新疆SETH水库RCC大坝温度控制技术和措施

新疆SETH水库RCC大坝温度控制技术和措施

胡子峥

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摘要：新疆SETH水利枢纽RCC大坝最大坝高75.5m，混凝土工程量86万m3，混凝土有效施工期20个月，工程地处严寒地区，冬休期的保温保护和高温期的温度控制是质量控制的关键。本文介绍碾压混凝土大坝高温期降温措施以及低温期保温措施。

关键词：碾压混凝土大坝  温控  保温  严寒

1.温控的自然条件

本工程碾压混凝土施工期主要为每年的4月中旬~10月中旬，4~5月份气温低但风大，6~9月上旬气温高、干燥，水分蒸发很快。只有9月中旬~10月中旬气候比较适合进行碾压混凝土施工。因此，在高温、干燥、高蒸发、大风条件下进行碾压混凝土施工的温控就是施工的难点。

由于坝址区10月中、下旬开始进入冬季，随之逐渐进入冬季严寒阶段，一直到次年4月初才开始进入混凝土施工期，有记载的极端最低温度为-47℃，此阶段混凝土施工进入冬休期。这种间歇式的施工方法及恶劣的气候条件使混凝土具有独特的温度应力时空分布规律，更增加了碾压混凝土坝温控与防裂的难度。严寒条件下混凝土越冬保护及层面保护问题也是必须考虑的问题之一。

根据青河县气象站1971～2012年的气象观测资料统计，多年平均降水量188.7mm，年降水量的57%集中在5～9月。平均水面蒸发量达1410.1mm（20cm蒸发皿观测值），其中5～8月的蒸发量占全年的66%，最大蒸发量多出现在6月份。多年平均气温1℃，气温年际变化不大，年内变化很大，极端最高气温38.4℃，极端最低气温-47.7℃，变幅达86.1℃，夏季6～8月平均气温在18℃以上。历年最大风速17.3m/s，最大冻土深度239cm。

二台水文站平均气温和降水量统计表

2.设计温度控制要求及温控分区

中水北方勘测设计研究有限责任公司提出的温控设计要求如下：

3.温控技术要求

3.1常态混凝土温控技术要求

当下层混凝土龄期超过28天成为老混凝土时，其上层混凝土应控制上、下层温差，对连续上升坝体且高度大于0.5L（浇筑块长边尺寸）时，允许老混凝土面上下各L/4范围内上层最高平均温度与新混凝土开始浇筑下层实际平均温度之差为15～18℃；浇筑块侧面长期暴露时，或上层混凝土高度小于0.5L或非连续上升时应加严上下层温差控制。混凝土早期形成的内外温差控制不超过15℃，中后期控制内外温差不超过18℃。坝基填塘、陡坡、垫层等部位混凝土容许最高温度按相应坝段基础强约束区最高温度控制。

3.2碾压混凝土温控技术要求

在间歇期超过28天的老混凝土面上继续浇筑时，老混凝土面以上1/4L范围内的新浇筑混凝土按新老混凝土温差控制，温差控制标准为不超过10℃。早期形成的内外温差控制不超过12℃，中后期形成的内外温差控制不超过14℃。坝基填塘、陡坡、垫层等部位混凝土容许最高温度按相应坝段基础强约束区最高温度控制。

4．混凝土温控措施

4.1降低混凝土出机口温度

4.1.1优化混凝土配合比，降低混凝土水化热温升

通过采用低水化热的水泥（水泥7天水化热不大于293KJ/Kg）、高参量的I级粉煤灰、SBTJM-II型缓凝高效减水剂、GYQ-I型引气剂，大坝除上、下游防渗区采用二级配混凝土，其他均为三级配混凝土的措施来优化混凝土配合比，降低水化热温升。本工程碾压混凝土水泥采用了比表面积为310cm2/g的特供水泥。

4.1.2增加储料堆高度

人工骨料系统料仓最大堆料高度为10m，可以保证各料场堆料高度大于10~15m，并且不少于3天的储料量。由于采用地弄给料机取料，料堆底部中心的骨料温度受环境温度的影响较小，而且温度比较稳定，提高了拌和楼风冷骨料仓（一次风冷仓）的风冷保证率。

4.1.3保证料流风冷时间

尽量缩短骨料进仓间隔时间，及时足量的向料仓补料，使料流在一次风冷料仓中停滞时间达2.5h以上，使骨料得到充分冷却。

4.1.4采用保温廊道和遮阳廊道

人工骨料系统料仓至拌和系统中转料仓之间骨料输送皮带顶上搭设彩钢瓦遮阳棚，挡住直射阳光，减少阳光直射引起的温升，同时也起到遮雨作用。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。

4.1.5采用一次风冷方案

4.1.5.1工艺设计参数：

①蒸发温度

骨料风冷：-15℃；制冰水：-5℃。

②冷凝温度

冷凝温度32℃；当地夏季温度按18.2℃考虑。

4.1.5.2制冷站概述：

   本工程总设计生产能力为12℃低温碾压砼产量300M

3/h，其中冰水生产能力22.5M3/h；制冷剂采用氨（R717），骨料冷却系统为氨泵强制循环供液，冰水预冷系统采用直接高压供液。为简化制冷系统，制冷设备全部设置在一个冷冻站内。

4.1.5.3制冷系统主要设备选型：

①风冷系统

共选用5台LG20ⅢTA250螺杆式制冷压缩机组，机组运行工况：-15℃/32℃，单台制冷量743kw；轴功率217.7kw，电机功率250kw，电压380V/50Hz；预润滑油泵电机功率1.1KW；5台机组运行工况下总制冷量3713kw，总装机总功率1250kw，冷凝器总负荷4805kw。

②冰水系统

选用1台LG20ⅢDA185螺杆式制冷压缩机组，机组运行工况：-5℃/32℃，单台制冷量686kw；轴功率139kw，电机功率185kw，电压380V/50Hz；预润滑油泵电机功率1.1KW；总装机总功率185kw，冷凝器总负荷826kw。

③空气冷却器

通过计算，单个骨料采用一个料仓，料仓体积过大，骨料冷却困难，故将单一骨料藏均分为两个200m3料仓；空气冷却器按每一个料仓配1套，共6套。骨料输送廊单独配空气冷却器1套。

G4仓选配GKL1650、G3仓选配GKL 2200、G2仓选配GKL 1650的空气冷却器。空气冷却器GKL1650风量为4.1万m3/h，空气冷却器GKL2200风量为5.4万m3/h。

选用1台LZL240螺旋管式蒸发器，配带分液器和集油器组件，直接将20℃清水降温至2℃，设置于机房制冷机房内,采用压力供液。选用3台SPL-2010CS型蒸发式冷凝器，架设于制冷机房屋顶。

 ④高压贮液器

选用2台ZA8.0高压贮液器，单台容积8M3，贮液量在30%至70%之间波动。

⑤桶泵机组：

风冷氨系统选择3台ATB5.0-2桶泵机组，单台低压循环贮液器容积5M3，每台低压循环贮液器配置2台CNF50-200/AGX8.5屏蔽氨泵，1开1备。每台桶泵机组自带1个现场控制箱。

 ⑥冰水水泵

选用2台离心泵，1开1备，流量30M3/h，扬程40M。

⑦辅助容器：

   制冷站采用1台JY500集油器，为保证氨系统各设备正常工作，应根据系统运行情况，定期及时排出设备内的冷冻机油。制冷站采用1台JX159紧急泄氨器，当紧急情况发生时，将系统内的氨液通过紧急泄氨器快速排放。制冷站内设置1台KF096空气分离器，排出系统内的不凝性气体，提供制冷系统的运行效率。制冷站内设置1台HZAP10热虹吸贮液器。

4.1.5.4制冷设计

    ①设计依据：

工地原材料初始温度（℃）

混凝土配合比：C9020W6F50

骨料含水量按G2、G3含水0.5%，G4含水1%，砂含水量按1.5%考虑；预冷混凝土出机口温度≤12℃；预冷砼总生产能力300M3/h。

②设计计算：经计算出机口温度11.9℃.

③骨料冷却：

采用一次风冷方式，将骨料G2从22℃降至2℃；G3、G4从25℃降至3℃；预冷骨料采用保温输送廊，通冷风继续降温，不考虑温升；系统蒸发温度-15℃，考虑冷损，一次风冷总耗冷量为：3466KW。

  ④拌和楼内用3℃冰水，考虑到输水系统温升，实际冰水出水温度按2℃考虑，冰水生产能力按22.5 M3/h。蒸发温度-5℃，冰水系统总耗制冷量542KW。

4.2仓面温控措施

4.2.1控制浇筑层厚度和上、下浇注层间歇时间

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1.0~5.0m，基础约束区以外最大浇筑高度控制在3m以内，上、下浇筑间歇时间为5~7天。在高温季节，可采用表面流水冷却的方法进行散热。

4.2.2掺加缓凝高效减水剂

高温季节，采用SBTJM-II缓凝高效减水剂，适当调整掺量，使高温季节混凝土的初凝时间不小于6h。通过试验室室内试验：在温度为29~30℃时，初凝时间为9h；室外温度为20~32℃，大风、阳光直射、干燥条件下，初凝时间为6h，终凝时间为17h。

5.2.3混凝土运输车保温

对于碾压混凝土，尽量采用自卸车直接入仓的方式，减少中间环节的倒运，降低预冷混凝土的温度回升。根据新疆特优的雨量偏少这一特点，在购买新车前要求车辆厂家直接在厂里进行液压翻身防晒板的制作安装，既解决了自制防晒棚使用不方便和使用时间较短的缺点，又加快了混凝土的运输速度；其余混凝土运输车的车顶补搭设活动遮阳蓬，以减少混凝土温度回升。

5.2.4仓面小气候制造和保温覆盖

在施工现场采取制造仓面小气候的措施，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，根据工程实践证明，采用仓面小气候可以降低仓面气温10℃左右，降低浇筑温度5~8℃，仓面湿度可以提升30%左右。

在6~8月份收仓仓面和暂停仓面覆盖保温被，以降低混凝土表面水分蒸发，进一步提高混凝土质量。保温被采用双层编制布内置聚氨酯泡沫，其中尺寸为1Mx10m、厚度为5cm的保温被配置约6000m2；尺寸为1mX4m、厚度为2cm的保温被配置为4000m2，满足了高温季节混凝土施工仓面保温及养护的要求。

4.2.5坝体埋设冷却水管进行多期通水冷却

约束区、坝体度汛缺口部位和5~9月的施工部位埋设冷却水管。冷却水管采用高强聚乙烯塑料管，管径32mm、壁厚2mm、导热系数K>=1..0kJ/（mh℃）,管中流速控制在0.6m/s左右。冷却水管不穿过横缝，距混凝土边缘水平距离为0.75m。6~8月份施工基础约束区外混凝土时，在9月份进行二次通水冷却，过水时间为1~2月，控制坝体内外温差。冷却水管控制在300m以内，水管排间距1.0mX1.0m ~1.5m X1.5m。根据气温情况在上层混凝土完成后1~2天内进行通水冷却，通水采用河水（高温季节采用10~12℃基坑渗水），通水历时20天。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，初期通水冷却差按15~18℃控制，后期按20~22℃控制，混凝土降温速度控制在0.5~1.0℃范围内。

4.2.6其他技术措施

碾压混凝土浇筑采用斜面碾压技术，缩短层间覆盖时间，本工程层间间隔时间基本控制在4~6h以内；高温季节层间间隔时间基本控制在2h以内；强化资源配置使碾压混凝土浇筑做到快平快碾；避开高温时段浇筑混凝土；动态控制碾压混凝土VC值等。

5．混凝土越冬保温保护措施

严寒地区碾压混凝土高重力坝坝上、下游越冬层面如果温度应力超标，容易引发裂缝，对此采取严格的保温措施。当地气温进入冬季阶段，冬休期越冬层面混凝土必须进行临时保护，上、下游坝面和端部采取永久保温和临时保温相结合的保护措施。

5.1大坝上游面保温

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。

喷涂硬泡聚氨酯主要技术性能要求

5.2大坝下游面保温

下游面采用“喷涂硬泡聚氨酯+防老化面漆”的表面保温方案。

5.3大坝侧面保护

坝体侧面采用粘贴10cm厚XPS板。

5.4大坝越冬面保温

首先在越冬面铺设一层塑料薄膜（厚0.6mm），然后在其上铺设2层2cm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3m范围内喷涂10cm厚聚氨酯硬质泡沫。9#和10#坝段横缝面，对模板拆除部位采用黄土覆盖，应确保黄土包裹模板1m，顶宽2m；模板未拆除部位在模板上喷涂聚氨酯泡沫方式进行越冬保温，喷涂厚度10cm。6#和7#坝段横缝面，直接在模板上喷涂聚氨酯泡沫方式进行越冬保温，喷涂厚度10cm。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10cm的方式进行保温，确保钢筋外露部位的混凝土保温防护效果。导流底孔采用进出口挂门帘与底孔顶部安装采暖片结合的方式进行保温，门帘由土工布及保温被缝合组成，厚度5cm，工字钢固定，门帘入水5cm；底孔内装40片暖气片（4片一组），采用10个自动温控器控制温度，使导流底孔内温度保持在5℃。

5.5大坝越冬面的揭开

第二年的3月底~4月初，结合现场实际气温与混凝土表面实测温度的情况，逐步拆除临时保温被，越冬层面混凝土温度与日平均气温温差小于3℃，可把保温被完全揭开。

5.6监测成果

5.6.1坝址气温

大坝冬季保温采用覆盖保温被的方法，为了监测保温效果，在大坝布置了9支温度计，采用自动化监测的方法对大坝温度进行了监测。

上表数据表明，2018年冬季坝址气温高于当地多年平均气温，气温回升明显。

5.6.2温度计布置方式

1#、6#温度计布置在9#和14#坝体上游面，3#、4#、5#温度计布置在9#、11#、14#坝体下游面。2#温度计布置在9#坝体分缝端头，7#温度计布置在14#坝体中部越冬层表面，8#温度计布置在18#坝段基础覆盖混凝土坝体越冬层表面，9#温度计布置在围堰上测量外界温度。

5.6.3坝体表面温度

冬季期间坝体表面各部位温度情况：

(1)上下游表面温度：14#坝段上游面为0.32~14.67℃，下游面为7.54~17.14℃。

(2)顶面温度：14#坝段顶面为13.75~20.11℃。

(3)侧面温度：9#坝段侧面温度1.17~4.66℃。

5.6.4坝体内部温度

  大坝温度计变化量统计表

目前大坝温度累计最大变化量为19.2℃，监测效应量分布总体符合一般规律，各部位工作现状总体正常。

5.7冬季保温效果

    从整个越冬时段（11月~次年3月底）的环境温度监测数据分析，比多年平均气温高了5.12℃。坝体监测数据显示，除侧面温度，坝体其他表面温度与环境温差大，大坝冬季保温效果显著。

6.结语

新疆SETH水利枢纽碾压混凝土大坝两年多的施工，已经浇筑的碾压混凝土重力坝经过零下三十多度严冬的考验通过钻孔取芯和试验室的各项检测指标均在设计和理论计算的范围内。越冬期间的监测数据表明大坝冬季保温效果显著，2018 年冬季坝体内外温差经温控仿真分析，坝体拉应力没有超过允许拉应力，坝体不会因为内外温差过大而开裂，保温措施对减小内外温差起了重要作用。在炎热、干燥、高蒸发、高温差及严寒条件下建设碾压混凝土重力坝遇到的各种困难比南方地区多，没有多少经验可以借鉴。经过工程建设者和科研人员的共同努力，在环境恶劣地区建设碾压混凝土重力坝取得了初步成功。