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。控制混凝土最高溫升的方法之一就是通冷卻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(fèi)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(fèi)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(fèi)用進(jìn)行分解，并對關(guān)鍵性的混凝土后冷通水冷卻費(fèi)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(fèi)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(qiáng)度的要求，設(shè)計采用三種強(qiáng)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(qiáng)施工管理，盡量縮短運(yùn)輸時間，減少轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)。

(2)要求混凝土運(yùn)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，確保混凝土最高溫度滿足設(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(qiáng)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(fèi)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(fèi)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(fèi)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(yùn)行消耗的人工、材料、機(jī)械及其他費(fèi)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(fèi)用分析計算

5.1 后冷一期通水溫控措施費(fèi)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(yùn)行消耗的人工、材料、機(jī)械及其他費(fèi)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(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 后冷中期通水溫控措施費(fèi)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(yùn)行消耗的人工、材料、機(jī)械及其他費(fèi)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(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 后冷二期通水溫控措施費(fèi)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(yùn)行消耗的人工、材料、機(jī)械及其他費(fèi)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(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。

5.4 后冷通水費(fèi)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(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)計面臨的重大技術(shù)難題。本文通過對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。