藤子沟混凝土双曲拱坝温度控制

【摘要】混凝土施工期温度控制，是混凝土拱坝防裂的关键技术问题。藤子沟拱坝混凝土粗细骨料均为长石石英砂岩，对混凝土热学性能不利，温控防裂难度大，在施工期间针对这种特定情况，采取了一系列相应的温控防裂措施，有效地预防了坝体裂缝。

【关键词】藤子沟；拱坝；温度控制

1. 工程概况

（1）藤子沟水电站工程位于重庆市石柱县境内龙河上游河段，是龙河梯级开发的龙头水库，该工程以发电为主，兼顾水产养殖等综合利用。工程由挡水建筑物、泄洪消能建筑物、引水系统和厂区系统组成。电站最大坝高124m，总装机容量70MW，正常库容1.86亿m3。本工程大坝和泄洪建筑物为2级，引水发电系统建筑物为3级。

（2）藤子沟电站大坝为混凝土双曲拱坝（见图1），坝顶高程777m，最低建基面高程653m。大坝体形采用椭圆形双曲线，顶拱中心角90.347°，拱冠梁底宽20.01m，厚高比0.171，坝顶最小宽度5.0m，最大坝高124m，坝顶长339.475m。大坝共分为17个坝段，其中2#～7#、12#～18#坝段分别为右、左岸挡水坝段（1#坝段被优化去），8#～11#坝段为表孔溢流坝段。大坝混凝土总量39万m3，混凝土强度等级主要为C20、C25，级配主要为四级配、三级配。

（3）大坝混凝土主要采用2台20T辐射式缆机入仓，于2003年3月开始浇筑，2005年6月浇筑完成，历时28个月，平均月浇筑强度1.4万m3，坝体上升速度4.4m；月最大浇筑强度2.5万m3，坝体最大上升速度8m。拱坝总体浇筑情况详见图2。

（4）根据国内外很多混凝土坝的施工情况看，都会出现不同程度的温度裂缝。温度裂缝特别是深层裂缝将严重影响到坝体的整体性和稳定性，直接威胁到坝体的运行安全，故必须采取严格的温措施防止表面裂缝、杜绝深层裂缝。在藤子沟拱坝中，根据当地气候特点和混凝土各方面性能特点，专门采取了相应的温控措施，取得了较好的效果。

2. 温控标准

2.1基础温差（见表1）。

2.2混凝土内部最高温度（见表2）。

2.3上、下浇筑层温差。

允许上、下浇筑层温差17～20℃，对上层混凝土短间歇均匀上升的浇筑高度大于0.5L（L为混凝土浇筑块长边尺寸）时，按高限控制；浇筑块侧面长期暴露、上层混凝土高度小于0.5L或非均匀上升时，温差按低限控制。

3. 基本资料

3.1气象、水温资料。

坝址区域属亚热带湿润气候，具有春雨、伏旱、秋雨绵绵和冬干的特点。多年平均降雨量1258mm；多年平均日照数为1230小时；多年平均相对湿度79%；多年平均蒸发量1175mm；多年平均风速0.8m/s，最大风速12m/s，风向WNW；多年平均气温16.4℃，最高气温40.2℃，最低气温-4.7℃；多年平均水温15.9℃。多年平均水温、气温情况详见表3。

3.2混凝土原材料。

（1）水泥：本工程选用的是重庆地维水泥有限公司生产的“地维”525#中热硅酸盐水泥，据水泥化学成分分析，MgO含量约为4%，使水泥有一定微膨胀性，利用其所具有的延迟微膨胀性作用补偿混凝土由于降温而引起的收缩变形，对防止混凝土温度裂缝有较好的效果。“地维”525#中热硅酸盐水泥的物理性能详见表4。

（2）粉煤灰：采用重庆珞璜电厂生产的粉煤灰，检验表明，除细度为16%超过I级灰外，其它各项指标均满足I级灰的国家标准要求，表明珞璜II级粉煤灰品质优良。其物理性能详见表5。

（3）骨料：采用约距坝址3Km处玉家山料场的长石石英砂岩骨料。骨料线膨胀系数偏大，对施工期温控不利；且在混凝土相同强度情况下，砂岩骨料水泥用量比灰岩骨料多用12～15Kg左右，亦加大了温控难度。

3.3混凝土力学性能。

混凝土的抗压强度和极限压缩变形值一般较高，但其抗拉强度和极限拉伸值相对较低，混凝土产生裂缝，绝大多数是因为温度应力超过混凝土自身抗拉应力，或应变超过混凝土极限拉伸值引起的。本工程采用地维525#中热硅酸盐水泥、珞璜II级粉煤灰及长石石英砂岩骨料等为原材料，通过混凝土力学试验，选出了最优配合比，其力学性能详见表6。

3.4混凝土热学性能（详见表7）。

4. 混凝土出机口温度、浇筑温度确定

根据混凝土温控标准、气温及混凝土热学性能，计算出在各个时段下混凝土的出机口温度及浇筑温度，以便在施工过程中制定出相应的混凝土预冷方案。

5. 混凝土分层

（1）混凝土分层厚度的大小对表面散热、降低水化热温升和缩小上下层混凝土温差有显著的因果关系，分层原则是尽量避免基础或老混凝土对新浇混凝土产生过大的约束，以防止温度应力过大而产生裂缝。大坝混凝土主要按1.5m和3.0m两个厚度分层，在基础约束区0.4L（L为混凝土块长边尺寸）范围内按1.5m分层，短间歇薄层均匀上升，非基础约束区按3.0m分层。非基础约束区内混凝土龄期超过28天的视为老混凝土，之上先浇筑两个1.5m厚薄层，再按3.0层厚浇筑。

（2）2004年度，由于两岸坡坝段混凝土滞后较多，形成了中间坝段高、两边坝段低的局面，其中有个很重要的原因就是：岸坡坝段基础约束区范围大，采用薄层浇筑的仓号相应多，故尔上升速度慢。为了加快两岸坡坝段上升速度，并经专家咨询，最终决定：岸坡坝段在高温季节（6月～8月）均按1.5m层厚浇筑；在非高温季节先浇筑两个1.5m薄层，之后按3.0m浇筑，并加密布设冷却水管，加强通水冷却。

6. 温度控制措施

6.1通过优化混凝土配合比设计，降低水泥材料用量。藤子沟大坝C20、C25四级配混凝土水泥用量分别为，这是本地区特定条件下最优配合比，对混凝土温度控制是有利的。

6.2合理选择施工时段。

（1）坝体混凝土由于浇筑时间、约束情况及边界条件的差异，所产生的温度应力差别很大。本工程混凝土全年浇筑，每年10月至次年4月因气温较好，因此应尽量多浇、快浇混凝土，提高混凝土施工强度；5月至9月气温较高，应尽量利用早晚、夜间及阴天多浇、快浇混凝土，白天在有充分的温控前提下浇筑混凝土。在高温季节，两岸坡坝段日照时间相对较短，可多浇混凝土。

（2）从本工程实际施工情况统计，10月至次年4月共浇筑混凝土26.3万m3，占总工程量的67%，月平均浇筑强度1.64万m3；5月至9月共浇筑混凝土12.8万m3，占总工程量的33%，月平均浇筑强度1.07万m3。坝体混凝土浇筑情况详见图2。由于大部分混凝土在低温季节浇筑，而高温季节也是保证温控前提下浇筑混凝土，故尔对防止温度应力过大产生的裂缝极为有利。

6.3合理控制浇筑层厚和间歇时间。

浇筑层厚度大小直接影响混凝土散热速率、内外温度差，进而影响温度应力大小，施工时基础约束区按1.5m浇筑，非基础约束区按3.0m浇筑。混凝土层间间歇是温控的关键，一般情况下层间间歇期为7天，大于28天的按老混凝土处理（6月～8月高温时段间歇期大于21天者视为老混凝土），即短间歇浇筑两个薄层混凝土。对于间歇期特别长的混凝土，应针对情况进行特殊处理。如11#坝段727m仓号，由于出现低强混凝土事故，间歇了96天，除了采用薄层浇筑外，还在老混凝土面铺设了20@200×200钢筋网。

6.4高温季节施工。

6.4.1预冷混凝土。

根据《混凝土浇筑温度、出机口温度计算成果表》（表8）情况，分析如下：（1）基础约束区全部为C25混凝土，浇筑温度标准高，11月至次年3月自然拌和能满足温控要求，4月至10月需拌制低温混凝土，7、8月份温控标准太高，预冷混凝土亦很难达到要求，故7、8月份尽量不浇筑基础约束区混凝土，即便浇筑，亦在早晚夜间进行。（2）非基础约束区C20混凝土：10月至次年4月自然拌和能满足要求，5月至9月需拌制低温混凝土。（3）非基础约束区C25混凝土：11月至次年3月自然拌和能满足要求，4月至10月需拌制低温混凝土。

6.4.1.1混凝土预冷主要用如下手段：高堆料堆，地垅取料；一次风冷；二次风冷；加冰拌和。在不同的气温条件下，对上述手段调配组合，而制定出不同的预冷方案。

①随时保证骨料满仓，堆高可达16m，地垅取料，可降低骨料的初始温度。经检测，骨料温度比平均气温约低2～3℃。

②一次风冷：一次风冷在骨料调节料仓内进行，对粗骨料风冷，砂不作冷却。一次风冷制冷量为110万kcal/h，初温30℃的骨料经过约4小时冷却可降至11～12℃。

③二次风冷：二次风冷制冷量为110万kcal/h，在拌和楼配料仓内进行，也只是对粗骨料风冷，由于二次风冷时间短，效果不很好，在实际操作中，主要以加强一冷来弥补。

④冷水、加冰拌和：加冰拌和在本工程中应用很多，据理论计算和现场实测，每立方米混凝土加冰10Kg，可降低混凝土出机口温度1.0～1.3℃。施工时片冰掺量一般为30Kg，冰温多为-2～0℃，可降低混凝土温度3～4℃。

6.4.1.2根据上述制冷手段，进行调配，制定出如下三种混凝土预冷方案：

（1）方案A：①+④，地垅取料 + 冷水、加冰拌和。

（2）方案B：①+②+④，地垅取料 + 一次风冷 + 冷水、加冰拌和。

（3）方案C：①+②+③+④，地垅取料 + 一次风冷 + 二次风冷 + 冷水、加冰拌和。

6.4.1.3通过上述冷却手段的综合利用，可将混凝土出机口温度控制在13～16℃，绝大部分均在控制范围内。在7、8月份，由于正午气温过高（时有36～38℃者），有部分混凝土出机口温度、浇筑温度超标，对此主要是通过加强混凝土内部通水冷却和表面流水养护予以弥补。

6.4.2其它手段。

（1）在高温季节，经预冷，混凝土出机口温度多控制在18℃以内，但7～8月在太阳直射情况下气温有的超过40℃，混凝土与气温差异很大，易造成混凝土温度“倒灌”，因此必须采取一系列的方法来降低混凝土浇筑温度，从而达到混凝土温控目的。

（2）混凝土出机后，加快混凝土运输速度，减少混凝土倒运次数，缩短浇筑时间；在运输过程中，对运输机具进行保温，防止温度“倒灌”；采用薄层铺料浇筑，以快速覆盖新铺筑的混凝土，并在新浇混凝土面加盖隔热板，防止太阳直晒；在仓面上空喷洒水雾。混凝土封仓终凝后即开始洒水养护，保持施工缝面、浇筑块侧面充分湿润。

6.5低温季节保温。

（1）坝址区气候较暖和，仅12月～次年2月气温稍低，分别为8.0℃、5.8℃、7.2℃，这段时间需加强表面保护，控制好内外温差，否则，当混凝土内外温差较大时，就可能因温度应力过大而产生裂缝。控制内外温差方法之一就是加强混凝土表面保温，防止寒潮袭击、防止外部混凝土因降温速率过快而产生裂缝。

（2）根据本工程的具体特点，我们对11月～次年2月浇筑的混凝土表面采用了保温板和保温膜进行保温。坝体上游面采用内贴双层气垫保温膜保温，在混凝土浇筑前，将薄膜附贴于模板上即可。坝体下游面考虑到永久表面的美观要求，采用了悬挂聚乙烯发泡保温板保温。保温板厚20mm，导热系数0.0494W/（cm·K）。

6.6通水冷却。

控制混凝土内外温差除了加强混凝土表面保温外，还有一个非常重要的方法就是混凝土内部通水冷却。只有同时做好了这两方面工作，温控目标才更能得以实现。

6.6.1坝体冷却水管布置。

（1）本工程冷却水管选用的是聚乙烯塑料管（PE管），管径32mm，壁厚2mm，其主要性如下：拉伸屈服应力≥20MPa；纵向回缩率≤3%；断裂伸长率为205%；导热系数为0.44W/（cm·K）。PE管在坝体内蛇形布置。

（2）基础约束区内冷却水管按1.5m×1.5m布置，非基础约束区按3.0m×1.5m布置。岸坡坝段及每层接缝拱圈后浇块也按1.5m×1.5m布置，特殊部位根据具体情况作相应调整。一根PE管的布置长度不超过250m。

6.6.2通水冷却。

通水冷却分为初期通水、中期通水和后期通水。

（1）初期通水：初期通水主要目的是“削峰”，及时带出水泥水化热，控制混凝土内部最高温度。初期通水均采用河水，在混凝土浇筑时即进行，通水流量为20L/min，通水时间为15天，视具体温度情况增减，每天换向通水冷却。初期通水效果非常明显，据统计，一般可“削峰”3～5℃。

（2）中期通水：中期通水将混凝土冷却至20～22℃，削减混凝土内外温差，预防产生混凝土表面裂缝，以确保混凝土安全过冬。中期通水也采用河水，流量约为25L/min，每天换向冷却，直至将混凝土冷却至20～22℃为止。对于低温季节浇筑的混凝土，初、中期冷却一次进行。

（3）后期通水：后期通水是将混凝土温度降至封拱温度，以便进行大坝接缝灌浆。后期通水一般采用制冷水或混合水，水温4～8℃，冷却时间1～1.5月。

6.7特殊部位温控。

6.7.12#～5#坝段温控。

（1）2#～5#坝段混凝土原设计采用强度为C25的四级配混凝土，坍落度3～5cm，为了满足胶带机浇筑时的输送要求，混凝土调整为三级配，坍落度5～7cm。由于混凝土级配和坍落度的调整，使得每方混凝土水泥用量约增加了27Kg，混凝土内部温度增高了2℃多，给混凝土温度控制带来了较大难度。在胶带机输送混凝土料的过程中，由于混凝土薄层摊铺，且运距较长，在高温季节特别是6～8月易形成温度“倒灌”，混凝土温升快。

（2）为了保证大坝混凝土质量，防止因内外温差过大而产生温度裂缝，必需控制好混凝土内部最高温度。2#～5#由于采用了胶带机浇筑混凝土，给混凝土温控带来了一定的难度，为此，针对这一特殊情况，专门制定了如下一系列温控措施：A.拌制低温混凝土。B.加快混凝土运输速度，防止温度“倒灌”。C.胶带机加盖遮阳板，防止太阳直射。D.浇筑过程中，在仓面上空喷洒水雾。E.加密布置坝内冷却水管，其层、间距为1.5m×1.2m；并加强初期通水冷却，冷却时间不少于20天。

6.7.2导流底孔等孔口保护。

每年入秋后，将导流底孔、廊道及其它所有孔洞进出口用聚乙烯保温板进行封堵，以防止冷风贯通产生混凝土表面裂缝。浇筑块的棱角和突出部分也进行了保护。

7. 实施效果

坝体混凝土自2003年3月开始浇筑至2005年6月基本结束，历时28个月，历经了2个夏季和2个冬季，在施工过程中严格采取了上述综合防裂措施，取得了很好的效果。大坝于2005年3月下闸蓄水至今已3年，经坝体混凝土全面检查，尚未发现混凝土温度裂缝，这在国内混凝土高薄拱坝中是极少见的。加之本工程所采用的骨料为砂岩，其水泥用量大、导热性能差，且线膨胀系数大，这种骨料混凝土在水电工程中应用较少，经验较缺乏，温控防裂难度大。本工程所采取的温控防裂措施简单经济，而且在这种不利情况下取得了很好的温控效果，可供其它工程参考。

8. 结语

温度控制和防裂是混凝土拱坝施工的重点，也是技术难点，它直接关系到大坝的成败。从藤子沟拱坝温控防裂手段和效果来看，是非常成功的，归纳起来，混凝土温控主要应做好如下几方面的工作。

8.1选用合理的混凝土原材料，改善混凝土的力学、热学性能。

8.2合理安排混凝土施工时段，尽量在低温季节多浇快浇混凝土。

8.3合理分层，严格控制层间间歇时间，坝段间做好统一协调。

8.4控制混凝土浇筑温度。

8.5加强混凝土内部通水冷却和表面保温。

8.6确保混凝土施工质量，提高混凝土抗裂能力。

[文章编号]1006-7619（2013）10-18-890

[作者简介] 李军华（1976- ），男，籍贯：贵州省贵阳人，职称：工程师，从事水利水电施工技术工作。