蟒河口大坝混凝土施工温控技术

徐更晓

(中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450000)

1 工程概况

蟒河口水库工程位于河南省济源市境内，水库总库容1094万m3，工程等级为中型Ⅲ等工程。水库大坝为碾压式混凝土重力坝，共10个坝段，左、右岸各布置3个挡水坝段，河床布置3个开敞式溢流坝段和1个底孔引水坝段，坝顶高程317.6 m，最大坝高77.6 m，坝顶长度220.5 m。大坝混凝土总方量为29万m3，其中碾压混凝土25.2万m3。

2 混凝土拌和及运输入仓

在距离大坝约1 km的下游场地布置拌和系统，采用一座多微DW240型连续式拌和楼和一座HZS60型强制式拌和站，前者以拌制碾压混凝土料为主，后者以拌制常态混凝土料为主，合计铭牌产量300 m3/h,实际生产能力可达210 m3/h，满足混凝土高峰浇筑强度的需要。混凝土骨料来自距离坝址4 km的克井镇任庄石料厂，为人工骨料，最大生产能力5000 m3/d。

大坝280 m高程以下采用自卸汽车运料直接入仓，大坝上部采用岸坡满管溜管入仓。

3 大坝混凝土设计温控指标

3.1 基础允许温差

基础温差是指浇筑块在距离建基面一定高度范围内，混凝土最高温度与该部位稳定温度之间的差值。

表1 大坝基础允许温差 单位：℃

3.2 内、外温差

内外温差是指混凝土坝体内平均最高温度与环境温差之差，环境气温是指各月最低日平均气温，常态混凝土控制在20℃～25℃以下 ；碾压混凝土厚度小于6 m的结构内外温差控制在 20℃ 以下，大于6 m的结构控制在19℃ 以下。

3.3 坝体内部允许最高温度

坝体内部允许最高温度见表2。

表2 坝体内部允许最高温度 单位：℃

4 混凝土温控设计

混凝土各项温控指标相互关联，为方便计以混凝土内部允许最高温度为统一控制指标。

4.1 碾压混凝土温控设计

4.1.1 碾压混凝土温控计算工况

按照施工进度安排，混凝土在2008年11月～2009年10月施工，因此其施工的最高气温月份为6月份，坝体强约束区可安排在相对低温时段施工，其内部最高温度控制指标较易满足，本文主要针对气温最高6月份施工的坝体弱约束区、非约束区的混凝土温控进行计算。

4.1.2 工况I，6月份施工，不采取特殊温控措施的混凝土内部最高温度计算

骨料仓堆高6 m以上在廊道取料，砂石骨料温度取月平均气温，拌和用水从地埋式水箱抽取，水温也取月平均气温，6月份的月平均气温为26.6℃，水泥及粉煤灰温度按50℃计算。

(1) 混凝土出机口温度

根据初拟的碾压混凝土配合比中每立方混凝土各种材料组成的重量(Wi)、温度(Ti)和比热(Ci)，拌和产生的机械热按1600 kJ计，计算混凝土的出机口温度(T0)为：

表3 不采用特殊措施情况下碾压混凝土6月份出机口温度

(2)砼入仓温度计算：

TB·P=T0+(Ta-T0)(θ1+θ2+…+θn)

式中：T0为混凝土出机口温度；Ta为混凝土运输时的气温，取6月份最高平均气温33.30C；θ1、θ2……θn为有关系数，混凝土运输过程中，每装卸转运一次θ=0.032，混凝土运输时θ=At，A为系数，自卸汽车A=0.003，t=汽车运输时间，t=12 min(以1.5 km运距考虑)。

代入计算可得入仓温度为：TBP=29.03℃ 。

(3)混凝土浇筑温度计算

混凝土浇筑温度系指砼经过平仓振捣后，覆盖上层混凝土前在5 cm～10 cm深处测得的温度。

TP=TB·P+0.003τ(Ta-TB·P)

式中：τ为混凝土平仓振捣后到上层混凝土覆盖前的间隔时间，取120 min；TBP为混凝土入仓温度，为29.03℃ ；Ta为气温，取6月份最高平均气温33.3℃。

计算可得：TP=30.57℃。

(4)混凝土最高温度计算：

Tmax=TP+Tr=TP+Nθ0

式中：TP为混凝土浇筑温度，6月份混凝土的浇筑温度为30.57℃；Tr为水化热温升，Tr=Nθ0；θ0为混凝土最终绝热温升，℃；N为系数，根据浇筑层的厚度，天然散热条件和浇筑温度确定，这里浇筑层厚多为2 m～3 m，取经验数字0.5。

混凝土最终绝热温升θ0计算：

θ0=Q(W+kF)/Cρ

式中：Q为水泥水化热，按经验数字取为82 kcal/kg；W为水泥用量，70 kg/m3；F为粉煤灰用量，90 kg/m3；k为粉煤灰相对水泥的水化热折减系数，取0.25；C为混凝土的比热，取0.245 kcal/(kg·℃)；ρ为混凝土的重力密度，取2400 kg/m3。

计算得θ0=12.90℃。

计算得混凝土最高温度Tmax=30.57+12.90×0.5=37.02℃。

该温度不满足6月份大坝非约束区碾压混凝土内部最高温度36℃的要求、更不满足弱约束区28℃的要求，因此要考虑采用其他温控措施。

4.1.3 工况Ⅱ，6月份施工，采取相应温控措施时混凝土内部最高温度计算

应该试算后拟采取的主要温控措施为：骨料堆仓搭设遮阳蓬并喷水雾降温，可使骨料温度低于月平均气温2℃～3℃，用冷水机组生产50C冷水拌制混凝土，对施工仓面喷水雾降温，可降低环境温度6℃～8℃，使小环境温度不高于混凝土入仓温度，相应仓面内混凝土温度回升不再考虑,在混凝土中埋设1 m×1.5 m间距冷却水管通冷水对混凝土进行冷却，计算方法同前述，详细计算过程不再列出，仅列出计算结果见表4。

表4 采用相应温控措施碾压混凝土6月份混凝土温控计算表 单位：℃

4.2 常态混凝土温控设计

4.2.1 常态混凝土温控计算工况

主要为垫层及溢流面混凝土，其中约束区的垫层可安排在相对低温时段施工，其内部最高温度控制指标较易满足，本文主要针对气温最高6月份施工的溢流面混凝土温控进行计算。

4.2.2 常态混凝土内部最高温度计算

除配合比不同外其他施工条件同碾压混凝土，拟采用配合比每方混凝土材料用量：水泥250 kg、粉煤灰43 kg、砂725 kg、粗骨料1240 kg、水146 kg，也分为不采用特殊温控措施和采用一定温控措施两种情况计算，经试算后采用的温控措施：5℃冷水拌和、作业仓面喷雾降温、混凝土内部埋设1 m×1 m间距管通冷却水降温，计算方法同碾压混凝土，计算过程不再详述，下面仅列出计算结果见表5。

表5 采用相应温控措施常态混凝土6月份混凝土温控计算表 单位：℃

5 混凝土温控措施

5.1 高温季节混凝土温控措施

围绕降低混凝土内部最高温度采取综合配套措施。

5.1.1 控制出机口温度

通过搭设遮阳棚、增加骨料堆高、喷雾、地下廊道取料等措施来控制骨料温度，控制水泥、粉煤灰入罐温度不大于50℃，利用制冷水拌和混凝土，选用两台每小时可产10 m3/h、5℃冷水的制冷机组，制冷能量55万kJ/h，配套电机200 kW。

5.1.2 减少运输及仓面作业过程中的温度回升

自卸车等混凝土的容器侧壁用隔热材料进行保温，自卸车顶部加设活动式遮阳棚，集料斗搭设遮阳棚，输送混凝土的皮带机和满贯溜管搭盖遮阳防雨棚。

各施工环节统一调度，紧密配合，缩短混凝土运输及等待卸料时间，加快混凝土入仓、铺料平仓、碾压或振捣的速度，及时进行上层料的覆盖或隔热材料覆盖，减少温度倒灌。混凝土终凝后要保湿养护。

高温季节布置两台WD2000-30型远射程风送式喷雾机，在作业仓面喷雾形成小气候，可降低环境气温6℃～8℃。

5.1.3 降低混凝土水化热温升

优化混凝土配合比，掺加高效减水剂和粉煤灰以减少水泥用量，采用中低热水泥，通过以上方法降低混凝土水化热。

5.1.4 合理安排施工时段

坝体下部强约束区混凝土安排在低温季节施工。

高温季节施工时，在施工进度满足要求的前提下，尽量避开高温时段浇筑，高温时段只作备仓工作，混凝土浇筑时间可安排在早晚、夜间及利用阴天进行。

5.1.5 做好混凝土散热及内部降温

坝体采用3 m厚分层浇筑，中间间隔5～7天，以利混凝土散热。

预埋水管通冷却水降温，控制混凝土内部最高温升，碾压混凝土按1.0 m×1.5 m间距布设冷却水管、常态混凝土按1.0 m×1.0 m间距布设冷却水管。

5.1.6 混凝土温度检测

除做好气温、原材料温度检测外，要加强混凝土出机口温度、浇筑温度、内部温度及冷却水温的检测，通过检测数据及时调整温控措施以满足各项温控指标的要求。

5.2 混凝土低温季节温控

日平均气温连续5 d稳定在5℃以下，或最低气温连续5 d稳定在-3℃以下时，按低温季节要求施工。日平均气温-10℃以下时不再安排施工。

5.2.1 浇筑基面处理

当基岩或老混凝土表层低于0℃时，对其表层10 cm深度范围内进行处理，用热风枪加热至3℃以上。

5.2.2 保证浇筑温度

加热水拌和，热水温度50℃～60℃，使得混凝土浇筑温度在5℃以上。

5.2.3 做好混凝土保温

采取保温模板(木模)，或钢模内衬保温材料，每层浇筑完毕立即采用保温材料覆盖顶面。

坝体上、下游面处于长期暴露壮态，采用气垫薄膜内贴在模板上，形成半永久性保温层，既可保温又可保湿。

6 结语

蟒河口大坝混凝土施工中，通过温控设计计算和比较分析，采用了有针对性的综合混凝土温控措施，坝体内部最高温度及基础温差和内外温差均控制在设计允许值范围之内，坝体混凝土未出现危害性裂缝、表面裂缝也得到了控制，取得了满意的效果，本工程的温控实例也表明，碾压混凝土大坝温控措施应通过对不同温控方案做详细的经济技术比较来确定，未必都需要采用风冷骨料、加冰拌和等特殊温控措施，尽量优化温控措施，以便在技术上满足温控要求的前提下控制施工成本。