朱明潤，李珊珊，張 哲

(1.中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司， 四川 成都 611130； 2.中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計院有限公司，四川 成都 610065)

0 前 言

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降低混凝土水化熱溫度。國內(nèi)水電行業(yè)大體積混凝土后冷溫控費用計算沒有明確的編規(guī)、定額作為計算依據(jù)，如何準(zhǔn)確分析后冷溫控費用是目前水電工程造價面臨的重大技術(shù)難題。本文根據(jù)某特高拱壩溫控設(shè)計方案，對混凝土后冷溫控措施費用進(jìn)行分解，并對關(guān)鍵性的混凝土后冷通水冷卻費用進(jìn)行分析計算，形成混凝土后冷溫控單價計算成果，旨在為國內(nèi)水電行業(yè)大體積混凝土后冷溫控費用計算提供參考。

1 澆筑溫度要求及后冷系統(tǒng)配置

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552.43 m，壩體混凝土方量476.47萬m3。壩身孔口等建筑物對混凝土強度的要求，設(shè)計采用三種強度級別的混凝土分區(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。

1.1 混凝土出機(jī)口溫度

(1)混凝土出機(jī)口溫度按不低于5℃、不超過7℃控制，當(dāng)外界氣溫低于10℃時，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)骨料的實際含水量變化情況應(yīng)及時調(diào)整混凝土用水量和加冰量，確?；炷脸鰴C(jī)口溫度及坍落度滿足要求。

(4)出機(jī)口溫度合格率要求大于95%。

1.2 混凝土入倉溫度

(1)加強施工管理，盡量縮短運輸時間，減少轉(zhuǎn)運次數(shù)。

(2)要求混凝土運輸車車廂設(shè)置隔熱、防曬、防雨設(shè)備，當(dāng)外界氣溫高于23℃時，還應(yīng)在裝料前對車廂外側(cè)進(jìn)行必要的灑水降溫，以降低車廂內(nèi)的溫度。

1.3 混凝土澆筑溫度

(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4℃，澆筑溫度按不超過11℃控制，確?；炷磷罡邷囟葷M足設(shè)計要求。

(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)卸入倉面的混凝土應(yīng)及時振搗。盡量避免高溫時段澆筑混凝土，應(yīng)充分利用低溫季節(jié)和早晚及夜間氣溫低的時段澆筑。

(4)當(dāng)澆筑倉內(nèi)氣溫高于23℃時，應(yīng)進(jìn)行倉面噴霧，以降低倉面環(huán)境溫度。噴霧時水分不應(yīng)過量，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。開始噴霧時的倉內(nèi)氣溫根據(jù)現(xiàn)場試驗總結(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℃。

1.4 澆筑層厚及澆筑間歇期控制

(1)大壩混凝土的澆筑應(yīng)保證足夠的入倉強度，坯層覆蓋時間要求小于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^50 cm。

(3)河床壩段底部0.4L(L為澆筑塊長邊的最大長度)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)報監(jiān)理批準(zhǔn)。

(6)澆筑層厚度超過3.0 m，應(yīng)通過現(xiàn)場試驗及相應(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YWL250-8J型、1臺YWG150-8 g型移動式冷水站，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℃，滿足大壩接縫灌漿溫度要求。具體后冷設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 后冷設(shè)備參數(shù)

2 供水冷卻系統(tǒng)

2.1 冷卻水管管材

(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·℃)。

2.2 冷卻水管布置

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

2.3 供水系統(tǒng)

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℃。

3 通水冷卻標(biāo)準(zhǔn)及目標(biāo)

3.1 一期通水冷卻標(biāo)準(zhǔn)及目標(biāo)

一期冷卻控制混凝土的最高溫度不超過Tm，一期冷卻結(jié)束的目標(biāo)溫度為Tc1，且必須嚴(yán)格控制一期冷卻的降溫幅度不超過6℃。

(2)一期冷卻通水水溫14～16℃。

(3)混凝土平倉振搗完成即開始一期通水冷卻，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。對水管布置間距為1.0 m×1.5 m的混凝土，一期冷卻時間不宜小于21 d；對水管布置間距為1.5 m×1.5 m的混凝土，一期冷卻時間不宜小于28 d。

3.2 中期通水冷卻標(biāo)準(zhǔn)及目標(biāo)

一期冷卻結(jié)束后可根據(jù)實測混凝土內(nèi)部溫度情況開始中期冷卻，混凝土溫度達(dá)到中期冷卻目標(biāo)溫度Tc2、二期冷卻開始時，中期冷卻結(jié)束。中期冷卻降溫歷時不小于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快及降溫幅度過大，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。

3.3 二期通水冷卻標(biāo)準(zhǔn)及目標(biāo)

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)度計劃開始二期冷卻，到接縫灌漿開始時完成二期冷卻。

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℃以內(nèi)。

為避免二期冷卻階段降溫速率過快，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

4 后冷溫控措施費用分析思路與方法

后冷一期、后冷中期、后冷二期通水溫控措施費用分別按照計算制冷水機(jī)組流量比例分析、冷卻機(jī)組制冷水量單價計算、確定單位混凝土通冷水量、每方混凝土通水冷卻單價計算四個步驟，確定后冷一期、后冷中期、后冷二期通水溫控措施費用。以后冷一期為例，闡述具體計算方法。

(1)制冷水機(jī)組流量比例分析： 后冷一期6臺YWL250-8J型、1臺YWG150-8g型移動式冷水站，額定供冷水流量分別為360 m3/h、240 m3/h。合計總流量為360×6+240×1=2 400 m3/h。

即每小時制冷水設(shè)備流量比例為：YWL250-8J型90%，YWG150-8g型10%。

(2)冷卻機(jī)組制冷水量單價計算：根據(jù)YWL250-8J型、YWG150-8g型移動式冷水站每小時運行消耗的人工、材料、機(jī)械及其他費用計算此兩種設(shè)備生產(chǎn)每立方米冷水單價。

(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)計算每方混凝土通水冷卻單價：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×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×單位混凝土通冷水量。

5 后冷溫控措施費用分析計算

5.1 后冷一期通水溫控措施費用計算

5.1.1 制冷水機(jī)組流量比例分析

6臺YWL250-8J型、1臺YWG150-8g型移動式冷水站，額定供冷水流量為2 400 m3/h。YWL250-8J型每小時制冷水設(shè)備流量比例為90%。

5.1.2 一期冷卻機(jī)組制冷水量單價計算

根據(jù)YWL250-8J型移動式冷水站每小時運行消耗的人工、材料、機(jī)械及其他費用計算此兩種設(shè)備生產(chǎn)每立方米冷水單價(見表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℃)單價計算

YWL250-8J(360 m3/h)移動式冷水站冷水產(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 后冷中期通水溫控措施費用計算

5.2.1 制冷水機(jī)組流量比例分析

6臺YWL250-8J型、1臺YWG150-8g型移動式冷水站，額定供冷水流量為2 400 m3/h。YWL250-8J型每小時制冷水設(shè)備流量比例為90%。

5.2.2 中期冷卻機(jī)組制冷水量單價計算

根據(jù)YWL250-8J型移動式冷水站每小時運行消耗的人工、材料、機(jī)械及其他費用計算此兩種設(shè)備生產(chǎn)每立方米冷水單價(見表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。混凝土目標(biāo)溫度17～18℃。

5.2.4 每方混凝土后冷中期通冷水(15℃)單價計算

YWL250-8J(360 m3/h)移動式冷水站冷水產(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 后冷二期通水溫控措施費用計算

5.3.1 制冷水機(jī)組流量比例分析

6臺YWL250-8J型、1臺YWG150-8g型移動式冷水站，額定供冷水流量為2 400 m3/h。YWL250-8J型每小時制冷水設(shè)備流量比例為90%。

5.3.2 二期冷卻機(jī)組制冷水量單價計算

根據(jù)YWL250-8J型移動式冷水站每小時運行消耗的人工、材料、機(jī)械及其他費用計算此兩種設(shè)備生產(chǎn)每立方米冷水單價(見表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℃)單價計算

YWL250-8J(360 m3/h)移動式冷水站冷水產(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。

5.4 后冷通水費用匯總

混凝土后冷溫控措施單價成果匯總?cè)绫?所示。

表7 混凝土后冷溫控措施單價成果

6 結(jié) 語

水電行業(yè)缺乏后冷措施費用編規(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)確分析后冷溫控費用是目前水電工程設(shè)計面臨的重大技術(shù)難題。本文通過對工程常采用的后冷費用加以分析，旨在為行業(yè)后冷混凝土溫控費用相應(yīng)預(yù)算定額和概算定額編制或修訂提供參考。