何邦旭 沈國武 熊 濤

(1.中國水利水電第九工程局有限公司，貴州 貴陽 550081；2.貴州黔源電力股份有限公司，貴州 貴陽 550002)

1 工程概況

大古水電站位于西藏自治區(qū)山南地區(qū)桑日縣境內(nèi)，是以發(fā)電為主的Ⅱ等大(2)型攔河壩水電站工程。攔河壩為碾壓混凝土重力壩，壩體為全斷面碾壓混凝土，最大壩高117m，壩頂長385m，大壩混凝土澆筑總量144.2萬m3，澆筑時(shí)間主要在4—10月。

2 氣候特點(diǎn)

工程處于高海拔寒冷、晝夜溫差大、太陽輻射強(qiáng)區(qū)域，施工具有以下特點(diǎn)：

a.空氣干燥、風(fēng)力大、太陽輻射強(qiáng)?？諝飧稍?、風(fēng)力大導(dǎo)致水分快速蒸發(fā)，對碾壓混凝土層間結(jié)合、表面保溫保濕有很大的影響。

b.晝夜溫差大。根據(jù)大古水電站壩址的氣象站實(shí)測資料，2011年5月—2013年12月實(shí)測最高氣溫為30℃，最低氣溫為-13℃，每天的氣溫變幅一般在18℃左右，氣溫日變幅較大。該氣溫特征容易導(dǎo)致產(chǎn)生混凝土裂縫，冬季導(dǎo)致通水水溫降低，增大水與混凝土溫差。

c.冬季氣溫低。相較于內(nèi)地，西藏有較長的時(shí)間處于低溫季節(jié)，每年12月—翌年2月為冬歇期，該段時(shí)間的日平均氣溫低于0℃，如何在低溫季節(jié)對大壩混凝土采取有效的保溫保濕措施，是控制混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵。

d.天然雪山融水溫度低。在工程區(qū)，常年從雪山匯聚的水流溫度低，高溫季節(jié)水溫5～10℃，低溫季節(jié)水溫接近0℃，由于水溫常年較低，通過使用雪山融水，減少機(jī)組制冷時(shí)間可有效減少工程投資。圖1為天然雪山融水平均水溫。

圖1 天然雪山融水平均水溫

3 溫控措施優(yōu)化

西藏大古水電站大體積碾壓混凝土溫控措施主要包括混凝土澆筑溫度控制、冷卻通水降溫控制和混凝土成品保溫保濕。

3.1 混凝土澆筑溫度控制

a.通過控制混凝土的特性、降低運(yùn)輸過程溫度損失和控制施工過程中溫度上升的相關(guān)措施，使?jié)仓炷翜囟仍诳煽胤秶鷥?nèi)。在混凝土生產(chǎn)過程中，嚴(yán)格控制其出機(jī)口溫度，據(jù)2019年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，粗骨料或砂溫度上升1.0℃，碾壓混凝土溫度上升0.30～0.52℃；每加1.0kg冰，碾壓混凝土溫度下降0.17～0.20℃(見表1)；當(dāng)澆筑期內(nèi)最低溫度小于-5℃時(shí)，采用熱水拌和(水溫不超過60℃)方式生產(chǎn)混凝土。

表1 碾壓混凝土原材料溫度變化及加冰量對混凝土出機(jī)口溫度的影響

b.拌和站至碾壓混凝土倉面運(yùn)輸距離1.6km,混凝土運(yùn)輸選擇合理的入倉方式，減少轉(zhuǎn)運(yùn)。本工程壩體2/3的碾壓混凝土均采用自卸汽車直接入倉，確保了入倉強(qiáng)度的同時(shí)減少溫度回升；4月、10月混凝土出機(jī)口溫度控制在6～12℃(主要措施是對骨料進(jìn)行加熱)，運(yùn)輸過程做好調(diào)度管控，盡量減少運(yùn)輸車輛在運(yùn)輸線的時(shí)間；運(yùn)輸?shù)缆繁M可能采用雙車道，不具備雙車道入倉條件的在合適位置設(shè)置錯(cuò)車道并安排專人調(diào)度指揮，以提高混凝土運(yùn)輸車輛的行車效率，縮短混凝土運(yùn)輸及等待卸料時(shí)間；5—9月(高溫季節(jié))碾壓混凝土施工，出機(jī)口溫度控制不超過12℃，自卸汽車、滿管溜槽等混凝土運(yùn)輸設(shè)備全部采取在外壁貼3cm厚橡塑海綿進(jìn)行保溫的措施，混凝土運(yùn)輸自卸車頂部加設(shè)保溫活動(dòng)式遮陽棚。通過以上措施，出機(jī)口溫度至入倉溫度的回升能夠控制在2℃以內(nèi)。

c.澆筑過程中，采用噴霧機(jī)、沖毛機(jī)對倉面進(jìn)行噴霧，形成局部小氣候，對已完成碾壓且覆蓋的區(qū)域同樣要進(jìn)行噴霧；振搗完成的變態(tài)混凝土和碾壓后的條帶及時(shí)采用彩條布或薄膜覆蓋保溫保濕，在下一層混凝土鋪筑前揭開；大壩懸臂翻升鋼模板背部鑲嵌10cm厚聚苯乙烯板進(jìn)行模板保溫。通過以上措施，入倉溫度至澆筑溫度的回升能夠控制在2℃以內(nèi)。

3.2 冷卻通水控制

a.溫控站布置。溫控站根據(jù)通水需求和計(jì)劃方案進(jìn)行布置，臺(tái)階面位置使用鋼管架搭設(shè)溫控站平臺(tái)，斜面采用預(yù)埋I18工字鋼斜撐，然后在工字鋼上搭設(shè)溫控站平臺(tái)，同時(shí)預(yù)埋冷卻通水主管至溫控站，分控站規(guī)格為3m×6m×3m框架結(jié)構(gòu)，外用鐵皮包裹，分控站全身覆蓋橡塑海綿保溫，每個(gè)分控站由1～2個(gè)智能溫控配電箱及多個(gè)流量測控箱組成，每個(gè)分控站控制2個(gè)或3個(gè)壩段的冷卻通水，并對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和自動(dòng)上傳。

大壩混凝土以倉為單位進(jìn)行控溫，系統(tǒng)對單個(gè)倉面范圍內(nèi)的骨料溫度、入倉溫度、澆筑溫度、內(nèi)部溫度和倉外的氣溫、濕度等信息進(jìn)行分析，然后通過冷卻通水流量測控裝置控制倉面內(nèi)冷卻水管通水流量大小，從而控制降溫速率。另外，各結(jié)構(gòu)部位使用的混凝土強(qiáng)度、級配、坍落度不同，混凝土的溫升和溫降曲線存在顯著差異，因此各部位分開進(jìn)行溫控，冷卻水管接入不同的流量測控裝置，進(jìn)行精確控溫。

b.冷卻主管布置。供水管路系統(tǒng)布置在電站右岸邊坡，系統(tǒng)主要包含高位冷水站、冷卻主水管和水包等，所有管路均為封閉循環(huán)回路，在左右岸3451.00m高程平臺(tái)各建設(shè)了一個(gè)高位冷水站，高位冷水站連接管采用DN300鋼管(厚6mm)，從高位冷水站引至壩體及消能防沖建筑物溫控站，至溫控站的分水管使用DN100鋼管；冷卻用水水池及干、支管均采用3cm厚橡塑海綿保溫材料包裹。

c.冷卻用水選用。采用雪山融水作為壩體冷卻用水，雪山融水高溫季節(jié)水溫5～10℃，低溫季節(jié)水溫1～5℃。大壩在越冬期間氣溫達(dá)到0℃以下時(shí)，雪山融水水溫極限0℃，靜止的水流會(huì)立即結(jié)冰，冷卻水管停止通水。因大壩區(qū)域的雪山融水水溫常年較低，年平均不高于7.1℃，所以未布置冷水機(jī)組，冷卻通水使用的雪山融水溫度與混凝土內(nèi)部溫度符合技術(shù)要求。

d.冷卻水管選用。原設(shè)計(jì)，冷卻水管支管均為φ3.2×2.0mmHDPE塑料管，為提高冷卻水管通水率，保證大壩澆筑混凝土質(zhì)量，碾壓混凝土倉面冷卻水管將壁厚為2.0mm的HDPE塑料管改為壁厚3.2mm的HDPE塑料管，導(dǎo)熱系數(shù)相對降低，冷卻水管存活率和通水率極大提高。常態(tài)混凝土倉面冷卻水管鋪設(shè)繼續(xù)使用φ3.2×2.0mmHDPE塑料管，主管采用φ40×3.7mmHDPE塑料管。

e.冷卻水管鋪設(shè)。碾壓混凝土倉冷卻水管鋪設(shè)時(shí)，冷卻水管距離結(jié)構(gòu)物和結(jié)構(gòu)縫大于0.8m，通水單根水管長度不大于300m，當(dāng)同一倉面需要布置多條蛇形支管時(shí)，各支管的長度基本相當(dāng)，壩內(nèi)水管按壩體通水計(jì)劃就近引入橫縫附近下游壩面預(yù)留槽內(nèi)，預(yù)留槽內(nèi)接頭連接分控站智能通水控制設(shè)備和水包，智能控制冷卻通水。同一倉面澆筑的結(jié)構(gòu)混凝土不同時(shí)，對混凝土級配較高區(qū)域的冷卻水管進(jìn)行適當(dāng)?shù)募用?，并單?dú)通水控制，澆筑時(shí)，立即對混凝土進(jìn)行通水冷卻，降低混凝土級配較高區(qū)域溫升，降低相連兩塊混凝土內(nèi)部溫差。常態(tài)倉冷卻水管鋪設(shè)在遵循冷卻水管鋪設(shè)技術(shù)規(guī)范的同時(shí)，為防止冷卻水管在澆筑過程中受沖擊損壞，同時(shí)有利于冷卻水管鋪設(shè)，常態(tài)混凝土倉面使用16號(hào)鋼筋搭設(shè)成2m×2.5m×2m的鋼筋架，冷卻水管在開倉前提前鋪設(shè)在鋼筋架上，同時(shí)，鋼筋架上可以搭設(shè)跳板，方便工作人員施工，有效防止施工過程中對冷卻水管的破壞，吊罐下料或溜槽下料時(shí)控制下料高度，且下料時(shí)不直接沖擊冷卻水管，以免大骨料扎破水管。為保證及時(shí)冷卻通水，在壩內(nèi)預(yù)埋縱向冷卻排水主管，縱向冷卻排水主管采用導(dǎo)熱系數(shù)小的φ40×4.0mmPP-R塑料管，從壩后預(yù)留鍵槽處集中引出，壩內(nèi)冷卻水管鋪設(shè)完成后，可以及時(shí)在預(yù)留鍵槽部位接水，在水管鋪設(shè)之后第一時(shí)間實(shí)現(xiàn)通水，而后利用智能溫控系統(tǒng)對大壩混凝土進(jìn)行智能通水，削弱碾壓混凝土強(qiáng)度增長的溫度峰值，以實(shí)現(xiàn)大壩溫控防裂。

f.智能通水冷卻。通過使用智能溫控系統(tǒng)自動(dòng)采集或半自動(dòng)采集溫控要素(出機(jī)口溫度、太陽輻射、倉面溫度、澆筑溫度、內(nèi)部溫度、進(jìn)出口水溫、進(jìn)出口水壓和通水流量等)，再經(jīng)過服務(wù)器進(jìn)行信息的分析評價(jià)和溫控施工預(yù)警報(bào)警，智能化自動(dòng)控制通水流量冷卻。采用智能溫控系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)控，根據(jù)降溫速率，控制通水流量，讓冷卻水管時(shí)時(shí)有水流動(dòng)，同時(shí)，每6h換一次水流方向，降低混凝土內(nèi)部溫差，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部降溫速率評價(jià)信息，降溫速率整體控制較好，整體控制在0.2～0.5℃/d以內(nèi)。根據(jù)內(nèi)部溫度計(jì)監(jiān)測統(tǒng)計(jì)成果，總體合格率達(dá)90%以上。

一期冷卻的主要目的是削減澆筑層初期溫升，控制混凝土不超過容許最高溫度，同時(shí)削減混凝土內(nèi)外溫差，減少溫度應(yīng)力，溫升階段盡可能用最大流量通水，平均流量控制在1.5～2.5m3/h，達(dá)到削峰效果后控制通水流量，降溫速率不超過0.5℃/d，平均流量控制在0.8～1.5m3/h。高溫季節(jié)澆筑的碾壓混凝土入冬前進(jìn)行必要的大面積中期降溫，降溫速率控制在0.3℃/d左右，平均流量控制在0.8～1.2m3/h。

3.3 混凝土成品保溫保濕

在混凝土成品保溫保濕方面，將橡塑海綿和薄膜結(jié)合，采取壓條式固定的工藝(見圖2)，實(shí)現(xiàn)二者效果的集成，替換原始粘貼聚苯乙烯板或者噴涂聚氨酯工藝。

圖2 新型保溫保濕工藝(單位：m)

該工藝保溫材料、保濕材料、壓條、套筒、螺栓墊片均能夠循環(huán)使用，經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保。

在已澆筑的混凝土表面，預(yù)埋通水花管，將薄膜和橡塑海綿結(jié)合，兼顧保溫保濕的效果。

利用懸臂翻升模板的拉筋孔，拆模后在不破壞混凝土表面和傷及鋼筋的同時(shí)，將模板拉筋與固定螺栓使用定制套筒連接牢固，再使用定制壓條將保溫保濕材料固定，過程中未采用焊接方式，安裝拆除方便。

3.4 雪山融水冷卻溫度控制

西藏大古水電站采用天然雪山融水進(jìn)行大壩冷卻通水，在實(shí)施過程中對雪山融水水溫進(jìn)行檢測，確定冷卻用水進(jìn)水口水溫和通水需求水溫，當(dāng)進(jìn)水口水溫小于通水需求水溫時(shí)，對進(jìn)水口加熱、調(diào)和水溫處理；混凝土澆筑完成即開始通水冷卻，升溫階段采用最大流量通水，混凝土降溫階段采用正常流量通水；在通水冷卻的同時(shí)，監(jiān)測混凝土內(nèi)部溫度變化，調(diào)節(jié)通水流量，控制降溫速度，混凝土內(nèi)部溫度降至工藝要求。

天然雪山融水受青藏高原寒冷氣候影響，融化的雪山水水溫較低，根據(jù)壩址實(shí)測水溫，雪山融水常年平均溫度不高于7.1℃，受青藏高原寒冷氣候的影響，在越冬期(12月—次年2月)一般不進(jìn)行澆筑和壩體通水冷卻。根據(jù)技術(shù)要求明確冷卻水管進(jìn)水口水溫控制要求：基礎(chǔ)約束區(qū)一期冷卻水溫不宜超過10℃；自由區(qū)一期冷卻水溫不宜超過12℃。壩體雪山融水水溫符合冷卻通水水溫要求。

雪山融水水溫偏低，與混凝土內(nèi)部溫度會(huì)產(chǎn)生較大的溫差，為解決其溫差較大的問題，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究，在混凝土溫升階段盡可能使用最大流量通水，降低混凝土內(nèi)部最高溫度，減小內(nèi)部最高溫度與通水水溫溫差，降溫階段按降溫速率要求通過智能溫控系統(tǒng)調(diào)控通水，根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，常態(tài)混凝土和碾壓混凝土的內(nèi)部最高溫度與進(jìn)口水溫溫差值均符合技術(shù)要求。

寒冷季節(jié)(主要指12月—次年2月)原則上停止冷卻通水施工，如果因?yàn)檫M(jìn)度需要，混凝土繼續(xù)施工，混凝土的冷卻通水水溫將進(jìn)行調(diào)整。在寒冷季節(jié)，雪山融水的溫度在夜間無限接近0℃，靜止或者低流量的水流會(huì)立即結(jié)冰堵塞冷卻水管，因此，提高冷卻水水溫并使水溫符合冷卻通水要求是必須解決的難題。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，通過在雪山融水進(jìn)水管增設(shè)加熱裝置+回水增壓至進(jìn)水管的方式提升冷卻水水溫，同時(shí)所有外露冷卻主管和分水管包裹橡塑海綿保溫，減少溫度損失，水溫提升效果明顯，提升后的水溫能夠滿足冷卻提升要求(見圖3、圖4)。

圖3 典型壩段保溫效果曲線

圖4 通水流程

3.5 效益分析

根據(jù)大壩排查情況，大壩無溫度裂縫產(chǎn)生，保證了大壩的混凝土質(zhì)量，節(jié)省了因?yàn)楫a(chǎn)生裂縫造成的經(jīng)濟(jì)損失；改用創(chuàng)新工藝，總共節(jié)約成本費(fèi)用783.81萬元(見表2)。

表2 成本費(fèi)用節(jié)約統(tǒng)計(jì)

4 效果檢查

根據(jù)大古水電站施工完成后最終成果統(tǒng)計(jì)，在經(jīng)過各施工程序優(yōu)化后，溫控效果得到明顯提升，優(yōu)化措施更能滿足高海拔寒冷地區(qū)大體積混凝土溫控要求。

混凝土澆筑過程中，主要對入倉溫度和澆筑溫度進(jìn)行控制，入倉溫度和澆筑溫度合格率分別為92.71%和96.16%，滿足混凝土溫控防裂要求。

通過冷卻通水措施優(yōu)化，混凝土冷卻效果滿足要求，混凝土內(nèi)部最高溫度合格率為89.57%，滿足溫控防裂技術(shù)要求。大壩蓄水時(shí)，大壩混凝土內(nèi)部溫度95.89%達(dá)到蓄水溫度要求(見圖5)。

圖5 溫控檢測項(xiàng)目合格率柱狀圖

5 結(jié) 語

在大古水電站施工過程中，為提高溫度控制質(zhì)量勢必根據(jù)環(huán)境特點(diǎn)優(yōu)化溫控施工方法。另外，溫控設(shè)施集中布置和倉面澆筑布置必須因地制宜地與施工特點(diǎn)綜合考慮，做好部署，提前準(zhǔn)備，及時(shí)通水，嚴(yán)格控制，過程保溫。通過采取大壩溫控措施優(yōu)化、施工過程嚴(yán)格控制溫度、混凝土成品及時(shí)保溫保濕措施等實(shí)現(xiàn)了大壩溫控防裂目標(biāo)，節(jié)約了施工成本，保證了施工進(jìn)度，可為類似工程提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。