水庫大壩混凝土溫控措施

□劉青松（贛州市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

1 工程概況

安遠(yuǎn)縣艾壩水庫工程位于安遠(yuǎn)縣欣山鎮(zhèn)，壩址位于珠江流域東江水系九曲河一級(jí)支流鎮(zhèn)江河，壩址以上集水面積59.50 km2。艾壩水庫總庫容961萬m3，是一座以城鎮(zhèn)供水和灌溉為主的?。?）型水庫工程，主要樞紐建筑物為混凝土大壩。水庫大壩為C15埋石混凝土重力壩，壩頂高程457.00 m，壩頂總長(zhǎng)138.50 m（其中溢流壩長(zhǎng)45 m），壩頂寬5 m，最大壩高50 m。壩體主要填筑材料為C15埋石混凝土，基礎(chǔ)及齒槽為C15混凝土，壩體上游面采用厚1 m的C25混凝土面板，溢流堰面及邊墻混凝土為C30。該項(xiàng)目工程總投資1.80億元，于2015年9月底開工建設(shè)，目前大壩壩體澆筑已全部完成。

大壩主要工程量：土石方開挖45 676 m3，土石方填筑11 828 m3，C15埋石混凝土澆筑62 174 m3，其它混凝土澆筑41 645 m3，鋼筋制安1 189 t。

2 溫度應(yīng)力和裂縫產(chǎn)生的原因

艾壩水庫大壩為C15埋石混凝土重力壩，壩頂總長(zhǎng)138.50 m，最大壩高50 m，大壩體積較大，故其各標(biāo)號(hào)混凝土澆筑方量也較大。根據(jù)施工進(jìn)度安排，大壩壩體澆筑工期23個(gè)月，歷經(jīng)兩冬兩夏，且壩體設(shè)灌漿廊道、預(yù)埋測(cè)壓管、排水管等細(xì)部分結(jié)構(gòu)較多，故大壩澆筑施工比較復(fù)雜，其施工要求也較高。為了保障大壩各部分結(jié)構(gòu)安全滿足規(guī)范和正常運(yùn)行要求，設(shè)計(jì)、施工中必須充分考慮和控制壩體溫度裂縫在規(guī)定范圍內(nèi)。

大壩混凝土溫度變形裂縫產(chǎn)生的原因較多較復(fù)雜，需根據(jù)各工程自身實(shí)際情況分析清楚其可能產(chǎn)生溫度變形裂縫的主要因素，以便有針對(duì)性的采取有效的溫度控制措施。本工程所屬九曲河流域1958年建有定南氣象站，根據(jù)氣象站監(jiān)測(cè)資料，工程區(qū)多年平均氣溫18.80℃，最高氣溫40℃（1999年7月23日），最低氣溫-8.30℃（1963年元月16日），年內(nèi)溫差較大，工程位于山區(qū)地，白天和晚上溫差也較大（特別是夏季）。因此，壩體混凝土澆筑施工期外界氣溫及變化將是本工程壩體混凝土產(chǎn)生溫度變形裂縫的一項(xiàng)主要因素。

根據(jù)以往工程相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和室內(nèi)混凝土試驗(yàn)，大壩混凝土所用水泥在水化過程中會(huì)釋放大量的熱量，熱量得不到消散較長(zhǎng)時(shí)間聚集在壩體內(nèi)部會(huì)使大壩內(nèi)部溫度大幅升高，當(dāng)大壩內(nèi)部與表面溫度相差過大時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力與大壩內(nèi)外溫差成比例，溫差越大，溫度應(yīng)力也越大，當(dāng)壩體混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗溫度應(yīng)力時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。因此，壩體混凝土水泥水化熱將是本工程壩體混凝土產(chǎn)生溫度變形裂縫的另一項(xiàng)主要因素。

3 大壩混凝土溫控措施

艾壩水庫大壩混凝土溫度控制的方法和措施需根據(jù)工程所在地氣溫變化、大壩壩體斷面、工程所需天然建筑材料、混凝土內(nèi)部溫度、當(dāng)?shù)厮嗥贩N、各標(biāo)號(hào)混凝土配合比以及工程現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況等具體條件確定。根據(jù)本工程自身各類情況和特點(diǎn)，主要從以下幾個(gè)方面采取溫控措施。

3.1 原料的溫度控制

大壩混凝土原材料主要包括拌合用水、水泥和骨料。降低拌合用水溫度一般采用制冷機(jī)制冷或加冰的方式，考慮到制冷或加冰的方式成本較高，該項(xiàng)目直接抽取河水沉淀凈化作為拌合用水。水泥本身一般情況下難以采用降溫措施，主要將水泥堆放在陰涼干燥的地方，并搭設(shè)遮陽遮雨棚。本工程砂、石等骨料采用人工軋制，人工軋制骨料較慢，位置集中，根據(jù)此情況，其降溫措施采用分級(jí)配堆填骨料，堆填高度最好超過10 m，并于每個(gè)骨料堆上搭設(shè)遮陽涼棚，于涼棚頂架設(shè)噴霧塑料水管，高溫時(shí)間對(duì)骨料噴涼水降溫處理。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，此方法可大幅降低骨料溫度，簡(jiǎn)單、有效、經(jīng)濟(jì)。

3.2 優(yōu)選配合比

壩體混凝土澆筑前應(yīng)進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)，在確定配合比時(shí)，本工程根據(jù)類似工程混凝土配合比試驗(yàn)和澆筑的經(jīng)驗(yàn)，選用當(dāng)?shù)仄放乒杷猁}水泥、5種水灰比、以及3種粉煤灰摻加量進(jìn)行試驗(yàn)，依據(jù)排列組合的方法進(jìn)行試驗(yàn)。

水泥水化熱是溫升一項(xiàng)主要原因，因此宜選用中低熱和低收縮水泥品種，本工程選用粉煤灰硅酸鹽水泥，粉煤灰選用Ⅰ級(jí)粉煤灰。粉煤灰的水化熱遠(yuǎn)低于水泥，每方混凝土添加10 kg粉煤灰可減少相應(yīng)量水泥，可降低混凝土水化熱溫升約0.90～1.30℃。

充分考慮骨料含泥量的控制，必須滿足規(guī)程規(guī)范要求，同時(shí)，盡量采用粒徑較大、級(jí)配良好的骨料。經(jīng)工地現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在保證混凝土強(qiáng)度不變情況下，采用粒徑比較大的中、粗砂，比采用細(xì)砂每立方混凝土中可減少用水量18～26 kg，水泥減少24～30 kg，用水量的減少自然會(huì)減少混凝土的干縮，水泥用量的減少自然會(huì)減少其水化熱。

3.3 澆筑的溫度控制

3.3.1 控制澆筑時(shí)段

根據(jù)工程區(qū)氣象站監(jiān)測(cè)資料，工程區(qū)歷史最高氣溫40℃（1999年7月23日），最低氣溫-8.30℃（1963年元月16日）。因此，壩體澆筑施工盡量避開高溫和低溫冰凍時(shí)節(jié)，避開中午溫度較高的時(shí)間施工，其最高澆筑氣溫不得超過28℃，澆筑時(shí)間可安排在下午五點(diǎn)至次日早晨十點(diǎn)的早晚和夜間進(jìn)行，其它時(shí)間可做相關(guān)澆筑準(zhǔn)備工作。

3.3.2 控制澆筑厚度

采用分層澆筑，易于混凝土的振搗，且混凝土的暴露面少，有利于降低底部混凝土的最高溫升，分層厚度宜控制在1.50～2 m，層間散熱時(shí)間控制在6～8 d。

3.3.3 控制倉(cāng)面溫升

在混凝土澆筑倉(cāng)面搭設(shè)涼棚（蛇皮袋、牛皮紙等），并于涼棚頂架設(shè)噴霧裝置，對(duì)施工倉(cāng)面進(jìn)行噴霧。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可知，當(dāng)混凝土澆筑氣溫超過25℃時(shí)，對(duì)倉(cāng)面噴霧可降低倉(cāng)面溫度4～6℃。

3.4 預(yù)埋冷卻水管控制溫升

水管冷卻過程分為兩期，即一期冷卻和二期冷卻。一期冷卻在每倉(cāng)混凝土澆筑完成后馬上抽取較涼河水通至水管，本工程建議通水時(shí)間不小于半個(gè)月。二期冷卻在混凝土接縫灌漿之前進(jìn)行，通水冷卻的持續(xù)時(shí)間，可略短于一期冷卻時(shí)間。

冷卻水管埋設(shè)位置為地基約束范圍內(nèi)的混凝土，于混凝土內(nèi)埋設(shè)適量的電阻溫度計(jì)。倉(cāng)面內(nèi)埋設(shè)冷卻水管材質(zhì)為φ28 mm聚乙烯（PE）塑料管，冷卻水管水平間距1.50 m，垂直間距2 m（按2 m為一澆筑層考慮），每一倉(cāng)面最大冷卻水管長(zhǎng)度控制在200～250 m。冷卻用水采用河水，每天通水應(yīng)改變一次通水方向，控制水溫與混凝土溫差不超過25℃，管中水的流速按0.60 m/s、流量按20 L/min進(jìn)行控制。降溫速度≤1℃/d。冷卻水管使用前進(jìn)行試水，避免管道破裂、接口等滲水，避免雜物堵塞管道影響管道過流能力，同時(shí)抽取圍堰上游河水較深位置的河水（底層河水溫度相對(duì)更低）。

3.5 冬季施工溫度控制

當(dāng)日均氣溫在0～5℃時(shí)，壩體混凝土澆筑應(yīng)按低溫季節(jié)施工要求進(jìn)行，即應(yīng)從原材料、拌合、澆筑等環(huán)節(jié)采取保溫措施。氣溫低于冰凍氣溫（0℃）時(shí)不可進(jìn)行混凝土澆筑施工。低溫季節(jié)施工，混凝土澆筑溫度應(yīng)保持不低于5℃。

砂石等骨料宜在溫度較高時(shí)抓緊備料，本工程砂、石等骨料采用人工軋制，人工軋制骨料較慢，位置集中，根據(jù)此情況，其保溫措施同樣采用分級(jí)配堆填骨料，堆填高度最好超過10 m，并于每個(gè)骨料堆上鋪設(shè)蛇皮袋、牛皮紙、泡漠板等保溫材料。

混凝土的拌和比較關(guān)鍵，其時(shí)長(zhǎng)比常溫時(shí)節(jié)更長(zhǎng)，具體時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)拌合試驗(yàn)確定，根據(jù)本工程具體情況，建議拌合時(shí)間比常溫時(shí)節(jié)長(zhǎng)40%～60%。無論夏季高溫時(shí)節(jié)還是冬季低溫季節(jié)混凝土拌合站應(yīng)建設(shè)在盡量靠近大壩澆筑倉(cāng)位的位置，既可避免混凝土在運(yùn)輸過程中溫度有較大變化，同時(shí)亦可節(jié)約運(yùn)輸成本。

在每個(gè)倉(cāng)面澆筑好后，倉(cāng)面鋪設(shè)泡漠板等材料進(jìn)行保溫。

4 結(jié)論

目前，大壩混凝土澆筑施工溫度控制措施比較多樣，通過艾壩水庫大壩混凝土澆筑施工發(fā)現(xiàn)，因根據(jù)工程所在地氣溫變化、工程所需天然建筑材料、大壩壩體斷面、混凝土內(nèi)部溫度、當(dāng)?shù)厮嗥贩N、各標(biāo)號(hào)混凝土配合比以及工程現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況等因素，充分認(rèn)識(shí)其影響混凝土溫度應(yīng)力的原因，有針對(duì)性地采取大壩混凝土澆筑施工溫度控制措施。

艾壩水庫大壩混凝土澆筑施工各環(huán)節(jié)所采取的溫度控制措施均施工簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、效果明顯，溫控費(fèi)用所占大壩投資比例極低。目前，艾壩水庫大壩壩體混凝土澆筑施工已全部完成，其澆筑時(shí)間經(jīng)歷了兩個(gè)高溫夏季和兩個(gè)冬季，各項(xiàng)溫控指標(biāo)均控制在設(shè)計(jì)和規(guī)范要求范圍內(nèi)，通過對(duì)大壩外觀質(zhì)量檢查沒有發(fā)現(xiàn)表面裂縫，外觀質(zhì)量較好。

［1］李燕秋.大體積混凝土裂縫原因分析［J］.山西建筑，2009，35（29）：121-122.

［2］吳云良，劉智.渠道混凝土裂縫成因與預(yù)防［J］.吉林水利，2008（1）：65-67.