藏木水電站大壩混凝土冷卻通水施工技術(shù)

張會強(qiáng)

(中國葛洲壩集團(tuán)第六工程有限公司，云南昆明 650000)

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藏木水電站大壩混凝土冷卻通水施工技術(shù)

張會強(qiáng)

(中國葛洲壩集團(tuán)第六工程有限公司，云南昆明 650000)

【摘要】大體積混凝土溫控防裂是世界難題，盡管近年來科技工作者在水工大壩領(lǐng)域取得了多項(xiàng)重要研究成果，但仍未完全解決混凝土裂縫問題，其中混凝土冷卻通水降溫是關(guān)鍵的一環(huán)。通過對混凝土澆筑的初期、中期和后期過程中混凝土不同齡期水化熱的發(fā)展特點(diǎn)、不同季節(jié)內(nèi)外溫差的不同要求以及混凝土塊體間接縫灌漿施工的溫度需要，在通水冷卻過程中，需根據(jù)壩體內(nèi)混凝土溫度變化情況，采取個性化通水方法，減小混凝土內(nèi)的拉應(yīng)力，達(dá)到防止混凝土出現(xiàn)裂縫的目的。文章就針對在已建完的藏木水電站大壩混凝土冷卻通水的技術(shù)方案進(jìn)行整合與分析，得出較為完善的大壩混凝土冷卻通水施工的技術(shù)及質(zhì)量控制措施，為以后的大壩混凝土工程冷卻通水施工及質(zhì)量控制提供經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】大壩混凝土；冷卻通水；施工技術(shù)；藏木水電站

1工程概況

藏木水電站筑壩材料采用常態(tài)混凝土，各壩段之間設(shè)置橫縫，每個壩段采用豎縫形式設(shè)置縱縫，將壩體分為上下游塊，對壩體的每個澆筑塊采用冷卻通水降低混凝土內(nèi)部的溫度，縮小混凝土塊體的內(nèi)外溫差。且由于藏木水電站施工區(qū)域高海拔、高寒和晝夜溫差大，所在地區(qū)年平均氣溫在8℃左右，極端最高氣溫和極端最低氣溫分別為 32.0℃和-16.6℃。多年平均年降水量為540.5 mm，歷年1 d最大降水量51.3 mm，多年平均相對濕度51%。多年平均風(fēng)速為1.6 m/s，歷年最大風(fēng)速為19 m/s。冬季晝夜溫差平均在20℃～25℃之間。全年晝夜溫差大，太陽輻射強(qiáng)，混凝土失水量大，澆筑溫度難以保證，混凝土內(nèi)外溫差控制極為困難，增加了對大壩混凝土冷卻通水施工的質(zhì)量控制難度。

2冷卻通水管理及資源配置

藏木水電站現(xiàn)場專門成立冷卻通水質(zhì)量控制小組，針對現(xiàn)場通水異常情況及時進(jìn)行討論研究處理。共投入2臺冷水機(jī)組、4臺流量計、4支紅外線溫度計、2臺溫度觀測儀器。溫控人員每4 h測量一次混凝土內(nèi)部溫度及進(jìn)、出水溫度和流量，每日定時召開溫控決策會議，根據(jù)每日實(shí)時觀測的混凝土內(nèi)部溫度變化情況進(jìn)行調(diào)整混凝土冷卻通水的流量及調(diào)整冷水機(jī)組的出水溫度，將混凝土內(nèi)部溫度曲線控制在要求范圍內(nèi)，效果較好。

3通水冷卻施工技術(shù)

通水冷卻，一般根據(jù)設(shè)計文件要求或相關(guān)計算，在考慮每月的多年平均氣溫后，確定每個月的混凝土內(nèi)部最高溫度，并采取措施將溫度降低到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。多年來，已經(jīng)形成了一套比較成熟的通水冷卻經(jīng)驗(yàn)，如一期通水、中期通水、二期通水等。一期通水是為了削減大體積混凝土內(nèi)部的最高溫度，使其最高溫度不超過設(shè)計允許值；中期通水是為了減少混凝土的內(nèi)外溫差，使大體積混凝土在冬季不致產(chǎn)生裂縫，能夠順利過冬；二期通水是對需要進(jìn)行接縫灌漿或岸坡接觸灌漿的壩體進(jìn)行冷卻，使得各個接觸面因冷卻通水降溫塊體收縮產(chǎn)生縫隙而后進(jìn)行接縫或接觸灌漿。

3.1水管材料

大壩混凝土的冷卻水管采用高導(dǎo)熱的HDPE塑料管，固結(jié)灌漿范圍內(nèi)采用黑鐵管。HDPE冷卻水管的規(guī)格為：內(nèi)徑28 mm，外徑32 mm，為專用管材，除應(yīng)滿足高密度聚乙烯(HDPE)管材相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求外，還應(yīng)滿足有較高的導(dǎo)熱性能，其導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)大于或等于1.66 kJ(m·h·k)-1。在固結(jié)灌漿蓋重區(qū)域及其他特殊部位，澆筑層面上的冷卻水管采用黑鐵管，內(nèi)徑28 mm，外徑32 mm，焊接鐵管應(yīng)滿足低壓流體輸送用焊接鋼管相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。HDPE冷卻水管主要指標(biāo)見表1。

表1　HDPE冷卻水管主要指標(biāo)要求

3.2水管布置及鋪設(shè)

對于大壩需要進(jìn)行接縫灌漿的部位(含縱縫頂端上方9 m)的混凝土均需布置冷卻水管；對大壩無接縫灌漿的部位，3月中旬至10月澆筑的混凝土需布置冷卻水管，11月至3月上旬澆筑的混凝土可不布置冷卻水管。

大壩基礎(chǔ)澆筑的混凝土冷卻水管布置為1.5 m×1.5 m(水平×豎直)方式；自由區(qū)3月中旬至10月澆筑的混凝土冷卻水管布置為1.5 m×1.5 m(水平×豎直)方式，11月至3月上旬澆筑的混凝土冷卻水管布置為2.0 m×1.5 m(水平×豎直)方式。冷卻水管支管采用蛇形布置，每根蛇形管路最長不得超過300 m，蛇形冷卻水管布置于各澆筑層的底部。冷卻水管不允許穿過橫縫、縱縫及各種廊道及空洞，也不允許與大壩內(nèi)的其他管道搭接或相交。冷卻水管距上、下游面的距離一般為0.8～1.5 m，局部不應(yīng)小于0.5～1.0 m。冷卻水管距橫縫面的距離一般要求為0.8 m，冷卻水管距廊道、孔口等內(nèi)壁面的距離一般不應(yīng)小于0.5 m。

3.3水管連接與封堵

各種水管連接件材質(zhì)均應(yīng)滿足相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)要求，混凝土內(nèi)埋設(shè)的冷卻水管接頭采用膨脹式防水接頭，外供水管與總管的接頭應(yīng)采用定型的三通式接頭。為能夠可靠地調(diào)整各條供水管路的流量，應(yīng)在各條支管管路接頭部位安裝流量控制閘閥?；炷翂K體外的供水管與各條冷卻水管的出口連接應(yīng)靈活有效，能夠保證快速安裝和拆除、具備水流方向的變換功能，還能可靠地控制某條單一水管的流量而不影響其他水管的循環(huán)水。所有水管的進(jìn)出口端均應(yīng)做好清晰完整系統(tǒng)的標(biāo)示標(biāo)牌。總體冷卻水管的布置應(yīng)便于調(diào)整冷卻通水的方向，且各個塊體內(nèi)的冷卻通水方向24 h變換一次。

混凝土開倉澆筑前，應(yīng)對已鋪設(shè)好的蛇形冷卻水管進(jìn)行通水檢查，如發(fā)現(xiàn)有滲漏或堵塞現(xiàn)象應(yīng)及時進(jìn)行處理。在混凝土的澆筑過程中應(yīng)注意避免冷卻水管受損、折斷、碰壞或堵塞，如果澆筑過程中冷卻水管受到破壞，應(yīng)及時停止本部位的混凝土澆筑，直至冷卻水管修好恢復(fù)正常通水方可繼續(xù)本部位的混凝土澆筑。

冷卻水管使用結(jié)束后(二期冷卻通水結(jié)束)，應(yīng)先采用一定強(qiáng)度等級的水泥漿對混凝土內(nèi)部的蛇形冷卻水管進(jìn)行回填灌漿處理，再切除蛇形管的外露部分，并處理至滿足混凝土外部美觀的要求。

3.4生產(chǎn)制冷水

為確保混凝土通水冷卻的施工效果，降低混凝土內(nèi)部及外表面的溫差，冬期采用工程部位山體沖溝雪水進(jìn)行冷卻降溫，進(jìn)水溫度可以達(dá)到6.0℃～8.0℃,完全滿足冷卻通水施工技術(shù)要求。對于春、夏、秋則采用冷卻機(jī)組生產(chǎn)制冷水進(jìn)行通水降溫。進(jìn)水溫度經(jīng)每日檢查均在6.0℃～8.0℃之間，滿足溫控技術(shù)要求，且冷卻通水達(dá)到了預(yù)期的施工效果。

3.5通水規(guī)劃及水管的保溫保護(hù)

根據(jù)藏木水電站壩體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)總體進(jìn)行規(guī)劃布置冷卻通水管路。冷水機(jī)組安置于較壩體較高且較近的部位，這樣既解決了冷卻通水壓力問題也解決了冷水溫度損失過快(升高或降低)的問題。壩體布置有排水廊道及灌漿廊道，各個倉位的冷卻通水進(jìn)出水管路接口均布置在壩體廊道內(nèi)，便于后續(xù)進(jìn)出水流量及溫度實(shí)時觀測。冷卻通水總管路貫通于各個廊道，且總管路設(shè)置多個支管，與支管部位與壩體預(yù)留的且掛有標(biāo)示牌的冷卻通水進(jìn)出水管接頭連接，在總管路部位安裝有總的水管閘閥，并于各個支管部位安裝有支管閘閥，這樣方便于針對于各個部位的溫度觀測情況調(diào)整總管及支管的進(jìn)出水流量。

由于工程部位溫差較大，夏期正午溫度較高，冬期夜間氣溫可達(dá)到-15℃左右，所以冷卻通水管路外部常年使用聚乙烯保溫卷材包裹，夏期防止外界環(huán)境溫度過高使冷水在輸送過程中產(chǎn)生較大的升溫，影響混凝土內(nèi)部的降溫效果，對于冬期防止在長時間的低溫下使管內(nèi)的冷水結(jié)冰凍結(jié)，所以根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況必須對冷卻通水管路進(jìn)行保溫。

3.6 通水及記錄

3.6.1一期冷卻通水

從各個倉位的混凝土開始下料澆筑即進(jìn)入混凝土的一期冷卻通水階段。一期冷卻通水為冷水機(jī)組制冷水，通水時間為28 d，通水溫度為8℃～12℃?；炷笼g期7 d前通水流量不小于1.8 m3/h，7 d后通水流量為1.2 m3/h，每24 h改變一次通水方向；同時要求最高溫度峰值過后日降溫速度不得超過0.5 ℃/d，通水溫度與混凝土實(shí)測的內(nèi)部溫度相差不大于20℃。一期冷卻目的在于削減混凝土內(nèi)部的溫度峰值，且一期冷卻混凝土的最高溫度峰值應(yīng)滿足要求。一期冷卻通水結(jié)束時混凝土內(nèi)部溫度最高不得超過18℃。

3.6.2中期冷卻通水

中期冷卻通水是為了控制一期冷卻通水后混凝土內(nèi)部溫度回升。根據(jù)現(xiàn)場的溫度觀測資料分析，針對溫度回升較大的部位采用天然河水進(jìn)行中期的冷卻降溫。中期冷卻的目標(biāo)溫度也為18 ℃，溫度最大日降幅≤0.5 ℃/d，通水時間為30 d左右。

3.6.3二期冷卻通水

由于藏木水電站為混凝土重力壩，壩體縱縫部位需要進(jìn)行接縫灌漿處理，接縫灌漿部位壩體溫度不得超過9 ℃，且接縫灌漿部位塊體間的拉伸距離應(yīng)滿足灌漿的要求，故需要進(jìn)行二期冷卻通水降溫。二期冷卻通水前需要進(jìn)行一次悶水測溫，根據(jù)悶溫測量結(jié)果推算二期冷卻通水的時間，一般為60 d。二期冷卻通水開始時混凝土的齡期不得小于120 d，二期冷卻通水的溫度為6℃～8℃，通水流量為0.8～1.2 m3/h，混凝土內(nèi)部溫降速率≤0.5 ℃/d。通水過程中應(yīng)根據(jù)溫度測量成果綜合考慮并調(diào)整通水流量，確保降溫速率滿足要求。

混凝土一期、中期、二期冷卻通水過程中均應(yīng)滿足同一壩段同一高程附近區(qū)域內(nèi)同步降溫，同一壩段上下相鄰區(qū)域內(nèi)協(xié)調(diào)降溫。

對混凝土塊體內(nèi)冷卻水管的分組、管長、材質(zhì)、間距等做好詳細(xì)記錄，對管路出口應(yīng)做好編號，并進(jìn)行明顯的標(biāo)示。通水冷卻的各個階段均應(yīng)對通水的流量及進(jìn)出水溫度進(jìn)行詳細(xì)的測量和記錄，每次的記錄為調(diào)整通水流量及溫度的基礎(chǔ)。記錄的具體內(nèi)容為：(1)水管編號、壩段編號；(2)蛇形管的間距及單根管的長度；(3)主管及支管的流量及壓力；(4)各階段的通水開始與結(jié)束時間；(5)蛇形管的進(jìn)、出口水溫(每4h觀測一次)；(6)每次悶溫的開始日期、結(jié)束日期及悶溫的測量結(jié)果等。

4結(jié)束語

混凝土的冷卻通水是為避免大體積混凝土因內(nèi)部溫度過高而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，并發(fā)展形成溫度裂縫，從而影響結(jié)構(gòu)安全性、穩(wěn)定性及耐久性，冷卻通水的實(shí)際操作與控制過程中的每一環(huán)節(jié)都影響著混凝土內(nèi)部的降溫效果及混凝土的質(zhì)量控制。通過對高海拔、高寒地區(qū)的藏木水電站冷卻通水施工技術(shù)的總結(jié)，為后續(xù)的大體積混凝土的冷卻通水溫度控制提供參考。

參考文獻(xiàn)

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[作者簡介]張會強(qiáng)(1986～)，男，學(xué)士，助理工程師，從事水利水電施工技術(shù)管理。

【中圖分類號】TV544+.91

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

[定稿日期]2015-11-17