针对船闸大体积混凝土通水冷却技术研究

陈佳培 王国胜

（中国葛洲坝集团第一工程有限公司， 湖北 宜昌 443000）

1 工程概况

大藤峡单级船闸布置于左岸，桩号为1+142.66m～1+283.66m，坝段长度141m，其中上闸首坝段长113m，船闸事故检修门库坝段长28m。右侧与左岸厂房安装间坝段相接，由上引航道、上闸首、闸室、下闸首和下引航道构成，船闸总长3418m。闸室有效尺度为280m×34m×5.8m（有效长度×有效宽度×门槛水深）。船闸轴线与坝轴线垂直，船闸主体段长度为385m，其中闸室墙长度为268.2m，航槽宽度为34m，采用分离式结构。重力式边墩（墙）顶高程65.00m，基础建在弱风化基岩上。上闸首挡水前缘宽度为113m，沿水流方向长为58.8m，人字门底槛顶高程为38.20 m；下闸首长度为58m，闸顶宽度为80m，底部宽度为116.4m，人字门底槛顶高程为14.95m。

船闸主体上闸首共1 段，长58.8 米，被3 道纵向结构缝分为了4 块；边墩顶部厚度为23m,左右边墩底部厚度分别为45m、40m。底板长58.8m，宽28 米。闸室共16 段，每段被纵向结构缝分为了3 块，闸室底板顶高程13.95m；闸室墙顶宽阀门段为19m,其他段为8m。下闸首共2 段，每段被纵向结构缝分为了3 块；下闸首长58m，顶宽80m,底宽116.4m。

船闸主体混凝土浇筑总量约164 万m³，其中上闸首混凝土36.8 万m³，闸室混凝土101.9 万m³，下闸首混凝土25.3 万m³。针对如此大体积的船闸混凝土，如何降低水化热、防止混凝土产生裂缝，本文针对船闸大体积混凝土通水冷却技术展开研究。

2 通水冷却要求

船闸大体积混凝土采用两期通水：其中高温季节（4 月～10 月）船闸混凝土进行一期通水冷却，每年10 月15 日～11 月15 日（约30 天）为当年高温季节浇筑的船闸大体积混凝土进行二期通水冷却。一期通水冷却时间为20 天，要求混凝土内部温度与冷却水水温之差不超过25℃，通冷却水流量为1.5m³/h，每24 小时应对冷却水的流向进行改变，使大体积混凝土水化热下降更加均匀、混凝土块体冷却更加均匀，混凝土温度降幅应控制在小于0.7℃/d。二期通水冷却时间为30d，混凝土内部温度与冷却水温度之差应控制在不超过20℃，通冷却水流量为1.5m³/h，每24 小时应对冷却水的流向进行改变，使大体积混凝土水化热下降更加均匀、混凝土块体冷却更加均匀，混凝土温度降幅应控制在小于0.7℃/d。

船闸4 月～10 月浇筑的混凝土，需埋设冷却水管进行通水冷却，冷却水管间距为：基础约束区冷却水管间距为1.5m×1.5m(层间距×水平间距)，脱离基础约束区冷却水管间距为1.5×2.0m(层间距×水平间距)。冷却水管采用高强度聚乙烯塑料管（其中主管直径为φ40mm，壁厚2mm，支管直径为φ32mm，壁厚2mm）。

3 冷却水供水量计算

按照船闸大体积混凝土浇筑施工进度计划，同时结合高峰期通水冷却的船闸混凝土施工强度按照13 万m³/月考虑，冷却通水流量富裕系数采用1.3，根据设计标准仓位冷却水管布置可计算出平均1m³混凝土需要冷却水管支管长度0.45m（单根冷却水管长度不宜大于250m），通水流量为1.5m³/h。

同时通水冷却水管总长度为：130000×1.3×0.45=76050m。

总流量为：76050÷250×1.5=456.3m³/h。

二期通水采用河水，当河水温度大于17℃时采用通制冷水，通冷却水总流量同一期为456.3m³/h，两期通冷却水总流量为912.6m³/h。

4 制冷设备选型

船闸区域夏季平均最高河水水温为24.2℃，极端最高河水水温为27.3℃，河水水温按26℃选用。一期冷却区冷却水温为15℃，损耗系数为1.2。

15℃冷却水量制冷容量 =456.3×2×（26-15）×1.2×1×1000/10000 =1204.6Kcal/h。

根据制冷所需1204.6 Kcal/h 容量、两期通冷却水总流量为912.6m³/h（一、二期均为456.3m³/h），一、二期冷却通水共需配置3 台360 m³/h 移动式冷水站，3台360 m³/h 移动式冷水站，冷水站额定功率为750Kw，名义工况为进出水20℃/9℃温差。

5 制冷设备及管路布置

根据大藤峡船闸一期、二期大体积混凝土冷却系统的规划及结合施工场地条件，所选用的3 台移动式冷水站，分别布置在船闸上闸首右侧和船闸下闸首右侧，其中船闸上闸首右侧布置1 台360m3/h 移动式冷水站，用于供应上闸首及闸室上半部分混凝土通水冷却；船闸下闸首右侧布置2 台360m3/h 移动式冷水站，用于供应下闸首及闸室下半部分混凝土通水冷却。3 台移动式冷水站总冷却水量达到1080m3/h，大于设计总冷却水量912.6m³/h，可满足船闸大体积混凝土通水冷却要求。

冷水机组的冷却水经机组内的冷冻泵进行加压、由DN250 保温型主钢管进行输送、DN250 保温型主钢管送至上、下闸首栈桥的DN150 主管，然后由DN150 主管上接引DN100 冷水分支管，冷水分支管每个仓位设置一组，冷回水管应错开平行布置。

每个仓内HDPE 冷却水管从分水支管上DN32 球阀上接管进入船闸混凝土进行冷却，冷却水在混凝土内部经过循环后，再经回水分支管自流至DN100 循环回水管，进入DN150 冷却干管，冷却干管分两趟并排平行架设，经DN200 保温主干管回到移动式冷水站进行再冷却，并依次如此循环。每组分水管进回水闸门前设置一组过滤及换向设备，按照通水技术设计要求定期进行换向，确保船闸大体积混凝土内部冷却的均匀性和管道内的冷却水通畅。

6 仓内冷却水管布置

船闸闸室主体混凝土内冷却水管采用HDPE 塑料管时，主管外径40mm，内径32mm，支管外径32mm，内径28mm。水管导热系数≥1.0KJ/（m·h·℃），拉伸屈服应力≥2.0Mpa。固结灌浆盖重区内布置1.5m×1.5m 焊接钢管或采用HDPE 塑料管。采用焊接钢管时，主管规格DN32，壁厚3.5mm， 外径42.4mm；支管规格DN25，壁厚3.2mm，外径33.7mm。

冷却水管埋设要求：冷却水管距迎水面的距离一般要求为2.0m～3.0m，距背水面1.5m～2.5m，距横缝及廊道、孔洞等内壁面的距离1.0m～1.5m,单根水管长度不得大于300m。冷却蛇形管不允许穿过横缝、诱导缝及各种孔洞。冷却水管应避免交叉。

冷却水管仓面布置方式：冷却水管每次埋设前，需根据每个仓面面积及水管间距先确定水管数量，当仓面水管数量多于三根时，应采用主、支管相结合的方式布置。主管管径为φ40mm，支管管径为φ32mm，单根主管上并联的支管不得超过2 根。

当第一层冷却水管布置在混凝土面上时，测量员应根据冷却水管布置设计图纸在仓面放样，预埋固定冷却水管的装置。第二层冷却水管直接埋设在刚施工的混凝土层面上，铺设好后采用40cm 长的钢筋U 型卡将冷却水管固定在层面上。

冷却水管的引出方式：浇筑层内的冷却水管与供水钢管上的DN32 球阀相连。

7 结语

大藤峡船闸工程混凝土工程量庞大，月浇筑强度高，混凝土通水冷却技术直接影响着整个船闸工程混凝土浇筑质量，本文对通水冷却技术要求、冷却水供水量计算、制冷设备选型、制冷设备及管道布置及仓内冷却水管布置等方面进行研究介绍，为后续类似工程提供施工借鉴。