摘要:龍橋水電站碾壓混凝土雙曲拱壩快速連續上升,除充分利用低溫季節施工外,主要采取了通水冷卻、遮陽覆蓋、噴淋降溫、常流水養護和越冬保護等溫控和防裂措施,滿足了工程溫控要求,迄今,大壩未發現裂縫。
關鍵詞:碾壓混凝土;雙曲拱壩;溫控;防裂
中圖分類號:TV642. 42 文獻標志碼:A
1 氣象條件及大壩施工過程
1. 1 氣象條件
壩區氣候溫和,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 ℃的天數為323 d ,大于等于30. 0 ℃的天數為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 日大壩全斷面達到EL532. 0 m;2006 年5 月30 日開倉,2006 年6 月12 日大壩全斷面達到EL540. 0 m;2006 年6 月13 日～10 月10 日停倉,進行左、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 混凝土溫度控制設計標準
(1) 內、外溫差。內、外溫差主要由年變化、周變化(寒潮) 和日變化三部分組成。本工程規定:內、外允許溫差應小于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性變化和較長時間的停澆所引起。設計規范規定:當上層混凝土短間歇均勻上升的澆筑高度h > 0. 5 L 時,上、下層混凝土允許溫差應≤16 ℃。
(3) 基礎溫差標準。混凝土澆筑塊發生的最高溫度為混凝土的澆筑溫度加上其水化熱溫升,基礎溫差:系指基礎約束范圍以內,混凝土的最高溫度和該部位穩定溫度之差。基礎允許溫差規定如表1。
(4) 壩體混凝土逐月溫度控制指標。根據大壩混凝土熱力學性能、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行期的溫度場、溫度應力。根據上述控制標準,壩體混凝土施工分區逐月溫度控制指標如表2 所示。
2. 2 碾壓混凝土施工時的溫控方法和措施
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。要求生產廠家生產的水泥應儲存一個月時間后再供貨;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 優化配合比
采用“兩摻一低”新技術,通過優化配合比,降低水泥用量,從而降低混凝土的絕熱溫升,達到控制混凝土內部最高溫度的目的。
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 ℃的黃金季節高強度澆筑碾壓混凝土。
(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。料堆頂上搭設涼棚,澆筑所用轉料斗和倉面搭棚防太陽直曬。高溫季節白天陽光照射時,在料堆頂上用低溫河水和高壓風混合形成霧狀屏障反射強裂陽光,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間,防止溫度回升。
(3) 保證砂石骨料的脫水時間,以減少各骨料中的含水率,增加低溫水的用量。
(4) 根據工程的實際情況,除上述措施外,主要采取了以下簡易溫控措施: ①對拌和系統的水泥罐、粉煤灰罐進行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混凝土運輸車加遮蓋避陽,并暢通運輸,運輸皮帶、運輸中轉倉均遮蓋避陽; ⑤用沖毛機進行倉面噴霧,形成小氣候,同時做好壩面坡面截水工作; ⑥加強了養護,對所有混凝土外露面,包括收倉面均抽河水常流水養護; 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,增加緩凝時間;同時加強施工管理,加大生產能力等措施,確保層間結合; ⑨加強混凝土溫度監測,包括拌和物的溫度檢測,入倉溫度,已澆混凝土內部的溫度等,以便發現問題及時處理。出機口的溫度控制在28 ℃以下。
2. 2. 4 加快混凝土內部熱量散發的措施
(1) 倉內噴霧降低其小環境溫度,并適時采取保溫被覆蓋。實測噴霧效果表明:噴霧可使倉內小環境溫度降低8 ℃左右。
(2) 預埋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:倉內鋪設的HDPE 管內徑<28 mm ,管壁厚度2. 0 mm ,供貨時,單根水管長度為200～250 m ,并盡可能與實際使用的長度相同,盡量減少倉內接頭。通水主管也可用HDPE 管, 其內徑為<32 mm ,管壁厚度4. 0 mm。②材料熱、力學性能指標要求:管材承受破壞內水靜壓力不小于2. 0 MPa 。按GB8804. 2 規定測試時,拉伸屈服應力≥20 MPa ,抗壓試驗,在溫度20 ℃,時間1 h ,環向應力11. 8 MPa 和溫度80 ℃,時間60 h ,環向應力4. 9 MPa 情況下,均不破裂、不滲漏,按GB6671. 2 規定測試。其縱向尺寸收縮率≤3 %。HDPE 管的導熱系數將直接影響其冷卻效果,大壩冷卻使用的HDPE 管的導熱系數不小于0. 45 W/ m. ℃。③通水要求:對于次高溫季節(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 ,連續通水時間25 d 為一個冷卻時段。一直到壩體碾壓混凝土溫度降到28 ℃時終止一期通水冷卻。
冷卻水管冷卻時混凝土日降溫幅度不應超過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通水時間:冷卻水管覆蓋完24 h 后通河水冷卻,并連續通水至壩內溫度達到設計規定的18 ℃,基本滿足接縫灌漿要求。每月通水時間不少于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 ,通江水時達到20～25 L/ min。控制壩體實際接縫灌漿溫度與設計接縫灌漿溫度的差值在+ 1 ℃和- 2 ℃范圍內,應避免較大的超溫和超冷。
(3) 加強倉面養護措施。倉面養護主要采取濕潤養護。具體措施為:倉面噴霧、流水或灑水養護。
(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,停止壩體的長流水養護,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測值統計見表4。
注:瞬時極值,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 ℃出現在2006 年4 月下旬至5 月初、EL525.6 m 層,出現一次;最低溫度出現在2006 年12 月底至2007 年元月上旬。
3. 2 溫度監測
(1) 結合庫水溫監測,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置7～10 個水平觀測截面,每個水平觀測截面上布置2～5 個溫度觀測點,埋設電阻式溫度計。其中上游壩面溫度測點死水位以上較密,以下較疏。壩體內各觀測儀器均可兼測溫度。
(2) 基巖深度變形和溫度。在拱冠梁基礎面壩踵和壩址處各埋設一組垂直向巖石變位計,每組3 個測點,錨固深度分別為10 m、20 m和30 m。在壩踵處壓應力計下部基巖處打1 垂直孔,孔深5 m ,按不同高程埋設4 只溫度計,用以監測壩基及庫底溫度。
3. 3 溫度監測成果分析
3. 3. 1 壩基溫度
在大壩中軸線中點部位的鉆孔(孔深10. 5 m) 內沿孔口(建基面) 向下不等距的埋有5 支溫度計,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 ,其溫度實測成果過程線見圖1 ,從實測成果圖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了4 支溫度計,選擇觀測序列略長且有代表性的2支壩面溫度計來分析壩面溫度變化情況,圖2 為實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,但實測壩面溫度在高溫季節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;在低溫季節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;施工期實測壩面溫度值與設計壩面溫度計算值同比相差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。實測壩面最高溫度為22. 8 ℃(TE1) 、24. 8 ℃(TE2) ,實測壩面最低溫度為14. 7 ℃(TE1) 、12. 6 ℃(TE2) 。由于觀測序列不長及大壩還沒有開始運行,其他變化規律還沒有顯現。
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 就達到最高水化熱溫度,T1 、T2 、T3 實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 ℃,其差異主要因為各儀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 大壩三壩塊埋設有4 支溫度計及多支同時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 混凝土溫度達到第一次值峰,最高峰值為28. 4 ℃,低于設計允許值,隨后混凝土溫度受氣溫及通水冷卻的影響緩慢下降,混凝土出現第一次最高溫度的時間約8～13 d ,歷時較長(相對常態混凝土) ,這主要是因為碾壓混凝土大量摻用粉煤灰延緩了水化熱的散發速度所致;壩體混凝土溫度下降到24. 4～26. 9 ℃后出現了第二次溫升的現象。第二次溫升的出現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 ℃。監測成果表明:實測EL509. 6 混凝土入倉溫度及最高溫度均滿足溫控設計指標,混凝土溫度變化規律性較好,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壩體中部埋設有溫度計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混凝土最高溫度略高于設計值,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, 其他變化規律還沒有顯現。
3. 3. 4 誘導縫開合度監測成果分析
誘導縫上已埋設測縫計14 支,大部分儀器的實測資料顯示誘導縫已張開,誘導縫的張開對改善壩體不利應力及防裂起到了很好的作用,壩體外觀檢查未發現其他張開縫。圖6 為JD2～JD6 溫度和開合度與時間關系曲線。表5 為誘導縫能觀測到的開合度最大測值。
從圖表中可見:誘導縫全部已張開,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,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 監測成果綜合分析
(1) 施工期實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 實測壩基溫度在20. 8～17. 5 ℃之間。
(2) 實測壩面最高溫度為22. 8 ℃( TE1) 、24. 8 ℃(TE2) , 實測壩面最低溫度為14. 7 ℃( TE1) 、12. 6 ℃(TE2) 。由于觀測序列不長及大壩還沒有開始運行,其他變化規律還沒有顯現。
(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。實測EL509. 6 混凝土入倉溫度及最高溫度均滿足溫控設計指標,混凝土溫度變化規律性較好,目前該高程壩體施工期溫度仍偏高,2007 年1 月6 日實測壩體溫度在22. 0～25. 3 ℃之間。EL525. 3 混凝土入倉溫度及壩內混凝土最高溫度略高于設計值,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,其他變化規律還沒有顯現。
(4) 截至2007 年4 月10 日,大壩未發現裂縫。
4 結 語
龍橋電站碾壓混凝土雙曲拱壩,壩址地區氣候溫和、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、大壩常流水養護和越冬保護等措施,溫控防裂效果滿足工程要求,大壩迄今未發現裂縫。這些溫控措施便于操作、運停、經濟,值得同類工程借鑒。
