楊大勇，尤艷兵，李 波

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 引言

廣東陽(yáng)江抽水蓄能電站位于廣東省陽(yáng)春市與電白縣交界處的八甲山區(qū)，地理位置處于廣州～湛江粵西片的中部，直線距廣州市230 km，距陽(yáng)春市50 km，距陽(yáng)江市60 km。工程區(qū)屬陽(yáng)春市行政區(qū)管理范圍。

電站規(guī)劃裝機(jī)規(guī)模2 400 MW，電站分近期和遠(yuǎn)期兩期建設(shè)，近期建設(shè)規(guī)模1 200 MW，上、下水庫(kù)擋水、泄水建筑物在近期一次建成，輸水發(fā)電系統(tǒng)、地下廠房分兩期建設(shè)。樞紐永久建筑物由上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群、地面開關(guān)站、下水庫(kù)及上下庫(kù)連接道路等組成。

地下廠房開挖尺寸為156.5 m×26 m×60.2 m（長(zhǎng)×寬×高），由安裝場(chǎng)、主機(jī)間、副廠房組成，安裝場(chǎng)布置在主機(jī)間的西端，副廠房布置在主機(jī)間的東端。

主機(jī)間各層高程分部如下：發(fā)電機(jī)層高程-8.30 m；中間層高程-15.30 m；水泵水輪機(jī)層高程-21.80 m；蝸殼層高程-30.50 m。主機(jī)間布置3 臺(tái)單機(jī)容量400 MW（發(fā)電工況）的可逆式水泵水輪機(jī)組，機(jī)組間距25 m，每個(gè)機(jī)組段間分結(jié)構(gòu)縫。水輪機(jī)工況額定凈水頭653 m。

本次主要探討抽水蓄能電站可逆式抽水蓄能發(fā)電機(jī)組的蝸殼大體積溫控混凝土施工，如何降低混凝土澆筑溫度和內(nèi)部溫升，減少混凝土溫度裂縫。

2 蝸殼混凝土配合比設(shè)計(jì)

蝸殼混凝土設(shè)計(jì)為C30W4F50 清水混凝土。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和溫控要求，通過對(duì)混凝土配合比設(shè)計(jì)及優(yōu)化，減少水泥用量，控制大體積混凝土的溫度裂縫。

根據(jù)清水混凝土的特點(diǎn)及外觀要求，為減少蝸殼大體積混凝土的溫度裂縫，使蝸殼混凝土外觀達(dá)到免裝修的清水混凝土效果，并考慮到清水混凝土配合比的水泥用量大于普通混凝土的水泥用量，清水混凝土的水泥用量較大，產(chǎn)生的水化熱較多，因此設(shè)計(jì)兩種混凝土配合比來滿足要求，即蝸殼混凝土外立面1.0~2.0 m 范圍使用C30W4F50 清水混凝土配合比，以保證外觀效果；蝸殼混凝土內(nèi)部采用C30W4F50 普通混凝土，以減少水泥用量和水化熱。

本工程通過委托有資質(zhì)的第三方試驗(yàn)，進(jìn)行蝸殼混凝土的配合比試驗(yàn)，配合比確定后再進(jìn)行蝸殼混凝土的絕熱溫升試驗(yàn)、自生體積變形試驗(yàn)、極限拉伸試驗(yàn)等專項(xiàng)試驗(yàn)。蝸殼內(nèi)部的C30W4F50 普通混凝土配合如表1。

表1

3 蝸殼混凝土溫控措施

3.1 混凝土澆筑分層

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，蝸殼混凝土主要包括蝸殼基礎(chǔ)混凝土和蝸殼外包混凝土，結(jié)構(gòu)尺寸為順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度18.10 m，寬度17.32 m，高程為-30.55~-21.85 m，總高度8.70 m，共分5 層澆筑，最大分層高度1.90 m。其中蝸殼基礎(chǔ)高度3.7 m，分兩層澆筑，高度分別為1.90 m、1.80 m；蝸殼外包混凝土高度3.65 m，分兩層澆筑，高度分別為1.85 m、1.80 m；-23.20~-21.85 m 高程段與水輪機(jī)層樓板一起澆筑，分層高度為1.35 m。各層的特性見表2。

表2

混凝土入倉(cāng)方式采用泵送加吊罐，混凝土泵布置在安裝間下部的6 號(hào)支洞內(nèi)，接泵管至1 號(hào)~3 號(hào)機(jī)組段澆筑蝸殼混凝土，50 t 橋機(jī)配6 m3吊罐輔助入倉(cāng)澆筑。

3.2 溫控指標(biāo)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，蝸殼混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30W4F50，屬溫控混凝土，溫控指標(biāo)：混凝土澆筑溫度≤22℃，混凝土內(nèi)部允許最高溫度為≤56℃；溫控措施采用通水冷卻，冷卻水管要求采用Φ30鋼管，間排距1.0~1.5 m，底層與頂層冷卻水管距離混凝土完成面不小于0.5 m。通水溫度20±2℃，通水流量2 m3/h，24 h 變換一次通水方向。同時(shí)采取表面保溫措施使用混凝土澆筑體內(nèi)外溫度差不大于20℃。

3.3 氣象資料

根據(jù)電站附近的陽(yáng)春氣象站氣象資料，工程所在地年平均氣溫22℃，最高氣溫37.6℃，最低氣溫-1.8℃。氣溫最低月份為1 月份，平均氣溫在13.4~15.4℃之間。氣溫最高月份為7 月份，平均氣溫在27.1~28.5℃之間。各月平均氣溫見表3。

表3

根據(jù)氣象資料，高溫時(shí)段為4~10 月，低溫時(shí)段為11~次年3 月。

3.4 出機(jī)口溫度控制

蝸殼溫控混凝土供應(yīng)由布置在下庫(kù)的混凝土拌和站生產(chǎn)的預(yù)冷混凝土。拌和站生產(chǎn)能力為90 m3/h，配置一套15 t/h 的冷水機(jī)組和20 m3水池，冷水溫度4℃，作為拌制預(yù)冷混凝土拌制用水和骨料倉(cāng)噴霧冷卻用水；另配置一套15 t/d 的制冰系統(tǒng)，滿足生產(chǎn)預(yù)冷混凝土的需要。

為降低混凝土出機(jī)口溫度，主要采取以下措施生產(chǎn)預(yù)冷混凝土。

（1）骨料倉(cāng)采用鋼結(jié)構(gòu)遮陽(yáng)棚，避免骨料暴曬升溫和雨淋。

（2）選用低熱水泥，控制水泥入罐溫度不超過80℃。

（3）骨料料倉(cāng)周邊采用噴霧降溫措施，噴曬4℃冷水降低骨料倉(cāng)的溫度。

（4）骨料從料倉(cāng)到拌和樓的運(yùn)輸皮帶，全程采取隔熱、保溫措施進(jìn)行封閉。

（5）混凝土拌制時(shí)，采用冷水加片冰拌制，保證出機(jī)口溫度不超過充許值。

（6）在高溫季節(jié)運(yùn)送混凝土的車輛采用隔熱遮陽(yáng)措施，縮短混凝土運(yùn)輸和暴曬時(shí)間，控制從出機(jī)口到倉(cāng)面的溫度回升。

（7）通過控制出機(jī)口溫度不超過20℃，運(yùn)輸和入倉(cāng)澆筑溫升不超過2℃，將澆筑溫控制控制在設(shè)計(jì)圖紙要求的22℃以內(nèi)。

預(yù)冷混凝土出機(jī)口溫度計(jì)算：

計(jì)算參數(shù)

根據(jù)氣溫條件、成品料堆設(shè)置遮陽(yáng)棚、骨料堆高、料倉(cāng)周邊采用噴霧降溫措施等，骨料溫度取值按照低溫季節(jié)17.6℃，高溫季節(jié)25.6℃作為計(jì)算依據(jù)；冷水溫度4℃；片冰溫度-5℃；出機(jī)口溫度<20℃。

根據(jù)以上參數(shù)，考慮砂含水率3%，骨料含水率1%時(shí)，計(jì)算混凝土出機(jī)口溫度。

對(duì)11~3 月、4~10 月預(yù)冷混凝土按C30W4F50普通混凝土出機(jī)口溫度18~20℃進(jìn)行計(jì)算。

通過熱平衡計(jì)算，11~3 月預(yù)冷混凝土出機(jī)口溫度不大于20℃時(shí)，需加冰40 kg，出機(jī)口混凝土溫度19.6℃；4~10 月預(yù)冷混凝土出機(jī)口溫度不大于20℃時(shí)，需加冰90 kg，出機(jī)口混凝土溫度19.6℃。

拌制混凝土?xí)r，每班對(duì)出機(jī)口混凝土溫度抽測(cè)數(shù)量不少于2 次。現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)拌和樓出機(jī)口實(shí)際測(cè)量的混凝土溫度，及時(shí)調(diào)整每方混凝土的加冰量，最終使用出機(jī)口混凝土溫度溫足不大于20℃的要求，每次調(diào)整加冰量后均應(yīng)加強(qiáng)溫度檢測(cè)。

3.5 澆筑體溫度控制

蝸殼基礎(chǔ)和蝸殼外包混凝土均為大體積混凝土，共分5 層澆筑，分層高度為1.8~1.9 m?；炷潦┕み^程中，除控制出機(jī)品混凝土溫度不大于20℃，同時(shí)采取以下溫控措施進(jìn)行施工。

（1）為防止混凝土運(yùn)輸過程中的溫度回升，在高溫季節(jié)運(yùn)送混凝土?xí)r，對(duì)混凝土攪拌運(yùn)輸車進(jìn)入拌和樓時(shí)，采用噴灑4℃的冷水對(duì)罐體進(jìn)行降溫；采取隔熱遮陽(yáng)措施，縮短混凝土運(yùn)輸和暴曬時(shí)間，控制從出機(jī)口到倉(cāng)面澆筑的溫度回升不大于2℃。

（2）加強(qiáng)澆筑溫度的測(cè)量，及時(shí)掌握混凝土入倉(cāng)澆筑時(shí)的混凝土溫度，按照每班的抽測(cè)數(shù)量不少于2 次進(jìn)行溫度測(cè)量，保證澆筑入倉(cāng)的混凝土溫度滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）混凝土澆筑前，在倉(cāng)內(nèi)預(yù)埋冷卻水管。每層混凝土均布置2 層冷卻水管，第1 層高度0.6 m，第2 層按澆筑高程下0.6 m 的高度布置，整個(gè)蝸殼大體積混凝土共布置8 層冷卻水管。每倉(cāng)內(nèi)的冷卻水管均單獨(dú)設(shè)置一個(gè)進(jìn)水口和出水口，不得將兩層冷卻水管串聯(lián)通水。冷卻水管采用Φ32×2.5 鋼管，水平“S”形布置，間距1.0 m，采用Φ28 鋼筋焊接支架固定?；炷灵_始澆筑后即開始通水冷卻。冷卻水采用布置在廠房的系統(tǒng)供水管供水，水溫18~22℃。

（4）為降低高溫季節(jié)混凝土出機(jī)口溫度和澆筑溫度，可根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃，將蝸殼的大體積混凝土安排在低溫時(shí)段施工，并盡量選擇在早晚和夜間低溫時(shí)段澆筑，避開中午高溫時(shí)段澆筑。

（5）每倉(cāng)混凝土澆筑完后，及時(shí)對(duì)混凝土表面保護(hù)及保溫，并保持混凝土表面濕潤(rùn)。保護(hù)材料的種類和厚度，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫度和氣候條件選用。本工程選用50 mm 厚泡沫板對(duì)混凝土表面保護(hù)，使混凝土澆筑體內(nèi)和表面溫度差不大于20℃。

（6）混凝土澆筑完成后，及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面濕潤(rùn)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 d，或養(yǎng)護(hù)至下一層混凝土澆筑前。

（7）冷卻水管通水溫度18~22℃，水壓0.5 MPa，通水流量按1.5~2.0 m3/h 控制。每24 h 改變一次水流方向。當(dāng)進(jìn)水口和出水口溫度相差超過10℃時(shí)，每12 h 改變一次水流方向。

（8）蝸殼大體積混凝土通水冷卻時(shí)間不少于14 d，且混凝土內(nèi)部溫度與地下廠房溫度的差值小于20℃，即可停止通水冷卻，后期灌注2∶1 的純水泥漿對(duì)冷卻水管進(jìn)行回填封堵。

4 混凝土溫度監(jiān)測(cè)

4.1 測(cè)溫計(jì)埋設(shè)

每層混凝土澆筑前，在該層混凝土平面布設(shè)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)按照分層厚度的垂直方向的表層、中間、底層各埋設(shè)一支電子測(cè)溫計(jì)。表層測(cè)溫計(jì)布置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的混凝土澆筑體表面以下5 cm 處，用于測(cè)量混凝土表層溫度；中間測(cè)溫計(jì)布置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的混凝土澆筑體分層厚度的垂直方向的中間位置，用于測(cè)量混凝土中心溫度；底層測(cè)溫計(jì)布置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的混凝土澆筑體底面以上5 cm 處，用于測(cè)量混凝土底層溫度。測(cè)溫計(jì)安裝前先檢查測(cè)溫計(jì)是否完好，整個(gè)倉(cāng)面的測(cè)溫計(jì)全部安裝完成后，對(duì)每支測(cè)溫計(jì)再進(jìn)行一次測(cè)量，確保埋設(shè)的溫度計(jì)完好。對(duì)于損壞的測(cè)溫計(jì)及時(shí)更換。

安裝電子測(cè)溫計(jì)時(shí)，在測(cè)溫點(diǎn)位置安裝一根Φ28 插筋并固定牢固，將測(cè)溫計(jì)的溫度傳感器固定在鋼筋上，每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)布置3 個(gè)測(cè)溫計(jì)，分別固定在鋼筋的上、中、下位置，測(cè)溫計(jì)電纜采用Φ32 鋼套管安裝固定，并將鋼套管固定在鋼筋，接引至混凝土澆筑高程以上。每個(gè)倉(cāng)內(nèi)的溫度計(jì)安裝完后，及時(shí)進(jìn)行編號(hào)和標(biāo)識(shí)，以利于后期溫度測(cè)量。

4.2 測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)收集

混凝土澆筑過程中，安排技術(shù)人員全程監(jiān)控。當(dāng)每支測(cè)溫計(jì)被混凝土覆蓋后，即開始測(cè)量其初始數(shù)據(jù)，并詳細(xì)記錄測(cè)溫時(shí)間、溫度計(jì)位置及編號(hào)、實(shí)測(cè)溫度等數(shù)據(jù)?；炷翝仓w內(nèi)部測(cè)溫計(jì)的數(shù)據(jù)采用與電子測(cè)溫計(jì)配套的專用測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)量，由專職技術(shù)員進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量頻次按照每間隔4~6 h 測(cè)量一次，每天不少于4 次。

通過對(duì)4 臺(tái)機(jī)組蝸殼混凝土的溫度數(shù)據(jù)收集分析，氣溫最高時(shí)段的6~8 月，該時(shí)段內(nèi)的混凝土內(nèi)部中間點(diǎn)的最高溫度基本滿足要求，少量測(cè)點(diǎn)超標(biāo)1~2℃；9~次年5 月最高溫度均滿足要求?；炷翝仓w的內(nèi)部高溫時(shí)段主要集中在澆筑后7 d 內(nèi)，之后逐漸下降。

5 結(jié)論

通過陽(yáng)江抽水蓄能電站的蝸殼大體積溫控混凝土施工經(jīng)驗(yàn)，為達(dá)到蝸殼大體積混凝土的溫控指標(biāo)，主要以澆筑前控制混凝土出機(jī)口溫度、運(yùn)輸過程中的混凝土溫升，使混凝土的澆筑溫度滿足要求；澆筑后通過混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管進(jìn)行通水冷卻，及時(shí)將混凝土內(nèi)部因水泥水化熱產(chǎn)生的熱量通過冷卻水帶走，達(dá)到降低混凝土內(nèi)部溫度的目標(biāo)。其中混凝土出機(jī)口的溫度控制是溫控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，混凝土必須采用冷水加片冰進(jìn)行拌制；在低溫季度時(shí)，應(yīng)充分利用低溫時(shí)段的有利條件，出機(jī)口混凝土溫度在設(shè)計(jì)圖紙要求的情況下，再適當(dāng)降低2℃左右，更有利于降低混凝土內(nèi)部溫度。