特高拱坝混凝土后冷温控措施费用分析与研究

朱明润，李珊珊，张 哲

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司， 四川 成都 611130； 2.中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，四川 成都 610065)

0 前 言

大体积混凝土浇筑后水泥产生水化热，温度迅速上升，自然散热极其缓慢。为了防止混凝土出现裂缝，必须严格控制坝体内的混凝土最高温升。控制混凝土最高温升的方法之一就是通冷却水等后冷温控措施来降低混凝土水化热温度。国内水电行业大体积混凝土后冷温控费用计算没有明确的编规、定额作为计算依据，如何准确分析后冷温控费用是目前水电工程造价面临的重大技术难题。本文根据某特高拱坝温控设计方案，对混凝土后冷温控措施费用进行分解，并对关键性的混凝土后冷通水冷却费用进行分析计算，形成混凝土后冷温控单价计算成果，旨在为国内水电行业大体积混凝土后冷温控费用计算提供参考。

1 浇筑温度要求及后冷系统配置

某特高拱坝工程坝顶高1 885.0 m，坝高305 m，坝顶厚度16 m，坝底厚度63 m，厚高比0.207，顶拱中心弧长552.43 m，坝体混凝土方量476.47万m3。坝身孔口等建筑物对混凝土强度的要求，设计采用三种强度级别的混凝土分区，即A区为C18040、B区为C18035、C区为C18030，采用骨料预冷加通水冷却的方式进行浇筑期间拱坝混凝土温度控制。

1.1 混凝土出机口温度

(1)混凝土出机口温度按不低于5℃、不超过7℃控制，当外界气温低于10℃时，混凝土出机口温度按7～9℃控制。出机口温度低于5℃的混凝土应作为废料处理。

(2)要求对混凝土骨料采用一、二次风冷等措施进行预冷，并采取加片冰、加制冷水拌和等措施以降低混凝土出机口温度，拌合楼骨料一次风冷和二次风冷应从严控制。

(3)根据骨料的实际含水量变化情况应及时调整混凝土用水量和加冰量，确保混凝土出机口温度及坍落度满足要求。

(4)出机口温度合格率要求大于95%。

1.2 混凝土入仓温度

(1)加强施工管理，尽量缩短运输时间，减少转运次数。

(2)要求混凝土运输车车厢设置隔热、防晒、防雨设备，当外界气温高于23℃时，还应在装料前对车厢外侧进行必要的洒水降温，以降低车厢内的温度。

1.3 混凝土浇筑温度

(1)要求控制混凝土从出机口至上坯层混凝土覆盖前的温度回升值不超过4℃，浇筑温度按不超过11℃控制，确保混凝土最高温度满足设计要求。

(2)任何部位的混凝土浇筑温度在任何季节不能低于7℃。

(3)卸入仓面的混凝土应及时振捣。尽量避免高温时段浇筑混凝土，应充分利用低温季节和早晚及夜间气温低的时段浇筑。

(4)当浇筑仓内气温高于23℃时，应进行仓面喷雾，以降低仓面环境温度。喷雾时水分不应过量，要求雾滴直径达到40～80 μm，以防止混凝土表面出现积水。开始喷雾时的仓内气温根据现场试验总结确定。

(5)浇筑温度合格率要求大于90%，且超标值不高于2.0℃。

1.4 浇筑层厚及浇筑间歇期控制

(1)大坝混凝土的浇筑应保证足够的入仓强度，坯层覆盖时间要求小于4 h。

(2)大坝混凝土的浇筑，应采用平铺法施工。应按一定厚度、次序、方向，分层进行，且浇筑层面平整。混凝土浇筑坯层厚不超过50 cm。

(3)河床坝段底部0.4L(L为浇筑块长边的最大长度)高度范围内浇筑层厚度采用1.5 m，其余部位混凝土浇筑层厚一般采用3 m。

(4)浇筑层厚度由1.5 m调整为3.0 m应报监理批准。

(5)在廊道部位，体型突变部位及其它结构尺寸变化的部位，浇筑层厚度调整应报监理批准。

(6)浇筑层厚度超过3.0 m，应通过现场试验及相应的分析论证后确认。

(7)混凝土浇筑应连续均匀上升，混凝土最小浇筑间歇期为5 d，最大浇筑间歇期不超过14 d。

以A水电站为例，为了防止混凝土出现裂缝，必须严格控制坝体内的混凝土最高温升，采用浇筑过程中通水冷却的方式降低混凝土水化热温度。在大坝布置6台YWL250-8J型、1台YWG150-8 g型移动式冷水站，额定供冷水流量分别为360 m3/h、240 m3/h。冷却水最低水温可达到6℃，满足大坝接缝灌浆温度要求。具体后冷设备参数见表1。

表1 后冷设备参数

2 供水冷却系统

2.1 冷却水管管材

(1)混凝土冷却水管(混凝土内预埋的通水冷却用水管，包括主管和支管)采用高密度聚乙烯HDPE管和焊接钢管，一般情况下采用HDPE管。

(2)冷却水管采用HDPE管，主管规格为内径32.60 mm，壁厚3.70 mm，外径40.00 mm；支管规格为内径28.00 mm，壁厚2.00 mm，外径32.00 mm。HDPE管导热系数大于1.6 kJ/(m·h·℃)。

2.2 冷却水管布置

冷却水管垂直间距为1.5 m，水平间距为1.0 m和1.5 m，表2所示高程以下水管布置间距为1.0 m×1.5 m，其上水管布置间距为1.5 m×1.5 m。

表2 大坝冷却水管布置

2.3 供水系统

为适应通水温度变化的要求，应设两套冷却供水系统，一套冷却水温为9～12℃，另一套水温为14～16℃。

3 通水冷却标准及目标

3.1 一期通水冷却标准及目标

一期冷却控制混凝土的最高温度不超过Tm，一期冷却结束的目标温度为Tc1，且必须严格控制一期冷却的降温幅度不超过6℃。

(2)一期冷却通水水温14～16℃。

(3)混凝土平仓振捣完成即开始一期通水冷却，混凝土温度达到一期冷却目标温度Tc1则一期冷却结束。对水管布置间距为1.0 m×1.5 m的混凝土，一期冷却时间不宜小于21 d；对水管布置间距为1.5 m×1.5 m的混凝土，一期冷却时间不宜小于28 d。

3.2 中期通水冷却标准及目标

一期冷却结束后可根据实测混凝土内部温度情况开始中期冷却，混凝土温度达到中期冷却目标温度Tc2、二期冷却开始时，中期冷却结束。中期冷却降温历时不小于28 d。

中期冷却通水水温采用14℃～16℃。

为避免中期冷却阶段降温速率过快及降温幅度过大，中期冷却阶段只使用一半冷却水管通水冷却，关闭另一半冷却水管，中期冷却通水冷却的水管层距应为3.0 m。

3.3 二期通水冷却标准及目标

混凝土温度达到中期冷却目标温度Tc2且混凝土龄期不小于50 d，根据温度梯度控制要求和接缝灌浆进度计划开始二期冷却，到接缝灌浆开始时完成二期冷却。

二期冷却水温为9℃～12℃，二期通水温度与混凝土温度之差应控制在10℃以内。

为避免二期冷却阶段降温速率过快，二期冷却阶段只使用一半冷却水管通水冷却，关闭另一半冷却水管，二期冷却通水冷却的水管层距为3.0 m。

大坝混凝土各阶段降温幅度及目标温度如表3所示。

表3 大坝混凝土各阶段降温控制表

4 后冷温控措施费用分析思路与方法

后冷一期、后冷中期、后冷二期通水温控措施费用分别按照计算制冷水机组流量比例分析、冷却机组制冷水量单价计算、确定单位混凝土通冷水量、每方混凝土通水冷却单价计算四个步骤，确定后冷一期、后冷中期、后冷二期通水温控措施费用。以后冷一期为例，阐述具体计算方法。

(1)制冷水机组流量比例分析： 后冷一期6台YWL250-8J型、1台YWG150-8g型移动式冷水站，额定供冷水流量分别为360 m3/h、240 m3/h。合计总流量为360×6+240×1=2 400 m3/h。

即每小时制冷水设备流量比例为：YWL250-8J型90%，YWG150-8g型10%。

(2)冷却机组制冷水量单价计算：根据YWL250-8J型、YWG150-8g型移动式冷水站每小时运行消耗的人工、材料、机械及其他费用计算此两种设备生产每立方米冷水单价。

(3)确定单位混凝土通冷水量：A水电站每立方混凝土需要通冷水量5.3 m3。

(4)计算每方混凝土通水冷却单价：YWL250-8J型制冷水机组流量比例×YWL250-8J型冷却机组制冷水量单价×单位混凝土通冷水量+ YWG150-8g型制冷水机组流量比例×YWG150-8g型冷却机组制冷水量单价×单位混凝土通冷水量。

5 后冷温控措施费用分析计算

5.1 后冷一期通水温控措施费用计算

5.1.1 制冷水机组流量比例分析

6台YWL250-8J型、1台YWG150-8g型移动式冷水站，额定供冷水流量为2 400 m3/h。YWL250-8J型每小时制冷水设备流量比例为90%。

5.1.2 一期冷却机组制冷水量单价计算

根据YWL250-8J型移动式冷水站每小时运行消耗的人工、材料、机械及其他费用计算此两种设备生产每立方米冷水单价(见表4)。

表4 YWL250-8J型制冷机组混凝土拱坝后期冷却(15℃)一期温控措施单价分析

5.1.3 后冷中期目标温度及单位混凝土通水量

A水电站特高拱坝混凝土浇筑量为577.71万m3，一期均通制冷水；单位混凝土通水量为5.30 m3(冷水)/ m3混凝土。混凝土目标温度21～23℃。

5.1.4 每方混凝土后冷一期通冷水(15℃)单价计算

YWL250-8J(360 m3/h)移动式冷水站冷水产量为360 m3/h，折合(1.62元/m3)；

YWG150-8g(240 m3/h)移动式冷水站冷水产量为240 m3/h，折合(1.69元/m3)；单位混凝土摊入水冷费用5.30 m3冷水/m3混凝土×(1.62元/m3冷水×90.00%+1.69元/m3×10.00%) = 8.62元/m3混凝土。

5.2 后冷中期通水温控措施费用计算

5.2.1 制冷水机组流量比例分析

6台YWL250-8J型、1台YWG150-8g型移动式冷水站，额定供冷水流量为2 400 m3/h。YWL250-8J型每小时制冷水设备流量比例为90%。

5.2.2 中期冷却机组制冷水量单价计算

根据YWL250-8J型移动式冷水站每小时运行消耗的人工、材料、机械及其他费用计算此两种设备生产每立方米冷水单价(见表5)。

表5 YWL250-8J型制冷机组混凝土拱坝后期冷却(15℃)中期温控措施单价分析

5.2.3 后冷中期目标温度及单位混凝土通水量

A水电站特高拱坝混凝土浇筑量为577.71万m3，中期均通制冷水；单位混凝土通水量为5.30 m3冷水/m3混凝土。混凝土目标温度17～18℃。

5.2.4 每方混凝土后冷中期通冷水(15℃)单价计算

YWL250-8J(360 m3/h)移动式冷水站冷水产量为360 m3/h，折合1.61元/m3；YWG150-8g(240 m3/h)移动式冷水站冷水产量为240 m3/h，折合1.69元/m3；单位混凝土摊入水冷费用5.30 m3冷水/m3混凝土×(1.61元/ m3冷水×90.00%+1.69元/m3冷水×10.00%)=8.58元/m3混凝土。

5.3 后冷二期通水温控措施费用计算

5.3.1 制冷水机组流量比例分析

6台YWL250-8J型、1台YWG150-8g型移动式冷水站，额定供冷水流量为2 400 m3/h。YWL250-8J型每小时制冷水设备流量比例为90%。

5.3.2 二期冷却机组制冷水量单价计算

根据YWL250-8J型移动式冷水站每小时运行消耗的人工、材料、机械及其他费用计算此两种设备生产每立方米冷水单价(见表6)。

表6 YWL250-8J型制冷机组混凝土拱坝后期冷却(12℃)二期温控措施单价分析

5.3.3 后冷二期目标温度及单位混凝土通水量

A水电站特高拱坝混凝土浇筑量为577.71万m3，二期均通制冷水；单位混凝土通水量为5.30 m3冷水/m3混凝土。混凝土目标温度12～15℃。

5.3.4 每方混凝土后冷二期通冷水(15℃)单价计算

YWL250-8J(360 m3/h)移动式冷水站冷水产量为360 m3/h，折合1.68元/m3；YWG150-8g(240 m3/h)移动式冷水站冷水产量为240 m3/h，折合1.99元/m3；单位混凝土摊入水冷费用5.30 m3冷水/m3混凝土×(1.68元/ m3冷水×90.00%+1.99元/m3冷水×10.00%) = 9.07元/m3混凝土。

5.4 后冷通水费用汇总

混凝土后冷温控措施单价成果汇总如表7所示。

表7 混凝土后冷温控措施单价成果

6 结 语

水电行业缺乏后冷措施费用编规、定额依据，后冷工艺的复杂性、各地区温度差异等因素造成后冷温控费用缺乏统一的衡量标准和尺度，如何准确分析后冷温控费用是目前水电工程设计面临的重大技术难题。本文通过对工程常采用的后冷费用加以分析，旨在为行业后冷混凝土温控费用相应预算定额和概算定额编制或修订提供参考。