大体积混凝土冷却水管布置施工

蒋一鸣

（福建林业职业技术学院，福建 南平 353000）

大体积混凝土有着比较大的结构尺寸，因此水泥用量也比较大，水化热产生的比较多。大体积混凝土由于自身结构特点内部温度难以散发，内部温度升高混凝土外部与内部产生温度差。这种温度差会产生温度应力，当应力值逐渐加大，一旦超过混凝土极限拉应力，大体积混凝结构就会由于受力不均产生温度裂缝，危害混凝土结构，带来安全隐患，如不采取相应措施，裂缝将会不断发展，直至结构破坏[1]。因此大体积混凝土温控工作是保证大体积混凝土浇筑质量的关键因素。国内外关于大体积混凝土浇筑有各种温控措施，其中通水冷却是各项大体积混凝土防裂措施中最常用、最有效的方法之一[2]。

1 冷却水管温控原理及施工现状

1.1 冷却水管温控原理

冷却水管温控是指在大体积混凝土浇筑之前，在混凝土内部预先架设冷却水管，大体积混凝土浇筑完成之后，通过预埋的水管通入冷却水，由冷却水循环流动带走混凝土内部热量，进而降低混凝土中心温度，减小温度应力。为保证混凝土内外温差控制在一定范围内，在混凝土浇筑前预埋一定的测温点，在混凝土浇筑后实时监测。如出现内外温差过大等异常情况，及时调整冷却水的温度和流量防止混凝土产生裂缝。

1.2 冷却水管施工现状

目前，温控冷却水管常用的有钢管、钢丝网塑料复合管、HDPE塑料管三种，三种材料的冷却水管各有优劣。郭利霞[3]在杭州某大型混凝土泵站内对三种材料的管道进行了实验，铁管的冷却降温效果最好，可以很好地抑制早期表面裂缝和后期内部裂缝的产生，但容易由于降温过快产生管壁混凝土裂缝；钢丝网塑料复合管冷却效果比钢管弱一点但也不错，而且不至于产生管壁冷缝与锈蚀开裂；HDPE管的冷却效果相对较差。从费用方面来看，钢管费用比较高，接头容易出现漏水，铺设不方便；HDPE塑料管导热性稍微差一些，但是铺设方便快捷，接口方便费用便宜。无论使用哪一种材料的冷却水管，冷却水管施工中一个非常重要的问题就是防止漏水渗漏，因为混凝土的振捣碾压和施工机械的移动等因素会对预埋在其中的冷却水管造成挤压震动，造成冷却水管移位、折弯甚至破坏。冷却水管一旦出现破坏，造成混凝土仓面冒水，那么冷却通水只能被迫中断，无法有效控制混凝土内部温度。根据现场经验，在冷却水管破坏的情况中，大部分渗漏破裂出现在冷却水管的接头位置，冷却水管接头作为薄弱处在施工时应当引起重视。

2 冷却水管连接施工实例

2.1 工程概况

某水电站工程大坝为混凝土拱坝结构，有数十万方的混凝土浇筑工作。这么大方量的混凝土浇筑极易出现温度裂缝，为防止混凝土开裂，工程采取了一系列的措施，包括改善混凝土配合比、分缝分块、冷却水管冷却、混凝土骨料预冷、表面覆盖保温等。其中，混凝土冷却水管采用HDPE塑料管和钢管，固结灌浆盖重区采用焊接钢管，其他区域则使用HDPE塑料管，水平间距与垂直间距不同区域设置为1m～1.5m。冷却水管施工前为了满足坝内冷却水管施工的要求，需要对冷却水管接头进行优选。施工单位对目前市场上的几种接头形式进行了初步现场试验和现场工艺试验。

2.2 HDPE塑料冷却水管连接方式

根据施工经验，工程初步选择的HDPE塑料冷却水管之间连接接头的三种形式分别是：镀锌钢管加工接头、热熔连接和PVC套管螺纹式接头。镀锌钢管加工接头的施工方式是使用镀锌钢管加工成直通、三通、弯头等各种接头，连接时使用汽油喷灯烤软HDPE塑料管后迅速插入镀锌钢管接头。热熔连接则是将两根HDPE管道或者管道与连接管件的配合面紧贴在热熔焊机上，加热直至熔融，在移走加热工具后，将两个熔融的端面紧靠在一起，保持压力直至接头冷却，使两段管道或管道与管件连接成为一个整体的操作。PVC套管螺纹式接头连接方式则是指将HDPE塑料管连接处加工丝头，然后用带螺纹的PVC管道连接件进行连接。

现场工艺试验：试验管路将镀锌钢管加工接头、热熔连接和PVC套管螺纹式接头串联到一个管路上面，由于管道的长度很小，沿程水头损失以及局部水头损失比较小，可以忽略不计，可以近似认为管道内压力一致。为了排除个别接头操作不当或者个体质量问题等因素的影响，试验准备了五组相同的串联管路进行现场试验。考虑到大坝温控系统冷却水管供水压力定为0.8MPa，故将压力设置为0.18MPa、0.4MPa、0.8MPa、1.0MPa四个梯度。五组管路接通后启动加压水泵。第一步，将水压设置为0.05MPa后加压通水一分钟，这一步的目的是将管路内气体完全排出。第二步，水压设置为0.18MPa，通水五分钟后，五组串联管路热熔接头、镀锌钢管加工接头均不漏水，有一个套管螺纹式接头出现漏水严重。经观察，五组串联管路的套管螺纹式接头并非全部漏水，考虑到个别漏水可能是由于接头连接操作不当造成的，把漏水套管螺纹式接头拆掉重新安装，安装后重新加压至0.18MPa时只有一个套管螺纹式滴水，其他全不漏水。第三步，水压设置为0.4MPa，通水五分钟后，五组串联管路热熔接头、镀锌钢管加工接头均不漏水，而五个套管螺纹式接头均出现严重漏水。由于套管螺纹式接头漏水严重，往上加压已经加不上去，为了进一步优选接头，淘汰套管螺纹式接头，而采用其他接头串联方式进行加压。第四步，将镀锌钢管加工接头、热熔连接串联到一个管路上，启动水泵将压力加到0.8MPa时，所有接头均不漏水，继续加压。当加压至1MPa时，有一镀锌钢管加工接头脱落，其他接头均不漏水。考虑到镀锌钢管加工接头有脱落的情况，对镀锌钢管加工接头进行工艺改良，在接头连接处采用3股铁钢丝捆扎两道的方式加固后，接头不再出现脱落情况。

实验结论：考虑到大坝混凝土施工时，冷却水管内压力在0.8MPa左右，可认为镀锌钢管加工接头、热熔连接接头两种连接方式都能满足冷却水管使用时的压力要求。镀锌钢管加工接头在桑郎水库大坝[4]已经有成功使用案例，使用这种接头性能好，渗水漏水问题极少出现。但是这种接头价格较高，连接效率不如热熔连接，导致施工成本较高。热熔接头成本较低，连接方便迅速。后期经过平仓机碾压现场试验，两种接头均能够满足使用要求，考虑到热熔连接效率高的特点HDPE塑料冷却水管大部选用热熔连接方式。

2.3 钢管与HDPE塑料冷却水管连接方式

钢管与HDPE塑料管的连接相当于镀锌钢管加工接头与HDPE塑料冷却水管的连接，已做过现场工艺试验能够满足要求。

2.4 钢管与钢管连接方式

根据施工经验，工程初步选择钢管冷却水管之间连接接头的三种形式为：橡胶管套接绑扎式接头（见图1所示）、铸铁套管螺纹式接头和黑铁管套管焊接式接头。铸铁套管螺纹式接头由于铸铁的脆性，根据以往施工经验，其在平仓机碾压和振捣棒振捣时极易被破坏，故不选用此接头。黑铁管套管焊接式接头由于日常使用的铁管壁厚较薄，焊接时容易穿孔，考虑到施工焊接量比较大，施工速度比较慢，不宜大范围地使用。橡胶管套接绑扎式接头在以往施工中有成功使用过的先例，而且施工也比较方便。经过水压试验，能够在施压试验中加压至1.2MPa不漏水，满足使用要求。

图1 橡胶管套接绑扎式接头示意图

在实际使用过程中橡胶管套接绑扎式接头在平仓机碾压和振捣棒振捣作用下出现了水管错位的情况，经工艺改良，在连接处绑扎短钢筋后水管不再出现错位问题。故钢管与钢管之间的连接采用橡胶管套接绑扎式接头能够满足温控要求。

3 结语

采取这样的方式预埋冷却水管，经通水试验，冷却水管很少出现过流能力严重不足或者堵塞、漏水的现象，冷却水管合格率满足大坝温控要求，有效控制了大坝温度裂缝的出现。大坝完工后未出现危害性贯穿性裂缝。