探讨炎热地区碾压混凝土重力坝温控设计

探讨炎热地区碾压混凝土重力坝温控设计

皇甫秉辉

四川水发勘测设计研究有限公司

摘要： 对于大体积混凝土在炎热地区施工，需要严格控制温度，以便确保混凝土施工质量。为更好地探究炎热地区碾压混凝土重力坝温控设计，本文以某炎热地区水电站工程为例进行研究，简单描述工程现状，介绍温控标准，包括基础温差、上下层温差、内外温差、允许最高温度等，并从平均气温、坝体结构尺寸、混凝土热力学、温控标准、温控措施等角度对相关工程的温控措施进行类比，提出的本案例中所采用的温控措施，旨在为相关研究提供参考。

关键词： 碾压混凝土重力坝； 温控设计； 炎热地区

在水利水电工程中，碾压混凝土重力坝比较多见，该坝型具有较多优点，如工艺相对简单，操作起来速度更快，所需水泥相对较少，坝体强度比较高。在碾压混凝土拌和期间会加入较多的粉煤灰，相应地，会降低水泥的使用量，这在一定程度上，减小了绝热温升[1]。然而碾压混凝土重力坝大多存在较大的浇筑体积，坝体散热同样是整个项目施工中需要考虑的重要问题，一旦温度控制不理想，可能出现危害性裂缝，对坝体的耐久性、安全性等产生不利影响。对于炎热地区来说，外部环境温度高，进一步增大了温控难度。本文以某炎热地区水电站工程为例，探讨其碾压混凝土重力坝温控设计。

一、工程概况

本项目工程为某炎热地区水电站工程，挡水建筑物为碾压混凝土重力坝，坝顶高程491.5米，河床段建基面高程432.2米，最大坝高63米，坝顶宽6米，总库容754万m3。该地年平均日照2451h，1月平均气温18.3℃，6月平均气温26.4℃，年平均气温22.5℃，年内温差变化小。

二、温控标准

本项目工程的温控标准是在参考相关要求的条件下制定，重点考虑因素包括气候、结构等，参考的项目工程有广西龙滩水电站、海南红岭水利枢纽工程等，他们位于我国南部区域，处于炎热地区，气温相对较高，与本项目工程气温接近，具有一定参考价值。

1基础温差

根据SL 319-2018《混凝土重力坝设计规范》规定，结合本项目工程高程、坝高、坝顶宽等数据，对于常态混凝土来说，强约束区的温度应控制在19℃至22℃之间，弱约束区达到温度应控制在22℃至25℃之间；对于碾压混凝土来说，其强、弱约束区温度控制范围可适当降低，分别控制在15℃至18℃之间和17℃至19℃之间。在类似工程中，广西龙滩水电站，其最大坝高达到216.5m，年平均气温为20.1℃，强、弱约束区容许温差分别为16.0℃和19.0℃；海南红岭水利枢纽工程中，其最大坝高达到97.7m，年平均气温为24.3℃，强、弱约束区容许温差坝体30米以下分别为15.5℃和17.0℃，30米至70米之间分别为12.0℃和14.5℃，70米以上分别为10.0℃和12.0℃。

通过前面的分析，本项目工程在设计过程中，其容许温差确定如下：常态混凝土的强、弱约束区容许温差分别为19.0℃和22.0℃；碾压混凝土的强、弱约束区容许温差分别为16.0℃和17.0℃。

2上下层温差

结合SL 319-2018《混凝土重力坝设计规范》规定，通常来说，其上下层温差可高于15℃，但应低于20℃。在龙滩水电站中，其上下层容许温差可大于10℃，但不能超过12℃，红岭水利枢纽工程中，其常规混凝土上下层容许温差低于16℃，碾压的则低于13℃。

通过前面的分析，本项目工程在设计过程中，其上下层容许温差确定如下：常态混凝土上下层容许温差低于16℃，碾压混凝土低于13℃。

3内外温差

结合前面提到的规定，其内外温差应控制在25℃以内。对于龙滩来说，该温度低于20℃；在红岭水利枢纽工程中，其碾压混凝土内外温差在16℃以内。

本项目工程在设计时，综合考虑了混凝土内部温度与月平均气温，将他们之间的温差作为重要参考值，对于常规混凝土来说，其内外温差需控制在19℃以内，碾压混凝土低于16℃。

4允许最高温度

对于允许最高温度这一数值的确定，强弱约束区主要与两个因素有关，即基础温差、稳定温度，而自由区，则与内外温差、月平均气温有关。在龙滩水电站中，其强弱约束区的允许最高温度分别为32℃和35℃。

在本项目工程设计中，强约束区的稳定温度为17℃，基础温差为19℃，允许最高温度为36℃，弱约束区的稳定温度为17℃，基础温差为22℃，允许最高温度为39℃。由于不同时间，月平均气温存在一定不同，冬季，月平均气温为19℃，内外温差为19℃，自由区允许最高温度为38℃；夏季，月平均气温为25℃，内外温差为19℃，自由区允许最高温度为44℃。

三、温控措施工程类比

1.平均气温

本项目工程的平均气温接近红岭水利枢纽工程，略高于广西龙滩水电站，他们之间的差距均在5℃以内，可以进行参考。并且，本项目工程月平均温差变化幅度相对较小，也就是说气温相对稳定，更利于施工。

2.坝体结构尺寸

本项目工程的尺寸相对较小，最大坝高均小于广西龙滩水电站、红岭水利枢纽工程，也就是说混凝土施工的规模相对偏小，更易于控制温度。需要注意的是，坝体尺寸小，增大了坝体内部温度受外部环境的影响，可能出现热量倒灌情况。

3.温控标准

本项目工程的地理位置、气候环境等与红岭水利枢纽工程比较接近，本项目工程的下层容许温差、碾压混凝土内外容许温差等数据可参考红岭水利枢纽工程，相对来说，本项目工程的尺寸、最大坝高等相对较小，其容许温差可适当调整。

4.温控措施

和广西龙滩水电站、海南红岭水利枢纽工程相比，本项目工程的环境略优，月平均温度较为稳定，加上项目工程的尺寸、最大坝高等相对较小，温度控制相对容易，可借鉴温度控制经验。

四、温控措施

1.原材料及混凝土

对于骨料来说，需控制其料堆高度与堆放时间，一般不得低于6米，时间应在5天至7天之间。堆存细骨料时，需给予遮盖，避免淋雨。在浇筑基础约束区时，为避免温度过高，可在浇筑前对骨料进行预冷处理。碾压混凝土浇筑自由区域时，自然拌和即可。

2浇筑分层与间歇期

在进行碾压混凝土施工中，运用了连续浇筑法、短间歇、薄层等施工方法，其碾压层厚度控制在30厘米。在强约束区，其升程高度是1.5米，间歇时间为1周；在强约束区和自由区，混凝土碾压升程高度是3米，间歇时间为1周；在溢流坝段顶部区，其升程高度与间歇时间均和强约束区相同[2]。

3混凝土浇筑温度

在实际施工中，若白天气温过高，则可适当调整浇筑混凝土时间，例如夜间温度相对较低 ，在条件允许的情况下，进行夜间浇筑。夏季温度相对较高，浇筑时应采取一定降温措施，如构建遮阳棚，同时，还可采用仓面喷雾的方法来控制温度，也可采用聚苯乙烯泡沫材料辅助控制温度[3]。

4.通水冷却

可采用通水的方法进行冷却，即在需要控制温度的区域铺设水管，铺设区域主要有强约束区、弱约束区等。在本项目工程中，水管之间的距离设置为1.5米左右，对于上下游冷却水管，其距离高于0.5米，冷却水管与廊道的距离高于0.5米，与横缝面的距离可设置为0.8米。冷却水管整体布置为蛇形，每根冷却水管的长度在200米以内。

在本项目工程的实际施工中，借助于天然河水来冷却，水的流入速度为1.5 m3 /h，初次冷却时间持续25天，每天对调整一次水的流向，需要注意的是，需要控制通水的温度，一般与混凝土的温度差需保持在20℃以内。

5表面保护和养护

在进行分层浇筑过程中，单层浇筑完成后，需对其表面进行保护，可运用保温材料进行覆盖，或者给予保温被。综合考虑外部环境温度，拆模施工后，可采用厚聚苯乙烯保温板给予保温。对于新浇筑的混凝土来说，层面可给予湿养护法，一般需持续28天。在养护期间，不得中途停止养护，以免出现干湿交替情况。

五、结束语

总体来说，在进行碾压混凝土重力坝设计时，由于浇筑体积大，间歇时间短，需做好风温度控制。本文结合相关规范，参考类似工程，初步确定项目工程的温控标准。随后提出了一些温度控制措施，如原材料的处理，混凝土浇筑温度控制，通水冷却，面保护和养护等，可较好地控制温度，满足项目工程施工需要。

参考文献

[1]曾政华.碾压混凝土重力坝施工温控措施探析[J].江西建材,2021,(06):25+27.

[2]张利平,朱颖儒,石昊等.炎热地区碾压混凝土重力坝温控设计[J].西北水电,2020,(S1):67-69+73.

[3]杨静安,黄艳艳,郭浩洋等.干热地区高碾压混凝土重力坝温控技术研究与应用[J].西北水电,2020,(S1):54-59.