SETH水利枢纽碾压混凝土重力坝温控设计

2020-03-09周志博于可忱王立成

水利水电工程设计 2020年4期

周志博于可忱王立成

1 工程概况

SETH 水利枢纽工程为碾压混凝土重力坝，大坝坝顶长度为372 m，坝顶高程1 032.0 m，最大坝高75.5 m。大坝结构复杂，坝身孔洞多，坝块尺寸大，受气温影响大。坝址区纬度高，气温低，少酷暑，多严寒，冬夏冷暖悬殊，年较差大，昼夜温差大，气温骤降较频繁，极易引起坝体混凝土温度裂缝，因此，有必要加强坝体混凝土温控设计。

坝址区多年实测气象资料统计见表1。年平均气温3.6 ℃，月平均气温分布不均，1 月份月平均气温最低-15.3 ℃，7 月份月平均气温最高20.2 ℃，相差较大。极端最高气温40.9 ℃，极端最低气温-42.0 ℃。多年平均蒸发量为1 571.8 mm，历年最大风速17.3 m/s，最大冻土深度239 cm。

表1 坝址区平均气温和平均河水温度表

2 坝体温控设计及温控分区

坝体温控分区设计总图如图1 所示。

根据温控仿真计算，提出坝体温控设计标准及坝体分区见表2～5。

3 混凝土温控措施

3.1 降低混凝土出机口温度

3.1.1 控制混凝土水化热

采用低中热水泥（水化热不小于293 kJ/kg）、高掺粉煤灰，添加剂采用SBTJM-II 型缓凝高效减水剂及GYQ-I 型引气剂方式降低水化热。大坝分区采用上、下游防渗区采用二级配混凝土，其他均为三级配混凝土的方式，优化了混凝土配合比，降低了水化热温升。

3.1.2 地垄取料

人工骨料系统料仓最大堆料高度为10 m，储量不少于大坝浇筑高峰期3 d 的所需骨料量。采用地垄给料机取料，料堆底部中心的骨料温度受环境温度的影响较小，温度稳定在11 ℃左右，给拌和楼风冷骨料仓风冷提供了保证。

图1 坝体温控分区设计总图

表2 坝体混凝土温度控制温差标准表 ℃

3.1.3 风冷时间控制

缩短骨料进仓间隔时间，及时足量的向料仓补料，使骨料在风冷料仓中停滞时间延长，得到充分冷却。

表3 基础允许温差控制的坝体混凝土温度控制表 ℃

表4 碾压混凝土坝各月浇筑入仓温度表

表5 内外温差控制的坝体允许最高温度控制表

3.1.4 保温遮阳

在骨料输送皮带顶部搭设彩钢瓦遮阳棚，减少阳光直射。风冷骨料仓（一次风冷仓）至拌和楼皮带采用全封闭保温廊道，从空气冷却器引一加装开关的支管接入骨料输送廊道，廊道内通冷风，并在廊道进出口添加风帘，防止骨料输送过程中温度升华。

3.2 仓面温控措施

3.2.1 缓凝高效减水剂应用

高温季节，采用缓凝高效减水剂，保证高温季节混凝土的初凝时间不小于6 h。温度为29～30 ℃时，初凝时间为9 h；室外温度为20～32 ℃，大风、阳光直射、干燥条件下，初凝时间为6 h，终凝时间为17 h。

3.2.2 浇筑层厚度及间歇时间

为利于混凝土浇筑块的散热，基础部分和老混凝土约束部位浇筑层一般为1.5 m，基础约束区以外最大浇筑高度为3 m，浇筑间歇时间为7 d 左右。在高温季节，采用2 cm 聚乙烯被覆盖、表面流水养护的方式散热。

3.2.3 混凝土运输车保温

采用自卸车直接入仓的方式，并对运输车辆进行液压防晒板的制作安装，混凝土运输过程中由于防晒板遮阳，减少了混凝土温度回升。

3.2.4 仓面小气候制造和保温覆盖

在坝体浇筑仓外增设喷淋（雾）系统，降低大坝浇筑仓面周围的温度，提高湿度；仓面采用固定式远程喷雾机和手持式喷枪进行喷冷水雾降温。根据施工现场实测，平均降低仓面气温7 ℃左右，降低浇筑温度5～6 ℃，仓面湿度提升35 %左右。

在6—8 月份收仓仓面和暂停仓面覆盖双层编制布内置聚氨酯泡沫保温被，平面尺寸为1 m×4 m、厚度为2 cm，满足了高温季节混凝土施工仓面保温及养护的要求。

3.2.5 冷却水管通水冷却

约束区部位埋设高强聚乙烯塑料管冷却水管并通水冷却，管径32 mm、壁厚2 mm、导热系数K≥0.28 W/（m·K），管中流速控制在0.6 m/s 左右。冷却水管控制在250 m以内，水管间、排距1.5 m×1.5 m。冷却水管埋设完成立即通水冷却，以对混凝土高温削峰。通水时间为20 d。为了防止通水冷却时水温与混凝土浇注块温度相差过大和冷却速度过快而产生裂缝，初期通水冷却温度差按16 ℃控制，后期按20 ℃控制，混凝土降温速度不大于1.0 ℃/d。坝体冷却水采用河水。

3.2.6 其他温控措施

缩短层间覆盖时间在4～6 h 以内，高温季节层间间隔时间不大于2 h；避开高温时段浇筑混凝土；动态控制碾压混凝土VC 值等。

4 混凝土越冬保温保护设计

严寒地区混凝土坝极易在越冬层产生水平裂缝，如美国的上静水坝、日本的玉川坝、我国的桃林口坝等。因此，必须对越冬层面采取严格的保温措施。当进入11 月中下旬时候，工程即将进入冬歇期，需在冬歇前对越冬层面进行临时保温，对上、下游坝面和端部采取永久保温和临时保温相结合的保温措施。

4.1 大坝上、下游面及侧面保温设计

本工程大坝上游面采用“喷涂聚脲防水涂料+喷涂硬泡聚氨酯+防老化面漆”的表面防渗和保温方案。下游面采用“喷涂硬泡聚氨酯+防老化面漆”的表面保温方案。坝体侧面采用粘贴10 cm 厚XPS 板的保温方案。

4.2 越冬层面保温设计

首先在越冬面铺设一层塑料薄膜（厚0.6 mm），然后在其上铺设一层2 cm 厚的聚氨酯泡沫保温被和13 层棉被作为临时保温，最后在顶部铺设一层三防帆布防水。为加强保温及防止侧面进风，在越冬面上下游侧用模板和砂袋做防风墙，在保温被周边及越冬面以下3 m 范围内喷涂10 cm 厚聚氨酯硬质泡沫。坝体上游面钢筋外露部位采用土工布包裹后喷涂聚氨酯泡沫10 cm 的方式进行保温。