周志博 于可忱 王立成

1 工程概況

SETH 水利樞紐工程為碾壓混凝土重力壩，大壩壩頂長(zhǎng)度為372 m，壩頂高程1 032.0 m，最大壩高75.5 m。大壩結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壩身孔洞多，壩塊尺寸大，受氣溫影響大。壩址區(qū)緯度高，氣溫低，少酷暑，多嚴(yán)寒，冬夏冷暖懸殊，年較差大，晝夜溫差大，氣溫驟降較頻繁，極易引起壩體混凝土溫度裂縫，因此，有必要加強(qiáng)壩體混凝土溫控設(shè)計(jì)。

壩址區(qū)多年實(shí)測(cè)氣象資料統(tǒng)計(jì)見表1。年平均氣溫3.6 ℃，月平均氣溫分布不均，1 月份月平均氣溫最低-15.3 ℃，7 月份月平均氣溫最高20.2 ℃，相差較大。極端最高氣溫40.9 ℃，極端最低氣溫-42.0 ℃。多年平均蒸發(fā)量為1 571.8 mm，歷年最大風(fēng)速17.3 m/s，最大凍土深度239 cm。

表1 壩址區(qū)平均氣溫和平均河水溫度表

2 壩體溫控設(shè)計(jì)及溫控分區(qū)

壩體溫控分區(qū)設(shè)計(jì)總圖如圖1 所示。

根據(jù)溫控仿真計(jì)算，提出壩體溫控設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及壩體分區(qū)見表2～5。

3 混凝土溫控措施

3.1 降低混凝土出機(jī)口溫度

3.1.1 控制混凝土水化熱

采用低中熱水泥（水化熱不小于293 kJ/kg）、高摻粉煤灰，添加劑采用SBTJM-II 型緩凝高效減水劑及GYQ-I 型引氣劑方式降低水化熱。大壩分區(qū)采用上、下游防滲區(qū)采用二級(jí)配混凝土，其他均為三級(jí)配混凝土的方式，優(yōu)化了混凝土配合比，降低了水化熱溫升。

3.1.2 地壟取料

人工骨料系統(tǒng)料倉(cāng)最大堆料高度為10 m，儲(chǔ)量不少于大壩澆筑高峰期3 d 的所需骨料量。采用地壟給料機(jī)取料，料堆底部中心的骨料溫度受環(huán)境溫度的影響較小，溫度穩(wěn)定在11 ℃左右，給拌和樓風(fēng)冷骨料倉(cāng)風(fēng)冷提供了保證。

圖1 壩體溫控分區(qū)設(shè)計(jì)總圖

表2 壩體混凝土溫度控制溫差標(biāo)準(zhǔn)表 ℃

3.1.3 風(fēng)冷時(shí)間控制

縮短骨料進(jìn)倉(cāng)間隔時(shí)間，及時(shí)足量的向料倉(cāng)補(bǔ)料，使骨料在風(fēng)冷料倉(cāng)中停滯時(shí)間延長(zhǎng)，得到充分冷卻。

表3 基礎(chǔ)允許溫差控制的壩體混凝土溫度控制表 ℃

表4 碾壓混凝土壩各月澆筑入倉(cāng)溫度表

表5 內(nèi)外溫差控制的壩體允許最高溫度控制表

3.1.4 保溫遮陽(yáng)

在骨料輸送皮帶頂部搭設(shè)彩鋼瓦遮陽(yáng)棚，減少陽(yáng)光直射。風(fēng)冷骨料倉(cāng)（一次風(fēng)冷倉(cāng)）至拌和樓皮帶采用全封閉保溫廊道，從空氣冷卻器引一加裝開關(guān)的支管接入骨料輸送廊道，廊道內(nèi)通冷風(fēng)，并在廊道進(jìn)出口添加風(fēng)簾，防止骨料輸送過程中溫度升華。

3.2 倉(cāng)面溫控措施

3.2.1 緩凝高效減水劑應(yīng)用

高溫季節(jié)，采用緩凝高效減水劑，保證高溫季節(jié)混凝土的初凝時(shí)間不小于6 h。溫度為29～30 ℃時(shí)，初凝時(shí)間為9 h；室外溫度為20～32 ℃，大風(fēng)、陽(yáng)光直射、干燥條件下，初凝時(shí)間為6 h，終凝時(shí)間為17 h。

3.2.2 澆筑層厚度及間歇時(shí)間

為利于混凝土澆筑塊的散熱，基礎(chǔ)部分和老混凝土約束部位澆筑層一般為1.5 m，基礎(chǔ)約束區(qū)以外最大澆筑高度為3 m，澆筑間歇時(shí)間為7 d 左右。在高溫季節(jié)，采用2 cm 聚乙烯被覆蓋、表面流水養(yǎng)護(hù)的方式散熱。

3.2.3 混凝土運(yùn)輸車保溫

采用自卸車直接入倉(cāng)的方式，并對(duì)運(yùn)輸車輛進(jìn)行液壓防曬板的制作安裝，混凝土運(yùn)輸過程中由于防曬板遮陽(yáng)，減少了混凝土溫度回升。

3.2.4 倉(cāng)面小氣候制造和保溫覆蓋

在壩體澆筑倉(cāng)外增設(shè)噴淋（霧）系統(tǒng)，降低大壩澆筑倉(cāng)面周圍的溫度，提高濕度；倉(cāng)面采用固定式遠(yuǎn)程噴霧機(jī)和手持式噴槍進(jìn)行噴冷水霧降溫。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，平均降低倉(cāng)面氣溫7 ℃左右，降低澆筑溫度5～6 ℃，倉(cāng)面濕度提升35 %左右。

在6—8 月份收倉(cāng)倉(cāng)面和暫停倉(cāng)面覆蓋雙層編制布內(nèi)置聚氨酯泡沫保溫被，平面尺寸為1 m×4 m、厚度為2 cm，滿足了高溫季節(jié)混凝土施工倉(cāng)面保溫及養(yǎng)護(hù)的要求。

3.2.5 冷卻水管通水冷卻

約束區(qū)部位埋設(shè)高強(qiáng)聚乙烯塑料管冷卻水管并通水冷卻，管徑32 mm、壁厚2 mm、導(dǎo)熱系數(shù)K≥0.28 W/（m·K），管中流速控制在0.6 m/s 左右。冷卻水管控制在250 m以內(nèi)，水管間、排距1.5 m×1.5 m。冷卻水管埋設(shè)完成立即通水冷卻，以對(duì)混凝土高溫削峰。通水時(shí)間為20 d。為了防止通水冷卻時(shí)水溫與混凝土澆注塊溫度相差過大和冷卻速度過快而產(chǎn)生裂縫，初期通水冷卻溫度差按16 ℃控制，后期按20 ℃控制，混凝土降溫速度不大于1.0 ℃/d。壩體冷卻水采用河水。

3.2.6 其他溫控措施

縮短層間覆蓋時(shí)間在4～6 h 以內(nèi)，高溫季節(jié)層間間隔時(shí)間不大于2 h；避開高溫時(shí)段澆筑混凝土；動(dòng)態(tài)控制碾壓混凝土VC 值等。

4 混凝土越冬保溫保護(hù)設(shè)計(jì)

嚴(yán)寒地區(qū)混凝土壩極易在越冬層產(chǎn)生水平裂縫，如美國(guó)的上靜水壩、日本的玉川壩、我國(guó)的桃林口壩等。因此，必須對(duì)越冬層面采取嚴(yán)格的保溫措施。當(dāng)進(jìn)入11 月中下旬時(shí)候，工程即將進(jìn)入冬歇期，需在冬歇前對(duì)越冬層面進(jìn)行臨時(shí)保溫，對(duì)上、下游壩面和端部采取永久保溫和臨時(shí)保溫相結(jié)合的保溫措施。

4.1 大壩上、下游面及側(cè)面保溫設(shè)計(jì)

本工程大壩上游面采用“噴涂聚脲防水涂料+噴涂硬泡聚氨酯+防老化面漆”的表面防滲和保溫方案。下游面采用“噴涂硬泡聚氨酯+防老化面漆”的表面保溫方案。壩體側(cè)面采用粘貼10 cm 厚XPS 板的保溫方案。

4.2 越冬層面保溫設(shè)計(jì)

首先在越冬面鋪設(shè)一層塑料薄膜（厚0.6 mm），然后在其上鋪設(shè)一層2 cm 厚的聚氨酯泡沫保溫被和13 層棉被作為臨時(shí)保溫，最后在頂部鋪設(shè)一層三防帆布防水。為加強(qiáng)保溫及防止側(cè)面進(jìn)風(fēng)，在越冬面上下游側(cè)用模板和砂袋做防風(fēng)墻，在保溫被周邊及越冬面以下3 m 范圍內(nèi)噴涂10 cm 厚聚氨酯硬質(zhì)泡沫。壩體上游面鋼筋外露部位采用土工布包裹后噴涂聚氨酯泡沫10 cm 的方式進(jìn)行保溫。

4.3 保溫效果

為了監(jiān)測(cè)保溫效果，在大壩布置了9 支溫度計(jì)，采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的方法對(duì)大壩溫度進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如下：

（1） 上、下游表面溫度：14#壩段上游面為0.32～14.67 ℃，下游面為7.54～17.14 ℃。

（2） 頂 面 溫 度： 14#壩 段 頂 面 為13.75～20.11 ℃。

（3）側(cè)面溫度：9#壩段側(cè)面溫度1.17～4.66 ℃。

從整個(gè)越冬時(shí)段（11 月—翌年3 月底）的環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，比多年平均氣溫高了5.12 ℃。除側(cè)面溫度，壩體其他表面溫度與環(huán)境溫差大，保溫效果顯著。

5 結(jié) 語(yǔ)

在溫控設(shè)計(jì)指導(dǎo)下，SETH 水利樞紐工程碾壓混凝土大壩嚴(yán)格執(zhí)行溫控措施，澆筑的碾壓混凝土通過鉆孔取芯和試驗(yàn)室檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。越冬層面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明大壩冬季保溫效果顯著，壩體拉應(yīng)力均未超過允許拉應(yīng)力，壩體未發(fā)現(xiàn)裂縫，說明溫控設(shè)計(jì)是成功的。為今后同類工程的溫控設(shè)計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。