昼夜高温差地区混凝土拱坝温控防裂施工技术

昼夜高温差地区混凝土拱坝温控防裂施工技术

陈迪

中国水利水电第九工程局有限公司，贵州贵阳 ， 550081

摘 要：千丈岩梯级电站首部枢纽工程位于重庆市巫山县，该地区特点是高海拔、昼夜温差大，不利于大体积混凝土浇筑施工，笔者结合施工现场实际情况，以该工程常态混凝土双曲拱坝为研究背景，大体积混凝土浇筑时，在内部埋设冷却水管，采取夏季通自然水冷却，冬季加盖保温被(蓄热保温法)简易温控措施的情况下，达到控制混凝土内外温差、防止开裂的目的，对拱坝60000m³混凝土温控防裂施工技术进行总结，以供后期参考。

关键词：大体积混凝土坝；冷却；通水；温控防裂

1工程概况

巫山县千丈岩梯级水电站工程是一座以发电为主，同时兼顾农田灌溉、人畜饮水和城市防洪等功能的具有综合效益的水利水电工程。一水多级引用开发电能的方式，结合沿途农灌引水规划渠线，并利用坝址至庙宇镇洪水消落洞外约1556m的天然落差共兴建5级电站发电，最大坝高65.5m，坝顶长度147m，混凝土浇筑总量60000m³，总装机3.67万KW，年发电量12170万KW.h。

坝址海拔1750m，常年昼夜温差大，针对60000m³大体积混凝土浇筑，采用分层浇筑，每层厚度不超过1.5m，通过采用在混凝土内部埋设冷却水管，在只采取夏季通自然水冷却，冬季采用只加盖保温被(蓄热保温法)简易温控措施的情况下，达到控制混凝土内外温差、防止开裂的目的，有效的保证的施工的质量。

2工艺原理

通过高温季节在大体积混凝土坝内部埋设冷却水管，只采取夏季通自然水冷却，冬季只加盖保温被(蓄热保温法)简易温控措施的情况下，进行数据监测统计、分析、调整，对混凝土内部温度、内外温差控制，防止出现裂缝，确定各项温控施工参数及温控防裂措施，达到控制混凝土内外温差、防止开裂的目的。

2.1对当地气候、水温等数据的检测及往年这方面的数据收集

表2.1-1 2011年5月～9月平均气温和水温统计表

2.2温差计算与分析

表2.2-1 高温季节混凝土拌和站出机口温度计算表

注：坝址处2011年8月份日平均气温20.6℃，为全年最高气温，根据《水工混凝土施工规范》要求粉煤灰温度按照采取60℃。

表2.2-2 低温季节混凝土拌合站出机口温度计算表

注：坝址处低温季节按平均气温0℃，以此作为计算依据。根据《水工混凝土施工规范》要求粉煤灰温度按照采取60℃。

①根据《建筑施工计算手册》进行混凝土热工计算，水泥需使用水化热比较低的，计算出8月份砼拌合站出机口温度，低温季节0℃时砼拌和站出机口温度。

②混凝土入仓温度TB,P=T0+(Ta-T0)(θ1+θ2+…+θn)（式2.2-1）

③混凝土水化热绝热温升值计算Tt=mcQ/Cρ(1-e-mt)（式2.2-2）

④混凝土内部的中心温度计算公式Tmax=T0+ Tt×ζ（式2.2-3）

2.3混凝土冷却水管的布置

大坝混凝土主要温控措施为坝内埋设冷却水管通水冷却，冷却通水分两期进行，一期冷却目的为削弱混凝土水化热温升和减少温差，二期冷却是为了满足坝体接缝灌浆的要求，分别通水时间是15天，对于混凝土人工冷却的具体方法，简述如下：在上一仓混凝土浇筑完成后，下一层混凝土尚未浇筑前，在其水平施工缝上安装冷却水管。支管、干管、立管均采用煤气管，冷却支管、冷却立管、冷却干管、冷却总回水管、冷却总进水管。其中总进水管、干管和立管需要加装7道保温层。7道保温层从里至外分别为镀锌铁丝绑扎、铁红醇酸底漆、聚氯乙烯泡沫塑料、沥青玛蹄脂、石油沥青油毡、稀格玻璃布及酚醛耐酸漆。每仓混凝土浇筑完成后应立即或3天内进行通水冷却，通水每天应改变一次通水方向，混凝土通水时间为15d（天），冷却用水采用河水，河水温度和混凝土内部温差保证在25℃，否则需要采取措施，冷却水管中的流速按0.6m/s、流量按15L/min进行控制，降温速度不能大于1.5℃/d。

2.4冷却通水计算

根据（式2.2-3）计算得出混凝土内部最大温度值与设计最大温升值进行比较分析，进行冷却通水温度控制，保证所通水温度与混凝土内部温差控制在25℃内，确定是否满足设计温升控制值，根据《水利水电工程施工组织设计手册<3施工技术>》计算出混凝土通冷却水后的平均温度Tm：

（式2.4-1）

Tm-通水后混凝土平均温度

Tw-冷却水初温

Tt-混凝土绝对温升值

3主要技术性能指标及施工难点

3.1主要技术性能指标

通过收集具有代表性的气温、水温数据，对混凝土施工温控防裂措施热工计算、温差计算与分析，冷却通水管布置及计算、夏季和冬季的温控措施，具体措施如下：

（1）混凝土热工计算：通过对出机口温度计算、浇筑温度计算、混凝土水化热绝热温升值计算、混凝土水化热调整温升值计算，可得出各时段的混凝土内部最高温度值；

（2）温差计算与分析：混凝土内部最高温度及内外温差需满足设计及规范要求，如6～8月内部最高温度应小于39℃，4月份和10月应小于33℃，内外温差控制在20℃以内。计算出混凝土内部最高温度数据后，结合当地相应时段最低气温数据，分析内外温差是否满足设计要求；

表3.1-1混凝土设计允许最高温度 单位：℃

（3）冷却通水计算；根据坝内混凝土温度情况、内外温差设计要求及实际温降情况，运用传热导热计算方法，计算得到冷却通水要求，根据通水要求选择温度符合要求的水源；

（4）在施工过程中，根据气候、水温的变化情况，充分利用当地天然条件，对温度控制措施适时进行调整，以达到对大坝混凝土内部最高温度及内外温差的控制。

3.2施工难点

难点在于夏季高温期的混凝土浇筑和温度控制，在混凝土施工过程中，该冷却系统一直处于变化状态，如何布置而不至于浪费材料、影响其他作业施工，天然冷却水源的合理选择，冷却通水主、干、立、支管及其回路设计布置。

4施工质量

经过对混凝土拱坝60000m³混凝土施工，混凝土内部最高温度控制在39℃以下，内外温差在20℃以内，为出现因温度引起的裂缝，并对大坝751组混凝土抗压强度进行检测，最高强度29.2Mpa，最低强度23.3Mpa，平均强度24.6Mpa，满足设计要求。

5总结

经过对大体积混凝土内部埋设冷却水管和温度检测设备进行夏季混凝土内部温度控制和内外温差控制，冬季采用混凝土水化热进行升温加热，采用加盖保温被，进行温控，能够保证混凝土内部最高温度控制在39℃以下，内外温差控制在20℃，操作简单，耗用低，能够达到节约施工成本和施工程序的目的。

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作者简介：陈迪，男，贵州贵阳，高级工程师，从事水利水电工程项目管理工作。

作者单位：中国水利水电第九工程局有限公司