周志博 于可忱 王立成

1 工程概況

SETH 水利樞紐工程為碾壓混凝土重力壩，大壩壩頂長度為372 m，壩頂高程1 032.0 m，最大壩高75.5 m。大壩結(jié)構(gòu)復雜，壩身孔洞多，壩塊尺寸大，受氣溫影響大。壩址區(qū)緯度高，氣溫低，少酷暑，多嚴寒，冬夏冷暖懸殊，年較差大，晝夜溫差大，氣溫驟降較頻繁，極易引起壩體混凝土溫度裂縫，因此，有必要加強壩體混凝土溫控設(shè)計。

壩址區(qū)多年實測氣象資料統(tǒng)計見表1。年平均氣溫3.6 ℃，月平均氣溫分布不均，1 月份月平均氣溫最低-15.3 ℃，7 月份月平均氣溫最高20.2 ℃，相差較大。極端最高氣溫40.9 ℃，極端最低氣溫-42.0 ℃。多年平均蒸發(fā)量為1 571.8 mm，歷年最大風速17.3 m/s，最大凍土深度239 cm。

表1 壩址區(qū)平均氣溫和平均河水溫度表

2 壩體溫控設(shè)計及溫控分區(qū)

壩體溫控分區(qū)設(shè)計總圖如圖1 所示。

根據(jù)溫控仿真計算，提出壩體溫控設(shè)計標準及壩體分區(qū)見表2～5。

3 混凝土溫控措施

3.1 降低混凝土出機口溫度

3.1.1 控制混凝土水化熱

采用低中熱水泥（水化熱不小于293 kJ/kg）、高摻粉煤灰，添加劑采用SBTJM-II 型緩凝高效減水劑及GYQ-I 型引氣劑方式降低水化熱。大壩分區(qū)采用上、下游防滲區(qū)采用二級配混凝土，其他均為三級配混凝土的方式，優(yōu)化了混凝土配合比，降低了水化熱溫升。

3.1.2 地壟取料

人工骨料系統(tǒng)料倉最大堆料高度為10 m，儲量不少于大壩澆筑高峰期3 d 的所需骨料量。采用地壟給料機取料，料堆底部中心的骨料溫度受環(huán)境溫度的影響較小，溫度穩(wěn)定在11 ℃左右，給拌和樓風冷骨料倉風冷提供了保證。

圖1 壩體溫控分區(qū)設(shè)計總圖

表2 壩體混凝土溫度控制溫差標準表 ℃

3.1.3 風冷時間控制

縮短骨料進倉間隔時間，及時足量的向料倉補料，使骨料在風冷料倉中停滯時間延長，得到充分冷卻。

表3 基礎(chǔ)允許溫差控制的壩體混凝土溫度控制表 ℃

表4 碾壓混凝土壩各月澆筑入倉溫度表

表5 內(nèi)外溫差控制的壩體允許最高溫度控制表

3.1.4 保溫遮陽

在骨料輸送皮帶頂部搭設(shè)彩鋼瓦遮陽棚，減少陽光直射。風冷骨料倉（一次風冷倉）至拌和樓皮帶采用全封閉保溫廊道，從空氣冷卻器引一加裝開關(guān)的支管接入骨料輸送廊道，廊道內(nèi)通冷風，并在廊道進出口添加風簾，防止骨料輸送過程中溫度升華。

3.2 倉面溫控措施

3.2.1 緩凝高效減水劑應(yīng)用

高溫季節(jié)，采用緩凝高效減水劑，保證高溫季節(jié)混凝土的初凝時間不小于6 h。溫度為29～30 ℃時，初凝時間為9 h；室外溫度為20～32 ℃，大風、陽光直射、干燥條件下，初凝時間為6 h，終凝時間為17 h。

3.2.2 澆筑層厚度及間歇時間

為利于混凝土澆筑塊的散熱，基礎(chǔ)部分和老混凝土約束部位澆筑層一般為1.5 m，基礎(chǔ)約束區(qū)以外最大澆筑高度為3 m，澆筑間歇時間為7 d 左右。在高溫季節(jié)，采用2 cm 聚乙烯被覆蓋、表面流水養(yǎng)護的方式散熱。

3.2.3 混凝土運輸車保溫

采用自卸車直接入倉的方式，并對運輸車輛進行液壓防曬板的制作安裝，混凝土運輸過程中由于防曬板遮陽，減少了混凝土溫度回升。

3.2.4 倉面小氣候制造和保溫覆蓋

在壩體澆筑倉外增設(shè)噴淋（霧）系統(tǒng)，降低大壩澆筑倉面周圍的溫度，提高濕度；倉面采用固定式遠程噴霧機和手持式噴槍進行噴冷水霧降溫。根據(jù)施工現(xiàn)場實測，平均降低倉面氣溫7 ℃左右，降低澆筑溫度5～6 ℃，倉面濕度提升35 %左右。

在6—8 月份收倉倉面和暫停倉面覆蓋雙層編制布內(nèi)置聚氨酯泡沫保溫被，平面尺寸為1 m×4 m、厚度為2 cm，滿足了高溫季節(jié)混凝土施工倉面保溫及養(yǎng)護的要求。

3.2.5 冷卻水管通水冷卻

約束區(qū)部位埋設(shè)高強聚乙烯塑料管冷卻水管并通水冷卻，管徑32 mm、壁厚2 mm、導熱系數(shù)K≥0.28 W/（m·K），管中流速控制在0.6 m/s 左右。冷卻水管控制在250 m以內(nèi)，水管間、排距1.5 m×1.5 m。冷卻水管埋設(shè)完成立即通水冷卻，以對混凝土高溫削峰。通水時間為20 d。為了防止通水冷卻時水溫與混凝土澆注塊溫度相差過大和冷卻速度過快而產(chǎn)生裂縫，初期通水冷卻溫度差按16 ℃控制，后期按20 ℃控制，混凝土降溫速度不大于1.0 ℃/d。壩體冷卻水采用河水。

3.2.6 其他溫控措施

縮短層間覆蓋時間在4～6 h 以內(nèi)，高溫季節(jié)層間間隔時間不大于2 h；避開高溫時段澆筑混凝土；動態(tài)控制碾壓混凝土VC 值等。

4 混凝土越冬保溫保護設(shè)計

嚴寒地區(qū)混凝土壩極易在越冬層產(chǎn)生水平裂縫，如美國的上靜水壩、日本的玉川壩、我國的桃林口壩等。因此，必須對越冬層面采取嚴格的保溫措施。當進入11 月中下旬時候，工程即將進入冬歇期，需在冬歇前對越冬層面進行臨時保溫，對上、下游壩面和端部采取永久保溫和臨時保溫相結(jié)合的保溫措施。

4.1 大壩上、下游面及側(cè)面保溫設(shè)計

本工程大壩上游面采用“噴涂聚脲防水涂料+噴涂硬泡聚氨酯+防老化面漆”的表面防滲和保溫方案。下游面采用“噴涂硬泡聚氨酯+防老化面漆”的表面保溫方案。壩體側(cè)面采用粘貼10 cm 厚XPS 板的保溫方案。

4.2 越冬層面保溫設(shè)計

首先在越冬面鋪設(shè)一層塑料薄膜（厚0.6 mm），然后在其上鋪設(shè)一層2 cm 厚的聚氨酯泡沫保溫被和13 層棉被作為臨時保溫，最后在頂部鋪設(shè)一層三防帆布防水。為加強保溫及防止側(cè)面進風，在越冬面上下游側(cè)用模板和砂袋做防風墻，在保溫被周邊及越冬面以下3 m 范圍內(nèi)噴涂10 cm 厚聚氨酯硬質(zhì)泡沫。壩體上游面鋼筋外露部位采用土工布包裹后噴涂聚氨酯泡沫10 cm 的方式進行保溫。

4.3 保溫效果

為了監(jiān)測保溫效果，在大壩布置了9 支溫度計，采用自動化監(jiān)測的方法對大壩溫度進行了監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如下：

（1） 上、下游表面溫度：14#壩段上游面為0.32～14.67 ℃，下游面為7.54～17.14 ℃。

（2） 頂 面 溫 度： 14#壩 段 頂 面 為13.75～20.11 ℃。

（3）側(cè)面溫度：9#壩段側(cè)面溫度1.17～4.66 ℃。

從整個越冬時段（11 月—翌年3 月底）的環(huán)境溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，比多年平均氣溫高了5.12 ℃。除側(cè)面溫度，壩體其他表面溫度與環(huán)境溫差大，保溫效果顯著。

5 結(jié) 語

在溫控設(shè)計指導下，SETH 水利樞紐工程碾壓混凝土大壩嚴格執(zhí)行溫控措施，澆筑的碾壓混凝土通過鉆孔取芯和試驗室檢測，各項指標滿足設(shè)計要求。越冬層面的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明大壩冬季保溫效果顯著，壩體拉應(yīng)力均未超過允許拉應(yīng)力，壩體未發(fā)現(xiàn)裂縫，說明溫控設(shè)計是成功的。為今后同類工程的溫控設(shè)計提供了寶貴的經(jīng)驗。