銀盤水電站基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土高溫澆筑溫控措施與效果

周 浪

（重慶大唐國(guó)際武隆水電開發(fā)有限公司，重慶 408506）

銀盤水電站基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土高溫澆筑溫控措施與效果

周 浪

（重慶大唐國(guó)際武隆水電開發(fā)有限公司，重慶 408506）

1 概述

銀盤水電站位于烏江下游河段重慶市武隆縣境內(nèi)，壩址控制流域面積74910km2,是烏江干流水電開發(fā)規(guī)劃的第十一級(jí)梯級(jí)電站，上游接彭水水電站，下游為規(guī)劃的白馬梯級(jí)；電站以發(fā)電為主，兼顧彭水水電站的反調(diào)節(jié)任務(wù)和渠化航道的大型水電水利樞紐工程，工程等級(jí)為II等，工程規(guī)模為大（2）型。電站主要建筑物為廠房壩段、泄洪壩段、船閘壩段等，詳見圖1和圖2。水庫(kù)正常蓄水位215m,總庫(kù)容3.2×108m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容0.37×108m3。大壩為混凝土重力壩，壩頂高程227.5m，最大壩高78.5m，壩頂長(zhǎng)度600.10m。電站為河床式廠房，安裝4臺(tái)單機(jī)容量為150MW的軸流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)600MW，多年平均發(fā)電量2.708×109kW·h；通航建筑物為500t級(jí)單級(jí)船閘。按照工程總體進(jìn)度計(jì)劃安排，電站已于2007年12月實(shí)現(xiàn)大江截流，2010年6月首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，2011年6月整個(gè)工程竣工[1]。

圖1 烏江銀盤電站樞紐布置圖

圖2 烏江銀盤水電站下游立視圖

為了確保銀盤水電站按期蓄水發(fā)電，需在2008年夏季進(jìn)行基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土澆筑。鑒于基礎(chǔ)約束區(qū)倉(cāng)面大，溫控要求高，高溫季節(jié)施工溫控防裂難度大等方面的考慮，對(duì)大壩及廠房高溫季節(jié)澆筑基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土的可行性及相應(yīng)溫控防裂措施進(jìn)行了專題研究[2]，并聘請(qǐng)國(guó)內(nèi)混凝土施工知名專家進(jìn)行咨詢。通過采取優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、調(diào)整配合比、嚴(yán)格控制混凝土出機(jī)口溫度和澆筑溫度、加密冷卻水管、采取初期冷卻通水、配置倉(cāng)面噴霧設(shè)備、鋪設(shè)保溫被等綜合手段，將銀盤水電站基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土澆筑的最高溫升嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，并成功通過了一個(gè)冬季考驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)較大的危害性裂縫。

2 高溫澆筑強(qiáng)約束區(qū)混凝土特性分析

2.1 倉(cāng)面大且強(qiáng)度高

銀盤水電站泄洪壩段共分9個(gè)壩段，泄2～4號(hào)、泄6～8號(hào)壩段寬20.00m，泄1號(hào)壩段寬22.75m，泄5號(hào)壩段寬25.50m，泄9號(hào)寬12.25m，1～5號(hào)壩段順流向最大長(zhǎng)度為67.70m，設(shè)2條縱縫，最大塊體長(zhǎng)度為28.6m，6～9號(hào)壩段順流向最大長(zhǎng)度為67.70m，設(shè)一條縱縫，最大塊體長(zhǎng)度為42.2m。整個(gè)廠房順?biāo)飨蚍譃檫M(jìn)口段、主機(jī)段、尾水段，各段長(zhǎng)為29.9m、30.0m和33.5m；順壩軸線方向1～3號(hào)機(jī)組段寬34.7m，4號(hào)機(jī)組段寬38.0m。分縫型式以錯(cuò)縫為主，輔以灌漿縫和寬槽。安裝場(chǎng)的安Ⅰ段、安Ⅱ段從上游至下游分3塊，采用錯(cuò)縫澆筑，最大順流長(zhǎng)度為35m。圖3為銀盤電站泄洪壩段左區(qū)典型剖面示意圖。

圖3 泄洪壩段左區(qū)典型剖面圖

根據(jù)基礎(chǔ)允許溫差標(biāo)準(zhǔn)控制高度要求，按澆筑塊長(zhǎng)邊尺寸的0.4倍作為基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土計(jì)算，高溫季節(jié)（5—9月）約需澆筑1.78×105m3，最高月強(qiáng)度達(dá)4.76×104m3（8月份）。

2.2 壩區(qū)氣溫高且混凝土溫度控制標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)

2.2.1 壩區(qū)氣溫情況

根據(jù)距銀盤水電站壩址55km的上游彭水縣城氣象站1951—2000年長(zhǎng)系列氣象觀測(cè)資料的分析結(jié)果可知，壩區(qū)夏季（5—9月）多年平均氣溫24.9℃，最高月平均氣溫30.7℃（8月），極端最高氣溫44.1℃。

2.2.2 混凝土溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)壩體運(yùn)用條件、結(jié)構(gòu)要求和基巖特性，參照國(guó)內(nèi)外有關(guān)規(guī)范規(guī)定和工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)計(jì)算分析，提出本工程混凝土溫度控制標(biāo)準(zhǔn)如下：

1）基礎(chǔ)允許溫差標(biāo)準(zhǔn)。主體建筑物采用的基礎(chǔ)允許溫差見表1。

表1 基礎(chǔ)允許溫差標(biāo)準(zhǔn) ℃

填塘、陡坡部位基礎(chǔ)允許溫差應(yīng)根據(jù)所在部位結(jié)構(gòu)要求和陡坡、填塘特征尺寸等參照約束區(qū)溫差標(biāo)準(zhǔn)區(qū)別對(duì)待。混凝土澆平相鄰基巖面，應(yīng)停歇冷卻至相鄰基巖溫度后，再繼續(xù)上升。

2）防止表面裂縫溫控標(biāo)準(zhǔn)。擋水建筑物上、下游面澆完7d后應(yīng)進(jìn)行施工期永久保護(hù)。日平均氣溫在2～3d內(nèi)連續(xù)下降6℃以上時(shí)，中、后期混凝土遇年變化氣溫和氣溫驟降，視不同部位和混凝土澆筑季節(jié)，結(jié)合中、后期通水情況，采取必要的表面保護(hù)。

為降低混凝土溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫，內(nèi)外溫差控制在18～20℃。壩體最高溫度5、9月份控制在35～36℃,6—8月份控制在39～40℃。

3）設(shè)計(jì)允許最高溫度。根據(jù)各部位穩(wěn)定溫度、準(zhǔn)穩(wěn)定溫度及上述溫控標(biāo)準(zhǔn)和表面保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，確定壩體、電站廠房及船閘設(shè)計(jì)允許最高溫度見表2、表3。

2.3 高溫澆筑條件苛刻，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)務(wù)必多管齊下

根據(jù)長(zhǎng)江勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院高溫專題研究，高溫季節(jié)不考慮太陽(yáng)輻射熱的影響，大壩基礎(chǔ)約束區(qū)采用出機(jī)口溫度為12℃預(yù)冷混凝土，澆筑溫度可控制在18℃，通過加強(qiáng)冷卻通水（水管間距控制在1.0m×1.5m），大壩、廠房基礎(chǔ)約束區(qū)分別澆筑1.5～2.0m，混凝土早期最高溫度基本滿足設(shè)計(jì)允許的最高溫度。但高溫季節(jié)考慮太陽(yáng)輻射熱的影響，白天混凝土澆筑溫度平均上升1.5℃，正午時(shí)段上升4.1℃，需采用出機(jī)口溫度為10℃的預(yù)冷混凝土，混凝土澆筑溫度才能控制在18℃以內(nèi)，建議在高溫季節(jié)澆筑基礎(chǔ)約束區(qū)白天采用出機(jī)口溫度為10℃的預(yù)冷混凝土，同時(shí)還應(yīng)避免正午高溫時(shí)段澆筑混凝土。

表2 壩體設(shè)計(jì)允許最高溫度 ℃

表3 電站廠房設(shè)計(jì)允許最高溫度 ℃

3 主要溫控措施

3.1 混凝土原材料與配合比優(yōu)化

銀盤水電站混凝土水泥使用華新特種水泥廠生產(chǎn)的中熱PO42.5水泥，其3d和7d水化熱分別為235kJ/kg和277kJ/kg，利用散裝運(yùn)輸將水泥直接入罐，并將水泥的入罐溫度控制在65℃以下。電站采用的粉煤灰為華能珞璜電廠供應(yīng)的Ⅰ級(jí)灰，需水量比92%。外加劑使用江蘇博特材料股份有限公司生產(chǎn)的JM系列萘系高效緩凝減水劑和引起劑，其減水率達(dá)到19.3%[3]。骨料選用左岸董家溝砂石系統(tǒng)加工的優(yōu)質(zhì)灰?guī)r人工骨料。

為了盡可能減小銀盤水電站高溫澆筑約束區(qū)壓力，業(yè)主先后兩次聘請(qǐng)國(guó)內(nèi)知名專家對(duì)混凝土配合比大綱及混凝土施工進(jìn)行了專家咨詢。根據(jù)專家咨詢意見，設(shè)計(jì)單位對(duì)混凝土指標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化，將大壩內(nèi)部C9015W6F00的粉煤灰摻量由40%提高至45%；將大壩基礎(chǔ)混凝土C9020W8F150的粉煤灰摻量由30%提高至35%；將廠房C25W8F150的限制水膠比由0.48提高至0.50，并將廠房進(jìn)水口160m以下最大煤灰摻量由20%提高至25%～30%。試驗(yàn)中心將用水量分別減少了3～5kg。通過上述系列優(yōu)化，與同類電站相比，大壩基礎(chǔ)混凝土C9020W8F150減少水泥用量9～10kg，廠房C25W8F150減少水泥用量16～22kg，極大地緩解了高溫澆筑約束區(qū)難度。銀盤水電站主要混凝土配合比見表4，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

3.2 出機(jī)口溫度控制

銀盤水電站左岸鹽店嘴混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)配置4×3m3及3×1.5m3自落式拌和樓各1座[4]。左岸混凝土預(yù)冷系統(tǒng)預(yù)冷措施僅為兩次風(fēng)冷，出機(jī)口溫度僅能達(dá)到12～14℃，2008年銀盤水電站拌合樓生產(chǎn)的混凝土實(shí)際平均出機(jī)溫度為13.4℃，合格率均大于95%，后因配合比的優(yōu)化及采取了個(gè)性化通水，嚴(yán)格控制住了混凝土最高溫升。

3.3 入倉(cāng)溫度控制

控制混凝土的入倉(cāng)溫度的核心任務(wù)是強(qiáng)化遮陽(yáng)保溫，并盡可能實(shí)現(xiàn)混凝土的快速入倉(cāng)。銀盤水電站采用汽車運(yùn)輸方式將拌合樓生產(chǎn)的合格混凝土輸送至待澆筑倉(cāng)面上。裝有混凝土的汽車離開拌和樓之前均需加蓋遮陽(yáng)篷以防日曬，另外汽車在到達(dá)卸料點(diǎn)后的等待時(shí)間最好不要大于半小時(shí)。同時(shí)盡量在夜間開盤，到第2天高溫時(shí)段基本完成倉(cāng)面澆筑。通過檢測(cè)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，混凝土入倉(cāng)溫度最高17.4℃，最低14.2℃，平均16.9℃。

3.4 澆筑溫度控制

因銀盤水電站混凝土出機(jī)口溫度偏高，能否實(shí)現(xiàn)溫控的關(guān)鍵就在于采取科學(xué)合理的混凝土倉(cāng)面澆筑措施及初期冷卻通水措施，其中采取的混凝土倉(cāng)面澆筑措施主要有：

1）倉(cāng)面保溫?；炷猎谇缣鞚仓^程中及澆完后立即用2cm厚聚苯乙烯泡沫保溫材料覆蓋，以減少輻射熱溫升和環(huán)境溫度倒灌；保溫材料覆蓋24～36h后，當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)則揭開保溫材料散熱（一般為白天覆蓋，夜間揭開散熱）。

2）倉(cāng)面噴霧[5]，降低倉(cāng)面環(huán)境溫度。為防止混凝土初凝及氣溫倒灌，通過采用旋轉(zhuǎn)式噴霧機(jī)噴霧降低倉(cāng)面環(huán)境溫度，噴量控制在2.0mm/h以內(nèi)，噴霧時(shí)要保證成霧狀，避免形成水滴落在混凝土面上。噴霧機(jī)采用支架，架高2～3m并結(jié)合風(fēng)向，使噴霧方向與風(fēng)向一致，同時(shí)根據(jù)倉(cāng)面大小選擇噴霧機(jī)數(shù)量，保證噴霧降溫效果。根據(jù)倉(cāng)面實(shí)際測(cè)量的氣溫?cái)?shù)據(jù)，如果噴霧的霧化效果較好的話，可以將環(huán)境溫度降低5～6℃，而噴霧是鋼筋密集的廠房倉(cāng)號(hào)的主要溫度控制措施。同時(shí)，對(duì)噴霧機(jī)不能覆蓋的部位，采取了用噴霧管（沖毛槍）輔助進(jìn)行噴霧。

3）混凝土澆筑時(shí)段應(yīng)避開高溫時(shí)段。銀盤水電站壩址所在地夏季每天的10～17h為高溫時(shí)段，因此，混凝土澆筑最好在每天的18h以后開倉(cāng)，并集中各種入倉(cāng)手段，增大混凝土的入倉(cāng)強(qiáng)度，并盡可能在次日的10h之前完成倉(cāng)面的澆筑工作。

4）優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，縮短層間覆蓋時(shí)間。參照專家意見，對(duì)大壩左區(qū)1～5號(hào)壩段增設(shè)了一臺(tái)縱縫，大大減小了倉(cāng)面面積，對(duì)縮短層間覆蓋時(shí)間起到了至關(guān)重要的作用。由于受入倉(cāng)手段的制約，銀盤水電站混凝土倉(cāng)面基本采用臺(tái)階法澆筑，以縮短混凝土坯間暴露時(shí)間，并輔以必要的倉(cāng)面保冷措施，降低倉(cāng)面內(nèi)混凝土溫度回升，控制澆筑溫度。

表4 銀盤水電站大壩及廠房約束區(qū)主要混凝土配合比

表5 銀盤水電站大壩及廠房約束區(qū)主要混凝土試驗(yàn)結(jié)果

通過采取上述混凝土倉(cāng)面綜合澆筑措施，實(shí)測(cè)混凝土澆筑溫度最高18.6℃，最低16.3℃，平均17.5℃。

3.5 “個(gè)性化”初期冷卻通水

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，銀盤水電站泄洪壩段基礎(chǔ)約束區(qū)按1.5m層厚，電站廠房按2.0m層厚澆筑。夏季施工全部布設(shè)了冷卻水管，大壩壩內(nèi)鋪設(shè)的蛇形水管一般按1.0m（水平間距）×1.5m（豎直間距）布置，廠房壩內(nèi)冷卻水管按1.5m（水平間距）×1.0m（豎直間距）布置，鋪設(shè)時(shí)水管距上下游壩面2.0～2.5m，水管距接縫面、壩內(nèi)孔洞周邊1.0～1.5m。單根水管長(zhǎng)度不宜大于250m。壩內(nèi)蛇形水管按壩體通水計(jì)劃結(jié)合接縫灌漿分區(qū)范圍就近引入廊道或引至壩體下游面，引入廊道的立管水管間距一般不小于1m，距廊道底板50～100cm，管口朝下彎。所有立管均應(yīng)引至模板附近，立管管間間距不小于1.0m。冷卻水管大多采用內(nèi)徑28mm、外徑32mm的高密度聚乙烯管。

根據(jù)設(shè)計(jì)壩體最高溫度計(jì)算成果，5—9月高溫季節(jié)施工的混凝土均需進(jìn)行初期通水削峰。初期通水冷卻不僅可削減2～4℃最高溫度峰值，還可使高溫季節(jié)澆筑的混凝土達(dá)到最高溫度后降低至25～27℃，減少后期通水時(shí)間。初期通水冷卻采用8～10℃的制冷水，通水時(shí)間為21d。混凝土覆蓋水管后立即開始通水，控制水溫與混凝土溫差≤20～25℃。根據(jù)專家咨詢意見，在混凝土達(dá)到最高溫度前，通水采取“個(gè)性化”通水方式[6]，制冷水流量為25～35L/min，并保證連續(xù)通水，每2d變換一次進(jìn)出水口方向，待最高溫升過后再恢復(fù)到正常18～20L/min，并控制混凝土降溫速率不大于1℃/d。

通過采取“個(gè)性化”通水方式，廠房及大壩整個(gè)高溫期混凝土溫升基本控制在最高溫升以內(nèi)。通過對(duì)廠房2008年夏季澆筑的60個(gè)倉(cāng)面最高溫度統(tǒng)計(jì)分析，最高溫度35.2℃，最低30.5℃，平均32.8℃，混凝土最高溫升基本出現(xiàn)在澆筑后2～3d內(nèi)。

3.6 混凝土養(yǎng)護(hù)

高溫和較高溫季節(jié)的混凝土澆筑完成后，采用灑水對(duì)已澆混凝土進(jìn)行不間斷養(yǎng)護(hù)并覆蓋保溫層[7]，保持倉(cāng)面潮濕，使混凝土充分散熱，養(yǎng)護(hù)時(shí)間28d。

3.7 外露面冬季保溫

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，夏季澆筑混凝土的外露面及澆筑層面一般不保溫，但應(yīng)特別重視后期的保溫、養(yǎng)護(hù)等工作。銀盤水電站基礎(chǔ)約束區(qū)、迎水面等重要部位保溫后的等效放熱系數(shù)設(shè)計(jì)要求不大于1.5～2.0W/(m2·℃)，一般部位保溫后的等效放熱系數(shù)設(shè)計(jì)要求不大于2.0～3.0W/(m2·℃)。實(shí)際施工過程中，全部采用2～3cm的聚乙烯泡沫卷材進(jìn)行初期保溫，后期對(duì)廠房迎水面部分部位改為外貼3.0cm的聚乙烯苯板進(jìn)行保溫。由于保溫及時(shí)，2008年夏季澆筑的約束區(qū)混凝土經(jīng)過一個(gè)冬季的考驗(yàn)，經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)較大的危害性裂縫。

4 結(jié)語(yǔ)

銀盤水電站基礎(chǔ)約束區(qū)大體積混凝土高溫季節(jié)施工能夠成功的關(guān)鍵，主要在于原材料的優(yōu)選、配合比優(yōu)化、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及個(gè)性化初期冷卻通水等綜合措施的采用，特別是配合比優(yōu)化及個(gè)性化初期冷卻通水起到了關(guān)鍵作用。對(duì)于個(gè)性化初期冷卻通水，應(yīng)嚴(yán)格掌握通水溫降，控制好通水流量，并設(shè)置必要的溫度監(jiān)測(cè)設(shè)施，確保最高溫升的準(zhǔn)確監(jiān)控。銀盤水電站基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土高溫澆筑溫控綜合措施所取得的良好的效果，為高溫季節(jié)水電站大體積混凝土澆筑積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1]胡進(jìn)華，楊本新，周浪.烏江銀盤水電站樞紐布置設(shè)計(jì)研究[J].人民長(zhǎng)江，2008，39（4）：25-27.

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[5]劉洪超.金安橋水電站大壩碾壓混凝土溫度控制初步分析[J].水力發(fā)電，2008，34（6）：45-47.

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Temperature Control Measures and Effects of High Temperature Concrete Pouring in Foundation Restraint Area of Yinpan Hydropower Station

ZHOU Lang
（Chongqing Datang International Wulong Hydropower Development Co.,Ltd,Chongqing 408506,China）

The temperature and crack control are key research project in the structure design and construction of modern massive concrete construction , which is of importance to ensure the construction quality ofmassive concrete and accelerate construction process and so on . Because of delayed river closure and the comprehensive slope geological conditions on left bank of Wujiang River, all of the concretein foundation restraintareain the stageII for project of Yinpan Hydropower Station had to be constructed under high temperature. By the application ofsuch temperature and crack control measures as rawmaterial optimization, the adjustment of concrete mixture proportion, the control of concrete temperature at batching plant outlet and environmental temperature in the construction placement, water cooling at initial stage etc, the key problem of high temperature massive concrete construction in foundation restraint area of Yinpan Hydropower Station was solved successfully, without any big temperature crack, which provided valuable experience for high temperaturemass concrete construction of hydraulic and hydropowerengineering.

Yinpan Hydropower Station；massive concrete；high temperature construction；temperature control measure

大體積混凝土高溫澆筑溫控防裂是現(xiàn)代大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工中十分重要的研究課題，對(duì)于保證大體積混凝土施工質(zhì)量、加快施工進(jìn)度等具有關(guān)鍵性作用。銀盤水電站受截流時(shí)間推后及左岸邊坡地質(zhì)等因素制約，整個(gè)二期工程基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土全在高溫季節(jié)施工。通過采取事前專題研究及技術(shù)咨詢，過程采取原材料的優(yōu)選、調(diào)整配合比、嚴(yán)格控制混凝土出機(jī)口溫度和澆筑溫度、個(gè)性化初期冷卻通水等綜合控制措施，成功攻克高溫季節(jié)基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土澆筑的難關(guān)，取得了良好的效果，為高溫季節(jié)水電站基礎(chǔ)約束區(qū)大體積混凝土澆筑積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

銀盤水電站；大體積混凝土；高溫澆筑；溫控措施

1674-3814（2010）01-0088-05

TV544+.91

B

2009-09-28。

周 浪（1974—），男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樗姽こ坦芾怼?/p>

（編輯 李 沈）