长河坝水电站泄洪洞高标号抗冲磨硅粉混凝土温控施工技术

甘文忠，张 曾，王永峰

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都611730)



长河坝水电站泄洪洞高标号抗冲磨硅粉混凝土温控施工技术

甘文忠，张 曾，王永峰

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都611730)

结合长河坝水电站泄洪洞大落差、高流速、大断面典型泄水洞室工程实例，对高标号抗冲磨硅粉混凝土温控施工技术展开研究，通过采取低热水泥混凝土、分析优化混凝土配合比、浇筑低坍落度常态混凝土、预埋冷却水管通冷水、混凝土内部温度监测、表面常流水养护等多种综合温控措施，有效降低了混凝土水化热，避免了混凝土内部裂缝的发生及温度裂缝的缺陷处理。混凝土整体质量得到有效控制，提高了施工效率，降低了施工成本。

高速水流；泄水洞室；抗冲磨硅粉混凝土；温度控制；施工技术；长河坝水电站

1 工程概况

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，为大渡河干流水电梯级开发的第10级电站，是以发电为主的大型水库电站。电站采用水库大坝、首部式地下引水发电系统开发，总装机容量2 600 MW，最大坝高240 m，水库正常蓄水位1 690 m。长河坝水电站设计有3条泄洪洞，其洞身断面均为圆拱直墙形，包括标准断面及渐变段、掺气坎段等非标准断面，洞身底板及距拱肩1.0 m以下边墙采用C50、C40抗冲磨硅粉混凝土衬砌，顶拱及上部1.0 m边墙采用C25普通混凝土衬砌。其中1号泄洪洞为深孔泄洪洞，全长1 372 m，衬砌厚度0.7～1.5 m，衬砌后断面尺寸为14.0 m×(16.0～19.0) m(宽×高)，进口高程1 650 m，出口高程1 508.97 m，纵坡10.279%；2号、3号泄洪洞为开敞式泄洪洞，全长分别为1 508、1 540 m，衬砌厚度均为0.7～1.5 m，衬砌后断面尺寸均为(14.0～17.0) m×(15.0～18.0) m (宽×高)，进口高程均为1 662.5 m，出口高程均为1 500 m，纵坡分别为10.848%、10.552%。长河坝水电站泄洪洞洞身结构断面见图1。

图1 长河坝水电站泄洪洞洞身结构断面(单位：cm)

长河坝水电站泄洪洞洞身坡比均在10%以上、最大断面17.0 m×18.0 m、最高运行水头162.5 m、最大流速49 m/s、单孔最大泄流量3 692 m3/s，为高速水流流道，具有坡度大、断面大、水头高、流速高、泄量大、使用频率高等特点，洞身结构混凝土采用C50、C40高标号抗冲磨硅粉混凝土，对混凝土表面平整度(不平整度最大允许高度≤3 mm/2 m)、抗冲、耐磨、防裂等指标均提出了高标准要求。

2 抗冲磨硅粉混凝土温控施工技术

2.1 低热水泥的性能分析及在抗冲磨硅粉混凝土中的应用

低热水泥全称为低热硅酸盐水泥，是一种以硅酸二钙为主导矿物，铝酸三钙含量较低的水泥。经大量研究和实验证实，该水泥具有良好的工作性、高后期强度、低水化热、低干缩、高耐磨性、高耐侵蚀性、高耐久性等优点。

(1)强度分析。低热水泥、普通水泥、中热水泥强度如表1所示。经研究、应用分析表明，普硅水泥和中热水泥早期水化速度快，7 d强度即能达到28 d强度的60%～80%，而低热水泥7 d强度仅为其28 d强度的40%～60%，但7 d后的强度增进速率大、明显高于普硅水泥和中热水泥，至28 d龄期时强度与普硅水泥和中热水泥相当，3 m龄期时低热水泥强度超出普硅水泥和中热水泥约3～5 MPa，表现出良好的长期强度性能。

(2)水化热分析。表2是普通水泥、中热水泥、低热水泥的水化热分析结果。由表2可知，不同龄期的水化热低热水泥比中热水泥低约15%，比普硅水泥低约20%～25%，峰值温度低，其水化热明显低于普硅水泥及中热水泥，且水化放热平缓，具有良好的低水化热性能。

表1 硅酸盐水泥强度分析 MPa

表2 水泥水化热分析 kJ/kg

(3)干缩性能分析。表3是普通水泥与低热水泥的干缩性能分析结果。经研究分析，各龄期干缩率低热水泥仅为普硅水泥的50%～70%，其干缩率明显低于普硅水泥，且低热水泥的干缩稳定期较短，28 d后的干缩率基本无变化，具有良好的抗干缩性能。

表3 水泥干缩性分析 %

(4)耐磨性能分析。表4为200 N负荷下的水泥耐磨性能分析结果，对水泥耐磨性能试验分析表明，360 d单位面积磨损量低热水泥为中热水泥的65%～70%、为普硅水泥的60%～65%，具有良好的长期耐磨性能。

表4 水泥耐磨性能分析(200 N负荷条件下) kg

(5)应用情况。根据低热水泥及其他品种水泥强度、水化热、干缩性及耐磨性试验、应用比较分析表明：低热水泥具有①后期强度增长快；②水化热低；③干缩小，自生体积变形为微膨胀，可有效避免和减少混凝土裂缝、提高混凝土的抗裂性；④长期耐磨、耐久性能好等良好性能。因此，长河坝水电站泄洪洞抗冲磨硅粉混凝土采用嘉华牌低热水泥。

2.2 抗冲磨硅粉混凝土配合比优化设计

长河坝水电站在泄洪洞抗冲磨硅粉混凝土施工前，对混凝土配合比参数展开了大量分析研究工作，其中采用三维有限元法对混凝土在粉煤灰掺量、常态混凝土、泵送混凝土等不同参数条件下的各性能指标进行试验分析研究，通过试验分析确定最优抗冲磨硅粉混凝土配合比参数，从混凝土配合比方面解决部分温控难题。

图1为混凝土内部第一主应力与龄期关系曲线，可知，混凝土随着龄期的增长，最大拉应力区减小、拉应力值也减小。图2为混凝土内部温度与龄期关系曲线，可知混凝土内外部温差随着龄期的增长逐渐减小。

图1 混凝土内部第一主应力与龄期关系曲线

图2 混凝土内部温度与龄期关系曲线

不同粉煤灰掺量下的混凝土水化热变化如图3所示，可知粉煤灰掺量越大混凝土水化热越低。常态混凝土与泵送混凝土不同龄期的绝热温升情况如图4所示，可知低塌落度常态混凝土能够有效地控制混凝土内部温升，而泵送混凝土内部温升相对较大，不利于混凝土的温控防裂。

图3 混凝土水化热与粉煤灰掺量关系曲线

图4 常态、泵送混凝土绝热温升对比曲线

混凝土热强比与龄期的关系如图5所示，可知泵送混凝土由于水泥用量高于低坍落度常态混凝土、放热量大，泵送混凝土热强比高于常态混凝土。常态混凝土与泵送混凝土的抗裂安全系数如图6所示，分析表明低坍落度常态混凝土的抗裂安全系数为1.84～2.81，而泵送混凝土的抗裂安全系数明显较低、局部抗裂安全系数仅为1.0～1.3。

图5 混凝土热强比与龄期关系

图6 常态、泵送混凝土抗裂安全系数对比曲线

2.3 常态抗冲磨硅粉混凝土在长河坝水电站泄洪洞中的应用

根据长河坝水电站泄洪洞抗冲磨硅粉混凝土配合比研究分析，低坍落度常态混凝土较泵送混凝土具有水化热小、内部温升相对较小、抗裂安全系数大等优质特性，采用常态混凝土有利于高标号抗冲磨硅粉混凝土温度的控制、缓解温控压力，可有效避免和减少混凝土内部裂缝的发生及温度裂缝的缺陷处理，对抗冲磨硅粉混凝土的内外整体质量具有重要意义，并加快混凝土施工进度、有效降低施工成本。

为实现低坍落度常态混凝土浇筑，长河坝水电站泄洪洞边墙抗冲磨硅粉混凝土浇筑采用钢模台车配置双向提料系统并结合皮带机布料系统，通过提升料斗将常态混凝土提升至皮带机水平面以上，并通过葫芦吊架的减速机纵向移动提升料斗至皮带机正上方，卸料至皮带机上，再通过可逆皮带机将混凝土输送至两侧边墙下料溜筒内，实现常态抗冲磨硅粉混凝土快速、高效施工。低坍落度常态混凝土钢模台车除实现常态混凝土浇筑、抗冲磨硅粉混凝土温度有效控制外，混凝土整体质量得到有效控制，还大大降低了人力资源的劳动强度及投入，提高了施工效率，降低了施工成本。

2.4 其他混凝土温控施工技术

(1)预埋冷却水管通冷水。混凝土内部设置冷却水管并通冷水以削减混凝土内部初期水化热温升、控制混凝土最高温度不超过容许范围。泄洪洞边墙抗冲磨硅粉混凝土内部冷却水管采用HDPE塑料管，蛇形布置于里层钢筋上，布置间距为1.0 m×1.0 m，主管内径32.6 mm、壁厚3.7 mm、外径40.0 mm，支管内径28.0 mm、壁厚2.0 mm、外径32.0 mm。冷却水管直接引用响水沟低温冷水(其水温低于18 ℃)，连续通水时间控制在15天以上，通水流量不低于1.5 m3/h。 抗冲磨硅粉混凝土内部冷却水管采用S形布置。

(2)混凝土温度监测。每个浇筑段内部预埋测温装置测量混凝土内部温度。测温装置由测温管与温度计组成，其中测温管采用钢管，测温管内在不同浇筑层布置电阻温度计。温度监测时期为自混凝土浇筑至浇筑后5天，监测频率为1次/4 h，且温度出现高峰期间加密观测。

(3)混凝土常流水养护。混凝土浇筑完成且钢模台车移出后采取常流水淋水养护。淋水养护装置为混凝土顶部布置PVC喷水花管，养护水沿边墙混凝土面流淋，达到淋水养护效果，养护水引用响水沟低温水。常流水淋水养护时间不少于14天。

3 结 语

本文结合长河坝水电站泄洪洞大落差、高流速、大断面典型泄水洞室工程实例，针对其高标号抗冲磨硅粉混凝土温度控制、防裂等方面展开研究，通过采用低热水泥混凝土、分析优化混凝土配合比、浇筑低坍落度常态混凝土、预埋冷却水管通冷水、混凝土内部温度监测、混凝土表面常流水养护等多种综合温控措施技术，有效降低了抗冲磨硅粉混凝土内部水化热、缓解了温控压力，避免和降低了混凝土内部裂缝的发生及温度裂缝的缺陷处理，混凝土整体质量得到有效控制，提高了施工效率，降低了施工成本，取得了良好的社会经济效益。

[1]GB 200- 2003 中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥[S]．

[2]尹延国， 胡献国， 崔德密. 水工混凝土冲击磨损行为与机理研究[J]. 水力发电学报， 2001(4)： 57- 64．

[3]林宝玉， 蔡跃波. 高强硅粉抗磨蚀混凝土开裂的成因及防治[J]. 混凝土， 2000(7)： 11- 14．

[4]刘卫东， 王依民. 聚丙烯纤维混凝土的水工特性试验研究[J]. 混凝土与水泥制品， 2004(1)： 35- 37．

[5]卢安琪， 李克亮， 胡智农， 等. 聚丙烯纤维混凝土抗冲磨试验研究[J]. 水利水电技术， 2002， 33(4)： 37- 39．

[6]杨元慧. 抗磨蚀硅粉混凝土试验研究[J]. 水电工程研究， 1991(2)： 51- 56．

[7]黄国平. 掺粉煤灰和硅粉混凝土的特性[J]. 水电站设计， 1994， 10(2)： 81- 85．

[8]王述银， 李维平， 邓建武. 粉煤灰和高效减水剂对水泥水化热的作用[J]. 中国三峡建设， 2000(3)： 23- 25．

[9]张法星， 徐建强， 徐建军， 等. 掺气减蚀机理的研究进展及讨论[J]. 水力发电学报， 2010(2)： 7- 10．

[10]谢清良. 掺和料对混凝土抗冲磨性能的影响[J]. 红水河， 2003， 22(1)： 73- 75．

(责任编辑 王 琪)

Temperature Control and Construction Technologies of High-grade Abrasion-resistant Silica Fume Concrete for Spillway Tunnels of Changheba Hydropower Station

GAN Wenzhong, ZHANG Zeng, WANG Yongfeng

(Sinohydro Bureau 7 Co., Ltd., Chengdu 611730, Sichuan, China)

For constructing the spillway tunnels with high head, large discharge and large cross-section size in Changheba Hydropower Station, the temperature control and construction technologies of high-grade abrasion-resistant silica fume concrete are studied. By using low heat cement concrete, optimizing concrete mix proportion, pouring low slump normal concrete, pre-embedding cooling water pipes, monitoring internal temperature of concrete, and curing concrete by surface continuous water flow, the hydration heat of concrete is effectively reduced, the occurrence of internal cracking and the treatment of temperature cracking are avoided. The overall quality of concrete is effectively controlled, the construction efficiency is improved and the cost of construction is also reduced．

high-speed flow; spillway tunnel; abrasion-resistant silica fume concrete; temperature control; construction technology; Changheba Hydropower Station

2016- 08- 03

甘文忠(1970—)，男，四川乐山人，工程师，从事水利水电工程施工技术及管理工作．

TV431(271)

A

0559- 9342(2016)10- 0083- 04