朱明潤(rùn),李珊珊,張 哲
(1.中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司, 四川 成都 611130; 2.中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司,四川 成都 610065)
大體積混凝土澆筑后水泥產(chǎn)生水化熱,溫度迅速上升,自然散熱極其緩慢。為了防止混凝土出現(xiàn)裂縫,必須嚴(yán)格控制壩體內(nèi)的混凝土最高溫升??刂苹炷磷罡邷厣姆椒ㄖ痪褪峭ɡ鋮s水等后冷溫控措施來(lái)降低混凝土水化熱溫度。國(guó)內(nèi)水電行業(yè)大體積混凝土后冷溫控費(fèi)用計(jì)算沒(méi)有明確的編規(guī)、定額作為計(jì)算依據(jù),如何準(zhǔn)確分析后冷溫控費(fèi)用是目前水電工程造價(jià)面臨的重大技術(shù)難題。本文根據(jù)某特高拱壩溫控設(shè)計(jì)方案,對(duì)混凝土后冷溫控措施費(fèi)用進(jìn)行分解,并對(duì)關(guān)鍵性的混凝土后冷通水冷卻費(fèi)用進(jìn)行分析計(jì)算,形成混凝土后冷溫控單價(jià)計(jì)算成果,旨在為國(guó)內(nèi)水電行業(yè)大體積混凝土后冷溫控費(fèi)用計(jì)算提供參考。
某特高拱壩工程壩頂高1 885.0 m,壩高305 m,壩頂厚度16 m,壩底厚度63 m,厚高比0.207,頂拱中心弧長(zhǎng)552.43 m,壩體混凝土方量476.47萬(wàn)m3。壩身孔口等建筑物對(duì)混凝土強(qiáng)度的要求,設(shè)計(jì)采用三種強(qiáng)度級(jí)別的混凝土分區(qū),即A區(qū)為C18040、B區(qū)為C18035、C區(qū)為C18030,采用骨料預(yù)冷加通水冷卻的方式進(jìn)行澆筑期間拱壩混凝土溫度控制。
(1)混凝土出機(jī)口溫度按不低于5℃、不超過(guò)7℃控制,當(dāng)外界氣溫低于10℃時(shí),混凝土出機(jī)口溫度按7~9℃控制。出機(jī)口溫度低于5℃的混凝土應(yīng)作為廢料處理。
(2)要求對(duì)混凝土骨料采用一、二次風(fēng)冷等措施進(jìn)行預(yù)冷,并采取加片冰、加制冷水拌和等措施以降低混凝土出機(jī)口溫度,拌合樓骨料一次風(fēng)冷和二次風(fēng)冷應(yīng)從嚴(yán)控制。
(3)根據(jù)骨料的實(shí)際含水量變化情況應(yīng)及時(shí)調(diào)整混凝土用水量和加冰量,確?;炷脸鰴C(jī)口溫度及坍落度滿(mǎn)足要求。
(4)出機(jī)口溫度合格率要求大于95%。
(1)加強(qiáng)施工管理,盡量縮短運(yùn)輸時(shí)間,減少轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)。
(2)要求混凝土運(yùn)輸車(chē)車(chē)廂設(shè)置隔熱、防曬、防雨設(shè)備,當(dāng)外界氣溫高于23℃時(shí),還應(yīng)在裝料前對(duì)車(chē)廂外側(cè)進(jìn)行必要的灑水降溫,以降低車(chē)廂內(nèi)的溫度。
(1)要求控制混凝土從出機(jī)口至上坯層混凝土覆蓋前的溫度回升值不超過(guò)4℃,澆筑溫度按不超過(guò)11℃控制,確?;炷磷罡邷囟葷M(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
(2)任何部位的混凝土澆筑溫度在任何季節(jié)不能低于7℃。
(3)卸入倉(cāng)面的混凝土應(yīng)及時(shí)振搗。盡量避免高溫時(shí)段澆筑混凝土,應(yīng)充分利用低溫季節(jié)和早晚及夜間氣溫低的時(shí)段澆筑。
(4)當(dāng)澆筑倉(cāng)內(nèi)氣溫高于23℃時(shí),應(yīng)進(jìn)行倉(cāng)面噴霧,以降低倉(cāng)面環(huán)境溫度。噴霧時(shí)水分不應(yīng)過(guò)量,要求霧滴直徑達(dá)到40~80 μm,以防止混凝土表面出現(xiàn)積水。開(kāi)始噴霧時(shí)的倉(cāng)內(nèi)氣溫根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)總結(jié)確定。
(5)澆筑溫度合格率要求大于90%,且超標(biāo)值不高于2.0℃。
(1)大壩混凝土的澆筑應(yīng)保證足夠的入倉(cāng)強(qiáng)度,坯層覆蓋時(shí)間要求小于4 h。
(2)大壩混凝土的澆筑,應(yīng)采用平鋪法施工。應(yīng)按一定厚度、次序、方向,分層進(jìn)行,且澆筑層面平整?;炷翝仓鲗雍癫怀^(guò)50 cm。
(3)河床壩段底部0.4L(L為澆筑塊長(zhǎng)邊的最大長(zhǎng)度)高度范圍內(nèi)澆筑層厚度采用1.5 m,其余部位混凝土澆筑層厚一般采用3 m。
(4)澆筑層厚度由1.5 m調(diào)整為3.0 m應(yīng)報(bào)監(jiān)理批準(zhǔn)。
(5)在廊道部位,體型突變部位及其它結(jié)構(gòu)尺寸變化的部位,澆筑層厚度調(diào)整應(yīng)報(bào)監(jiān)理批準(zhǔn)。
(6)澆筑層厚度超過(guò)3.0 m,應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及相應(yīng)的分析論證后確認(rèn)。
(7)混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)均勻上升,混凝土最小澆筑間歇期為5 d,最大澆筑間歇期不超過(guò)14 d。
以A水電站為例,為了防止混凝土出現(xiàn)裂縫,必須嚴(yán)格控制壩體內(nèi)的混凝土最高溫升,采用澆筑過(guò)程中通水冷卻的方式降低混凝土水化熱溫度。在大壩布置6臺(tái)YWL250-8J型、1臺(tái)YWG150-8 g型移動(dòng)式冷水站,額定供冷水流量分別為360 m3/h、240 m3/h。冷卻水最低水溫可達(dá)到6℃,滿(mǎn)足大壩接縫灌漿溫度要求。具體后冷設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 后冷設(shè)備參數(shù)
(1)混凝土冷卻水管(混凝土內(nèi)預(yù)埋的通水冷卻用水管,包括主管和支管)采用高密度聚乙烯HDPE管和焊接鋼管,一般情況下采用HDPE管。
(2)冷卻水管采用HDPE管,主管規(guī)格為內(nèi)徑32.60 mm,壁厚3.70 mm,外徑40.00 mm;支管規(guī)格為內(nèi)徑28.00 mm,壁厚2.00 mm,外徑32.00 mm。HDPE管導(dǎo)熱系數(shù)大于1.6 kJ/(m·h·℃)。
冷卻水管垂直間距為1.5 m,水平間距為1.0 m和1.5 m,表2所示高程以下水管布置間距為1.0 m×1.5 m,其上水管布置間距為1.5 m×1.5 m。
表2 大壩冷卻水管布置
為適應(yīng)通水溫度變化的要求,應(yīng)設(shè)兩套冷卻供水系統(tǒng),一套冷卻水溫為9~12℃,另一套水溫為14~16℃。
一期冷卻控制混凝土的最高溫度不超過(guò)Tm,一期冷卻結(jié)束的目標(biāo)溫度為T(mén)c1,且必須嚴(yán)格控制一期冷卻的降溫幅度不超過(guò)6℃。
(2)一期冷卻通水水溫14~16℃。
(3)混凝土平倉(cāng)振搗完成即開(kāi)始一期通水冷卻,混凝土溫度達(dá)到一期冷卻目標(biāo)溫度Tc1則一期冷卻結(jié)束。對(duì)水管布置間距為1.0 m×1.5 m的混凝土,一期冷卻時(shí)間不宜小于21 d;對(duì)水管布置間距為1.5 m×1.5 m的混凝土,一期冷卻時(shí)間不宜小于28 d。
一期冷卻結(jié)束后可根據(jù)實(shí)測(cè)混凝土內(nèi)部溫度情況開(kāi)始中期冷卻,混凝土溫度達(dá)到中期冷卻目標(biāo)溫度Tc2、二期冷卻開(kāi)始時(shí),中期冷卻結(jié)束。中期冷卻降溫歷時(shí)不小于28 d。
中期冷卻通水水溫采用14℃~16℃。
為避免中期冷卻階段降溫速率過(guò)快及降溫幅度過(guò)大,中期冷卻階段只使用一半冷卻水管通水冷卻,關(guān)閉另一半冷卻水管,中期冷卻通水冷卻的水管層距應(yīng)為3.0 m。
混凝土溫度達(dá)到中期冷卻目標(biāo)溫度Tc2且混凝土齡期不小于50 d,根據(jù)溫度梯度控制要求和接縫灌漿進(jìn)度計(jì)劃開(kāi)始二期冷卻,到接縫灌漿開(kāi)始時(shí)完成二期冷卻。
二期冷卻水溫為9℃~12℃,二期通水溫度與混凝土溫度之差應(yīng)控制在10℃以?xún)?nèi)。
為避免二期冷卻階段降溫速率過(guò)快,二期冷卻階段只使用一半冷卻水管通水冷卻,關(guān)閉另一半冷卻水管,二期冷卻通水冷卻的水管層距為3.0 m。
大壩混凝土各階段降溫幅度及目標(biāo)溫度如表3所示。
表3 大壩混凝土各階段降溫控制表
后冷一期、后冷中期、后冷二期通水溫控措施費(fèi)用分別按照計(jì)算制冷水機(jī)組流量比例分析、冷卻機(jī)組制冷水量單價(jià)計(jì)算、確定單位混凝土通冷水量、每方混凝土通水冷卻單價(jià)計(jì)算四個(gè)步驟,確定后冷一期、后冷中期、后冷二期通水溫控措施費(fèi)用。以后冷一期為例,闡述具體計(jì)算方法。
(1)制冷水機(jī)組流量比例分析: 后冷一期6臺(tái)YWL250-8J型、1臺(tái)YWG150-8g型移動(dòng)式冷水站,額定供冷水流量分別為360 m3/h、240 m3/h。合計(jì)總流量為360×6+240×1=2 400 m3/h。
即每小時(shí)制冷水設(shè)備流量比例為:YWL250-8J型90%,YWG150-8g型10%。
(2)冷卻機(jī)組制冷水量單價(jià)計(jì)算:根據(jù)YWL250-8J型、YWG150-8g型移動(dòng)式冷水站每小時(shí)運(yùn)行消耗的人工、材料、機(jī)械及其他費(fèi)用計(jì)算此兩種設(shè)備生產(chǎn)每立方米冷水單價(jià)。
(3)確定單位混凝土通冷水量:A水電站每立方混凝土需要通冷水量5.3 m3。
(4)計(jì)算每方混凝土通水冷卻單價(jià):YWL250-8J型制冷水機(jī)組流量比例×YWL250-8J型冷卻機(jī)組制冷水量單價(jià)×單位混凝土通冷水量+ YWG150-8g型制冷水機(jī)組流量比例×YWG150-8g型冷卻機(jī)組制冷水量單價(jià)×單位混凝土通冷水量。
5.1.1 制冷水機(jī)組流量比例分析
6臺(tái)YWL250-8J型、1臺(tái)YWG150-8g型移動(dòng)式冷水站,額定供冷水流量為2 400 m3/h。YWL250-8J型每小時(shí)制冷水設(shè)備流量比例為90%。
5.1.2 一期冷卻機(jī)組制冷水量單價(jià)計(jì)算
根據(jù)YWL250-8J型移動(dòng)式冷水站每小時(shí)運(yùn)行消耗的人工、材料、機(jī)械及其他費(fèi)用計(jì)算此兩種設(shè)備生產(chǎn)每立方米冷水單價(jià)(見(jiàn)表4)。
表4 YWL250-8J型制冷機(jī)組混凝土拱壩后期冷卻(15℃)一期溫控措施單價(jià)分析
5.1.3 后冷中期目標(biāo)溫度及單位混凝土通水量
A水電站特高拱壩混凝土澆筑量為577.71萬(wàn)m3,一期均通制冷水;單位混凝土通水量為5.30 m3(冷水)/ m3混凝土?;炷聊繕?biāo)溫度21~23℃。
5.1.4 每方混凝土后冷一期通冷水(15℃)單價(jià)計(jì)算
YWL250-8J(360 m3/h)移動(dòng)式冷水站冷水產(chǎn)量為360 m3/h,折合(1.62元/m3);
YWG150-8g(240 m3/h)移動(dòng)式冷水站冷水產(chǎn)量為240 m3/h,折合(1.69元/m3);單位混凝土攤?cè)胨滟M(fèi)用5.30 m3冷水/m3混凝土×(1.62元/m3冷水×90.00%+1.69元/m3×10.00%) = 8.62元/m3混凝土。
5.2.1 制冷水機(jī)組流量比例分析
6臺(tái)YWL250-8J型、1臺(tái)YWG150-8g型移動(dòng)式冷水站,額定供冷水流量為2 400 m3/h。YWL250-8J型每小時(shí)制冷水設(shè)備流量比例為90%。
5.2.2 中期冷卻機(jī)組制冷水量單價(jià)計(jì)算
根據(jù)YWL250-8J型移動(dòng)式冷水站每小時(shí)運(yùn)行消耗的人工、材料、機(jī)械及其他費(fèi)用計(jì)算此兩種設(shè)備生產(chǎn)每立方米冷水單價(jià)(見(jiàn)表5)。
表5 YWL250-8J型制冷機(jī)組混凝土拱壩后期冷卻(15℃)中期溫控措施單價(jià)分析
5.2.3 后冷中期目標(biāo)溫度及單位混凝土通水量
A水電站特高拱壩混凝土澆筑量為577.71萬(wàn)m3,中期均通制冷水;單位混凝土通水量為5.30 m3冷水/m3混凝土?;炷聊繕?biāo)溫度17~18℃。
5.2.4 每方混凝土后冷中期通冷水(15℃)單價(jià)計(jì)算
YWL250-8J(360 m3/h)移動(dòng)式冷水站冷水產(chǎn)量為360 m3/h,折合1.61元/m3;YWG150-8g(240 m3/h)移動(dòng)式冷水站冷水產(chǎn)量為240 m3/h,折合1.69元/m3;單位混凝土攤?cè)胨滟M(fèi)用5.30 m3冷水/m3混凝土×(1.61元/ m3冷水×90.00%+1.69元/m3冷水×10.00%)=8.58元/m3混凝土。
5.3.1 制冷水機(jī)組流量比例分析
6臺(tái)YWL250-8J型、1臺(tái)YWG150-8g型移動(dòng)式冷水站,額定供冷水流量為2 400 m3/h。YWL250-8J型每小時(shí)制冷水設(shè)備流量比例為90%。
5.3.2 二期冷卻機(jī)組制冷水量單價(jià)計(jì)算
根據(jù)YWL250-8J型移動(dòng)式冷水站每小時(shí)運(yùn)行消耗的人工、材料、機(jī)械及其他費(fèi)用計(jì)算此兩種設(shè)備生產(chǎn)每立方米冷水單價(jià)(見(jiàn)表6)。
表6 YWL250-8J型制冷機(jī)組混凝土拱壩后期冷卻(12℃)二期溫控措施單價(jià)分析
5.3.3 后冷二期目標(biāo)溫度及單位混凝土通水量
A水電站特高拱壩混凝土澆筑量為577.71萬(wàn)m3,二期均通制冷水;單位混凝土通水量為5.30 m3冷水/m3混凝土?;炷聊繕?biāo)溫度12~15℃。
5.3.4 每方混凝土后冷二期通冷水(15℃)單價(jià)計(jì)算
YWL250-8J(360 m3/h)移動(dòng)式冷水站冷水產(chǎn)量為360 m3/h,折合1.68元/m3;YWG150-8g(240 m3/h)移動(dòng)式冷水站冷水產(chǎn)量為240 m3/h,折合1.99元/m3;單位混凝土攤?cè)胨滟M(fèi)用5.30 m3冷水/m3混凝土×(1.68元/ m3冷水×90.00%+1.99元/m3冷水×10.00%) = 9.07元/m3混凝土。
混凝土后冷溫控措施單價(jià)成果匯總?cè)绫?所示。
表7 混凝土后冷溫控措施單價(jià)成果
水電行業(yè)缺乏后冷措施費(fèi)用編規(guī)、定額依據(jù),后冷工藝的復(fù)雜性、各地區(qū)溫度差異等因素造成后冷溫控費(fèi)用缺乏統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)和尺度,如何準(zhǔn)確分析后冷溫控費(fèi)用是目前水電工程設(shè)計(jì)面臨的重大技術(shù)難題。本文通過(guò)對(duì)工程常采用的后冷費(fèi)用加以分析,旨在為行業(yè)后冷混凝土溫控費(fèi)用相應(yīng)預(yù)算定額和概算定額編制或修訂提供參考。