摘 要：桐子林水電站廠壩段溫控混凝土總量大，且工程所在地晝夜溫差大，一旦混凝土內(nèi)部溫度變化過快，最高溫度超標(biāo)，將有可能引發(fā)深層裂縫甚至貫穿裂縫，危害大壩安全，通過對(duì)冷卻水削減澆筑層水化熱溫升，控制混凝土內(nèi)部最高溫度不超過設(shè)計(jì)容許值，將會(huì)對(duì)混凝土防裂起到良好效果。

關(guān)鍵詞：水電站廠壩；混凝土；冷卻水系統(tǒng)

1 工程概況

桐子林水電站位于四川省攀枝花市鹽邊縣境內(nèi)的雅礱江干流上，是雅礱江干流下游最末一級(jí)梯級(jí)電站，其上游梯級(jí)為已建成的二灘水電站。桐子林水電站由河床式發(fā)電廠房、泄洪閘及擋水壩等建筑物組成，電站總裝機(jī)為600MW。桐子林水電站以發(fā)電任務(wù)為主，水庫正常蓄水位為1015.00m，總庫容0.912億m3，水庫具有日調(diào)節(jié)性能，工程屬二等大（2）型工程。

2 混凝土通水冷卻的必要性及溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

2.1 混凝土通水冷卻的必要性

桐子林水電站廠壩混凝土總量約130萬m3，溫控通水混凝土總量約92.3萬m3，其中河床泄洪閘壩段約21.7萬m3，主廠房、安裝間及左岸擋水壩部位約63.7萬m3，明渠泄洪閘及右岸擋水壩段部位約6.9萬m3。廠壩基礎(chǔ)混凝土澆筑塊尺寸大、高寬比小，約束區(qū)溫度應(yīng)力大，且桐子林水電站工程所在地晝夜溫差大，一旦混凝土內(nèi)部溫度變化過快，最高溫度超標(biāo)，將有可能引發(fā)深層裂縫甚至貫穿裂縫，危害大壩安全，因此通過通冷卻水控制混凝土內(nèi)部最高溫度是本工程的一個(gè)重點(diǎn)兼難點(diǎn)。

本工程混凝土通水冷卻主要針對(duì)主廠房、泄洪閘、擋水壩段等部位大體積混凝土，通過對(duì)冷卻水削減澆筑層水化熱溫升，控制混凝土內(nèi)部最高溫度不超過設(shè)計(jì)容許值，從通水冷卻方面來研究如何降低混凝土內(nèi)部最高溫度，為類似工程提供借鑒。

2.2 廠壩混凝土溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)本工程混凝土溫控技術(shù)要求和溫控防裂仿真試驗(yàn)成果，大壩及廠房混凝土基礎(chǔ)允許溫差為16℃；基礎(chǔ)約束區(qū)長間歇情況，老混凝土上新澆混凝土，按基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)考慮；自由區(qū)范圍內(nèi)，在間歇期超過28d的老混凝土面上繼續(xù)澆筑混凝土?xí)r，當(dāng)上層短間歇均勻上升的高度大于0.5塊長時(shí)，上下層溫差不大于16℃，當(dāng)上層混凝土上升的高度小于0.5塊長時(shí)，上下層溫差不大于14℃；不同高程大壩及廠房混凝土的內(nèi)外溫差≤18℃。混凝土允許最高溫度見表1。

表1 大壩混凝土允許最高溫度表（單位：℃）

3 混凝土冷卻水供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 冷卻水供水系統(tǒng)制冷容量

本工程混凝土冷卻水采用移動(dòng)式冷水站供應(yīng)，發(fā)包人提供的三套移動(dòng)式冷卻機(jī)組冷卻水制冷容量為350m3/h。根據(jù)混凝土施工溫控技術(shù)條款的要求以及混凝土溫控計(jì)算結(jié)果，廠壩段大體積混凝土冷卻水疊加供水強(qiáng)度為315m3/h，發(fā)生在2013年5月，發(fā)包人提供的三套移動(dòng)式冷卻機(jī)組冷卻水制冷容量滿足冷卻水供水強(qiáng)度要求。

3.2 移動(dòng)式冷水站的布置

根據(jù)施工進(jìn)度及現(xiàn)場的具體情況，大體積混凝土移動(dòng)式冷卻機(jī)組分部位進(jìn)行布置，具體的布置情況為：

二期混凝土施工冷卻機(jī)組位置：二期混凝土施工主要為左岸擋水壩段、主廠房壩段和河床泄洪閘壩段。結(jié)合現(xiàn)場混凝土施工安排及冷卻水供水系統(tǒng)布置的經(jīng)濟(jì)、合理性，在上游圍堰背水側(cè)左岸1010高程布置三套移動(dòng)式冷卻機(jī)組，主要供1#～9#左岸擋水壩段、主廠房壩段和河床泄洪閘壩段冷卻水，系統(tǒng)水接入點(diǎn)為左岸供水系統(tǒng)主管。

三期混凝土施工冷卻機(jī)組位置：三期混凝土施工主要為明渠泄洪閘壩段及右岸擋水壩段，在15#壩段壩后回填平臺(tái)上布置1套移動(dòng)式冷卻機(jī)組，主要負(fù)責(zé)明渠泄洪閘及右岸擋水壩段等部位的大體積混凝土冷卻水生產(chǎn)與供應(yīng)，系統(tǒng)水接入點(diǎn)為右岸供水系統(tǒng)主管。

移動(dòng)式冷水站安置時(shí)做混凝土墊墩并架設(shè)鋼架底座，避免移動(dòng)式冷水站和地面直接接觸，對(duì)移動(dòng)式冷水站采用彩鋼材料搭遮陽棚，防止太陽暴曬和雨水侵蝕，確保其正常運(yùn)行。

3.3 冷卻水管布置

3.3.1 冷卻水供回水主管

本工程大體積混凝土通水冷卻分部位集中供應(yīng)，采用供水主管將冷卻水引上游門機(jī)平臺(tái)，回水主管和供水主管同步布置，供回水主管外包橡塑保溫材料，盡可能減少冷水管與外界進(jìn)行熱交換，其他部位采用在壩體橫縫處布置立管聯(lián)結(jié)主管，壩體內(nèi)的冷卻水管靠每層的供水包和支管與立管聯(lián)結(jié)。

3.3.2 壩體冷卻水管

壩體冷卻水管用HDPE塑料管，主管規(guī)格：內(nèi)徑32.60mm，壁厚3.70mm，外徑40.00mm，支管規(guī)格：內(nèi)徑28.00mm，壁厚2.00mm，外徑32.00mm。HDPE冷卻水管為專用塑料管材，除應(yīng)滿足給水用高密度聚乙烯管材相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)具有較高的導(dǎo)熱性能，其導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)≥1.6 kJ/（m·h·℃）。

冷卻HDPE塑料水管指標(biāo)見表2。

表2 冷卻HDPE塑料水管指標(biāo)

大壩基礎(chǔ)約束區(qū)冷卻水管水平間距為1.5m，垂直間距1.5m；自由區(qū)冷卻水管水平間距1.5m，垂直間距3.0m；閘墩混凝土冷卻水管水平間距1.0m，垂直間距1.5m。廠房發(fā)電機(jī)層（高程1002.7m）以下部位水管間排距均為1.5m，其他部位冷卻水管垂直間距為3.0m，水平間距為1.5m。冷卻水管采用“U”形鋼卡固定牢固，防止位移。冷卻水管支管采用單回路蛇形布置，每個(gè)回路長度不超過300m。冷卻水管距上、下游面的距離一般為0.8～1.5m，局部不應(yīng)小于0.5～1.0m；冷卻水管距橫縫面的距離一般為0.8m；冷卻水管距廊道、孔口等內(nèi)壁面的距離不應(yīng)小于0.5m；伸出混凝土的管頭應(yīng)加以保護(hù)，并編號(hào)標(biāo)識(shí)。

3.4 冷卻水管的連接與封堵

連接：冷卻水管同一主管上不允許超過6個(gè)接頭，以防止接頭漏水?；炷翂K體外供水管與各冷卻水管出口間的連接應(yīng)隨時(shí)有效，能快速安裝和拆除，能具備水流方向變換功能，同時(shí)能可靠地控制其中一條水管的流量而不影響其他冷卻水管的循環(huán)水。所有水管的進(jìn)、出端均應(yīng)做好明確的標(biāo)記以保證整個(gè)通冷卻水的過程中冷卻水能按正確的方向流動(dòng)。總管的布置應(yīng)便于調(diào)換冷卻水管中水流方向，通水方向每24小時(shí)調(diào)換一次，冷卻水管中循環(huán)水壓力應(yīng)不低于通水壓力的1.1倍。

封堵：當(dāng)混凝土接縫（觸）灌漿完成，通水冷卻結(jié)束后，對(duì)冷卻水管進(jìn)行封堵。冷卻水管封堵采用M30膨脹水泥砂漿，封堵時(shí)采用循環(huán)式，先由進(jìn)漿管進(jìn)水泥濃漿，同時(shí)將回漿管敞開，用以漿趕水方式將冷卻水管殘留水排出管外，直至回漿管的漿液濃度達(dá)到要求，將回漿管扎死，最后用純壓式封堵，直至不進(jìn)漿時(shí)結(jié)束。封堵完成后切除冷卻水管的外露部分，并處理至滿足混凝土外觀質(zhì)量要求。

3.5 冷卻水管的通水檢測

在澆筑混凝土之前進(jìn)行通水試驗(yàn)，檢測水管是否堵塞或漏水，若發(fā)現(xiàn)漏水必須及時(shí)予以修復(fù)，堵塞時(shí)用高壓水進(jìn)行疏通，無法修復(fù)或嚴(yán)重堵塞的情況下及時(shí)進(jìn)行更換；在混凝土澆筑或混凝土澆筑后的其他工作中必須對(duì)冷卻水管細(xì)心保護(hù)，不致使其移位或破壞。

4 混凝土通水冷卻

4.1 一期通水冷卻

混凝土下料澆筑即開始一期通水冷卻。基礎(chǔ)約束區(qū)一期通水冷卻用12℃制冷水，自由區(qū)用14℃制冷水，天然河水若滿足水溫要求可以加以利用。冷卻水流量1.2～2.5m3/h，通水21天，同時(shí)要求溫度峰值過后的降溫階段最大日降溫速率≤0.5℃/天，通水溫度與混凝土溫度溫差不大于20℃～25℃。

4.2 中期通水冷卻

3～10月澆筑混凝土，在進(jìn)入低溫季節(jié)前進(jìn)行中期通水冷卻，混凝土內(nèi)部溫度控制在25～26℃。中期通水用深層天然河水，通水流量為1.2m3/h～2.0m3/h。最大日降溫速率≤0.5℃/天，通水時(shí)間約2個(gè)月，通水水溫與混凝土內(nèi)部溫度之差不超過15℃。

4.3 后期通水冷卻

后期通水冷卻適用于需進(jìn)行接觸灌漿的壩段，后期通水溫度與混凝土溫度之差控制在15℃以內(nèi)。大壩建基面需進(jìn)行接觸灌漿的陡坡壩段，在接觸灌漿前進(jìn)行后期通水，使混凝土溫度降低至壩體穩(wěn)定溫度，以滿足接觸灌漿的要求。1#～4#壩段和14#～15#壩段穩(wěn)定溫度為17℃，同時(shí)降溫階段日降溫速率≤0.5℃/天。后期冷卻降溫開始時(shí)，混凝土的齡期不小于120天。

4.4 悶水測溫

采用悶水測溫的方法檢查混凝土通水冷卻是否到達(dá)要求，根據(jù)測溫結(jié)果調(diào)整水管進(jìn)水口水溫、通水時(shí)間和是否需要繼續(xù)通水，悶溫時(shí)間5～6天，悶溫時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整。

4.5 溫度觀測

采用埋設(shè)在混凝土中的電阻式溫度計(jì)或熱電偶測量混凝土溫度，并對(duì)其提供的成果進(jìn)行對(duì)比分析。澆筑塊未預(yù)埋監(jiān)測儀器的混凝土內(nèi)部最高溫度臨時(shí)測量可以采用簡易測溫管測量。

觀測頻次：開始澆筑～澆后7天，每6h測1次，溫度出現(xiàn)高峰期間要加密觀測，第7天～上層混凝土覆蓋期間，每天測1次。每個(gè)壩段在基礎(chǔ)約束區(qū)每2～3個(gè)澆筑層要布置一個(gè)混凝土內(nèi)部溫度臨時(shí)測點(diǎn)，在非約束區(qū)每3～5個(gè)澆筑層要布置一個(gè)混凝土內(nèi)部溫度臨時(shí)測點(diǎn)。在混凝土冷卻過程中，應(yīng)至少每4h測量一次大體積混凝土冷卻水的溫度，并做好記錄。大體積混凝土澆筑后3天內(nèi)加密觀測溫度變化：外部混凝土每天觀測最高、最低溫度；內(nèi)部混凝土8h觀測一次。3天以后宜12h觀測一次。氣溫驟降和寒潮期間，增加溫度觀測次數(shù)。

5 結(jié)束語

混凝土施工過程中典型壩段的長期溫度監(jiān)測結(jié)果以及混凝土施工完成后大壩混凝土的裂縫普查結(jié)果顯示，通過通冷卻水降低混凝土內(nèi)部溫度，結(jié)合其他混凝土溫控措施，廠壩段混凝土溫控防裂效果顯著，未出現(xiàn)影響大壩安全的深層或貫穿裂縫，混凝土施工質(zhì)量優(yōu)良。