地下置换洞回填混凝土施工期温控试验

黄 亮

(中国水利水电第十四工程局有限公司,云南 昆明 650041)

地下置换洞回填混凝土施工期温控试验

黄 亮

(中国水利水电第十四工程局有限公司,云南 昆明 650041)

本文简要介绍了小湾水电站高拱坝坝肩抗力体地下工程置换洞回填混凝土施工。混凝土温控技术要求严格、施工工艺复杂，并且地下洞室交错、洞内外温差变化大、围岩温度影响突出。本文通过抗力体回填混凝土温控试验，混凝土分块回填、混凝土温度控制、施工工艺、仪器监测成果等综合分析，总结一套符合施工技术要求、满足温控质量要求及现场施工条件的施工工艺，高效、快速地完成施工。

置换洞室;回填混凝土;温控试验

1 概 况

小湾水电站位于云南省澜沧江中游河段，是澜沧江中下游河段的龙头水库，最大坝高294.5 m，总库容149.14×108m3，装机容量4200 MW。左、右岸坝肩(基)设置多层抗力体地下置换洞，对断层、蚀变岩体等地质缺陷进行置换。

各层置换洞回填混凝土严格控制温度，设计分两期进行：一期回填预留3.5 m×3.5 m洞作为灌浆廊道，通过温控降至设计温度，再进行灌浆施工；最后进行二期灌浆廊道回填。一、二期回填为C25微膨胀混凝土，施工阶段设计优化调整：一期为C2825W906F9050(中热水泥)常态混凝土，二期为C2825W906F9050(低热微膨胀水泥)预冷低热混凝土。

一期混凝土内埋设塑料冷却水管通水冷却，将混凝土内部最高温度控制在设计允许的范围内(≤45 ℃)，同时经过温控将混凝土内部温度降至接缝灌浆允许温度19～20 ℃[1]。

二期混凝土出机口温度根据运距的长短控制在7～12 ℃。严格控制浇筑温度，浇筑温度控制标准为18 ℃，最高浇筑温度不大于19 ℃[1]。

2 试验目标

置换洞大规模回填混凝土前，选择具有代表性的置换洞进行试验，按施工技术要求和现场浇筑设备、浇筑手段、温控措施、施工工艺条件，通过混凝土配合比、温控措施和施工工艺等试验，根据混凝土温控、仪器监测、施工工艺等统计数据，分析混凝土温度变化、新老混凝土结合、施工缝开合变化情况及施工工艺，评价回填混凝土质量、温控效果、施工工艺等[1-2],确定一套满足回填混凝土温控质量要求的现场切实可行的温控施工工艺。

3 一期混凝土温控试验

3.1 试验布置

根据设计要求，一期回填混凝土内埋设蛇行冷却水管，水平和垂直间距根据各洞室的断面尺寸、预留灌浆廊道位置及回填厚度确定，水平和垂直间距一般为1.0 m左右，局部1.0～1.5 m。预留灌浆廊道四周回填厚度小于1.0 m时，不需布置冷却管。水管距离浇筑块周边及二期回填洞壁的距离0.5～0.8 m，水管一般布置在每个浇筑层的底部，当浇筑层厚大于1.0 m时，在浇筑层中每 1.0 m加铺一层水管，无论水管铺在何部位，均保证冷却水管在施工中不破损。单根冷却水管长度不大于200 m[1]。

回填混凝土选取具有代表性的右岸EL1030 m高程RF11J置换洞第一(大桩号)至第三浇筑段(小桩号)K0+104 m～K0+134 m展开回填混凝土温控试验，共三段，分别布置6支温度计和6支测缝计，温度计埋设在大桩号方向两个浇筑分段的中间横断面中；测缝计布置在三个浇筑分段的施工缝之间。冷却水管及监测仪器布置见图1、图2。

图1 冷却水管布置图

图2 监测仪器布置图

3.2 回填施工方案

拌和楼统一拌制混凝土[2]，专用混凝土罐车运输(罐体设置防晒材料)，洞口泵送入仓，人工平仓，插入式振捣器振捣密实，浇筑至高程，分别铺设冷却水管、温度计、测缝计[3]。水管覆盖后即安排专人往冷却水管通8～13 ℃制冷水进行冷却。按规范和施工技术要求定期测量进出水温温度、速率以及温度计、测缝计仪器提取监测数据。

3.3 试验数据统计

2005年11月19日至2005年12月29日一期回填中热水泥混凝土试验，按施工工艺回填施工，同时通水冷却进行温控和埋设仪器进行监测。

(1)温度计监测成果见图3～图6。

图3 EL1030 m混凝土温度观测曲线(第一块第一仓)

图4 EL1030 m混凝土温度观测曲线(第一块第二仓)

图5 EL1030 m混凝土温度观测曲线(第二块第一仓)

图6 EL1030 m混凝土温度观测曲线(第二块第二仓)

(2)数据统计

制冷水进出冷却水管水温统计是：进水温8～13 ℃，出水温10～15 ℃，流量10～15 m3/h。前3 d，进出水温变化0.5～3.5 ℃/h；第3～15天，进出水温变化0.4～2.5 ℃/h；第15天后，进出水温变化0.2～1.5 ℃/d。

温度计统计是：最高温度46.5℃，前3 d，温度变化0.5～1.1 ℃/d；第3～15天，温度变化0.3～0.9 ℃/ d；第15天后，进出水温变化0.2～0.5 ℃/d。

测缝计统计是：前3 d 0.11～0.9 mm/d；第3～15天0.05～0.09 mm/d；第15天后0.01～0.02 mm/d。

3.4 一期回填试验成果分析

根据围岩及周围洞室群情况合理选择浇筑长度不大于15 m、分层高度3 m以内，一期回填采用低坍塌度的中热水泥混凝土，内部通水冷却及实施温控，加强混凝土内部温度、裂缝控制。

通过混凝土回填温度实测及仪器监测，从温度统计数据结果分析，混凝土温度变化规律基本明确：第一、二段第一、二层回填混凝土到达混凝土最高温度时间基本一致，约3～4 d，最高温度46.5 ℃，可以基本控制混凝土最高温度≤45 ℃，降温速率基本控制在1 ℃/d，施工缝开合度满足设计要求小于1.00 mm。

4 二期混凝土温控试验

4.1 试验布置

2007年11月26日至2008年3月31日，二期回填混凝土采用预冷低热微膨胀混凝土回填温控试验，按设计要求二期回填试验段选定在右岸EL1030 m RF11J置换洞内进行温控试验，即K0+84 m～K0+134 m段(每段10 m，共计5段)，试验段周围一期回填混凝土、灌浆等工序已结束，试验段洞室外围岩对二期回填无明显影响。

混凝土配合比选用前期实验室设计和室内试验选取审批的二期C2825W906F9050(低热微膨胀水泥)预冷混凝土配合比，预冷混凝土检测入仓塌落度控制在14～18 cm、控制入仓浇筑温度17～19 ℃。

4.2 回填施工方案

拌和楼统一拌制混凝土，专用混凝土罐车运输(车体外侧设置防晒材料)，洞口泵送入仓，人工平仓，插入式振捣器振捣密实，浇筑至相应高程，分别安装温度计、测缝计[3]。

4.3 试验监测数据统计

(1)测缝计监测统计

右岸EL1030 m RF11J置换洞二期回填低热微膨胀水泥混凝土温控试验段，设置在0+128.4 m、0+99 m桩号结构缝上的单向测缝计开合度变化：0+128.4 m桩号结构缝均为较小的张开缝，最大张开缝仅为0.4 mm；而0+99 m桩号上下部结构缝均为闭合缝，缝隙值较小，最大闭合缝为-0.24 mm。一期与二期回填混凝土之间的开合度除0+106.5 m桩号J5断面顶拱J5-J-02为闭合缝，其值为-2.74 mm外；其余部位断面均为张开缝，最大张开缝为1.0 mm。测缝计监测结果见图7～图8。

图7 测缝计(开合度)监测曲线图(右岸EL1030 m RF11J置换洞 0+128.4 m)

图8 测缝计(开合度)监测曲线图(右岸EL1030 m RF11J置换洞 0+99 m)

(2)温度计监测统计

温度计监测结果见图9、图10及表1。

图9 温度计监测曲线图(右岸EL1030 m RF11J置换洞 0+120.4 m)

图10 温度计监测曲线图(右岸EL1030 m RF11J置换洞 0+106.5 m)

从右岸EL1030 m RF11J置换洞二期回填混凝土温度监测统计表看出，达到最高温度所需时间在65～166 h之间，最高温度在38.9～44.7 ℃之间。

可以达到控制混凝土最高温度≤45 ℃的要求，降温速率控制在1 ℃/d，只是浇筑温度大于设计值19 ℃。

4.4 二期回填试验成果分析

二期回填采用C2825W906F9050(低热微膨胀水泥)预冷混凝土，内部温升最高在38.9～44.7 ℃之间，达到最高温度所需时间在65～166 h之间，15 d左右，混凝土内部温度降至26 ℃以下。

通过二期回填混凝土温控试验监测数据分析，内部温度变化、开合度变化符合一般混凝土变化规律，且一、二期混凝土结合部结构缝开合度(裂缝张开度)1.26 mm以内，混凝土收缩缝小，可不作接缝灌浆处理。温度变化对混凝土内部应力影响产生裂缝机率较低[4]。温度计监测统计见表1。

表1 c温度计监测统计表

说明：1.回填结束后，温度计前3 d每4 h收集数据，第3～15天每天收集数据，第16～28天每7 d收集数据，第28天后每月一次收集数据。2.温度计位置：T1(0+120.4左侧)、T2(0+120.4右侧)、T3(0+115)、T4(0+106.5)、T5(0+99左侧)、T6(0+91.5左侧)、J5-T-01(0+120.4底板)、J5-T-02(0+115边墙)、J4-T-01(0+104边墙)、J4-T-02(0+96边墙)。

二期回填采用预冷低热微膨胀混凝土，在批准的施工技术条件下：施工设备、配合比、温控措施、施工工艺等总体上能够确保二期回填混凝土浇筑的密实(除廊道顶拱局部小范围)、温度控制(除浇筑温度外)和开合度变化要求。

5 温控试验总结

抗力体置换洞一期、二期回填试验采用(中热水泥)常态混凝土和(低热微膨胀水泥)预冷混凝土，经过施工设备、人员、材料、施工措施等精心组织，配合仪器监测、温控措施等施工工艺，顺利地完成试验施工[3]。

(1)混凝土配合比设计加粉煤灰、外加剂拌制，同时一期混凝土控制塌落度、二期混凝土预冷，有效控制混凝土自身的温度，混凝土取样试验：强度、塌落度、膨胀性、温度等各项目指标满足设计要求[1,5]，证明大体积温控混凝土和补偿收缩混凝土施工配合比是合理的。

(2)一期回填后，通冷却水对混凝土进行冷却，地下大断面洞室混凝土施工中采取全断面通水冷却混凝土措施，在水电工程尚属首次。通过冷却水降低混凝土内部温度，有效地控制了混凝土温度，极大降低了混凝土出现裂缝的机率，抑制收缩变形对置换洞四周围岩的影响[4,6-7]，加固了置换洞断层、蚀变带等软弱岩带以及开挖爆破对松驰岩体影响的恢复，保证混凝土温控施工质量，满足设计对置换洞缺陷岩体的置换处理技术要求[1]。

(3)二期混凝土具有一定的膨胀性，与一期混凝土四周能紧密结合，结构缝开合度非常小，确保一、二期混凝土结构形成一体，整体受力，满足大坝坝基受力要求[5,8]。

(4)通过一、二期回填混凝土温控措施，以及设备、人员、材料等施工组织、施工工艺的温控合理性试验，探索出一套符合混凝土温控技术和质量要求、满足现场施工条件的施工工艺。

抗力体后期的地下置换洞一期、二期回填混凝土温控施工均按试验成果及工艺组织进行施工，所有工程施工结束后，经过试验检测、仪器监测及取样表明，混凝土温度控制、施工工艺及成果满足设计要求[1,3]。

[1] 中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院．拱座地质缺陷处理地下洞井塞混凝土施工技术要求(A版)[R]．昆明：中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，2005.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部．混凝土质量控制标准：GB 50164-2011[S]．北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3] 国家能源局．水工混凝土施工规范：DL/T 5144-2015[S]．北京：中国电力出版社，2015.

[4] 罗虎．混凝土裂缝与施工期温度控制的探讨[J]．水利水电施工，2012(4)：12-14.

[5] 中国水利水电科学研究院．水工混凝土试验规程：DL/T 5150-2001[S]．北京：中国电力出版社，2001.

[6] 王辉．大体积混凝土温度裂缝的成因分析及控制措施[J]．水利水电施工，2012(1)：27-29.

[7] 邓韵．小湾水电站特高拱坝混凝土通水冷却技术[J]．水利水电施工，2013(5)：38-43.

[8] 中华人民共和国住房和城乡建设部．混凝土结构工程施工质量验收规范：GB 50204-2015[S]．北京：中国建筑工业出版社，2015.

黄 亮(1980-)，男，工程师，主要从事项目管理工作。

TV642.4;TV698.2+3

A

2096-0506(2016)12-0069-06