方波浪

（浙江華東工程咨詢有限公司 杭州 310014）

苗卉

（河南省河川監(jiān)理有限公司 鄭州 450003）

1 概述

龍灘水電站工程位于紅水河上游的廣西壯族自治區(qū)天峨縣境內(nèi)，是紅水河梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的骨干工程，以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)等綜合效益。工程按正常蓄水位400m設(shè)計(jì)，一期按正常蓄水位375m建設(shè)，電站規(guī)劃裝機(jī)容量6300MW（一期4900MW）。

龍灘水電站大壩壩頂長(zhǎng)度849.44m，最大壩高216.50m，為目前世界已建成的最高碾壓混凝土重力壩，大壩混凝土總量660萬(wàn)m3，其中碾壓混凝土457萬(wàn)m3，約占?jí)误w混凝土總量的70%。工程區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均氣溫20.1℃，最高氣溫38.9℃，多年平均相對(duì)濕度80%，每年4～10月為高溫季節(jié)和高輻射季節(jié)。碾壓混凝土為干硬性混凝土，通倉(cāng)薄層連續(xù)施工，在高溫季節(jié)，易受到高氣溫、強(qiáng)烈日曬、蒸發(fā)、刮風(fēng)等影響，造成混凝土失水、溫度升高，對(duì)混凝土抗裂性能產(chǎn)生影響，因此一般避開(kāi)高溫季節(jié)施工，國(guó)內(nèi)已建的江埡、大朝山、沙牌、棉花灘、百色等百米級(jí)的碾壓混凝土大壩在夏季均停澆，最多在4～5月次高溫期間因進(jìn)度原因澆筑少量碾壓混凝土。龍灘水電站工程施工工期緊，澆筑強(qiáng)度高，全年連續(xù)施工才能實(shí)現(xiàn)進(jìn)度目標(biāo)，對(duì)于這樣一座200m級(jí)的碾壓混凝土大壩，夏季不停澆是個(gè)創(chuàng)舉。

為實(shí)現(xiàn)夏季連續(xù)澆筑，關(guān)鍵在于解決溫控問(wèn)題。龍灘水電站大壩碾壓混凝土施工過(guò)程中對(duì)此作了深入研究。通過(guò)優(yōu)化混凝土配合比、降低膠凝材料用量，降低混凝土水化熱溫升；拌制預(yù)冷混凝土（混凝土出機(jī)口溫度控制在12℃以下）；運(yùn)輸過(guò)程中采取保溫覆蓋措施，降低運(yùn)輸過(guò)程中溫度回升；倉(cāng)面噴霧，以營(yíng)造小氣候，降溫增濕，減少澆筑過(guò)程中溫度倒灌；埋設(shè)冷卻水管，通過(guò)后期冷卻，控制壩體混凝土最高溫度。通過(guò)采取以上綜合溫控措施，龍灘水電站大壩成功實(shí)現(xiàn)了夏季連續(xù)澆筑。

在壩體混凝土中埋設(shè)冷卻水管，通冷水對(duì)混凝土進(jìn)行冷卻，是削減水化熱溫升的有效措施。在常態(tài)混凝土中埋設(shè)冷卻水管的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在諸多工程中有成功的經(jīng)驗(yàn)，但在碾壓混凝土中埋設(shè)冷卻水管的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)少，為了實(shí)現(xiàn)高溫季節(jié)碾壓混凝土澆筑，同時(shí)使混凝土的最高溫度滿足設(shè)計(jì)要求，龍灘水電站大壩在3～11月澆筑的碾壓混凝土中埋設(shè)了冷卻水管，在碾壓混凝土冷卻水管埋設(shè)、通水方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

2 混凝土溫控標(biāo)準(zhǔn)

大壩混凝土基礎(chǔ)允許溫差16℃，允許澆筑溫度17℃，允許最高溫度32℃。上下層溫差控制標(biāo)準(zhǔn)為16～20℃，當(dāng)澆筑塊側(cè)面長(zhǎng)期暴露時(shí)取小值。

強(qiáng)約束區(qū)最高澆筑溫度17℃；弱約束區(qū)埋設(shè)冷卻水管最高澆筑溫度20℃，不埋設(shè)冷卻水管最高澆筑溫度17℃；非約束區(qū)埋設(shè)冷卻水管最高澆筑溫度22℃，不埋設(shè)冷卻水管最高澆筑溫度20℃。

3 壩體冷卻水系統(tǒng)布置

3.1 冷水機(jī)組及供水主管布置

左右岸大壩分別設(shè)置制冷站，制冷站由大壩高位水池供水，經(jīng)冷水機(jī)組冷卻后，通過(guò)管道泵和管網(wǎng)向壩體各部位供應(yīng)冷卻水，與大壩混凝土發(fā)生熱交換后的水集中排到壩后的集水池。

左岸制冷站由2臺(tái)LSBLH850—1型冷水機(jī)組和2座LBCM—250冷卻塔組成，右岸冷卻水由1臺(tái)250m3/h和2臺(tái)100m3/h生產(chǎn)能力的制冷機(jī)組組成。

冷卻水主供水管為φ200鋼管，支管為φ150和φ100鋼管，沿大壩下游面的通道布置，供水支管端頭設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的帶有閥門的進(jìn)水管口與壩體預(yù)埋冷卻水管進(jìn)水口連接。

3.2 冷卻水管的布置

對(duì)碾壓混凝土基礎(chǔ)約束區(qū)在4～10月高溫期施工部位埋設(shè)冷卻水管進(jìn)行通水冷卻。冷卻水管宜呈“梅花形”布置，按 1.5m（澆筑層厚）×（1.5～2.0）m 布置。埋設(shè)時(shí)，倉(cāng)面蛇形水管距上游壩面2.0～2.5m，距下游壩面原則上2.5～3.0m，水管距橫縫、壩體孔及洞周邊1.0～1.5m，若遇特殊情況可適當(dāng)調(diào)整，單根水管長(zhǎng)度一般控制在250m以內(nèi)。

3.3 冷卻水管材質(zhì)

冷卻水管干管采用直徑40mm的高密度聚乙烯管，壁厚3.5mm，壁厚3mm，支管采用直徑32mm的高密度聚乙烯管，壁厚2.15mm，該管具導(dǎo)熱性強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度高，耐開(kāi)裂、抗沖擊，耐腐蝕，流體阻力小，重量輕、韌性好，易彎曲，方便施工等特點(diǎn)。冷卻水管經(jīng)試驗(yàn)其抗拉強(qiáng)度達(dá)到27.95MPa，導(dǎo)熱系數(shù)大于1.6kJ/（m·h·℃），經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在3.5MPa內(nèi)水壓力作用下不漏水，在承受卸料沖擊和10t振動(dòng)碾有振動(dòng)碾壓條件下不損壞。

4 冷卻水管施工工藝

4.1 布置

冷卻水管布置要避免在混凝土下料、攤鋪、碾壓過(guò)程中，各種設(shè)備、骨料的擠壓不會(huì)造成冷卻水管破裂，造成無(wú)法進(jìn)行通水冷卻，影響到混凝土質(zhì)量。

冷卻水管沿層面分層布置，為避免混凝土產(chǎn)生沿冷卻水管管壁的裂縫，對(duì)大壩防滲不利，冷卻水管宜平行壩軸線方向布置。

冷卻水管布置前，碾壓層面應(yīng)收平，冷卻水管不與大骨料直接接觸，否則必須挖槽并剔除大骨料，填充細(xì)料，冷卻水管埋設(shè)后，在模板或邊墻上標(biāo)明冷卻水管的位置。碾壓混凝土順管路攤鋪，防止在澆筑過(guò)程中發(fā)生偏移。引出倉(cāng)面的冷卻水管嚴(yán)格按圖紙標(biāo)識(shí)，并將冷卻水管用鋼筋固定引出混凝土面，防止冷卻水管被破壞。

倉(cāng)內(nèi)管路均用φ6鋼筋插入已澆筑混凝土內(nèi)將冷卻水管固定，錨固間距按1.5m控制。

所有水管的進(jìn)、回水端均采用在水管上噴漆的方式做好清晰的標(biāo)記，以指導(dǎo)通水冷卻過(guò)程中冷卻水能按正常的方向流動(dòng)。

4.2 維護(hù)

在混凝土澆筑過(guò)程中，如遇冷卻水管管壁損壞或需要加長(zhǎng)管路，則采用熱熔法將專用接頭管與管路重新連接成整體。熱熔法連接速度快、接頭完整、不脫落、操作簡(jiǎn)單。其接頭管與母管熔合的致密性、耐壓強(qiáng)度、防滲等需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確認(rèn)能否滿足要求。

在混凝土澆筑過(guò)程中安排專人維護(hù)管路，在混凝土澆筑前和澆筑過(guò)程中冷卻水管中通以不低于0.2MPa壓力的循環(huán)水檢查或通0.2MPa壓力風(fēng)檢查，同時(shí)用壓力表或流量計(jì)檢測(cè)冷卻水管暢通情況，若有堵塞應(yīng)及時(shí)處理。

4.3 施工中易產(chǎn)生的問(wèn)題

冷卻水管安裝過(guò)程中易出現(xiàn)以下兩方面的問(wèn)題：一是定位不準(zhǔn)，在后期鉆孔時(shí)被打斷；二是接頭脫落。

在2005年碾壓混凝土施工初期，由于前瞻性不夠，上下層冷卻水管錯(cuò)位布置，也未仔細(xì)測(cè)量記錄埋設(shè)位置，在后期固結(jié)灌漿、排水孔鉆孔時(shí)打斷了不少冷卻水管，尤其是固結(jié)灌漿鉆孔打斷冷卻水管，若處理不好，冷卻水管將被灌漿堵塞失效。

為此在后期的冷卻水管設(shè)計(jì)布置時(shí)，上下層不允許錯(cuò)位，并嚴(yán)格按冷卻水管布置圖安裝；在后期鉆孔時(shí)，嚴(yán)格按布置好并避開(kāi)冷卻水管的孔位圖施工，同時(shí)保持該部位冷卻水管通水，冷卻水管如果被鉆斷可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并采用“孔內(nèi)架橋法”在冷卻水管上下灌漿，保留該部位冷卻水管暢通，再換位鉆孔的方法處理。

冷卻水管接頭采用定型接頭。接頭是薄弱環(huán)節(jié)，若安裝時(shí)不注意，不按規(guī)定用管鉗擰緊，接頭未達(dá)到設(shè)計(jì)的受力和防滲標(biāo)準(zhǔn)，碾壓混凝土平倉(cāng)過(guò)程中容易脫落，未脫落也容易漏水，因此在安裝過(guò)程中要逐個(gè)檢查和檢測(cè)。

5 通水冷卻

5.1 初期通水

為了避免冷卻水管接頭或管壁破壞漏水對(duì)碾壓混凝土質(zhì)量造成影響，冷卻水管鋪設(shè)后不立即進(jìn)行通水檢查，待冷卻水管上一層碾壓混凝土凝固后開(kāi)始初期通水冷卻。初期宜通10～12℃的制冷水，水管通水流量約為18～20L/min?；炷翜囟扰c水溫之差應(yīng)不超過(guò)22℃，冷卻時(shí)混凝土日降溫幅度不應(yīng)超過(guò)1℃，水流方向每半天改變1次，使混凝土塊體均勻冷卻。

考慮到碾壓混凝土早期強(qiáng)度低，而循環(huán)水壓力較高（達(dá)0.3MPa），為避免冷卻水管漏水對(duì)碾壓層面造成破壞，在前一周通水期間采用低壓通水冷卻，既不采用循環(huán)水，而是將回水棄掉不要。

混凝土通水時(shí)，當(dāng)出水溫度達(dá)24～26℃（基礎(chǔ)約束區(qū)）或29℃（脫離約束區(qū)）時(shí)，通水時(shí)間超過(guò)10天即可悶溫，悶溫時(shí)間為3～5天；當(dāng)悶溫的溫度不超過(guò)32℃（基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)）或不超過(guò)35℃（基礎(chǔ)弱約束區(qū)及脫離約束區(qū)）時(shí)，可結(jié)束初期通水。

初期通水時(shí)間一般為30～50天。以2005年夏季澆筑的11～20號(hào)壩段為例，初期通水后，悶溫溫度為22～28℃，混凝土溫度為26.8～33.85℃。

通過(guò)初期通水，有效地削減了澆筑塊的水化熱溫升，降低了壩體的溫度應(yīng)力。

5.2 中期通水

為減小壩體內(nèi)外溫差，每年10月初開(kāi)始對(duì)當(dāng)年6～8月澆筑的大體積混凝土、11月下旬開(kāi)始對(duì)當(dāng)年5月及9月澆筑的大體積混凝土進(jìn)行中期通水冷卻（均為有初期通水冷卻的部位）。通水水溫與混凝土內(nèi)部溫度之差不超過(guò)20℃，日降溫不超過(guò)1℃。水流方向每天改變1次，使混凝土塊體均勻冷卻。

對(duì)2005年夏季澆筑的混凝土，在2005年11月啟動(dòng)中期通水工作，中期通水采用河水，通水量控制在20～25L/min。2005年冷卻水管中期通水情況見(jiàn)表1。統(tǒng)計(jì)表明：通過(guò)對(duì)壩塊中期通水冷卻，進(jìn)一步降低了壩體的內(nèi)部溫度，削減了壩體的溫度應(yīng)力。

表1 2005年冷卻水管中期通水情況

6 冷卻效果分析

龍灘水電站大壩碾壓混凝土絕熱溫升試驗(yàn)成果表明：碾壓混凝土早期即前7天的水化熱作用明顯，其絕熱溫升為90天的在75%左右，28天以后上升緩慢。以兩級(jí)配碾壓混凝土為例，其3天、7天、28天、90天的絕熱溫升分別為10.70℃、15.70℃、19.80℃、20.70℃，因此碾壓混凝土早期通水冷卻非常關(guān)鍵，且效果明顯。

為評(píng)價(jià)通水冷卻效果，2005年7～10月，選擇11號(hào)、12號(hào)壩段兩個(gè)澆筑塊，對(duì)埋設(shè)冷卻水管但未通水與埋設(shè)冷卻水管通水降溫進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

a.11號(hào)壩段監(jiān)測(cè)壩塊。位于高程254.6～257.0m，埋設(shè)冷卻水管但暫不進(jìn)行通水冷卻，沿高程254.6m層面均勻布置埋設(shè)了5支溫度計(jì)，溫度計(jì)離收倉(cāng)面2.4m?；炷翝仓囟绕骄禐?6.7℃，其澆筑后溫度計(jì)監(jiān)測(cè)成果見(jiàn)表2。

表2 埋設(shè)冷卻水管未通水冷卻降溫情況

b.12號(hào)壩段監(jiān)測(cè)塊。位于高程242.6～244.7m，沿高程242.6m層面均勻埋設(shè)3支溫度計(jì)，溫度計(jì)離收倉(cāng)面2.1m。該觀測(cè)壩塊于2005年7月高溫季節(jié)澆筑，澆筑溫度平均值為20.6℃，各溫度均比11號(hào)壩段觀測(cè)壩高。觀測(cè)壩塊冷卻水管在上一層碾壓混凝土施工完成48h后開(kāi)始通冷卻水。澆筑后溫度計(jì)監(jiān)測(cè)成果見(jiàn)表3。

由以上數(shù)據(jù)繪制的兩監(jiān)測(cè)塊溫升過(guò)程線見(jiàn)下頁(yè)圖。

從圖中可以看出：

a.11號(hào)壩段監(jiān)測(cè)塊平均澆筑溫度16.7℃，內(nèi)部最高溫度為31.1℃，峰值平均溫度為30.43℃，相對(duì)澆筑溫度平均溫升為13.73℃；12號(hào)壩段監(jiān)測(cè)塊平均澆筑溫度20.6℃，內(nèi)部最高溫度為33.90℃，峰值平均溫度為33.32℃，相對(duì)澆筑溫度平均溫升為12.72℃。說(shuō)明混凝土最高溫度與澆筑溫度有很大關(guān)系，即使采取通水冷卻措施，也只能達(dá)到削峰目的。

表3 埋設(shè)冷卻水管通水降溫情況

監(jiān)測(cè)塊相對(duì)澆筑溫度溫升過(guò)程線圖

b.11號(hào)壩段監(jiān)測(cè)塊第1、2天混凝土溫升分別為3.47℃、5.38℃，12號(hào)壩段監(jiān)測(cè)塊第1、2天混凝土溫升分別為3.48℃、5.10℃，基本一致；12號(hào)壩段在冷卻水管埋設(shè)層上一層碾壓混凝土施工完成48h后開(kāi)始通冷卻水，監(jiān)測(cè)塊監(jiān)測(cè)的溫度在11天以后下降更為明顯。說(shuō)明通水冷卻有明顯的降溫效果。

7 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐表明：通過(guò)布設(shè)冷卻水管通水冷卻可以降低碾壓混凝土最高溫度。碾壓混凝土中冷卻水管可采用抗拉能力強(qiáng)、易彎曲的高密度聚乙烯管，在碾壓混凝土中布設(shè)冷卻水管時(shí)，應(yīng)詳細(xì)記錄冷卻水管布設(shè)位置，避免被后期鉆孔所破壞，安裝過(guò)程中尤其要注意接頭的質(zhì)量檢查。

通水冷卻及溫度監(jiān)測(cè)表明：通過(guò)初、中期通水冷卻，可以達(dá)到削減混凝土溫升的目的?！?/p>