米從銳

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，成都，610081)

大崗山水電站泄洪洞抗沖耐磨混凝土溫控技術(shù)淺析

米從銳

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，成都，610081)

大崗山水電站泄洪洞工程，在洞身抗沖耐磨混凝土施工過(guò)程中，通過(guò)優(yōu)選配合比，采取高標(biāo)準(zhǔn)溫控要求，嚴(yán)格的溫控和養(yǎng)護(hù)措施等綜合溫控手段，確保了抗沖耐磨混凝土的質(zhì)量要求。

大崗山水電站 泄洪洞工程 抗沖耐磨混凝土 溫控技術(shù)

1 工程概況

大崗山水電站泄洪洞工程布置在大渡河右岸，主要包括進(jìn)水口、洞身段、出口段及下游河道防護(hù)工程。其中，洞身段為無(wú)壓隧洞段，采用一坡到底的形式，洞長(zhǎng)1077.50m，縱坡為i=0.1039，斷面形式為圓拱直墻型，凈空斷面尺寸為(14.00m～16.00m)×(18.00m～20.00m)(寬×高)。洞身段為高速水流流道，最大總泄流量為3352m3/s，邊墻和底板混凝土主要為硅粉(抗沖耐磨)混凝土，襯砌厚度為1.0m～1.5m，標(biāo)號(hào)C9050W6F100。

泄洪洞洞身作用于底板的各種荷載多，對(duì)混凝土質(zhì)量提出了較高要求。本工程邊墻和底板采用全斷面抗沖耐磨(硅粉)混凝土襯砌方式，由于硅粉混凝土水灰比較小、膠凝材料較多，為了防止產(chǎn)生溫度裂縫，必須采取嚴(yán)格的溫控措施。同時(shí)，為了防止硅粉混凝土早期裂縫的產(chǎn)生，影響混凝土的耐磨性能，因此本工程通過(guò)了優(yōu)選配合比、采取高標(biāo)準(zhǔn)溫控要求和嚴(yán)格的溫控措施、合適的養(yǎng)護(hù)措施等綜合溫控手段，滿足了泄洪洞抗沖耐磨混凝土的質(zhì)量要求。

2 溫控要求

2.1 最高溫度控制

混凝土最高溫度控制應(yīng)滿足表1的要求。

表1 混凝土允許最高溫度

注：降溫速率控制：降溫階段最大日降溫速率≤1.0℃/d。底板溫控目標(biāo)，為通水冷卻階段累計(jì)降幅應(yīng)不大于4.0℃；通水停止后，在采取表面保溫保濕措施的條件下，混凝土通過(guò)自然降溫至26℃。

2.2 澆筑溫度

泄洪洞混凝土由大壩低線混凝土系統(tǒng)拌和樓供應(yīng)，根據(jù)大壩標(biāo)招標(biāo)文件的要求，該系統(tǒng)應(yīng)具備每小時(shí)生產(chǎn)60m311℃混凝土的能力。混凝土允許澆筑溫度見(jiàn)表2所示。

表2 混凝土允許澆筑溫度

注：當(dāng)11～2月份自然澆筑溫度高于18℃時(shí)，應(yīng)對(duì)混凝土采取相應(yīng)冷卻降溫措施。

2.3 通水冷卻

2.3.1 邊墻襯砌混凝土宜布置一層冷卻水管，垂直間距1.0m；底板混凝土中宜布置兩層冷卻水管，間距0.75m×0.50m(水平×垂直)。通水溫度及通水時(shí)間等應(yīng)滿足表3要求，同時(shí)應(yīng)控制降溫階段最大日降溫速率≤1.0℃/d。

表3 通水冷卻要求

注:a.當(dāng)河水溫度滿足通水溫度要求時(shí)，可采用通河水冷卻;b.底板混凝土3～10月通10℃～12℃水的齡期，可根據(jù)實(shí)測(cè)溫度資料適當(dāng)，調(diào)整至最高溫度出現(xiàn)后0.5d，之后改通18℃～20℃水。

2.3.2 冷卻水管采用HDPE塑料管，內(nèi)徑28.00mm，壁厚2.00mm，外徑32.00mm。水管長(zhǎng)度300m以內(nèi)，冷卻水流量宜為25L/min～30L/min；泄洪洞底板部位在3～10月期間4d～7d齡期，通冷卻水流量宜控制為不大于20L/min，實(shí)際通水流量可根據(jù)降溫速率適當(dāng)調(diào)整。

3 溫控施工

3.1 混凝土配合比選擇

3.1.1 混凝土強(qiáng)度技術(shù)指標(biāo)

大崗山水電站泄洪洞抗沖耐磨混凝土，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C9050，主要技術(shù)要求列于表4。

表4 泄洪洞抗沖耐磨混凝土的主要技術(shù)要求

3.1.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

泄洪洞硅粉混凝土施工配合比試驗(yàn)，委托成勘院科研所進(jìn)行。所用的原材料為嘉華P.MH42.5中熱水泥、元亨Ⅰ級(jí)粉煤灰、成都東藍(lán)星硅粉、江蘇博特的JM-PCA聚羧酸減水劑、山東華偉銀凱NOF-AE引氣劑、大崗山工地人工砂石骨料。由成勘院科研所提出，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工聯(lián)合評(píng)審，最終配合比見(jiàn)表5。

表5 二級(jí)配C9050粉煤灰硅粉混凝土施工配合比

施工方式配制強(qiáng)度(MPa)水膠比膠材用量(kg/m3)砂率(%)每方混凝土用量(kg/m3)水水泥粉煤灰硅粉砂石JM-PCANOF-AE常態(tài)591033379381252847619718117234110015泵送5910334154051373118321738108737350017

3.1.3 混凝土絕熱溫升

根據(jù)提出的粉煤灰硅粉混凝土施工配合比，現(xiàn)場(chǎng)取樣后在室內(nèi)進(jìn)行混凝土的絕熱溫升試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 二級(jí)配粉煤灰硅粉混凝土絕熱溫升試驗(yàn)結(jié)果

序號(hào)施工方式水膠比膠材用量(kg/m3)公式系數(shù)T0(℃)a相關(guān)系數(shù)1常態(tài)033379418227809622泵送03341545622330976

注：絕熱溫升試驗(yàn)公式：T(t)=T0t/(α+r)(雙曲線公式)。其中，T為絕熱溫升值(℃)，T0為最終溫升值(℃)，t為齡期(d)，a為試驗(yàn)參數(shù)。

由表6混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果可以看出，由于混凝土膠材用量較高，二級(jí)配泵送混凝土的絕熱溫升值較高，達(dá)到45.6℃。

3.2 實(shí)施方案

3.2.1 供水方案

在大渡河邊布置泵站抽水至進(jìn)水口邊坡1135m高程蓄水池。主供水管路采用1趟DN108鋼管，從高位水池經(jīng)1#施工支洞鋪設(shè)至洞身段進(jìn)口右側(cè)，并延伸到洞身出口。在主水管上每隔30m，布置活動(dòng)軟管水包供倉(cāng)面冷卻用水。

在洞身段底板混凝土澆筑時(shí)，原供水系統(tǒng)不滿足溫控要求，隨即進(jìn)行供水管路改造。從進(jìn)水口高位水池單獨(dú)增加布設(shè)1趟DN80管路，供邊墻通水冷卻和養(yǎng)護(hù)。原布設(shè)的DN108管路在1#施工支洞外增設(shè)制冷機(jī)組2套，通過(guò)制冷機(jī)組制冷后的冷卻水專(zhuān)供底板混凝土施工。同時(shí)對(duì)進(jìn)水口高位水池和洞外管路進(jìn)行遮陽(yáng)保溫，具體為：水池上方采用搭設(shè)遮陽(yáng)棚，水池周?chē)岸赐夤苈凡捎帽馗魺岵牧习?/p>

3.2.2 管路及監(jiān)測(cè)儀器安裝

混凝土內(nèi)部整個(gè)冷卻水管系統(tǒng)呈“S”字形布置。邊墻冷卻水管布置1趟單層管路，綁扎在靠巖壁側(cè)鋼筋上，進(jìn)出口位于邊墻底部施工縫處。底板冷卻水管布置2趟管路(雙進(jìn)雙出)，安裝前按每50cm一層采用φ12mm鋼筋制作架立筋(架立筋與冷卻水管路布置位置一致)，架立筋施工完成后冷卻水管路延架立筋綁扎。管路進(jìn)出口位于底板面層橫向施工縫側(cè)，冷卻水管綁扎點(diǎn)按每1m布置，彎頭位置加密。冷卻水出水通過(guò)洞內(nèi)系統(tǒng)排污管道排至洞外。

混凝土溫度監(jiān)測(cè)，采用每個(gè)澆筑段中心位置至少埋設(shè)1支電阻式溫度計(jì)。每支儀器電纜進(jìn)行編號(hào)，儀器電纜距施工縫距離≥150mm。埋設(shè)后做好明顯標(biāo)識(shí)，并安排專(zhuān)人看護(hù)。為加強(qiáng)硅粉混凝土施工過(guò)程溫度監(jiān)測(cè)，將洞身段混凝土運(yùn)行期間的光纖測(cè)溫提前投入使用。該光纖全部靠近洞身段巖壁，共布置3條。其中，1條布置于洞身段底板中心線位置；另外2條布置于左、右邊墻，距底板結(jié)構(gòu)面2m位置。施工過(guò)程中，光纖溫度數(shù)據(jù)采集頻率為3～7d/次，測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)采集點(diǎn)間距為1m，數(shù)據(jù)采集后與埋設(shè)的電阻式溫度計(jì)共同對(duì)混凝土溫控工作進(jìn)行指導(dǎo)。

3.2.3 通水及測(cè)溫管理

為確?；炷恋臏乜匦Ч?，項(xiàng)目部成立了專(zhuān)門(mén)的混凝土溫控監(jiān)測(cè)領(lǐng)導(dǎo)小組，從混凝土的出機(jī)到澆筑完成，以及通水冷卻、養(yǎng)護(hù)等全過(guò)程環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢查和督促現(xiàn)場(chǎng)溫控實(shí)施、落實(shí)情況，負(fù)責(zé)溫控資料、報(bào)表的整編和總結(jié)。

開(kāi)倉(cāng)前，對(duì)通水管路試通水，檢查管路是否通暢和有無(wú)漏水現(xiàn)象?；炷灵_(kāi)始澆筑后進(jìn)行通水，將冷卻水管覆蓋后達(dá)到最高溫度前進(jìn)行大流量通水。通水流量單趟不低于4m3/h，通水水溫邊墻≤18℃、底板11℃～13℃。水流方向每天改變一次?；炷灵_(kāi)始降溫后立即停止通水。

混凝土溫度監(jiān)測(cè)在混凝土開(kāi)倉(cāng)后進(jìn)行，混凝土齡期0～3d每2h測(cè)溫1次，4～7d每4h測(cè)溫1次，8～28d每12h測(cè)溫1次。

3.2.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)在混凝土澆筑完12h～18h內(nèi)進(jìn)行，連續(xù)養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28d。邊墻采用流水養(yǎng)護(hù)。在拆模后采用φ20mm鍍鋅管，每隔3cm～5cm鉆一直徑1mm左右小孔，進(jìn)行花管流水養(yǎng)護(hù)。底板采用保溫保濕養(yǎng)護(hù)，主要在混凝土表面敷設(shè)土工布一層，并在上游端頭部位布置流水養(yǎng)護(hù)鋼花管一趟，然后再敷設(shè)一層聚乙烯薄膜覆蓋鋼花管和土工布，最后敷設(shè)一層3cm保溫被對(duì)表面全覆蓋。養(yǎng)護(hù)時(shí)控制鋼花管水流量，讓土工布處于濕潤(rùn)飽水狀態(tài)。低溫季節(jié)及風(fēng)季在洞口設(shè)置擋風(fēng)門(mén)，減少冷空氣流動(dòng)。

3.2.5 通水管路封堵

通水結(jié)束后采用P.O42.5級(jí)硅酸鹽水泥漿對(duì)冷卻管路回填灌漿，再切冷卻管路的外露部分，并處理至滿足混凝土外觀要求。

4 溫控過(guò)程常見(jiàn)問(wèn)題及處理

4.1 混凝土溫升過(guò)快

洞身段硅粉混凝土進(jìn)入夏季施工后，通過(guò)測(cè)溫檢測(cè)，混凝土溫升階段升溫較快，在1天半左右就達(dá)到最高溫度，且容易出現(xiàn)超出設(shè)計(jì)最高溫度。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查分析，主要原因?yàn)榧坠┗炷辽a(chǎn)過(guò)程中骨料預(yù)冷效果差，主要采取加強(qiáng)協(xié)調(diào)，在混凝土開(kāi)倉(cāng)前3h提前聯(lián)系生產(chǎn)單位進(jìn)行骨料預(yù)冷，開(kāi)倉(cāng)前對(duì)骨料預(yù)冷效果進(jìn)行檢查，滿足要求后方可生產(chǎn)。

4.2 降溫速率超標(biāo)

洞身段邊墻、底板在最高溫度監(jiān)測(cè)過(guò)程中，均出現(xiàn)過(guò)降溫速率超標(biāo)。通過(guò)對(duì)通水及測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)全面總結(jié)，主要原因?yàn)樵O(shè)計(jì)通水及養(yǎng)護(hù)與實(shí)際要求不相符。通過(guò)與設(shè)計(jì)協(xié)商后，主要采取在混凝土測(cè)溫時(shí)發(fā)現(xiàn)降溫就立即停止通水。邊墻根據(jù)施工季節(jié)調(diào)整養(yǎng)護(hù)方式，夏季減少養(yǎng)護(hù)水流量，冬季采用間歇通水保持表面濕潤(rùn)。底板側(cè)采用保溫保濕養(yǎng)護(hù)，同時(shí)根據(jù)降溫速率確定保濕水量。

4.3 主供水管路供水量不足

由于主供水采用在大渡河抽水，在大渡河進(jìn)入汛期后水位變化頻繁，導(dǎo)致抽水設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障而不能保障正常供水。針對(duì)此問(wèn)題，主要采取增加水源和提高抽水泵站設(shè)備完好率的方式解決。增加水源，主要采取將高位水池附近新修庫(kù)區(qū)改建公路發(fā)現(xiàn)的地下滲水作為補(bǔ)充，同時(shí)增加抽水泵站設(shè)備，在不同水位均安設(shè)抽水設(shè)施，確保水位變化時(shí)都能抽取大渡河水。

4.4 澆筑過(guò)程管路損壞

澆筑過(guò)程中發(fā)現(xiàn)管路損壞倉(cāng)面冒水，主要原因?yàn)槭┕ぶ袑?duì)冷卻水管保護(hù)不力，主要采取對(duì)作業(yè)人員加強(qiáng)教育，確保澆筑、振搗過(guò)程不損壞通水管路。同時(shí)在發(fā)現(xiàn)管路損壞時(shí)，及時(shí)暫停澆筑，對(duì)冷卻水管處理完成后方可再行澆筑。

4.5 底板冷卻水外露管頭處理

在泄洪洞施工完成經(jīng)過(guò)一個(gè)汛期的使用后，發(fā)現(xiàn)底板冷卻水管封堵表面處理出現(xiàn)剝離現(xiàn)象。主要原因?yàn)榈装鍧仓^(guò)程中管路未集中引出，導(dǎo)致封堵表面處理部位較多，同時(shí)底板部位受水流沖刷嚴(yán)重，表面處理不能滿足要求。應(yīng)對(duì)剝離部位重新修補(bǔ)，修補(bǔ)深度至表面以下2cm且采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行。如遇類(lèi)似工程時(shí)，因考慮冷卻水管路集中引至表面或延長(zhǎng)通水管路在底板施工縫處進(jìn)行封堵。

5 溫控實(shí)施效果

5.1 溫控檢測(cè)成果

通過(guò)對(duì)溫控各階段數(shù)據(jù)檢測(cè)分析，洞身段邊墻、底板溫控效果達(dá)到優(yōu)良水平。具體詳見(jiàn)表7、表8、表9。

表7 混凝土入倉(cāng)、澆筑溫度匯總

表8 混凝土通水冷卻檢測(cè)匯總

表9 泄洪洞臨時(shí)溫度計(jì)觀測(cè)最高溫度成果

5.2 裂縫情況

通過(guò)對(duì)洞身段邊墻底板施工完成后的裂縫檢查，底板、邊墻各發(fā)現(xiàn)30條左右的裂縫，類(lèi)比同類(lèi)國(guó)內(nèi)工程，其裂縫產(chǎn)生較少。

6 結(jié)語(yǔ)

大崗山水電站泄洪洞工程洞身邊墻、底板硅粉混凝土施工，通過(guò)優(yōu)選配合比，選取合適的硅粉摻量，采用溫控設(shè)計(jì)及施工，采用流水養(yǎng)護(hù)和嚴(yán)格的管控措施等綜合溫控措施，有效控制了混凝土裂縫產(chǎn)生，確保了混凝土施工質(zhì)量。

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