張會強

(中國葛洲壩集團第六工程有限公司，云南昆明 650000)

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藏木水電站大壩混凝土冷卻通水施工技術

張會強

(中國葛洲壩集團第六工程有限公司，云南昆明 650000)

【摘要】大體積混凝土溫控防裂是世界難題，盡管近年來科技工作者在水工大壩領域取得了多項重要研究成果，但仍未完全解決混凝土裂縫問題，其中混凝土冷卻通水降溫是關鍵的一環(huán)。通過對混凝土澆筑的初期、中期和后期過程中混凝土不同齡期水化熱的發(fā)展特點、不同季節(jié)內(nèi)外溫差的不同要求以及混凝土塊體間接縫灌漿施工的溫度需要，在通水冷卻過程中，需根據(jù)壩體內(nèi)混凝土溫度變化情況，采取個性化通水方法，減小混凝土內(nèi)的拉應力，達到防止混凝土出現(xiàn)裂縫的目的。文章就針對在已建完的藏木水電站大壩混凝土冷卻通水的技術方案進行整合與分析，得出較為完善的大壩混凝土冷卻通水施工的技術及質量控制措施，為以后的大壩混凝土工程冷卻通水施工及質量控制提供經(jīng)驗。

【關鍵詞】大壩混凝土；冷卻通水；施工技術；藏木水電站

1工程概況

藏木水電站筑壩材料采用常態(tài)混凝土，各壩段之間設置橫縫，每個壩段采用豎縫形式設置縱縫，將壩體分為上下游塊，對壩體的每個澆筑塊采用冷卻通水降低混凝土內(nèi)部的溫度，縮小混凝土塊體的內(nèi)外溫差。且由于藏木水電站施工區(qū)域高海拔、高寒和晝夜溫差大，所在地區(qū)年平均氣溫在8℃左右，極端最高氣溫和極端最低氣溫分別為 32.0℃和-16.6℃。多年平均年降水量為540.5 mm，歷年1 d最大降水量51.3 mm，多年平均相對濕度51%。多年平均風速為1.6 m/s，歷年最大風速為19 m/s。冬季晝夜溫差平均在20℃～25℃之間。全年晝夜溫差大，太陽輻射強，混凝土失水量大，澆筑溫度難以保證，混凝土內(nèi)外溫差控制極為困難，增加了對大壩混凝土冷卻通水施工的質量控制難度。

2冷卻通水管理及資源配置

藏木水電站現(xiàn)場專門成立冷卻通水質量控制小組，針對現(xiàn)場通水異常情況及時進行討論研究處理。共投入2臺冷水機組、4臺流量計、4支紅外線溫度計、2臺溫度觀測儀器。溫控人員每4 h測量一次混凝土內(nèi)部溫度及進、出水溫度和流量，每日定時召開溫控決策會議，根據(jù)每日實時觀測的混凝土內(nèi)部溫度變化情況進行調(diào)整混凝土冷卻通水的流量及調(diào)整冷水機組的出水溫度，將混凝土內(nèi)部溫度曲線控制在要求范圍內(nèi)，效果較好。

3通水冷卻施工技術

通水冷卻，一般根據(jù)設計文件要求或相關計算，在考慮每月的多年平均氣溫后，確定每個月的混凝土內(nèi)部最高溫度，并采取措施將溫度降低到標準范圍內(nèi)。多年來，已經(jīng)形成了一套比較成熟的通水冷卻經(jīng)驗，如一期通水、中期通水、二期通水等。一期通水是為了削減大體積混凝土內(nèi)部的最高溫度，使其最高溫度不超過設計允許值；中期通水是為了減少混凝土的內(nèi)外溫差，使大體積混凝土在冬季不致產(chǎn)生裂縫，能夠順利過冬；二期通水是對需要進行接縫灌漿或岸坡接觸灌漿的壩體進行冷卻，使得各個接觸面因冷卻通水降溫塊體收縮產(chǎn)生縫隙而后進行接縫或接觸灌漿。

3.1水管材料

大壩混凝土的冷卻水管采用高導熱的HDPE塑料管，固結灌漿范圍內(nèi)采用黑鐵管。HDPE冷卻水管的規(guī)格為：內(nèi)徑28 mm，外徑32 mm，為專用管材，除應滿足高密度聚乙烯(HDPE)管材相關國家標準要求外，還應滿足有較高的導熱性能，其導熱系數(shù)應大于或等于1.66 kJ(m·h·k)-1。在固結灌漿蓋重區(qū)域及其他特殊部位，澆筑層面上的冷卻水管采用黑鐵管，內(nèi)徑28 mm，外徑32 mm，焊接鐵管應滿足低壓流體輸送用焊接鋼管相關國家標準的要求。HDPE冷卻水管主要指標見表1。

表1　HDPE冷卻水管主要指標要求

3.2水管布置及鋪設

對于大壩需要進行接縫灌漿的部位(含縱縫頂端上方9 m)的混凝土均需布置冷卻水管；對大壩無接縫灌漿的部位，3月中旬至10月澆筑的混凝土需布置冷卻水管，11月至3月上旬澆筑的混凝土可不布置冷卻水管。

大壩基礎澆筑的混凝土冷卻水管布置為1.5 m×1.5 m(水平×豎直)方式；自由區(qū)3月中旬至10月澆筑的混凝土冷卻水管布置為1.5 m×1.5 m(水平×豎直)方式，11月至3月上旬澆筑的混凝土冷卻水管布置為2.0 m×1.5 m(水平×豎直)方式。冷卻水管支管采用蛇形布置，每根蛇形管路最長不得超過300 m，蛇形冷卻水管布置于各澆筑層的底部。冷卻水管不允許穿過橫縫、縱縫及各種廊道及空洞，也不允許與大壩內(nèi)的其他管道搭接或相交。冷卻水管距上、下游面的距離一般為0.8～1.5 m，局部不應小于0.5～1.0 m。冷卻水管距橫縫面的距離一般要求為0.8 m，冷卻水管距廊道、孔口等內(nèi)壁面的距離一般不應小于0.5 m。

3.3水管連接與封堵

各種水管連接件材質均應滿足相關的國家標準要求，混凝土內(nèi)埋設的冷卻水管接頭采用膨脹式防水接頭，外供水管與總管的接頭應采用定型的三通式接頭。為能夠可靠地調(diào)整各條供水管路的流量，應在各條支管管路接頭部位安裝流量控制閘閥?；炷翂K體外的供水管與各條冷卻水管的出口連接應靈活有效，能夠保證快速安裝和拆除、具備水流方向的變換功能，還能可靠地控制某條單一水管的流量而不影響其他水管的循環(huán)水。所有水管的進出口端均應做好清晰完整系統(tǒng)的標示標牌。總體冷卻水管的布置應便于調(diào)整冷卻通水的方向，且各個塊體內(nèi)的冷卻通水方向24 h變換一次。

混凝土開倉澆筑前，應對已鋪設好的蛇形冷卻水管進行通水檢查，如發(fā)現(xiàn)有滲漏或堵塞現(xiàn)象應及時進行處理。在混凝土的澆筑過程中應注意避免冷卻水管受損、折斷、碰壞或堵塞，如果澆筑過程中冷卻水管受到破壞，應及時停止本部位的混凝土澆筑，直至冷卻水管修好恢復正常通水方可繼續(xù)本部位的混凝土澆筑。

冷卻水管使用結束后(二期冷卻通水結束)，應先采用一定強度等級的水泥漿對混凝土內(nèi)部的蛇形冷卻水管進行回填灌漿處理，再切除蛇形管的外露部分，并處理至滿足混凝土外部美觀的要求。

3.4生產(chǎn)制冷水

為確?；炷镣ㄋ鋮s的施工效果，降低混凝土內(nèi)部及外表面的溫差，冬期采用工程部位山體沖溝雪水進行冷卻降溫，進水溫度可以達到6.0℃～8.0℃,完全滿足冷卻通水施工技術要求。對于春、夏、秋則采用冷卻機組生產(chǎn)制冷水進行通水降溫。進水溫度經(jīng)每日檢查均在6.0℃～8.0℃之間，滿足溫控技術要求，且冷卻通水達到了預期的施工效果。

3.5通水規(guī)劃及水管的保溫保護

根據(jù)藏木水電站壩體的結構特點總體進行規(guī)劃布置冷卻通水管路。冷水機組安置于較壩體較高且較近的部位，這樣既解決了冷卻通水壓力問題也解決了冷水溫度損失過快(升高或降低)的問題。壩體布置有排水廊道及灌漿廊道，各個倉位的冷卻通水進出水管路接口均布置在壩體廊道內(nèi)，便于后續(xù)進出水流量及溫度實時觀測。冷卻通水總管路貫通于各個廊道，且總管路設置多個支管，與支管部位與壩體預留的且掛有標示牌的冷卻通水進出水管接頭連接，在總管路部位安裝有總的水管閘閥，并于各個支管部位安裝有支管閘閥，這樣方便于針對于各個部位的溫度觀測情況調(diào)整總管及支管的進出水流量。

由于工程部位溫差較大，夏期正午溫度較高，冬期夜間氣溫可達到-15℃左右，所以冷卻通水管路外部常年使用聚乙烯保溫卷材包裹，夏期防止外界環(huán)境溫度過高使冷水在輸送過程中產(chǎn)生較大的升溫，影響混凝土內(nèi)部的降溫效果，對于冬期防止在長時間的低溫下使管內(nèi)的冷水結冰凍結，所以根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況必須對冷卻通水管路進行保溫。

3.6 通水及記錄

3.6.1一期冷卻通水

從各個倉位的混凝土開始下料澆筑即進入混凝土的一期冷卻通水階段。一期冷卻通水為冷水機組制冷水，通水時間為28 d，通水溫度為8℃～12℃?；炷笼g期7 d前通水流量不小于1.8 m3/h，7 d后通水流量為1.2 m3/h，每24 h改變一次通水方向；同時要求最高溫度峰值過后日降溫速度不得超過0.5 ℃/d，通水溫度與混凝土實測的內(nèi)部溫度相差不大于20℃。一期冷卻目的在于削減混凝土內(nèi)部的溫度峰值，且一期冷卻混凝土的最高溫度峰值應滿足要求。一期冷卻通水結束時混凝土內(nèi)部溫度最高不得超過18℃。

3.6.2中期冷卻通水

中期冷卻通水是為了控制一期冷卻通水后混凝土內(nèi)部溫度回升。根據(jù)現(xiàn)場的溫度觀測資料分析，針對溫度回升較大的部位采用天然河水進行中期的冷卻降溫。中期冷卻的目標溫度也為18 ℃，溫度最大日降幅≤0.5 ℃/d，通水時間為30 d左右。

3.6.3二期冷卻通水

由于藏木水電站為混凝土重力壩，壩體縱縫部位需要進行接縫灌漿處理，接縫灌漿部位壩體溫度不得超過9 ℃，且接縫灌漿部位塊體間的拉伸距離應滿足灌漿的要求，故需要進行二期冷卻通水降溫。二期冷卻通水前需要進行一次悶水測溫，根據(jù)悶溫測量結果推算二期冷卻通水的時間，一般為60 d。二期冷卻通水開始時混凝土的齡期不得小于120 d，二期冷卻通水的溫度為6℃～8℃，通水流量為0.8～1.2 m3/h，混凝土內(nèi)部溫降速率≤0.5 ℃/d。通水過程中應根據(jù)溫度測量成果綜合考慮并調(diào)整通水流量，確保降溫速率滿足要求。

混凝土一期、中期、二期冷卻通水過程中均應滿足同一壩段同一高程附近區(qū)域內(nèi)同步降溫，同一壩段上下相鄰區(qū)域內(nèi)協(xié)調(diào)降溫。

對混凝土塊體內(nèi)冷卻水管的分組、管長、材質、間距等做好詳細記錄，對管路出口應做好編號，并進行明顯的標示。通水冷卻的各個階段均應對通水的流量及進出水溫度進行詳細的測量和記錄，每次的記錄為調(diào)整通水流量及溫度的基礎。記錄的具體內(nèi)容為：(1)水管編號、壩段編號；(2)蛇形管的間距及單根管的長度；(3)主管及支管的流量及壓力；(4)各階段的通水開始與結束時間；(5)蛇形管的進、出口水溫(每4h觀測一次)；(6)每次悶溫的開始日期、結束日期及悶溫的測量結果等。

4結束語

混凝土的冷卻通水是為避免大體積混凝土因內(nèi)部溫度過高而產(chǎn)生溫度應力，并發(fā)展形成溫度裂縫，從而影響結構安全性、穩(wěn)定性及耐久性，冷卻通水的實際操作與控制過程中的每一環(huán)節(jié)都影響著混凝土內(nèi)部的降溫效果及混凝土的質量控制。通過對高海拔、高寒地區(qū)的藏木水電站冷卻通水施工技術的總結，為后續(xù)的大體積混凝土的冷卻通水溫度控制提供參考。

參考文獻

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[2]楊磊. 混凝土壩施工期冷卻水管降溫及溫控優(yōu)化研究[D].武漢大學，2005.

[3]閻興華.混凝土結構設計[M].北京:科學出版社,2005.

[作者簡介]張會強(1986～)，男，學士，助理工程師，從事水利水電施工技術管理。

【中圖分類號】TV544+.91

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2015-11-17