24 ℃)，日最大降溫速率不超過1 ℃，且日平均降溫幅度按不超過于0.5 ℃/d控制，冷卻降溫過程應連續平順，防止因通水不足及通水中斷等原因造成的溫度回升。一期通水冷卻的時間不少于21 d，自開始通水至混凝土最高溫度出現2 d后，通水流量不宜超過1.2～2 m3/h[3]，具體可根據現場實際控溫情況適度調整。

(2) 中期冷卻要求。

①一期冷卻達到其目標溫度Ta后可根據實測混凝土內部溫度情況開始中期通水冷卻。中期冷卻的主要目的是以控溫為主，防止一期冷卻結束后混凝土溫度快速回升進而導致增加后期冷卻的降溫幅度。中期通水冷卻階段，冷卻水管入口處的參考通水溫度為14 ℃～16 ℃。

②中期冷卻目標溫度為Tb，其降溫幅度控制在4 ℃～6 ℃(基礎強約束區和孔口約束區的目標溫度為16 ℃～17 ℃，弱約束區和自由區的目標溫度為17 ℃～18 ℃)，降溫速率按照不大于0.6 ℃/d控制，日平均降溫不宜超過0.4 ℃且冷卻降溫過程應連續平順，防止因通水不足及通水中斷等原因造成的溫度回升，中期通水冷卻時間不少于21 d，通水流量不宜超過1.2 m3/h。

③為防止中期冷卻階段溫度回升幅度過大，應根據溫度測量成果在混凝土溫度回升值達到1 ℃時，及時進行通水降溫。冬季澆筑混凝土、外界氣溫低于10 ℃左右時，由于水溫、氣溫相對較低，通水量偏大時可能會出現混凝土過冷現象，應根據施工情況對通水流量進行調整。中期冷卻期間，同一澆筑塊的溫度差異按照小于4 ℃進行控制。

(3)二期冷卻要求。

①二期冷卻前，混凝土溫度應達到中期通水冷卻目標溫度Tb，二期冷卻開始時，混凝土齡期應達到100 d。根據溫度梯度控制要求和接縫灌漿施工進度計劃開始二期通水冷卻，至接縫灌漿開始前完成二期冷卻。二期冷卻的主要目的是將大壩混凝土溫度降低至封拱溫度Tc。二期通水冷卻階段，冷卻水管入口處的參考通水溫度為8 ℃～10 ℃，混凝土溫度與冷卻水管進口的水溫之差不應超過15 ℃。二期通水溫度與混凝土溫度之差應控制在10 ℃以內。

②二期冷卻目標溫度為Tc，溫度變化幅度應控制為±0.5 ℃，降溫速率按照不大于0.5 ℃/d控制，±平均降溫幅度按照不超過0.3 ℃/d控制，且冷卻降溫過程應連續平順，防止因通水不足及通水中斷等原因造成的溫度回升。二期通水冷卻的時間不少于30 d。對于二期冷卻的結束時間按其上部要求的同冷區是否達到封拱溫度進行控制，通水流量為1.2 m3/h。

③為防止二期冷卻階段降溫速率過快、降溫幅度過大，應加大溫度觀測頻次并根據溫度測量成果及時調整通水流量。施工過程中應總結不同齡期混凝土合適的降溫通水流量。冬季澆筑混凝土、外界氣溫低于10 ℃左右時，由于水溫、氣溫相對較低，通水量偏大時可能會出現混凝土過冷現象，應根據施工情況對通水流量進行調整。二期冷卻期間，同一澆筑塊的溫度差異按照小于2 ℃控制。

④接縫灌漿前，應在各灌區選取3～4層冷卻水管進行悶溫測溫，結合溫度傳感器測溫成果綜合判定其是否達到設計封拱溫度。接縫灌漿期間應根據溫度測量成果判定灌區溫度是否維持在設計封拱溫度，應動態調整通水冷卻措施，直至封拱灌漿完成。

3.4 表面養護控制措施

3.4.1 混凝土表面保溫

(1)混凝土澆筑層面、坯層面間歇期覆蓋4 cm厚、內裝聚乙烯卷材、顏色統一的保溫被[4]，直至其上層混凝土澆筑時揭開。澆筑層內的鋼筋、模板拉條、止水等特殊部位時使用統一厚度為4 cm的聚乙烯卷材嚴密覆蓋。當澆筑層面在冬季出現長間歇或遭遇氣溫驟降時，該層面上的保溫被應適當加厚。

(2)拱壩橫縫面拆模后，立即覆蓋4 cm厚的聚乙烯卷材，其保溫材料統一采用橫向緊貼被保護面，橫縫面保溫至相鄰壩段混凝土澆筑至相應高程時方能逐層拆除。

(3)拱壩上、下游面拆模后應立即進行消缺，并在拆模后3～5 d內覆蓋厚度為4 cm的聚苯乙烯板進行保溫養護。

(4)壩體孔口溢流面、閘墩表面部位拆模后，立即覆蓋厚度為4 cm的聚苯乙烯板進行常年保溫。

(5)在泄洪中孔、生態流量泄放孔孔口流道施工過程中，對其進出口兩端采取臨時擋風措施，其高度應不低于已澆筑邊墻并在流道內分段懸掛保溫被以減少空氣流通?？卓谛纬珊螅捎梅烙瓴歼M行臨時封閉。

(6)施工過程中，及時對壩內廊道、電梯井、通氣孔、吊物孔及其他各類孔洞洞口采取有效措施進行臨時封閉保護。

3.4.2 混凝土保濕養護

(1)混凝土初凝后3 h開始實施保濕養護[5]，混凝土的養護時間不小于28 d；對于重要部位以及閘墩、抗沖磨混凝土等特殊部位宜延長養護時間。

(2)對于新澆混凝土層面采用濕養護方法，以保持其表面持續濕潤(或養護至新混凝土覆蓋)，養護需保持連續性。混凝土收倉后，采用噴霧法保濕養護；混凝土終凝后改為流水養護或旋噴養護。

(3)模板與混凝土表面在模板拆除前及拆除期間均需保持潮濕狀態，所采用的方法是讓養護水流從混凝土頂面向模板與混凝土之間的縫滲流以保持其表面濕潤。流水養護在模板拆除后繼續進行，縫面養護至混凝土覆蓋，其余表面養護至保溫材料覆蓋。

(4)廊道及孔口流道內采用兩端封閉、內部噴霧的方法養護。

(5)混凝土養護需配備專人負責并做好養護記錄。每隔2 h應檢查一次養護的情況：氣溫高時加密巡查并根據檢查結果及時調整養護措施以保證混凝土表面濕潤。

4 結 語

楊房溝水電站混凝土雙曲拱壩施工通過采取精細化、智能化的溫度控制措施，使混凝土各項溫度控制指標滿足技術要求，溫度控制總體水平優秀，有效地防止了影響拱壩結構安全和使用的裂縫發生，在保證混凝土質量的情況下，實現了資源節省，經濟高效的目標。