石门坎水电站常态混凝土双曲拱坝温控技术.doc

石门坎水电站常态混凝土双曲拱坝温控技术杨仲洪杨和明曹龙王波峡摘要混凝土施工期温度控制，是混凝土大坝防裂的关键技术问题。石门坎水电站大坝设计为常态混凝土双曲拱坝，高温季节持续时间长，低温季节昼夜温差大，气温骤降频繁，混凝土温控工作的难度较大，针对这种特定情况，施工期间采取了一系列相应的温控防裂措施，有效地预防了坝体裂缝。关健词石门坎常态混凝土双曲拱坝温控技术1工程概况石门坎水电站大坝设计为常态混凝土双曲拱坝（见图1），最大坝高111m，拱坝体形采用抛物线双曲拱，拱冠梁底宽23.917m，厚高比0.222。坝顶长296.26m(顶拱上游面弧长)，分15个坝段，其中1#～5#坝段为右岸挡水坝段，6#～9#坝段为河床溢流坝段，10#～15#坝段为左岸挡水坝段。大坝混凝土总量35万m3，混凝土强度等级主要为C20、C25，级配主要为四级配、三级配。 图1拱坝平面、立面图2温控标准2.1基础温差基础温差见表1。表1基础允许温差控制标准控制高度允许温差0～0.2L22℃0.2～0.4L25℃注：L为混凝土浇筑块长边尺寸2.2混凝土内部最高温度混凝土内部最高温度见表2。表2坝体混凝土允许最高温度部位区域月份12～23、114～10河床坝段基础约束区30℃30℃30℃非基础约束区30℃30～33℃30～35℃岸坡坝段基础约束区30℃30℃30℃非基础约束区30℃33℃35℃2.3上、下浇筑层温差当上层混凝土短间歇均匀上升的浇筑高度大于0.5L（L为混凝土浇筑块长边尺寸）时，允许上、下浇筑层温差15～20℃，浇筑面长期暴露时，采用较小值。老混凝土位于约束区时，上下层温差为15℃，老混凝土位于非约束区时，上下层温差为18℃。2.4内外温差混凝土块体内平均最高温度与各月最低日平均气温温差控制标准为20～33℃。2.5封拱温度封拱温度见表3。表3拱坝接缝灌浆温度起止高程（m）封拱温度EL758～74316℃EL743～65014℃3基本资料 3.1气象、水温资料坝址区域属北亚热带高原季风气候，地处低纬度，受季风、地形的影响，形成复杂多变的气候特征。坝址区多年平均气温18.3℃，极端最高气温33.8℃，极端最低气温-2.3℃，全年为无霜期。坝址区多年的平均气温统计表见表4。表4坝址区多年的平均气温统计表(℃)月份123456789101112年平均气温12.314.117.319.821.522.221.921.921.019.115.712.518.33.2混凝土出机口温度、浇筑温度根据设计给定的混凝土浇筑温度、气温，计算出在各个时段下混凝土的出机口温度见表5。表5各月混凝土出机口温度计算成果表单位：℃月份123456789101112浇筑温度强约束区131414141414141414141413弱约束区131414141414141414141413非约束区131416161616161616161413出机口温度强约束区131412111010101010111313弱约束区131412111010101010111313非约束区131415141312.512.512.513141313说明：混凝土装卸转运计3次，混凝土从出机到完成覆盖按360min计。4温度控制措施4.1合理选择施工时段坝体混凝土由于浇筑时间、约束情况及其它边界条件的差异，所产生的温度应力差别很大。本工程混凝土全年浇筑，每年11月至次年4月因气温条件较好，因此应尽量多浇、快浇混凝土，提高混凝土施工强度；5月至10月气温较高，应尽量利用早晚、夜间及阴天多浇、快浇混凝土，白天在有充分的温控前提下浇筑混凝土。在高温季节，两岸坡坝段日照时间相对较短，可多浇混凝土。4.2合理分层和控制间歇时间混凝土分层厚度的大小对表面散热、降低水化热温升和缩小上下层混凝土温差有显著的因果关系，分层原则是尽量避免基础或老混凝土对新浇混凝土产生过大的约束，以防止温度应力过大而产生裂缝。大坝混凝土主要按1.5m和3.0m两个厚度分层，在基础约束区0.4L（L为混凝土块长边尺寸）范围内按1.5m分层，短间歇薄层均匀上升，非基础约束区按3.0m分层。非基础约束区内混凝土龄期超过28天的视为老混凝土，在其 上先浇筑两个1.5m厚薄层，再按3.0层厚浇筑。4.3高温季节施工4.3.1拌制低温混凝土根据《出机口温度计算成果表》（表5）情况，11月至次年3月混凝土出机口温度采用常温水或加少量冷水拌和即可满足温控要求，4月至10月需拌制低温混凝土，特别是6、7、8月份环境温度条件较差，预冷混凝土亦很难达到要求，故6、7、8月份尽量不浇筑基础约束区混凝土，即便浇筑，亦在早晚夜间进行。混凝土出机口温度控制在10～15℃，绝大部分均在控制范围内。在6、7、8月份，由于正午气温过高，有部分混凝土出机口温度、浇筑温度超标，对此主要是通过加强混凝土内部通水冷却和表面流水养护予以弥补。4.3.2仓面温控措施采用薄层铺料浇筑，以快速覆盖新铺筑的混凝土，收面后及时在新浇混凝土面覆盖保温被，防止太阳直晒；对仓面进行喷雾降温，经实测喷雾机喷雾半径达10m，降低气温3～5℃；混凝土封仓终凝后即开始洒水养护，保持施工缝面、浇筑块侧面充分湿润。4.4通水冷却4.4.1坝体冷却水管布置本工程冷却水管有盖重灌浆部位选用内径Φ28mm钢管，其他部位采用HDPE塑料管，主管内径Φ40mm，支管内径Φ32mm，壁厚3.5mm，基础约束区内、孔口约束区冷却水管水平间距1.0m，垂直间距1.5m；弱约束区、非约束区冷却水管水平间距1.5m，垂直间距1.5m。冷却水管垂直河流方向布置，水管在仓内呈蛇形布置，循环冷却水管的单根长度控制在300m内。4.4.2通水冷却通水冷却分为一期、中期和二期冷却通水。一期通水冷却要求见表6。表6一期通水冷却要求目的控制混凝土最高温度不超过容许最高温度满足一冷结束温度要求时间前10天10天之后蛇形管进口水温（℃）14±114±1参考通水流量（m3/h）1.2～1.50.5～1.2通水天数10天≥11天最大降温速率每天不超过1.0℃每天不超过1℃冷却结束时温度（℃）20±1中期通水将混凝土冷却至保持一期冷却结束后至二冷开始前整个时段混凝土温度为18℃～20℃（宜控制在下限），降温时应确保均匀下降，最大降温速率每天不大于0.5℃ 。中期通水冷却采取间歇通水措施进行，根据闷温结果的实际情况适当调整通水方式（高温季节以通水5d，闷温5d为主；低温季节以通水3d，闷温7d为主）和流量，保持一期冷却结束后至二期冷却开始前整个时段的混凝土温度在18℃～19℃之间。二期冷却开始时，拟灌区和盖重区混凝土龄期不小于90d，过渡区混凝土龄期不小于60d，未二冷区的一期通水冷却须结束。二期冷却开始时，混凝土温度应降至18℃～20℃（宜靠下限）。二期冷却通水前应对冷却水管进行通水检查，以了解其通畅情况，对于不通、微通和有渗漏的管路要查明原因，并采取有效措施进行处理，保证二冷正常通水。二期冷却进口水温与混凝土最高温差不超过15℃，宜控制在10℃，月降温控制在5～10℃。水流方向每24h变换一次。4.4.3其他温控措施石门坎电站拱坝通水二期冷却因混凝土龄期要求，需要在高温季节进行，外界气温高，廊道内温度低，为防止空气对流，冷风贯通新浇混凝土产生裂缝，将廊道及其它所有孔洞进出口按冷却分区用聚乙烯保温板进行封堵。用塑料花管对坝面喷淋常温水降温，避免在太阳高温直射下产生较大内外温差。5结语温度控制要选用合理的混凝土原材料，改善混凝土的力学、热学性能。合理安排混凝土施工时段，尽量在低温季节多浇快浇混凝土。合理分层，严格控制层间间歇时间，坝段间做好协调上升。二期冷却的水温应满足与混凝土的温差要求，过低时易在冷却水管周围产生微裂缝，最终可能导致坝体裂缝。二期冷却如果在气温较高进行时，需将大坝坝体保温隔热做好，就能够将大坝的温度降到比通水温度仅高出２～３℃。由于埋设温度计数量有限，大坝稳定温度是以坝体闷管测得温度为准（72h）。一期冷却要求低于20～21℃,为保证二期冷却的可靠性，减少坝体温度的回升，增加中期冷却，将大坝内部温度稳定在18℃～19℃。二期冷却的速率小于0.5℃/d，石门坎的封拱温度设计为13℃,采用８～９℃的冷水冷却，大约在30d即可实现二期冷却目标。二期冷却坝体温度降幅小的情况下，可加大流量即提高流速，石门坎每个管口进水流量就是从0.9m3/h提高到1.2m3/h。二期冷却要先冷却下灌区，上灌区冷却一半，依次向上，这样可缩短二冷时间。规范规定每灌区上部相邻灌区要求６m达到灌浆的封拱温度。对两岸坡三角混凝土灌区，高度小于灌区一半，要求放在上一灌区同时灌，大于同层灌区一半可放在本高程一起灌。这样可减少封拱后产生坝体推力的小三角体挤压断裂。