Tekeze水电工程大体积混凝土温控防裂 实践与探讨

□薛建军

埃塞俄比亚Tekeze水电站混凝土双曲拱坝在配合比、拌和、运输、浇筑、冷却、温控、养护等方面采取了一系列技术措施，不但满足了混凝土快速施工的要求，整个大坝自始至终也未出现一条温度裂缝。本文中，作者对此提出了自己的分析与见解，可为今后类似混凝土拱坝快速施工及质量控制提供参考。

一、概述

Tekeze水电工程位于埃塞俄比亚境内，是该国最大的水电工程，电站设计装机容量4×7.5万千瓦。业主单位是埃塞俄比亚电力公司（EEPCO），设计兼工程师（监理）单位是以美国Harza公司为牵头方的联营体，施工单位是由中国境内两大水电巨头中国水电建设集团和葛洲坝集团组成的联营体（CWGS JV）。

对于本工程来说，无论是从设计方面还是施工方面，其中最为典型的就是大坝工程。大坝设计为对数螺旋双曲混凝土拱坝，最大坝高188m，最大坝宽27.9m（不含基础扩大部分），坝顶宽度5.6m，厚高比为0.148，属薄拱坝范畴，共计约103万m³。坝顶轴线长428 m，共分为21个坝段，除两岸边坡坝段外，每个坝段的坝顶轴线长均为20m。整个坝体不设纵缝，各坝段之间设一条从上至下的垂直横缝（设计称为“伸缩缝”）。除孔洞、牛腿和坝顶结构外，其它部位均为素混凝土。大坝混凝土自2006年2月开始浇筑，至2009年3月浇筑完成。

尽管中水电和葛洲坝两家单位作为国内顶尖的施工单位，有着丰富的水电施工经验，但还是很少见到设计如此单薄而且钢筋用量又小的拱坝。如何按期保质地完成拱坝的混凝土施工摆在了项目部面前。为此，项目部采取了各种有效的温控措施，加快混凝土浇筑速度。最终整个大坝没有发现一条裂缝，打破了混凝土坝“无坝不裂”的神话，同时也为中国承包商赢得了荣誉。

二、大体积混凝土温度裂缝产生原因

混凝土裂缝就深度而言有表面裂缝、浅裂缝、深裂缝、贯穿裂缝等，混凝土产生裂缝的因素也有许多，如材料、配合比、施工、设计、使用条件等等。在所有裂缝中，贯穿裂缝的破坏性最强，也是设计与施工方最应采取措施来避免的。

混凝土在水泥水化热的作用下温度会逐渐升高，由于大体积混凝土内部温度不容易散发出来，必然会引起混凝土的内部温度与周边环境温度不同，由此而引起混凝土内外温差，从而使混凝土表面产生张力，在张力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土表面便产生了裂缝，这种裂缝即混凝土温度裂缝。一般情况下，如不采取措施，温度裂缝便会由外及内逐步发展，严重时即成为贯穿裂缝。大体积混凝土施工时，应采取一切必要措施来降低混凝土的内外温差，防止温度裂缝的产生。

三、防止温度裂缝产生的主要技术措施

为防止混凝土产生裂缝，结合本项目特点，项目部在混凝土配合比、拌和、运输、浇筑、养护和冷却等方面进行了全方位的考虑和控制。主要措施如下：

（一）混凝土配合比及水泥用量的选用。根据设计和技术规范要求，大坝混凝土的抗压强度等级为C9024/150，即混凝土标准试块（圆柱体：直径×高度 =Ф350mm×700mm， 将 粒 径120mm以上的骨料筛除）在标准养护条件下，90天龄期的抗压强度为24MPa，混凝土骨料最大粒径为150mm（即我们通常所说的“四级配混凝土”）。总体来说，混凝土强度要求还是比较高的。

一般情况下，对于大体积混凝土，为降低混凝土水化热，都要尽可能的减少水泥用量，以节约成本和减少水化热，但其前提条件是必须满足混凝土强度等其它重要指标。

项目部试验室经计算和反复试配后，基于上述考虑，向工程师提交了单位混凝土水泥（火山灰水泥，火山灰掺量25%）用量为255kg的混凝土配合比，工程师则基于混凝土水化热和成本考虑（根据合同，水泥需单独计量与支付），认为水泥用量过高。经长时间磋商，权衡利弊，最终决定将单位混凝土的水泥用量定为240kg。

根据当地条件，现场可用的混凝土骨料只有石灰岩一种。为确保混凝土强度，项目部在与水泥生产商签订合同时，专门要求水泥的28天强度不得低于38MPa。

从近三年实际浇筑情况来看，这个水泥用量还是比较合理的，既保证了混凝土强度，大坝也未出现裂缝。

（二）降低混凝土出机口温度。由于施工现场气温较高，经计算，我们将混凝土入仓温度定为15℃，这样既能满足混凝土的温控防裂要求，也能满足合同与技术规范要求。在混凝土拌和上，项目部从以下几个方面进行了控制：

1.降低气温对各种原材料的影响。各种骨料均通过骨料竖井和廊道进行运输。由于竖井容量较大，骨料从成品料堆到拌和楼一般要经过数天，这样就大大减少了太阳辐射对骨料的影响。

2.各种骨料在拌和楼料仓内先进行通风预冷（投料前）。

3.采用制冷水拌和，并加冰屑。

此外，水泥入罐温度按不高于60℃来控制。

通过以上措施，基本上做到了混凝土的出机口温度控制在12℃左右。

（三）快速入仓，降低混凝土的入仓温度与浇筑温度。混凝土水平运输采用机关车拉侧卸罐，每台机关车配两个6m³的侧卸罐，对于一般仓号，需要两台机关车参与水平运输，较大的仓号则使用三台缆机同时作业。混凝土运至卸料平台后，倒入6m³立罐内，然后通过缆机吊运入仓。无论侧卸罐还是立罐，外侧都贴上了一层橡塑海棉，以减小混凝土运输过程中的温度损失。

混凝土浇筑以平铺法浇筑为主，仓内采用平仓机进行摊铺。除局部人工辅助振捣外，大部分混凝土采用振捣臂进行振捣。

由于混凝土从拌和至运输再到浇筑，整个流程全部为机械化施工，因此浇筑效率较高。据统计，在三台缆机同时参与浇筑的情况下，平均每小时混凝土浇筑的最高记录曾达到157 m³。

同时，为减小白天气温高、太阳辐射大而造成的混凝土温升，在混凝土浇筑过程中，还安排人员在已浇混凝土上方进行喷雾。对于个别上层混凝土不能及时覆盖的部位，用保温被临时覆盖。

上述措施的应用，最大限度地保证了混凝土快速入仓要求，进而保证了混凝土的浇筑温度。据实测，混凝土的入仓温度一般都低于技术规范规定的不高于15℃的要求，浇筑温度一般不高于17℃，基本上达到了预期的目的。

（四）养护。混凝土侧面采用流水养护，顶面采用保温被覆盖加流水养护。在一段时间内，混凝土顶面由于未严格执行保温被覆盖规定，曾一度出现过一些浅层裂缝。在加强控制后，效果明显得到了好转。

（五）冷却。冷却水管全部采用HDPE管。HDPE管外径32mm，壁厚2mm，蛇形布置在已浇的混凝土仓面上。除个别仓号因接缝灌浆需要在混凝土浇筑过程中加铺一层冷却水管外，一般层间距都是3m（即混凝土升层厚度），排间距1m。为加强冷却效果，每套冷却水管长度都不得大于300m，且直接与供水管路相连，而不是几套冷却水管串连在一起。在冷却水管的进出口布置上，为便于冷却和以后回填灌浆，每个灌区、每个坝段的冷却水管的进出口都相对集中在坝体同一个廊道内或同一高程的临时坝后桥部位。

初期冷却分两期进行。一期采用河水冷却，一般情况下一个月后混凝土温度可达到32℃左右，然后再改以10～12℃的制冷水进行二期冷却。冷却过程中，严格执行技术规范规定的每12小时进出水倒向的规定，流水流量按每分钟20升进行控制。

为保证冷却水管畅通，除开仓前对冷却水管通水检查外，还在整个混凝土浇筑过程中一直保持冷却水管通水，其原因是冷却水管最易在混凝土第一层浇筑期间破裂，如果在振捣时发现有水涌出，就说明水管已破裂，并能快速准确地发现破裂点，从而进行修复。大坝混凝土自开工至今，冷却水管不通的套数很少。据统计，整个大坝混凝土浇筑期间，冷却水管不通率只占总量的3%左右。

四、周边环境温度的影响

混凝土温度裂缝说到底是由于混凝土的内外温差引起的。之所以采取上述一系列温控措施，其最终目的也是尽量减少混凝土的内外温差。在尽量减少混凝土内部温度后，如果能评估出周围环境的温度，我们就可以确定出混凝土的温差到底有多大，从而可评估出混凝土裂缝产生的可能性，并采取相应的应对措施。

周边环境温度是一把双刃剑，如果环境温度高，势必会造成混凝土出机口温度控制难度加大，成本增加，但相应也减小了混凝土的内外温差，从而减小温度裂缝产生的可能性，也可以适当提高接缝灌浆时混凝土的温度。

根据项目自2002年6月开工以来所测的水温和气温资料来看，实测温度远远高于招标文件中说明的温度。根据本工程技术规范要求，接缝灌浆时混凝土温度应不高于15℃。为此，项目部在征求国内有关专家的意见后，依据实测资料向工程师提出了将接缝灌浆时混凝土温度由15℃提高到25℃的建议。工程师在研究后，最终决定将此温度定为不高于22～23℃。从已预埋在混凝土中的温度计来看，温度也一直维持在23～24℃左右。

五、结束语

截止目前，工程已基本完工，大坝蓄水已两年，还未发现缝面渗水情况。我们认为，大坝之所以未产生温度裂缝，一方面得益于现场控制得好，另一方面说明整个决策是正确的。通过本工程的实践，我们认为以下几点应特别值得注意：

（一）混凝土配合比。适当的配合比，除应考虑混凝土水化热引起的不利因素外，还应考虑混凝土强度高对防裂的有利因素。

（二）周边环境温度。由于我们有充分的实测资料来说明周边环境的气温和水温，才使得工程师相信在混凝土出机口温度能够得到保证的情况下，混凝土内外温差并不会太大，工程师也因此才决定提高混凝土的单位水泥用量，保证了混凝土强度；提高接缝灌浆时混凝土温度，不但大大缩短了混凝土的冷却时间，节约了工期，而且也节约了冷却水用量，节约了大量的施工成本。本工程之所以敢采取如此高的水泥用量，就是基于充分、全面地考虑了周围环境的因素，这也是本工程之所以成功的关键所在。

（三）大坝混凝土3m升层在周边环境温度较高的情况下，在采取一定的温控措施后也是可行的。

（四）工艺控制的好，精心管理、精心施工对混凝土防裂是大有裨益的。