摘要:龍橋水電站碾壓混凝土雙曲拱壩快速連續(xù)上升,除充分利用低溫季節(jié)施工外,主要采取了通水冷卻、遮陽覆蓋、噴淋降溫、常流水養(yǎng)護(hù)和越冬保護(hù)等溫控和防裂措施,滿足了工程溫控要求,迄今,大壩未發(fā)現(xiàn)裂縫。
關(guān)鍵詞:碾壓混凝土;雙曲拱壩;溫控;防裂
中圖分類號:TV642. 42 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
1 氣象條件及大壩施工過程
1. 1 氣象條件
壩區(qū)氣候溫和,多年平均氣溫15. 4 ℃,1 月最冷,7月最熱。1 月平均氣溫為4. 2 ℃,7 月平均氣溫為26. 2 ℃,溫度年變幅22 ℃,多年平均最高氣溫19. 8 ℃,多年平均最低氣溫10. 7 ℃,極端最高氣溫39. 6 ℃,極端最低氣溫- 12. 7 ℃,逐年日最高、最低氣溫:小于等于0. 0 ℃的天數(shù)為323 d ,大于等于30. 0 ℃的天數(shù)為392 d。
1. 2 施工過程簡述
2006 年3 月6 日開始澆筑大壩墊層常態(tài)混凝土;2006 年3 月15 日開始澆筑大壩碾壓混凝土,2006年5 月7 日大壩全斷面達(dá)到EL532. 0 m;2006 年5 月30 日開倉,2006 年6 月12 日大壩全斷面達(dá)到EL540. 0 m;2006 年6 月13 日～10 月10 日停倉,進(jìn)行左、右岸EL542. 0 m灌漿平洞開挖及混凝土襯砌施工;2006 年10 月11 日恢復(fù)澆筑,2006 年12 月31 日通倉澆筑至EL562. 9 m;2007 年2 月10 日大壩左非溢流壩段混凝土澆筑至EL587. 9 m。
2 采取的溫控和防裂措施
2. 1 混凝土溫度控制設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
(1) 內(nèi)、外溫差。內(nèi)、外溫差主要由年變化、周變化(寒潮) 和日變化三部分組成。本工程規(guī)定:內(nèi)、外允許溫差應(yīng)小于22 ℃。
(2) 上、下層溫差。上、下層溫差是由于混凝土澆筑溫度的季節(jié)性變化和較長時(shí)間的停澆所引起。設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定:當(dāng)上層混凝土短間歇均勻上升的澆筑高度h > 0. 5 L 時(shí),上、下層混凝土允許溫差應(yīng)≤16 ℃。
(3) 基礎(chǔ)溫差標(biāo)準(zhǔn)?；炷翝仓K發(fā)生的最高溫度為混凝土的澆筑溫度加上其水化熱溫升,基礎(chǔ)溫差:系指基礎(chǔ)約束范圍以內(nèi),混凝土的最高溫度和該部位穩(wěn)定溫度之差?；A(chǔ)允許溫差規(guī)定如表1。
(4) 壩體混凝土逐月溫度控制指標(biāo)。根據(jù)大壩混凝土熱力學(xué)性能、氣溫資料、水溫資料,通過壩體的溫度解算,分析大壩施工期和運(yùn)行期的溫度場、溫度應(yīng)力。根據(jù)上述控制標(biāo)準(zhǔn),壩體混凝土施工分區(qū)逐月溫度控制指標(biāo)如表2 所示。
2. 2 碾壓混凝土施工時(shí)的溫控方法和措施
2. 2. 1 對水泥的要求
本工程采用利川豹盾牌P. O32. 5 旋窯水泥,以降低水泥用量和水泥水化熱,水化熱性能列于表3。要求生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的水泥應(yīng)儲存一個(gè)月時(shí)間后再供貨;對水泥、粉煤灰、骨料儲存罐表面用白帆布外包,以反射陽光,降低儲存罐的吸熱率。
2. 2. 2 優(yōu)化配合比
采用“兩摻一低”新技術(shù),通過優(yōu)化配合比,降低水泥用量,從而降低混凝土的絕熱溫升,達(dá)到控制混凝土內(nèi)部最高溫度的目的。
2. 2. 3 降低碾壓混凝土入倉溫度和澆筑溫度
(1) 充分利用低溫季節(jié)澆筑碾壓混凝土。除2006年6月初搶EL532～ EL540 m度汛形象高程外( 2006
年5 月30 日～6 月12 日) , 6 月下旬、7、8、9 月、10 月上旬停倉,利用秋、冬、春外界氣溫5～20 ℃的黃金季節(jié)高強(qiáng)度澆筑碾壓混凝土。
(2) 砂石成品料堆高度不低于6. 0 m ,并采用從料堆底部取料。料堆頂上搭設(shè)涼棚,澆筑所用轉(zhuǎn)料斗和倉面搭棚防太陽直曬。高溫季節(jié)白天陽光照射時(shí),在料堆頂上用低溫河水和高壓風(fēng)混合形成霧狀屏障反射強(qiáng)裂陽光,減少陽光直照后的骨料溫升。加快澆筑覆蓋速度,縮短澆筑中已振搗混凝土表面暴露時(shí)間,防止溫度回升。
(3) 保證砂石骨料的脫水時(shí)間,以減少各骨料中的含水率,增加低溫水的用量。
(4) 根據(jù)工程的實(shí)際情況,除上述措施外,主要采取了以下簡易溫控措施: ①對拌和系統(tǒng)的水泥罐、粉煤灰罐進(jìn)行24 h 不間斷的抽河水噴淋; ②粗骨料倉加遮蓋并用河水噴淋,晚間揭開散熱;骨料輸送系統(tǒng)全線遮蓋; ③混凝土拌和用水水池加遮蓋,并保持與河水溫度相接近; ④混凝土運(yùn)輸車加遮蓋避陽,并暢通運(yùn)輸,運(yùn)輸皮帶、運(yùn)輸中轉(zhuǎn)倉均遮蓋避陽; ⑤用沖毛機(jī)進(jìn)行倉面噴霧,形成小氣候,同時(shí)做好壩面坡面截水工作; ⑥加強(qiáng)了養(yǎng)護(hù),對所有混凝土外露面,包括收倉面均抽河水常流水養(yǎng)護(hù); ⑦壩體冷卻水管間距加密至0. 9 ～1. 2 m ,上層混凝土覆蓋終凝后即通水冷卻; ⑧通過試驗(yàn)采取改善配合比,降低了水泥用量,改善外加劑性能,增加緩凝時(shí)間;同時(shí)加強(qiáng)施工管理,加大生產(chǎn)能力等措施,確保層間結(jié)合; ⑨加強(qiáng)混凝土溫度監(jiān)測,包括拌和物的溫度檢測,入倉溫度,已澆混凝土內(nèi)部的溫度等,以便發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。出機(jī)口的溫度控制在28 ℃以下。
2. 2. 4 加快混凝土內(nèi)部熱量散發(fā)的措施
(1) 倉內(nèi)噴霧降低其小環(huán)境溫度,并適時(shí)采取保溫被覆蓋。實(shí)測噴霧效果表明:噴霧可使倉內(nèi)小環(huán)境溫度降低8 ℃左右。
(2) 預(yù)埋HDPE 塑料冷卻水管通水冷卻。一期水管冷卻:混凝土澆筑完畢終凝后即開始通河水進(jìn)行初期冷卻,以削減水泥水化熱溫升,降低混凝土最高溫升,削減溫差。①一般要求:倉內(nèi)鋪設(shè)的HDPE 管內(nèi)徑<28 mm ,管壁厚度2. 0 mm ,供貨時(shí),單根水管長度為200～250 m ,并盡可能與實(shí)際使用的長度相同,盡量減少倉內(nèi)接頭。通水主管也可用HDPE 管, 其內(nèi)徑為<32 mm ,管壁厚度4. 0 mm。②材料熱、力學(xué)性能指標(biāo)要求:管材承受破壞內(nèi)水靜壓力不小于2. 0 MPa 。按GB8804. 2 規(guī)定測試時(shí),拉伸屈服應(yīng)力≥20 MPa ,抗壓試驗(yàn),在溫度20 ℃,時(shí)間1 h ,環(huán)向應(yīng)力11. 8 MPa 和溫度80 ℃,時(shí)間60 h ,環(huán)向應(yīng)力4. 9 MPa 情況下,均不破裂、不滲漏,按GB6671. 2 規(guī)定測試。其縱向尺寸收縮率≤3 %。HDPE 管的導(dǎo)熱系數(shù)將直接影響其冷卻效果,大壩冷卻使用的HDPE 管的導(dǎo)熱系數(shù)不小于0. 45 W/ m. ℃。③通水要求:對于次高溫季節(jié)(4、5、9、10 月和11 月上旬) 澆筑的碾壓混凝土,上一層混凝土碾壓完畢24 h 后即開始通河水進(jìn)行初期冷卻,以削減水泥水化熱溫升,降低混凝土最高溫升,削減溫差,通水壓力為0. 35 MPa ,通水流量20 L/ min ,通水流速0. 6m/ s ,連續(xù)通水時(shí)間25 d 為一個(gè)冷卻時(shí)段。一直到壩體碾壓混凝土溫度降到28 ℃時(shí)終止一期通水冷卻。
冷卻水管冷卻時(shí)混凝土日降溫幅度不應(yīng)超過1 ℃。每12 h 改變一次水流方向,使壩體均勻冷卻。冷卻水溫度與壩體混凝土之間最大溫差不得超過20 ℃。④通水時(shí)間:冷卻水管覆蓋完24 h 后通河水冷卻,并連續(xù)通水至壩內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的18 ℃,基本滿足接縫灌漿要求。每月通水時(shí)間不少于600 h ,壩體混凝土與冷卻水之間的溫差不宜超過20～25 ℃,控制壩體降溫速度不大于1 ℃/ d ,通江水時(shí)達(dá)到20～25 L/ min?？刂茐误w實(shí)際接縫灌漿溫度與設(shè)計(jì)接縫灌漿溫度的差值在+ 1 ℃和- 2 ℃范圍內(nèi),應(yīng)避免較大的超溫和超冷。
(3) 加強(qiáng)倉面養(yǎng)護(hù)措施。倉面養(yǎng)護(hù)主要采取濕潤養(yǎng)護(hù)。具體措施為:倉面噴霧、流水或?yàn)⑺B(yǎng)護(hù)。
(4) 防止氣溫驟降寒潮襲擊。2006 年6 月13 日～10 月10 日停倉期間,EL540 m壩面采用2 m 厚的石渣覆蓋,石渣頂面通常流水保持壩面濕潤。
2007 年1 月、2 月冬季低溫季節(jié),停止壩體的長流水養(yǎng)護(hù),在大壩的停澆面包括左非溢流壩段EL587. 9 m頂面、右非溢流壩段和溢流壩段EL563. 0 m頂面,采用線氈和塑料布兩層保溫覆蓋措施,確保大壩越冬安全。
3 實(shí)施效果
3. 1 碾壓混凝土入倉溫度
2006 年3 月15 日開始碾壓混凝土施工,截止2007年2 月10 日,對混凝土澆筑溫度實(shí)測值統(tǒng)計(jì)見表4。
注:瞬時(shí)極值,非平均溫度。
混凝土的入倉溫度在5. 5～26 ℃之間,其中最高溫度26. 5 ℃出現(xiàn)在2006 年4 月下旬至5 月初、EL525.6 m 層,出現(xiàn)一次;最低溫度出現(xiàn)在2006 年12 月底至2007 年元月上旬。
3. 2 溫度監(jiān)測
(1) 結(jié)合庫水溫監(jiān)測,以拱冠梁斷面、左1/ 4 拱斷面和右1/ 4 拱斷面為溫度觀測斷面,每觀測斷面沿高程設(shè)置7～10 個(gè)水平觀測截面,每個(gè)水平觀測截面上布置2～5 個(gè)溫度觀測點(diǎn),埋設(shè)電阻式溫度計(jì)。其中上游壩面溫度測點(diǎn)死水位以上較密,以下較疏。壩體內(nèi)各觀測儀器均可兼測溫度。
(2) 基巖深度變形和溫度。在拱冠梁基礎(chǔ)面壩踵和壩址處各埋設(shè)一組垂直向巖石變位計(jì),每組3 個(gè)測點(diǎn),錨固深度分別為10 m、20 m和30 m。在壩踵處壓應(yīng)力計(jì)下部基巖處打1 垂直孔,孔深5 m ,按不同高程埋設(shè)4 只溫度計(jì),用以監(jiān)測壩基及庫底溫度。
3. 3 溫度監(jiān)測成果分析
3. 3. 1 壩基溫度
在大壩中軸線中點(diǎn)部位的鉆孔(孔深10. 5 m) 內(nèi)沿孔口(建基面) 向下不等距的埋有5 支溫度計(jì),TJ1～TJ5 距孔口的距離分別為:1. 5 m、3. 5 m、5. 5 m、7. 5 m、10. 5 m ,其溫度實(shí)測成果過程線見圖1 ,從實(shí)測成果圖1 可見:上部溫度依次高于下部溫度。2006 年3 月16日碾壓混凝土開盤,儀埋處上部混凝土溫度致使壩基溫度上升。施工期實(shí)測基巖最高溫度分別為21. 5 ℃(TJ2) 、20. 4 ℃(TJ3) 、17. 7 ℃(TJ5) 。截止2007 年1 月6日TJ1～TJ5 實(shí)測壩基溫度在20. 8～17. 5 ℃之間。
3. 3. 2 壩面溫度
在③壩塊的中心剖面上游壩面不同高程目前已埋設(shè)了4 支溫度計(jì),選擇觀測序列略長且有代表性的2支壩面溫度計(jì)來分析壩面溫度變化情況,圖2 為實(shí)測壩面溫度變化過程線。
從圖2 中可以看到:壩面溫度變化與氣溫同步,但實(shí)測壩面溫度在高溫季節(jié)同比多年月平均氣溫要低,這與施工期壩體通水冷卻及壩面噴霧有關(guān);在低溫季節(jié)同比多年月平均氣溫要高,這與碾壓混凝土水化熱的作用有關(guān);施工期實(shí)測壩面溫度值與設(shè)計(jì)壩面溫度計(jì)算值同比相差5 ℃左右。TE2 較TE1 受氣溫影響更為顯著,這主要受儀埋高程及基坑積水的影響。實(shí)測壩面最高溫度為22. 8 ℃(TE1) 、24. 8 ℃(TE2) ,實(shí)測壩面最低溫度為14. 7 ℃(TE1) 、12. 6 ℃(TE2) 。由于觀測序列不長及大壩還沒有開始運(yùn)行,其他變化規(guī)律還沒有顯現(xiàn)。
3. 3. 3 壩體溫度
(1) 墊層混凝土溫度變化。在墊層混凝土中埋設(shè)的所有儀器均具有測溫的功能,我們選擇3 支有代表性的儀器來分析墊層混凝土溫度,T1 、T2 、T3 埋在墊層混凝土收倉面以下30 cm ,實(shí)測混凝土溫度過程線見圖3 ,從圖3 中可見:墊層混凝土溫度在澆后的第2 d 就達(dá)到最高水化熱溫度,T1 、T2 、T3 實(shí)測儀埋處最高水化熱溫度分別為:36. 2 ℃、28. 9 ℃、25. 3 ℃, 水化熱溫升分別為:21. 5 ℃、7. 7 ℃、10. 3 ℃,其差異主要因?yàn)楦鲀x埋部位墊層混凝土的厚薄度不一致與澆筑日氣溫不相同所引起;碾壓混凝土開始澆后墊層混凝土溫度受上部混凝土溫度倒灌影響立即開始上升,一月后混凝土溫度開始下降, 截至2007 年1 月6 日混凝土溫度在23. 6～22. 9 ℃之間,變化已趨于一致,但溫度偏高。
(2) 大壩高程509. 6 m 混凝土溫度變化。在EL509. 6 收倉面下20 cm 大壩三壩塊埋設(shè)有4 支溫度計(jì)及多支同時(shí)能兼測混凝土溫度的其他儀器,溫度變化過程線見圖4。
從圖4 中可以看到:儀埋后約8～13 d 混凝土溫度達(dá)到第一次值峰,最高峰值為28. 4 ℃,低于設(shè)計(jì)允許值,隨后混凝土溫度受氣溫及通水冷卻的影響緩慢下降,混凝土出現(xiàn)第一次最高溫度的時(shí)間約8～13 d ,歷時(shí)較長(相對常態(tài)混凝土) ,這主要是因?yàn)槟雺夯炷链罅繐接梅勖夯已泳徚怂療岬纳l(fā)速度所致;壩體混凝土溫度下降到24. 4～26. 9 ℃后出現(xiàn)了第二次溫升的現(xiàn)象。第二次溫升的出現(xiàn)主要受本層混凝土殘留水化熱及上部新澆筑混凝土水化熱倒灌和氣溫的影響,第二次溫升峰值為30. 7 ℃。監(jiān)測成果表明:實(shí)測EL509. 6 混凝土入倉溫度及最高溫度均滿足溫控設(shè)計(jì)指標(biāo),混凝土溫度變化規(guī)律性較好,目前該高程壩體施工期溫度仍偏高,2007 年1 月6 日實(shí)測壩體溫度在22. 0～25. 3 ℃之間。
(3) 大壩高程525. 3 混凝土溫度變化。在EL525. 3壩體中部埋設(shè)有溫度計(jì)5 支,選擇部分有代表性的儀器來分析大壩混凝土溫度的變化情況,圖5 為溫度變化過程線。從圖5 可以看到: EL525. 3 混凝土入倉溫度在21. 5～23. 7 ℃之間,由于儀埋高程距混凝土收倉面只有30 cm ,混凝土水化熱散熱較快,因此僅在2～5 d后,各儀埋部位碾壓混凝土的溫度均出現(xiàn)了第一次峰值,最高峰值26. 5 ℃(T11) 。波峰后混凝土溫度開始下降,3 d 后EL525. 3 上部開始澆筑混凝土,碾壓混凝土溫度受上部新澆混凝土溫度倒灌的影響出現(xiàn)了第二次溫升,第二次溫升峰值為33. 6 ℃( T9) 。EL525. 3混凝土入倉溫度及壩內(nèi)混凝土最高溫度略高于設(shè)計(jì)值,截止2007 年1 月6 日該高程混凝土溫度在19. 2～22.6 ℃, 由于觀測序列不長, 其他變化規(guī)律還沒有顯現(xiàn)。
3. 3. 4 誘導(dǎo)縫開合度監(jiān)測成果分析
誘導(dǎo)縫上已埋設(shè)測縫計(jì)14 支,大部分儀器的實(shí)測資料顯示誘導(dǎo)縫已張開,誘導(dǎo)縫的張開對改善壩體不利應(yīng)力及防裂起到了很好的作用,壩體外觀檢查未發(fā)現(xiàn)其他張開縫。圖6 為JD2～JD6 溫度和開合度與時(shí)間關(guān)系曲線。表5 為誘導(dǎo)縫能觀測到的開合度最大測值。
從圖表中可見:誘導(dǎo)縫全部已張開,量值很小。最大開合度為1. 06 mm ,開合度的變化與混凝土溫度變化相關(guān),即混凝土溫度上升縫面閉合或張開度減小,混凝土溫度下降縫面張開或張開度增大。
3. 3. 5 監(jiān)測成果綜合分析
(1) 施工期實(shí)測基巖最高溫度分別為21. 5 ℃(TJ2) 、20. 4 ℃(TJ3) 、17. 7 ℃(TJ5) 。截止2007 年1 月6日TJ1～TJ5 實(shí)測壩基溫度在20. 8～17. 5 ℃之間。
(2) 實(shí)測壩面最高溫度為22. 8 ℃( TE1) 、24. 8 ℃(TE2) , 實(shí)測壩面最低溫度為14. 7 ℃( TE1) 、12. 6 ℃(TE2) 。由于觀測序列不長及大壩還沒有開始運(yùn)行,其他變化規(guī)律還沒有顯現(xiàn)。
(3) 墊層混凝土溫度截至2007 年1 月6 日混凝土溫度在23. 6～22. 9 ℃之間,變化已趨于一致,但溫度偏
高。實(shí)測EL509. 6 混凝土入倉溫度及最高溫度均滿足溫控設(shè)計(jì)指標(biāo),混凝土溫度變化規(guī)律性較好,目前該高程壩體施工期溫度仍偏高,2007 年1 月6 日實(shí)測壩體溫度在22. 0～25. 3 ℃之間。EL525. 3 混凝土入倉溫度及壩內(nèi)混凝土最高溫度略高于設(shè)計(jì)值,截止2007 年1月6 日該高程混凝土溫度在19. 2～22. 6 ℃,由于觀測序列不長,其他變化規(guī)律還沒有顯現(xiàn)。
(4) 截至2007 年4 月10 日,大壩未發(fā)現(xiàn)裂縫。
4 結(jié) 語
龍橋電站碾壓混凝土雙曲拱壩,壩址地區(qū)氣候溫和、潮濕多雨、氣溫變化幅度小,溫控和防裂主要采取了冷卻通水、遮陽覆蓋、噴淋降溫、大壩常流水養(yǎng)護(hù)和越冬保護(hù)等措施,溫控防裂效果滿足工程要求,大壩迄今未發(fā)現(xiàn)裂縫。這些溫控措施便于操作、運(yùn)停、經(jīng)濟(jì),值得同類工程借鑒。
