摘要:龙桥水电站碾压混凝土双曲拱坝快速连续上升,除充分利用低温季节施工外,主要采取了通水冷却、遮阳覆盖、喷淋降温、常流水养护和越冬保护等温控和防裂措施,满足了工程温控要求,迄今,大坝未发现裂缝。
关键词:碾压混凝土;双曲拱坝;温控;防裂
中图分类号:TV642. 42 文献标志码:A
1 气象条件及大坝施工过程
1. 1 气象条件
坝区气候温和,多年平均气温15. 4 ℃,1 月最冷,7月最热。1 月平均气温为4. 2 ℃,7 月平均气温为26. 2 ℃,温度年变幅22 ℃,多年平均最高气温19. 8 ℃,多年平均最低气温10. 7 ℃,极端最高气温39. 6 ℃,极端最低气温- 12. 7 ℃,逐年日最高、最低气温:小于等于0. 0 ℃的天数为323 d ,大于等于30. 0 ℃的天数为392 d。
1. 2 施工过程简述
2006 年3 月6 日开始浇筑大坝垫层常态混凝土;2006 年3 月15 日开始浇筑大坝碾压混凝土,2006年5 月7 日大坝全断面达到EL532. 0 m;2006 年5 月30 日开仓,2006 年6 月12 日大坝全断面达到EL540. 0 m;2006 年6 月13 日～10 月10 日停仓,进行左、右岸EL542. 0 m灌浆平洞开挖及混凝土衬砌施工;2006 年10 月11 日恢复浇筑,2006 年12 月31 日通仓浇筑至EL562. 9 m;2007 年2 月10 日大坝左非溢流坝段混凝土浇筑至EL587. 9 m。
2 采取的温控和防裂措施
2. 1 混凝土温度控制设计标准
(1) 内、外温差。内、外温差主要由年变化、周变化(寒潮) 和日变化三部分组成。本工程规定:内、外允许温差应小于22 ℃。
(2) 上、下层温差。上、下层温差是由于混凝土浇筑温度的季节性变化和较长时间的停浇所引起。设计规范规定:当上层混凝土短间歇均匀上升的浇筑高度h > 0. 5 L 时,上、下层混凝土允许温差应≤16 ℃。
(3) 基础温差标准。混凝土浇筑块发生的最高温度为混凝土的浇筑温度加上其水化热温升,基础温差:系指基础约束范围以内,混凝土的最高温度和该部位稳定温度之差。基础允许温差规定如表1。
(4) 坝体混凝土逐月温度控制指标。根据大坝混凝土热力学性能、气温资料、水温资料,通过坝体的温度解算,分析大坝施工期和运行期的温度场、温度应力。根据上述控制标准,坝体混凝土施工分区逐月温度控制指标如表2 所示。
2. 2 碾压混凝土施工时的温控方法和措施
2. 2. 1 对水泥的要求
本工程采用利川豹盾牌P. O32. 5 旋窑水泥,以降低水泥用量和水泥水化热,水化热性能列于表3。要求生产厂家生产的水泥应储存一个月时间后再供货;对水泥、粉煤灰、骨料储存罐表面用白帆布外包,以反射阳光,降低储存罐的吸热率。
2. 2. 2 优化配合比
采用“两掺一低”新技术,通过优化配合比,降低水泥用量,从而降低混凝土的绝热温升,达到控制混凝土内部最高温度的目的。
2. 2. 3 降低碾压混凝土入仓温度和浇筑温度
(1) 充分利用低温季节浇筑碾压混凝土。除2006年6月初抢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 月上旬停仓,利用秋、冬、春外界气温5～20 ℃的黄金季节高强度浇筑碾压混凝土。
(2) 砂石成品料堆高度不低于6. 0 m ,并采用从料堆底部取料。料堆顶上搭设凉棚,浇筑所用转料斗和仓面搭棚防太阳直晒。高温季节白天阳光照射时,在料堆顶上用低温河水和高压风混合形成雾状屏障反射强裂阳光,减少阳光直照后的骨料温升。加快浇筑覆盖速度,缩短浇筑中已振捣混凝土表面暴露时间,防止温度回升。
(3) 保证砂石骨料的脱水时间,以减少各骨料中的含水率,增加低温水的用量。
(4) 根据工程的实际情况,除上述措施外,主要采取了以下简易温控措施: ①对拌和系统的水泥罐、粉煤灰罐进行24 h 不间断的抽河水喷淋; ②粗骨料仓加遮盖并用河水喷淋,晚间揭开散热;骨料输送系统全线遮盖; ③混凝土拌和用水水池加遮盖,并保持与河水温度相接近; ④混凝土运输车加遮盖避阳,并畅通运输,运输皮带、运输中转仓均遮盖避阳; ⑤用冲毛机进行仓面喷雾,形成小气候,同时做好坝面坡面截水工作; ⑥加强了养护,对所有混凝土外露面,包括收仓面均抽河水常流水养护; ⑦坝体冷却水管间距加密至0. 9 ～1. 2 m ,上层混凝土覆盖终凝后即通水冷却; ⑧通过试验采取改善配合比,降低了水泥用量,改善外加剂性能,增加缓凝时间;同时加强施工管理,加大生产能力等措施,确保层间结合; ⑨加强混凝土温度监测,包括拌和物的温度检测,入仓温度,已浇混凝土内部的温度等,以便发现问题及时处理。出机口的温度控制在28 ℃以下。
2. 2. 4 加快混凝土内部热量散发的措施
(1) 仓内喷雾降低其小环境温度,并适时采取保温被覆盖。实测喷雾效果表明:喷雾可使仓内小环境温度降低8 ℃左右。
(2) 预埋HDPE 塑料冷却水管通水冷却。一期水管冷却:混凝土浇筑完毕终凝后即开始通河水进行初期冷却,以削减水泥水化热温升,降低混凝土最高温升,削减温差。①一般要求:仓内铺设的HDPE 管内径<28 mm ,管壁厚度2. 0 mm ,供货时,单根水管长度为200～250 m ,并尽可能与实际使用的长度相同,尽量减少仓内接头。通水主管也可用HDPE 管, 其内径为<32 mm ,管壁厚度4. 0 mm。②材料热、力学性能指标要求:管材承受破坏内水静压力不小于2. 0 MPa 。按GB8804. 2 规定测试时,拉伸屈服应力≥20 MPa ,抗压试验,在温度20 ℃,时间1 h ,环向应力11. 8 MPa 和温度80 ℃,时间60 h ,环向应力4. 9 MPa 情况下,均不破裂、不渗漏,按GB6671. 2 规定测试。其纵向尺寸收缩率≤3 %。HDPE 管的导热系数将直接影响其冷却效果,大坝冷却使用的HDPE 管的导热系数不小于0. 45 W/ m. ℃。③通水要求:对于次高温季节(4、5、9、10 月和11 月上旬) 浇筑的碾压混凝土,上一层混凝土碾压完毕24 h 后即开始通河水进行初期冷却,以削减水泥水化热温升,降低混凝土最高温升,削减温差,通水压力为0. 35 MPa ,通水流量20 L/ min ,通水流速0. 6m/ s ,连续通水时间25 d 为一个冷却时段。一直到坝体碾压混凝土温度降到28 ℃时终止一期通水冷却。
冷却水管冷却时混凝土日降温幅度不应超过1 ℃。每12 h 改变一次水流方向,使坝体均匀冷却。冷却水温度与坝体混凝土之间最大温差不得超过20 ℃。④通水时间:冷却水管覆盖完24 h 后通河水冷却,并连续通水至坝内温度达到设计规定的18 ℃,基本满足接缝灌浆要求。每月通水时间不少于600 h ,坝体混凝土与冷却水之间的温差不宜超过20～25 ℃,控制坝体降温速度不大于1 ℃/ d ,通江水时达到20～25 L/ min。控制坝体实际接缝灌浆温度与设计接缝灌浆温度的差值在+ 1 ℃和- 2 ℃范围内,应避免较大的超温和超冷。
(3) 加强仓面养护措施。仓面养护主要采取湿润养护。具体措施为:仓面喷雾、流水或洒水养护。
(4) 防止气温骤降寒潮袭击。2006 年6 月13 日～10 月10 日停仓期间,EL540 m坝面采用2 m 厚的石渣覆盖,石渣顶面通常流水保持坝面湿润。
2007 年1 月、2 月冬季低温季节,停止坝体的长流水养护,在大坝的停浇面包括左非溢流坝段EL587. 9 m顶面、右非溢流坝段和溢流坝段EL563. 0 m顶面,采用线毡和塑料布两层保温覆盖措施,确保大坝越冬安全。
3 实施效果
3. 1 碾压混凝土入仓温度
2006 年3 月15 日开始碾压混凝土施工,截止2007年2 月10 日,对混凝土浇筑温度实测值统计见表4。
注:瞬时极值,非平均温度。
混凝土的入仓温度在5. 5～26 ℃之间,其中最高温度26. 5 ℃出现在2006 年4 月下旬至5 月初、EL525.6 m 层,出现一次;最低温度出现在2006 年12 月底至2007 年元月上旬。
3. 2 温度监测
(1) 结合库水温监测,以拱冠梁断面、左1/ 4 拱断面和右1/ 4 拱断面为温度观测断面,每观测断面沿高程设置7～10 个水平观测截面,每个水平观测截面上布置2～5 个温度观测点,埋设电阻式温度计。其中上游坝面温度测点死水位以上较密,以下较疏。坝体内各观测仪器均可兼测温度。
(2) 基岩深度变形和温度。在拱冠梁基础面坝踵和坝址处各埋设一组垂直向岩石变位计,每组3 个测点,锚固深度分别为10 m、20 m和30 m。在坝踵处压应力计下部基岩处打1 垂直孔,孔深5 m ,按不同高程埋设4 只温度计,用以监测坝基及库底温度。
3. 3 温度监测成果分析
3. 3. 1 坝基温度
在大坝中轴线中点部位的钻孔(孔深10. 5 m) 内沿孔口(建基面) 向下不等距的埋有5 支温度计,TJ1～TJ5 距孔口的距离分别为:1. 5 m、3. 5 m、5. 5 m、7. 5 m、10. 5 m ,其温度实测成果过程线见图1 ,从实测成果图1 可见:上部温度依次高于下部温度。2006 年3 月16日碾压混凝土开盘,仪埋处上部混凝土温度致使坝基温度上升。施工期实测基岩最高温度分别为21. 5 ℃(TJ2) 、20. 4 ℃(TJ3) 、17. 7 ℃(TJ5) 。截止2007 年1 月6日TJ1～TJ5 实测坝基温度在20. 8～17. 5 ℃之间。
3. 3. 2 坝面温度
在③坝块的中心剖面上游坝面不同高程目前已埋设了4 支温度计,选择观测序列略长且有代表性的2支坝面温度计来分析坝面温度变化情况,图2 为实测坝面温度变化过程线。
从图2 中可以看到:坝面温度变化与气温同步,但实测坝面温度在高温季节同比多年月平均气温要低,这与施工期坝体通水冷却及坝面喷雾有关;在低温季节同比多年月平均气温要高,这与碾压混凝土水化热的作用有关;施工期实测坝面温度值与设计坝面温度计算值同比相差5 ℃左右。TE2 较TE1 受气温影响更为显著,这主要受仪埋高程及基坑积水的影响。实测坝面最高温度为22. 8 ℃(TE1) 、24. 8 ℃(TE2) ,实测坝面最低温度为14. 7 ℃(TE1) 、12. 6 ℃(TE2) 。由于观测序列不长及大坝还没有开始运行,其他变化规律还没有显现。
3. 3. 3 坝体温度
(1) 垫层混凝土温度变化。在垫层混凝土中埋设的所有仪器均具有测温的功能,我们选择3 支有代表性的仪器来分析垫层混凝土温度,T1 、T2 、T3 埋在垫层混凝土收仓面以下30 cm ,实测混凝土温度过程线见图3 ,从图3 中可见:垫层混凝土温度在浇后的第2 d 就达到最高水化热温度,T1 、T2 、T3 实测仪埋处最高水化热温度分别为:36. 2 ℃、28. 9 ℃、25. 3 ℃, 水化热温升分别为:21. 5 ℃、7. 7 ℃、10. 3 ℃,其差异主要因为各仪埋部位垫层混凝土的厚薄度不一致与浇筑日气温不相同所引起;碾压混凝土开始浇后垫层混凝土温度受上部混凝土温度倒灌影响立即开始上升,一月后混凝土温度开始下降, 截至2007 年1 月6 日混凝土温度在23. 6～22. 9 ℃之间,变化已趋于一致,但温度偏高。
(2) 大坝高程509. 6 m 混凝土温度变化。在EL509. 6 收仓面下20 cm 大坝三坝块埋设有4 支温度计及多支同时能兼测混凝土温度的其他仪器,温度变化过程线见图4。
从图4 中可以看到:仪埋后约8～13 d 混凝土温度达到第一次值峰,最高峰值为28. 4 ℃,低于设计允许值,随后混凝土温度受气温及通水冷却的影响缓慢下降,混凝土出现第一次最高温度的时间约8～13 d ,历时较长(相对常态混凝土) ,这主要是因为碾压混凝土大量掺用粉煤灰延缓了水化热的散发速度所致;坝体混凝土温度下降到24. 4～26. 9 ℃后出现了第二次温升的现象。第二次温升的出现主要受本层混凝土残留水化热及上部新浇筑混凝土水化热倒灌和气温的影响,第二次温升峰值为30. 7 ℃。监测成果表明:实测EL509. 6 混凝土入仓温度及最高温度均满足温控设计指标,混凝土温度变化规律性较好,目前该高程坝体施工期温度仍偏高,2007 年1 月6 日实测坝体温度在22. 0～25. 3 ℃之间。
(3) 大坝高程525. 3 混凝土温度变化。在EL525. 3坝体中部埋设有温度计5 支,选择部分有代表性的仪器来分析大坝混凝土温度的变化情况,图5 为温度变化过程线。从图5 可以看到: EL525. 3 混凝土入仓温度在21. 5～23. 7 ℃之间,由于仪埋高程距混凝土收仓面只有30 cm ,混凝土水化热散热较快,因此仅在2～5 d后,各仪埋部位碾压混凝土的温度均出现了第一次峰值,最高峰值26. 5 ℃(T11) 。波峰后混凝土温度开始下降,3 d 后EL525. 3 上部开始浇筑混凝土,碾压混凝土温度受上部新浇混凝土温度倒灌的影响出现了第二次温升,第二次温升峰值为33. 6 ℃( T9) 。EL525. 3混凝土入仓温度及坝内混凝土最高温度略高于设计值,截止2007 年1 月6 日该高程混凝土温度在19. 2～22.6 ℃, 由于观测序列不长, 其他变化规律还没有显现。
3. 3. 4 诱导缝开合度监测成果分析
诱导缝上已埋设测缝计14 支,大部分仪器的实测资料显示诱导缝已张开,诱导缝的张开对改善坝体不利应力及防裂起到了很好的作用,坝体外观检查未发现其他张开缝。图6 为JD2～JD6 温度和开合度与时间关系曲线。表5 为诱导缝能观测到的开合度最大测值。
从图表中可见:诱导缝全部已张开,量值很小。最大开合度为1. 06 mm ,开合度的变化与混凝土温度变化相关,即混凝土温度上升缝面闭合或张开度减小,混凝土温度下降缝面张开或张开度增大。
3. 3. 5 监测成果综合分析
(1) 施工期实测基岩最高温度分别为21. 5 ℃(TJ2) 、20. 4 ℃(TJ3) 、17. 7 ℃(TJ5) 。截止2007 年1 月6日TJ1～TJ5 实测坝基温度在20. 8～17. 5 ℃之间。
(2) 实测坝面最高温度为22. 8 ℃( TE1) 、24. 8 ℃(TE2) , 实测坝面最低温度为14. 7 ℃( TE1) 、12. 6 ℃(TE2) 。由于观测序列不长及大坝还没有开始运行,其他变化规律还没有显现。
(3) 垫层混凝土温度截至2007 年1 月6 日混凝土温度在23. 6～22. 9 ℃之间,变化已趋于一致,但温度偏
高。实测EL509. 6 混凝土入仓温度及最高温度均满足温控设计指标,混凝土温度变化规律性较好,目前该高程坝体施工期温度仍偏高,2007 年1 月6 日实测坝体温度在22. 0～25. 3 ℃之间。EL525. 3 混凝土入仓温度及坝内混凝土最高温度略高于设计值,截止2007 年1月6 日该高程混凝土温度在19. 2～22. 6 ℃,由于观测序列不长,其他变化规律还没有显现。
(4) 截至2007 年4 月10 日,大坝未发现裂缝。
4 结 语
龙桥电站碾压混凝土双曲拱坝,坝址地区气候温和、潮湿多雨、气温变化幅度小,温控和防裂主要采取了冷却通水、遮阳覆盖、喷淋降温、大坝常流水养护和越冬保护等措施,温控防裂效果满足工程要求,大坝迄今未发现裂缝。这些温控措施便于操作、运停、经济,值得同类工程借鉴。
