基于原型观测的高温季节大体积混凝土施工温控分析与改进措施

陈敏芬 叶雷震 余志华

(1.杭州市水利水电工程质量安全管理服务中心，浙江 杭州 310005；2.杭州市临安区双溪口水库工程指挥部，浙江 临安 311300)

大体积混凝土在浇筑过程中会产生大量的水化热，混凝土内部高温和内外温差变化过大时可能导致混凝土收缩，拉应力增加，产生裂缝，影响混凝土质量[1]。因此，高温季节大体积混凝土施工温控防裂难度大，如何有效进行坝体温控，降低混凝土水化热带来的温度应力，是坝体施工的关键[2]。

混凝土温度原型观测是通过安装埋入式温度计对大坝内部混凝土温度进行自动采集，及时掌握大坝混凝土温度的实际变化状态，从而对温控效果进行分析评价，为改进优化温控措施提供数据支撑[3]。本文结合双溪口水库工程实例，介绍混凝土重力拱坝高温季节温控要求、通水冷却效果和改进措施。

1 工程概况

双溪口水库位于杭州昌化溪最大支流昌西溪上游扬溪上，是一座以防洪、供水为主，兼顾灌溉、发电和改善水环境等综合利用的中型水利工程，枢纽工程主要建筑物包括拦河坝、泄水建筑物、放空建筑物、发电引水建筑物及电站等，拦河坝为混凝土重力拱坝，坝顶高程332.0m，坝基高程257.5m，最大坝高74.5m，坝顶宽度7.0m，坝顶中心线弧长240m，最大坝厚30.6m。坝址区多年平均气温为15.9℃，极端最高气温为40.3℃，极端最低气温为-11.3℃。

本工程于2019年9月正式开工建设，2020年1月开始浇筑大坝混凝土，大坝混凝土划分为15个坝段37层，见图1。第6层浇筑高程267.5～269.5m，分7个坝块，浇筑时间为2021年5月30日—6月26日，其中6-6坝块浇筑时间为6月17—18日，8-6坝块浇筑时间为6月14—15日，浇筑仓混凝土体积达800～1000m3。

图1 大坝分层分段

2 温度控制要求和内容

2.1 温度控制要求

本工程大体积混凝土浇筑温控指标见表1，混凝土各部位温控指标见表2，混凝土入仓温度控制指标见表3。强约束区、弱约束区和非约束区上下层容许温差均为20℃。

表1 大体积混凝土浇筑温度控制指标

表2 大体积混凝土各部位温控指标

表3 混凝土浇筑入仓温度控制指标

2.2 温控的主要内容

采取通水冷却施工工艺，冷却水管为黑铁管，直径25mm，冷却水管布置在浇筑底面层面上，蛇形布置，单根长度不超过250m，一期冷却水宜在混凝土收仓后12h内开始通水，流速宜为0.6m/s，水温与混凝土温度相差不超过22℃，控制坝体混凝土冷却速率不大于1.0℃/天。各坝块应均匀上升，相邻块高差不宜超过12m,且浇筑时间的间隔宜小于28天。

3 温度监测及成果分析

3.1 温度监测

大坝温度监测仪根据安全监测设计要求和大坝混凝土浇筑专项方案埋设，与工程形象进度匹配，每个坝段在浇筑块中心、上游内部、表面50mm处布置了3个测温点，见图2。从已浇筑坝块温度监测成果分析，8-6、6-6两个坝块内部温度超过温控要求指标。

图2 6-6、8-6 坝块267.5m高程温度监测点布置

2021年6月17日19时，重力拱坝6-6坝块混凝土开始浇筑(高程267.5～269.5m)。6-6坝块处于弱约束区，混凝土内部设计最高温度为42℃。2021年6月14日19时，重力拱坝8-6坝块混凝土开始浇筑(高程267.5～269.5m)，8-6坝块处于非约束区，混凝土内部允许最高温度为50℃。

混凝土浇筑温度监测主要包括原材料温度、混凝土出机口温度和入仓温度监测，重力拱坝6-6坝块混凝土浇筑原材料温度见表4，混凝土出机口温度和入仓温度见表5；重力拱坝8-6坝块混凝土浇筑原材料温度见表6，混凝土出机口温度和入仓温度见表7。

表4 6-6坝块浇筑原材料温度记录

表5 6-6坝块混凝土出机口温度和入仓温度检测记录

表6 8-6坝块浇筑原材料温度记录

表7 8-6坝块混凝土出机口温度和入仓温度检测记录

3.2 监测数据分析

埋设于坝体0+090.3断面的6-6坝块的最高温度为44.4℃。2021年6月19日6时40分T71-2出现温度41.4℃，23时40分达到最高温度44.4℃，至6月22日3点40分降至40.2℃，连续3天超过最高温度控制指标42℃，最大降温速率为1.5℃/天。

埋设于坝体0+116.3的断面8-6坝块的最高温度为51.8℃。2021年6月16日6时30分T78-3出现温度48.7℃，6月17日8时30分达到最高温度51.8℃，至6月19日0点30分降至49℃，连续3天超过最高温度控制指标50℃，最大降温速率为3.1℃/天，最大内外温差24.4℃，超过内外温差控制指标20℃。

从图3～图4可以看出，坝体混凝土浇筑完成后2.5～3天达到最大升温，3天后开始慢慢降温，从表4～表7可以看出，混凝土浇筑在入仓温度、混凝土浇筑块温度方面基本符合要求，6-6坝块略偏高，混凝土浇筑体最大降温速率符合要求。

图3 6-6坝块(0+090.3)267.5～269.5m高程温度监测过程控制线

图4 8-6坝块(0+116.3)267.5～269.5m高程温度监测过程控制线

3.3 原因分析

6-6坝块浇筑时环境气温为25.7～29.2℃，原材料水泥和粉煤灰的温度较高，达到29.4～29.6℃，混凝土入仓温度相对较高，达到27.6℃。通水冷却水管流速0.67～1.06m/s，水量2.16～2.52m3/h。 8-6浇筑块浇筑时环境气温24～28.3℃，原材料和混凝土入仓温度可控，通水冷却水管流速0.62～1.18m/s，水量1.78～2.23m3/h, 且8-6坝段交通廊道两侧为C25W4F50二级配混凝土，胶凝材料中水泥掺量比大坝四级配混凝土水泥掺量多，浇筑后迅速产生大量水化热使浇筑块温度快速升温。混凝土温峰期间冷却水管流速变化不大，供水水量不足，通水冷却降温速度低于升温速度，造成混凝土内部温度超过最高温度。

4 改进措施

4.1 控制浇筑厚度和间歇期

混凝土浇筑每层厚度控制在2m以内，选择最优浇筑间歇期，即本层混凝土最高温升出现1～2天后浇筑上层混凝土，并要求坝块均匀连续上升，相邻坝块高差不大于6m。

4.2 优化通水冷却工艺

浇筑前检查冷却水管是否漏水，浇筑中提前通水，最晚在混凝土第一层覆盖后，冷却水管开始通水，冷却水管水流方向每半天改换一次，根据前期大坝浇筑混凝土测温分析，从开始通水到混凝土内部出现最高温度后3～5天内，加大通水流量。

4.3 增加冷却水的供水能力

通过冷却水的需求分析，在右坝肩安装18kW扬程100m全自动变频水泵对9、10、11号坝块进行冷却水降温，左坝肩安装37kW扬程110m全自动变频水泵对8、7、6、5号坝块进行冷却水降温。按降温效果的变化情况，可增加冷却水管管径，变化水流方向，从而提高降温效果。

4.4 成立温度监测专班

温度监测专班负责温控措施的制定和实施，重点做好温度监测、数据整编、分析反馈，建立风险预警、跟踪处置流程，控制混凝土最高温度在容许范围内，对各坝段间歇期设专项记录，跟踪监控并及时反馈。

4.5 降低区域环境温度

当气温高于25℃时，在坝块验仓浇筑前、浇筑中，仓面采用喷雾机进行喷雾保湿，喷出雾滴控制在40～80μm，形成白色雾状，降低浇筑坝块区域环境温度。浇筑完成后用土工布覆盖仓面并洒水，保证坝块仓面内保温、保湿，防止坝块仓面因天气炎热、太阳暴晒等导致混凝土开裂，影响混凝土浇筑质量。

4.6 原材料温度控制

水泥、粉煤灰提前存储，温度分别不超过60℃和45℃，在水泥罐及粉煤灰罐体处设置遮阳网。骨料提前存储充足并通过地龙取料，骨料仓上部搭设遮阳防雨棚，并设置全自动高压喷淋降温。采用冰水拌和，加冰率不宜超过总水量的70%[4]。

5 结 语

针对大体积混凝土高温季节施工温控防裂难度大的问题，通过在坝体预埋温度计测量施工过程的坝体温度，并与设计温控要求指标对比[5]，及时预警并改进综合温度控制措施，减少了混凝土内部应力，杜绝了裂缝产生，满足了重力拱坝前期温度控制要求，保证了坝体结构的整体性。这些措施为大体积混凝土施工期温度控制研究提供了例证，可为类似工程施工提供借鉴。