馬忠華

(綏中縣水利技術(shù)推廣站，遼寧綏中125200)

1 工程概況

大風(fēng)口水庫(kù)應(yīng)急供水工程位于遼寧省綏中縣狗河中游范家鄉(xiāng)趙家甸村上游。水庫(kù)主要作用為綏中縣東戴河新區(qū)供水，同時(shí)兼有防洪及農(nóng)業(yè)灌溉。水庫(kù)擋水建筑物型式為常態(tài)混凝土重力壩，最大壩高40.4 m，由右岸擋水壩段、引水壩段、溢流壩段、門庫(kù)壩段及左岸擋水壩段組成。壩頂全長(zhǎng)281 m，最低建基面高程86.6 m，混凝土總量為17.5 萬(wàn)m3，屬于大體積混凝土壩體結(jié)構(gòu)。水庫(kù)最大庫(kù)容為0.8×108m3，工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等，永久性主要建筑物攔河壩、副壩建筑物級(jí)別為2 級(jí)。

2 溫控技術(shù)應(yīng)用背景

大風(fēng)口水庫(kù)地處遼寧省西部，屬于北方寒冷地區(qū)，多年平均氣溫為9.5 ℃，極端最高氣溫達(dá)39.8 ℃，極端最低氣溫為－26.3 ℃。結(jié)冰時(shí)間一般為11 月上旬，融凍時(shí)間為3 月中旬。最冷月為1 月，多年平均溫度為－7.7 ℃。氣溫年內(nèi)變幅大，晝夜溫差也較大。為此，作為水庫(kù)壩體基礎(chǔ)約束區(qū)大體積混凝土在北方寒冷地區(qū)的施工溫控技術(shù)尤為重要［1］。筆者從大風(fēng)口水庫(kù)壩體基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土的施工特點(diǎn)進(jìn)行分析，從原材料選擇、混凝土拌制、運(yùn)輸、澆筑到澆筑后的降溫保溫措施等方面通過理論計(jì)算及各種試驗(yàn)進(jìn)行分析研究;同時(shí)對(duì)各監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、匯總及分析，詳細(xì)了解混凝土溫度變化趨勢(shì)，采取有效措施杜絕或減少混凝土裂縫的產(chǎn)生。確定不同時(shí)段不同外界溫度下適宜的混凝土溫控施工技術(shù)，并逐步進(jìn)行優(yōu)化。并通過此次項(xiàng)目的探究，在壩體基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土溫控方面掌握更加成熟的施工技術(shù)和施工經(jīng)驗(yàn)及關(guān)鍵質(zhì)量控制措施，為寒冷地區(qū)壩體約束區(qū)混凝土溫度控制提供成熟經(jīng)驗(yàn)，并應(yīng)用到寒冷地區(qū)常態(tài)混凝土重力壩溫度控制裂縫預(yù)防之中［2］。

3 混凝土施工溫度控制標(biāo)準(zhǔn)要求

1)上下層溫差要求。上下層溫差是指老混凝土面(混凝土齡期超過28 d)上下各1/4 塊長(zhǎng)范圍內(nèi)，上層新澆混凝土的最高平均溫度與開始澆筑混凝土?xí)r下層老混凝土的平均溫度之差，壩體混凝土上下層溫差≤16 ℃。

2)相鄰壩段高差?；炷潦┕ぶ?，各分塊應(yīng)均勻上升，相鄰分塊高差≤10 ～12 m。

3)澆筑層高及間歇時(shí)間。為有利于混凝土澆筑塊散熱，基礎(chǔ)混凝土約束部位澆筑層高為1.5 m，上下層澆筑間歇時(shí)間為6 ～10 d。

4 混凝土施工中的溫度控制措施

4.1 混凝土施工過程中的溫度控制措施及成果分析

4.1.1 混凝土原材料選擇

工程所用細(xì)骨料及粗骨料均為狗河區(qū)域天然級(jí)配骨料，骨料質(zhì)地堅(jiān)硬、清潔、級(jí)配良好，經(jīng)水洗篩分后，取樣檢測(cè)各物理及化學(xué)指標(biāo)均滿足《水工混凝土施工規(guī)范DL/T5144—2001》的要求;外摻粉煤灰為綏中電廠生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)粉煤灰;水泥為撫順?biāo)鄰S生產(chǎn)的P.MH42.5 中熱水泥;外加劑選用復(fù)合高效型外加劑(LSYT 引氣減水劑)。各種原材均檢驗(yàn)均符合各規(guī)范要求［3］。

4.1.2 混凝土配合比的選取

控制混凝土的溫升首先進(jìn)行配合比的優(yōu)化，其優(yōu)化原則為選用水化熱較低的中熱水泥(基礎(chǔ)及閘墩堰體混凝土采用P.MH42.5 中熱水泥);滿足抗壓、抗?jié)B、抗凍設(shè)計(jì)指標(biāo)前提下，盡量減少水泥摻量，摻加適當(dāng)比例粉煤灰，盡量降低混凝土的水化熱溫升;有條件部位采用四級(jí)配混凝土(基礎(chǔ)及內(nèi)部混凝土采用四級(jí)配，最大骨料粒徑為120 mm)，減少了水泥用量，有效降低混凝土的水化熱溫升;優(yōu)選復(fù)合高效型外加劑(選用LSYT 引氣減水劑)，降低混凝土單位水泥用量，以減少混凝土水化熱溫升。

4.1.3 混凝土中原材料溫度的控制

外界氣溫對(duì)混凝土各材料溫度影響很大，對(duì)混凝土運(yùn)輸和澆筑倉(cāng)面溫度均有影響，直接影響了混凝土的拌合溫度及澆筑溫度，因此必須采取有效措施控制各種原材料的溫度，使其盡量降低。

4.1.3.1 溫度理論計(jì)算

以壩體基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土(標(biāo)號(hào)C9020W6F100)為例進(jìn)行各溫度計(jì)算:

1)出機(jī)口溫度。工地7 月份多年平均溫度為24.1 ℃，為全年最高氣溫，以7 月為例，水溫度按10 ℃考慮;骨料及砂子溫度通過堆料、遮陽(yáng)棚及噴霧等方法，一般較平均氣溫高2 ～3 ℃，本次計(jì)算取26 ℃;水泥及粉煤灰的溫度經(jīng)過長(zhǎng)距離運(yùn)輸及儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，溫度按45 ℃考慮;經(jīng)計(jì)算，7 月份出機(jī)口溫度為23.82 ℃，混凝土出機(jī)口溫度過高，需采取冷水噴淋混凝土骨料進(jìn)行降溫、4 ℃冷水拌合等措施，出機(jī)口溫度為19.73 ℃，基本滿足設(shè)計(jì)溫控要求。為滿足出機(jī)口溫度≤18 ℃的要求，采用冰屑代替部分拌合用水，冰屑在拌合過程中融化，將吸收335 kJ/kg的熱量，從而進(jìn)一步降低混凝土出機(jī)口溫度，加冰量依氣溫情況進(jìn)行調(diào)整，通常采取加冰量20 kg/m3，消減熱量為5 360 kJ，其中0.8 為加冰有效系數(shù)，加冰后拌合時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)15 ～30 s。利用4 ℃冷水加冰屑拌制的混凝土出機(jī)口溫度17.41 ℃，完全滿足設(shè)計(jì)溫控要求［4］。

2)澆筑溫度?；炷涟韬舷到y(tǒng)位于主壩下游150 m處，距離最遠(yuǎn)澆筑倉(cāng)面約300 m，混凝土水平運(yùn)輸采用20t 自卸汽車(6 m3)，在運(yùn)輸過程中對(duì)自卸汽車搭設(shè)遮陽(yáng)網(wǎng)及車四周采用保溫材料保溫;垂直運(yùn)輸采用門機(jī)吊6 m3臥罐入倉(cāng)。根據(jù)規(guī)范，裝、卸和轉(zhuǎn)運(yùn)溫度損失系數(shù)均為0.032，門機(jī)吊罐運(yùn)輸混凝土過程中溫度回升系數(shù)為0.0013，自卸車運(yùn)輸溫度回升系數(shù)為0.002，平倉(cāng)振搗混凝土溫度系數(shù)為0.003。混凝土澆筑溫度取決于混凝土出機(jī)口溫度、運(yùn)輸工具類型、運(yùn)輸時(shí)間和裝運(yùn)次數(shù)。

式中:TBp為混凝土澆筑溫度，℃;TA為氣溫，取7 月平均氣溫，24.1℃;T0為出機(jī)口溫度，℃;θ=At，A為系數(shù)，t 為時(shí)間，min;θ1為裝、卸和轉(zhuǎn)運(yùn)，θ1=0.032×2=0.064，θ2為自卸車水平運(yùn)輸，θ2=At1=0.002×3=0.006，θ3為門機(jī)吊罐入倉(cāng)，θ3=At3=0.0013×8=0.0104，θ4為平倉(cāng)振搗，θ4= At4=0.003 × 10 = 0.03。經(jīng) 計(jì) 算，澆 筑 溫 度 TBp=18.15 ℃。

3)混凝土水化熱絕熱溫升值。

式中:Tt為澆筑t 段時(shí)間后的混凝土絕熱溫升值℃;t 取3 d;mc為每方混凝土的水泥用量，根據(jù)壩體內(nèi)部配合比取值為144 kg;Q 為每千克水泥的水化熱量，取值3 d 為253 J/Kg;C 為混凝土比熱值，取0.96 kJ/kg℃;ρ 為混凝土的密度，根據(jù)配合比取值2 430 kg/m3;1－e－mt為常數(shù)，根據(jù)規(guī)范，澆筑溫度為18 ℃左右時(shí)，取值0.653。

經(jīng)計(jì)算，混凝土水化熱絕熱溫升值 Tt=23.92℃。

4)混凝土內(nèi)部最高溫度。

式中:Tmax 為混凝土內(nèi)部最高溫度，℃;TBp為混凝土澆筑溫度，℃;Tt為澆筑t 段時(shí)間后的混凝土絕熱溫升值℃;ξ 為不同澆筑塊厚度的溫降系數(shù)，工程每倉(cāng)混凝土厚度均為1.5m，根據(jù)規(guī)范可知，系數(shù)為0.49。

內(nèi)部最高溫度值 Tmax =TBp+ Tt× ξ=29.87℃。

5)不同配合比下各月份澆筑溫度。同上述計(jì)算過程，計(jì)算出閘墩部混凝土(C9030W6F200)在7 月份的出機(jī)口16.93℃、澆筑溫度為17.66 ℃、3d 水化熱溫升值為51.8 ℃，混凝土內(nèi)部最高溫度42.99 ℃。

6)各材料冷卻值對(duì)混凝土降溫效果的影響。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果綜合考慮，一般宜以冷卻拌合水、加冰拌合、冷卻骨料作為混凝土材料的主要冷卻措施。

4.1.3.2 控制原材料及中間產(chǎn)品溫度

1)粗骨料的溫度控制。骨料倉(cāng)頂部采用鋼骨架搭設(shè)遮陽(yáng)棚，料倉(cāng)四周全部進(jìn)行遮陰，降低外界環(huán)境溫度對(duì)料倉(cāng)內(nèi)骨料溫度的影響。料倉(cāng)頂部安裝噴淋及噴灑水霧裝置，通過安裝的噴淋設(shè)備，采用4℃冰水對(duì)骨料進(jìn)行噴淋降溫，同時(shí)采用噴灑水霧設(shè)備噴灑水霧，避免外界高溫倒灌骨料倉(cāng)內(nèi)部。在各料倉(cāng)隔離墻頂面2m 高處共裝置10 個(gè)旋轉(zhuǎn)噴頭，各噴頭均可旋轉(zhuǎn)360°。兩道噴灑水霧裝置及10 個(gè)旋轉(zhuǎn)噴頭噴灑裝置各自成體系，采用2 臺(tái)2 吋水泵進(jìn)行供水，水源為地下蓄水池中4℃冰水，每日開倉(cāng)前5 h安排專人負(fù)責(zé)骨料噴灑水霧降溫，降低各骨料溫度。骨料篩分場(chǎng)冬季儲(chǔ)備的骨料溫度在10℃左右，篩分后的成品料及時(shí)用于混凝土的拌制，也能夠很好的控制混凝土的拌合溫度［5］。

2)拌合用水的溫度控制。拌合用水采用地下150m 深井水，同時(shí)修建地下蓄水池，采取加塊冰的方式對(duì)水溫進(jìn)行冷卻至4℃。

3)水泥、粉煤灰等膠凝材料的溫度控制。對(duì)水泥、粉煤灰等膠凝材料，加強(qiáng)人為管理，提前進(jìn)行儲(chǔ)料，物資部門及時(shí)和供貨商進(jìn)行溝通，避免在出廠高溫狀態(tài)時(shí)直接使用，拌合使用時(shí)控制溫度在45℃以下。

4.1.4 混凝土施工采取的溫控措施

根據(jù)大風(fēng)口水庫(kù)壩體混凝土溫控指標(biāo)要求，結(jié)合工程規(guī)模實(shí)際情況和當(dāng)?shù)貧鉁貤l件，從原材料選擇、混凝土拌制、運(yùn)輸及澆筑到澆筑后的保溫降溫措施等方面，采取綜合的混凝土溫度控制措施［6］。

4.1.4.1 混凝土拌制及運(yùn)輸過程的溫度控制

1)拌合系統(tǒng)溫度進(jìn)行控制。對(duì)拌合系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)控制，對(duì)送料皮帶機(jī)及上料斗位置采用鋼骨架搭設(shè)防曬網(wǎng)，避免陽(yáng)光直射。對(duì)蓄水池進(jìn)行保溫，四周黏貼保溫板，并用防曬網(wǎng)進(jìn)行纏繞固定，頂部采用彩鋼瓦及保溫板進(jìn)行覆蓋。

2)混凝土拌制過程進(jìn)行控制。采用4℃冷水加冰屑進(jìn)行拌合，加冰量根據(jù)氣溫控制在10～30 kg/m3。

3)混凝土運(yùn)輸過程進(jìn)行控制。對(duì)混凝土運(yùn)輸設(shè)備，采取隔熱遮陽(yáng)措施，對(duì)運(yùn)輸車輛外部用水沖洗進(jìn)行降溫?；炷恋豕拊O(shè)置隔熱遮陽(yáng)措施，以防在運(yùn)輸過程中受日光直射，減少溫度回升，降低混凝土運(yùn)輸過程中的溫度回升率。

4.1.4.2 混凝土澆筑過程的溫度控制

混凝土澆筑工藝。根據(jù)壩體基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，混凝土入倉(cāng)大部分采用自卸汽車配合反鏟直接入倉(cāng)，局部采用門機(jī)吊吊罐入倉(cāng)的方式;混凝土澆筑方式采用臺(tái)階法自上游向下游推進(jìn)澆筑，臺(tái)階鋪料厚度為50cm，臺(tái)階寬度為2.5m，基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土澆筑層厚度為1.5m。

澆筑過程中的溫度控制。工程配備HZS180 及HZS50 型共兩套拌合系統(tǒng)，完全滿足高峰期混凝土澆筑強(qiáng)度，增加水平及垂直運(yùn)輸設(shè)備，確保倉(cāng)面澆筑層能夠及時(shí)覆蓋。確保澆筑的連續(xù)性，避免停料停澆現(xiàn)象，堅(jiān)決避免混凝土運(yùn)輸過程中有自卸車等待卸料現(xiàn)象。統(tǒng)籌安排、綜合考慮倉(cāng)面施工，根據(jù)倉(cāng)號(hào)及澆筑強(qiáng)度，充分利用有利澆筑時(shí)間段進(jìn)行施工;隨時(shí)掌握天氣變化的趨勢(shì)，在陰天及低溫天氣增加運(yùn)輸設(shè)備及施工人員以加快施工進(jìn)度?；炷疗絺}(cāng)振搗后，采用彩條布及時(shí)覆蓋，以防高溫天氣陽(yáng)光直曬影響表面混凝土溫度升高。按照混凝土澆筑層厚1.5m 進(jìn)行施工，上、下層混凝土間歇時(shí)間滿足6 天，混凝土采用臺(tái)階法進(jìn)行澆筑，控制臺(tái)階厚度不超過0.5m。

4.2 混凝土澆筑后的溫度控制

4.2.1 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完畢后，及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，已澆混凝土表面進(jìn)行流水養(yǎng)護(hù)，降低混凝土表面溫度，防止氣溫回灌混凝土表面溫度升高。

4.2.2 混凝土內(nèi)部采用冷卻水降溫

高溫季節(jié)施工時(shí)，在混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管，進(jìn)行通低溫水冷卻。冷卻水管采用導(dǎo)熱性能良好的φ40 mm 鐵管，每澆筑層1.5m 厚布置一層，水平間距1.5m，澆筑開始后通水，通水時(shí)間為14 d，通水流量控制為1.0m3/h，水流方向每天改變一次，使壩體均勻冷卻，使壩體混凝土盡快趨于穩(wěn)定溫度，降低壩體混凝土內(nèi)外溫差。

4.2.3 混凝土保溫措施

大風(fēng)口水庫(kù)應(yīng)急工程按設(shè)計(jì)要求壩體上游面長(zhǎng)期保溫，上游面經(jīng)常性水位以上部分采用厚度120 mm 的GRC 復(fù)合擠塑板保溫，采用錨栓固定于混凝土表面;壩體下游面及上游經(jīng)常性水位以下部分采用厚度120 mm 的擠塑板保溫，采用錨栓固定于混凝土表面。

4.2.4 做好溫度量測(cè)

布置永久觀測(cè)溫度計(jì)，另外在7、8 月份的高溫季節(jié)，臨時(shí)在每倉(cāng)混凝土內(nèi)部埋設(shè)溫度計(jì)，用溫度測(cè)定記錄儀進(jìn)行施工全過程的跟蹤監(jiān)測(cè)，同時(shí)安排專人每4h 測(cè)量一次原材料的溫度、出機(jī)口混凝土溫度、混凝土內(nèi)部溫度及冷卻水的進(jìn)出口溫度和氣溫。

4.3 溫度控制效果分析

4.3.1 各檢測(cè)溫度記錄與分析

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員在施工中落實(shí)各項(xiàng)溫控措施的基礎(chǔ)上，每天對(duì)澆筑氣溫、拌合水溫、砂石骨料溫度、出機(jī)口溫度及澆筑溫度跟蹤檢測(cè)，6 月份澆筑氣溫在15℃～27℃時(shí)，采取加冰冷卻拌合水、低溫水沖洗骨料及拌合加冰等綜合措施。7—8 月施工中，重點(diǎn)對(duì)骨料進(jìn)行降溫處理，將骨料倉(cāng)旁蓄水池的水，通過加冰使水溫降至5℃～9℃，利用料倉(cāng)頂部的噴淋裝置對(duì)骨料降溫。在混凝土澆筑過程中，基本滿足設(shè)計(jì)溫控要求。偶爾也出現(xiàn)過超溫現(xiàn)象，主要發(fā)生在高溫時(shí)段及交接班時(shí)段，時(shí)間很短，不構(gòu)成對(duì)壩體內(nèi)部最高溫度的影響。

4.3.2 冷卻水管溫度記錄與分析

經(jīng)過14 d的通水降溫過程，壩體混凝土溫度可以消減5.4℃的溫升，如果通水降溫時(shí)間延長(zhǎng)，壩體混凝土內(nèi)部溫度降低幅度會(huì)更大。因此混凝土澆筑后，采用壩體內(nèi)埋設(shè)鐵管通水降溫，是比較有效的降低壩體混凝土內(nèi)部溫度的措施，有效的使壩體混凝土內(nèi)部溫度盡快趨于穩(wěn)定溫度，溫控效果是顯著的。

4.3.3 混凝土內(nèi)部溫度記錄與分析

壩體設(shè)計(jì)埋設(shè)永久溫度計(jì)，以2014 年4 月中旬埋設(shè)的6#壩段87.3m 高程的T6 ～T10、5 月中旬埋設(shè)的10#壩段87.1m 高程的T11 ～T15 及9 月下旬埋設(shè)的4#壩段99.5m 高程的T1 ～T5 共15 支進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。為了更好的了解混凝土內(nèi)部溫度變化，在6、7、8月份高溫時(shí)節(jié)，選取倉(cāng)號(hào)埋設(shè)溫度計(jì)作為永久觀測(cè)的補(bǔ)充溫度記錄，現(xiàn)選取5#、9#及16#壩段的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過壩體溫度永久觀測(cè)并結(jié)合臨時(shí)觀測(cè)可知，至2015 年4 月，6#壩體內(nèi)部混凝土，經(jīng)過一年時(shí)間，現(xiàn)溫度在15.0 ℃～22.0℃;10#壩段內(nèi)部混凝土，經(jīng)過10 個(gè)月時(shí)間，現(xiàn)溫度在18.0 ～22.0 ℃;3#壩體內(nèi)部混凝土，經(jīng)過半年時(shí)間，現(xiàn)溫度在18.0 ℃～25.0 ℃。通過一系列綜合溫控措施，混凝土內(nèi)部溫度滿足設(shè)計(jì)溫控要求，其最高溫升一般出現(xiàn)在澆筑后3 ～4 d，其后呈下降趨勢(shì)并逐步趨于穩(wěn)定。

4.3.4 壩體冬季保溫混凝土表面溫度記錄與分析

進(jìn)入10 月份，隨著外界氣溫的降低，采用GRC復(fù)合擠塑板對(duì)壩體基礎(chǔ)約束區(qū)上游面進(jìn)行了長(zhǎng)期保溫，對(duì)壩體下游面、越冬層面及相鄰壩段側(cè)面采用擠朔板及巖棉被做了臨時(shí)保溫，安排專人對(duì)混凝土表面溫度做了量測(cè)，通過混凝土表面溫度量測(cè)，在整個(gè)冬季低溫期混凝土表面溫度均在2℃以上，表面沒有處于受凍狀態(tài)，壩體混凝土內(nèi)外溫差處于可控狀態(tài)，外表面及時(shí)進(jìn)行保溫的部位都沒有裂縫產(chǎn)生，冬季保溫措施合理可行。

5 結(jié) 語(yǔ)

研究表明，在工程施工過程中，根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度變化趨勢(shì)，并采取一系列溫控防裂措施使混凝土內(nèi)部的冷卻水管能夠帶走大量的水化熱，通水時(shí)間長(zhǎng)短決定壩體混凝土內(nèi)部溫度降低的幅度;在氣溫驟降的秋末冬初，做到壩體表面的及時(shí)保溫施工，能夠很好的減小壩體混凝土內(nèi)外溫差，避免壩體混凝土裂縫的產(chǎn)生。通過寒冷地區(qū)壩體約束區(qū)混凝土溫度控制技術(shù)的研究，并應(yīng)用到寒冷地區(qū)常態(tài)混凝土重力壩溫度控制裂縫預(yù)防之中具有重要的意義。

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