龙滩水电站大坝碾压混凝土温控防裂措施

李高峰, 刘小兵, 赵银超, 贺 磊

(1.西华大学 能源与环境学院,四川成都 610039;2.中国水利水电第八工程局有限公司,湖南 长沙 410007)

1 工程概述

龙滩水电站是红水河梯级开发中的骨干工程,以发电为主,兼有防洪、航运等综合效益。工程按正常蓄水位高程 400m设计,初期按高程375m建设,右岸碾压混凝土大坝指 2～21#(含21#)坝段,其中 2～4#坝段为岸边挡水坝段,5#坝段为通航坝段,6～11#坝段为河床挡水坝段,12#和 19#坝段为底孔坝段,13～18#坝段为溢流坝段,20#坝段为电梯井坝段,21#坝段为转弯坝段。

初期建设时坝轴线长 761.258m,坝顶高程382m,最大坝高 192m。大坝混凝土总量 560多万 m3,其中碾压混凝土约 385万 m3,占混凝土总量的 69%。

龙滩水电站位于广西红水河流域,属典型的副热带季风气候。坝址多年平均气温 20.1℃,多年平均水温 21℃,极端最低气温 -2.9℃,极端最高气温 38.9℃,多年平均河水温度 21℃,极端最高河水温度 30℃,极端最低河水温度 10℃,多年平均相对湿度 80%,多年平均风速 0.7m/s,实测最大风速 24m/s。各月最高及最低日平均气温、平均水温、地温及湿度见表 1。

从表 1中可以看出,高温季节及次高温季节时间长。根据龙滩大坝施工进度,碾压混凝土施工必须经过高温时段。如何做好混凝土的温控工作,是防止龙滩水电站碾压混凝土大坝产生不可控裂缝的关键。

表 1 坝址区气象要素特征值表 /℃

2 大坝碾压混凝土施工温控标准

2.1 大坝碾压混凝土温控标准(表 2)

2.2 基础允许温差

不同坝段碾压混凝土基础允许温差见表 3。

2.3 坝体混凝土允许上、下层温差

在间歇期超过 28d的混凝土面上继续浇筑时 ,将老混凝土面以上 1/4L范围内的上层混凝土最高平均温度与新混凝土开始浇筑时下层实际平均温度之差控制在 10℃～12℃之内。

表 2 碾压混凝土温控标准表 /℃

表 3 基础允许温差表 /℃

2.4 坝体混凝土允许内外温差

按照相关规定,混凝土浇筑块内部最高温度与其外表的温差不大于20℃。为便于管理,将内外温差转化为控制坝体混凝土的允许最高温度(表 2)。

当进行冷却水管通水冷却时,通水水温与混凝土内部温差不超过 20℃,冷却时混凝土日降温幅度不超过 1℃。

3 碾压混凝土温控措施

根据龙滩大坝实际情况及河海大学温控仿真计算成果,结合国内外大量工程的成功经验,龙滩大坝碾压混凝土施工采取的温控措施主要有:原材料选取及优化混凝土配合比、控制混凝土稠度(VC值)、控制混凝土施工层间间隔时间及层厚、降低混凝土出机口温度、控制混凝土运输及浇筑过程中的温度回升、表面养护与保护、通水冷却等措施。

3.1 原材料选取及优化混凝土配合比

(1)原材料的选取。

随水泥活性和强度等级的增高,其收缩量显著提高,收缩周期延长,故采用水化热低的水泥品种并控制其用量。经过大坝碾压混凝土配合比试验,42.5中热硅酸盐水泥、广西鱼峰水泥或荆门三峡水泥均可等同使用。

粉煤灰的选用:宣威、珞磺、襄樊、来宾 -B、凯里五个厂家生产的Ⅰ级粉煤灰均可等同使用。

骨料使用广西龙滩大法坪沙石系统生产的人工沙石骨料。人工粗骨料颗粒级配百分比为:三级配,大石 ∶中石 ∶小石 =30∶40∶30;二级配,中石 ∶小石 =50∶50;将人工沙的石粉含量控制在 16%～20%,石粉中细料(粒径 80μm以下颗粒)含量控制在 50%左右。

外加剂的选用:浙江龙游外加剂厂生产的缓凝型高效减水剂(ZB-1RCC15)和引气剂(ZB-1G);江苏建筑科学研究院博特新材料有限公司生产的缓凝型高效减水剂(JM-II),其复合剂掺量均为 0.60%。

(2)优化混凝土配合比。

龙滩大坝碾压混凝土配合比优化是在室内配合比设计的基础上,适量增减胶凝材料用量,变动外加剂的掺量,在不同配比情况下,根据现场碾压混凝土性能试验决定混凝土配合比。选用的碾压混凝土配合比见表 4。

3.2 降低混凝土出机口温度

(1)骨料和砂的堆存:经加工的砂和骨料分级堆存,地垅廊道取料。夏季骨料的堆存高度大于 8m或更高,堆存时间大于 7d。

(2)采用二次风冷预冷骨料:先对粗骨料喷冷水进行预冷,在骨料调节料仓用冷风将骨料冷却至 7℃～10℃,然后在拌和楼料仓用冷风进行二次风冷,可将骨料温度降低至 0℃～-6℃。

(3)采用加冷水拌和混凝土:根据理论计算,每 m3混凝土加 10kg、5℃低温水,可降低出机口温度 0.22℃。

碾压混凝土各月出机口温度见表 5。

3.3 控制混凝土稠度(VC值)

大坝碾压混凝土稠度(VC值)是根据两次碾压工艺性试验成果并结合工地现场施工状况决定,采用的碾压混凝土稠度(VC值)规定:将出机口的VC值控制在5～7(±2s),进入到仓面的VC值控制在 5～7(±3s)。

表 4 大坝碾压混凝土施工配合比表

3.4 控制混凝土施工层间间隔时间及层厚

龙滩大坝碾压混凝土施工层间间隔时间采用初凝时间进行控制。结合龙滩工地气候条件、碾压混凝土生产、施工实际状况,2005年 5月,《红水河龙滩电站碾压混凝土施工工法》中明确规定:碾压混凝土从出机口至碾压完毕在 1.5h内完成;碾压混凝土的层间允许的间隔时间必须控制在小于混凝土初凝时间 1～2h以内,施工中允许层间间歇时间:高温季节(5～9月份)小于 4h,次高温季节(3～5月份)、10～11月份)小于 6h,12月 ～次年 2月份小于 8h。

对于基础部位(0～0.2L),严格控制浇筑高度不大于 1.5m,基础约束区以外浇筑高度不大于3.0m。

3.5 控制混凝土运输及浇筑过程中的温度回升

控制混凝土运输过程中的温度回升:在拌和楼附近布置喷水雾设施,以降低拌和楼系统小环境气温;用冷却水冲洗自卸汽车车厢及供料线皮带,在强烈阳光或大风天气、或气温高于 25℃时,汽车车厢顶部应加帆布遮盖,且车厢内的装料厚度不小于 50cm;供料线上方用白色或铝制的防雨遮阳保温罩搭设遮阳棚,并沿供料线设置专用喷雾管路,以降低供料线周围小环境温度;拌和楼生产能力与仓面平仓、碾压设备处理能力相匹配,禁止混凝土等候入仓的情况发生。

控制混凝土浇筑过程中的温度回升:在每层混凝土碾压完毕、新混凝土覆盖之前,用保温材料进行覆盖遮阳,最后一层混凝土碾压完成后立即用保温材料进行保温,保温 12～14h左右;在浇筑仓面采用直径为 400mm的轴流鼓风机 +喷雾枪联合通水喷雾,形成仓面上 1～1.5m之间的空间范围人工“小气候”,喷雾效果见图 1、2。喷雾标准:①每 1000m2布置喷枪一支;②当气温25℃以上时,仓面平均气温降温 4℃～6℃;③仓面平均湿度≥80%;④仓面喷雾强度为每 6min小于 0.3mm;温度测量:高温时段的每天 7∶00、9∶00、17 ∶00、19 ∶00各测 1次仓面小气候温度,9∶00～17∶00每小时测 1次仓面小气候温度,同时在相邻坝段测量自然温度,然后对测量数据进行分析,通过数据分析结果确定仓面喷雾强度是否满足要求;合理安排浇筑时段,利用早、晚及夜间进行浇筑作业。

3.6 表面养护与保护

待碾压混凝土最后一层碾压完后,铺保温材料进行保温并洒水养护,终凝后流水养护。平面流水养护应持续至上一层碾压混凝土开始浇筑为止。对于侧面及永久暴露面,流水养护至设计龄期为止。

图 2 喷雾机与喷雾枪联合喷雾的情况

拆模后的横缝面在 12h以内保温材料应全部覆盖。坝体上游面随坝体的上升喷涂耐久保温材料。

3.7 通水冷却

大坝冷却水管全部沿坝轴线方向布置,单根长度控制在 250～300m,所有水管的进、出口端均作好清晰的标记。

大坝冷却水管埋设分上、下游分别布置,仓内冷却水管支管采用 φ32高密度聚乙烯管(壁厚2.15mm),仓内干管采用直径 40mm的高密度聚乙烯管(壁厚 3.5mm)。水管间距 ×层距 =1.5 m×1.5m。冷却水管导热系数大于等于 1.6kJ/m◦h◦℃,抗拉强度大于 10MPa,在 3.5MPa内水压力作用下不漏水,在承受卸料冲出及 BM202振动碾有振碾压条件下不损坏。

在混凝土浇筑前通水检查冷却水管是否漏水,在混凝土浇筑开始后通水,通水时间一般为10～15d,水管通水流量约为 18～20L/min。初期通水为制冷水,制冷水水温为 10℃～12℃,混凝土温度与水温之差不超过 22℃,冷却时混凝土日降温幅度不超过 1℃,水流方向 12h改变 1次,使混凝土块体均匀冷却。

4 加强管理

(1)成立专门的温控小组:成立专门的温控小组,由专人负责温控的技术、检查和督促、现场温控实施、落实情况,负责温控资料、报表的整编和总结。

(2)加强现场测温:为及时掌握、控制浇筑仓号的温度情况,每 2h测量一次混凝土原材料的温度、气温、出机口温度、入仓温度及坝体冷却水的温度,按每 100m2布一个测点的原则测量混凝土的浇筑温度(每个仓号不少于 3个测点)并作好记录。根据上述测量情况,及时调整或加强温度控制措施。

(3)加强混凝土内部温度测量:浇筑块内部温度根据混凝土内部埋设的测温仪器进行测量。实施过程中按设计、监理要求定期进行内部温度测量,根据测量数据进行分析,以便为混凝土温度控制提供可靠的资料,用于指导温控工作,及时调整或加强温控薄弱环节。

2.招标代理机构管理制度和管理行为缺失引起的不规范行为。一是在监管部门统一开展的政府采购代理机构名录登记工作中提供不实登记信息。二是未妥善保存录音录像资料和有关供应商的投标文件等采购文件。三是未依法从政府采购评审专家库中抽取评审专家。四是没有在法定期限内对投诉人提出的质疑作出答复。

5 结 语

(1)龙滩水电站大坝碾压混凝土工程在前期研究及施工过程中,先后被列入国家“八五”、“九五”重点攻关项目及国家电力公司的攻关项目,取得了大量的成果。

(2)根据河海大学温控仿真计算成果,结合龙滩大坝碾压混凝土施工的实际情况,制定出了具体的温控防裂施工措施。温控仿真计算成果的成功应用,保证了碾压混凝土施工质量。

(3)加强现场管理,保证通信畅通,特别是仓面与拌和楼的通信,减少了混凝土在仓外的等待时间。

(4)供料线在运输混凝土时,由于大风及太阳照射的影响,混凝土 VC值损失较大,应减少其在一天中高温时段的使用。

(5)龙滩水电站大坝碾压混凝土施工已全部完工并已运行,至今没有出现不可控制的裂缝,表明龙滩工程采用的温控措施是有效的,解决了碾压混凝土在高温季节施工的难题,为研究高温条件下碾压混凝土的施工,特别是高坝的施工,对碾压混凝土的应用和筑坝技术的发展具有重要的意义,为同类工程提供了成功的应用经验。

[1] 广西龙滩水电站七局八局葛洲坝联营体,编著.龙滩水电站碾压混凝土重力坝施工与管理[M].北京:中国水利水电出版社,2007.

[2] 王石连,刘 云,赵文华.龙滩水电站全断面碾压混凝土温控仿真研究及应用[J].水力发电,2007,59(3):59～61.