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三峡右岸厂坝三期工程混凝土温控实践

2004-01-12 06:45:14 《中国三峡建设》 2004年5期

唐道初 陈文夫

摘要:控制和减少混凝土内外温差,使大体积混凝土内外形成比较均匀的温度场,是防止混凝土温度裂缝的关键。三峡地区冬冷夏热,气温骤降频繁,使得混凝土温控成为经年持续、不断变化和充满挑战的重大课题。右岸厂坝三期工程通过强化、细化各施工环节控制措施,使C9015大坝内部混凝土最高温度控制在普遍低于设计允许值4-8℃以下。

关键词:混凝土温控;施工控制;三峡三期工程

中图分类号:TV544文献标识码:B

控制和减少混凝土内外温差,使大体积混凝上内外形成—个稳定、均匀的温度场,是防止混凝土产生温度裂缝的关键。三峡具有季节变化显著、昼夜温差大,气温骤降频繁等气候特点,冬季极端最低气温零下9.8℃,夏季极端最高气温达43.9℃,除冬夏季节之外,其他季节均有多达4-6次的气温骤降现象。在这样的气候条件下,冬、春、秋三季必须加强混凝土保温,夏季则要严格控制混凝土温度上升,因此三峡工程的混凝十温度控制是一个经年持续、不断变化和充满挑战的重大课题。

右岸厂坝三期工程在总结二期工程成功经验的基础上,通过成立业主、监理、设计和施工单位等参建四方主要领导为主的温控协调小组,统一部署,细化各环节控制措施,通过建立温控预警及快速反应等制度强化检查和落实,2004年6-8月做到了R90150#大坝内部混凝土实际最高温度普遍比设计允许值低4~8℃,对防止和减少混凝土裂缝具有十分重要的意义。

1 混凝土温控设计及控制要求

1.1 分层分块及间歇期控制

根据混凝土温控对块体尺寸的一般规律,大体积混凝土施工块体长边一般不宜大于40-45m,长边不宜大于短边的4倍,分层厚度一般不超过2m.并应有一定的层间间歇期。右岸厂坝的设计也严格遵循上述要求,设计长宽比最大为3.23,最大长边43m,最小短边13.3m。右岸大坝共21个坝段,其中厂房坝段又分为钢管槽和实体两个坝段,最大宽度为25m;大坝顺流向总宽ll8m,设两条纵缝,最大块体长度为43m。右岸厂房每个机组段均分为左右两块,顺流向分4个区,最大长边则小于20m,长宽比均小于2.0,并错缝布置。大坝基础约束区分层厚度为1.0-1.5m,脱离基础约束区为2.0m;厂房大体积混凝土分层厚度一般为2.0m,上部结构混凝土则达到了3.0m。为充分利用浇筑层顶面散热,混凝土间歇期夏季一般按7-10d控制.冬季按5-9d控制。

l.2 基础允许温差

由于大坝基岩的约束性很强,设计基础约束区混凝土温差要求控制在16-25℃之内,浇筑块长边尺寸越大则要求越严,基础强约束区比弱约束区要少3℃。

1.3 混凝土内部允许最高温度

右岸大坝混凝土标号以C15为主,上游防渗层等部位为C20,厂房则主要为C25。由于大坝块体较大,温控标准特别是混凝土内部最高温度控制史严,冬季为24~27℃,夏季为33~37℃,基础强约束区加严l~2℃;厂房冬季要求不高于24~29℃,夏季不高于34-39℃。

1.4 上下层温差

当下层混凝土龄期超过28d成为老混凝土时,要求控制上、下层温差在连续上升坝体的上下四分之一长边范围内,上层最高平均温度与下层实际平均温度之差不大于17℃。

1.5 特殊部位温控要求

大坝局部存在并缝的部位。并缝前下部混凝土须冷却至坝体稳定温度(16~18℃),并缝混凝土须安排在低温季节浇筑;厂房Ⅲ区所设封闭块也要求在低温季节回填,封闭块两侧混凝土龄期必须大于1个月并冷却到20℃以下;基础填塘、陡坡混凝土浇至相邻基岩面高程附近后,须冷却到与基岩温度相近(18-20℃)时才能浇筑上部混凝土。

1.6 混凝土原材料与配合比

大坝内部C15混凝土限制最大水胶比0.60,其他混凝土一般不大于0.45~0.50,可以掺入粉煤灰降低水泥用量。粉煤灰要求使用I级灰,需水量小于95%,且内部混凝土最大掺量不大于40%,其他混凝上不大于20%-25%。水泥出厂控制3d水化热不超过251kJ/kg,7d水化热不超过293kJ/kg,进入拌和楼时水泥温度不超过60℃。

1.7 混凝土出机口温度与浇筑温度

基础约束区混凝土冬季12-2月采用自然入仓,其它季节采用门塔机入仓时浇筑温度不得超过12-14℃,采用塔带机入仓时,4~10月浇筑温度不得超过14-16℃,相应的混凝土出机口温度7℃。脱离基础约束区混凝土浇筑温度16~18℃,相应的混凝土出机口温度分别为14℃和7~9℃,二、三级配混凝土浇筑温度相应加严。

1.8 人工冷却

大坝135m以卜纵缝需要接缝灌浆.要求按混凝土内部最高温度控制要求及并缝要求进行初期、中期和后期通水冷却;大坝135m以上没有并缝要求的部位进行初期和中期通水,以削减内外温差;厂房封闭块、蜗壳二期混凝土等部位混凝上进行初期通水冷却。

1.9 混凝土表面保温

5~9月浇筑的混凝土,10月初设施工期永久保温层,其它季节浇的混凝土拆模后立即保温,保温材料必须满足混凝土表面等效放热系数的要求,即大体积混凝土β≦2.0~3.0W/m2℃,人坝上游面、电站进水口等结构混凝土β≦1.5-2.0W/m2℃。

2 主要温控措施

2.1 混凝土原材料与配合比优化

右岸厂坝使用华新水泥厂和葛洲坝水泥厂中热525#水泥,其3d水化热为209~217 kJ/kg,7d水化热为275~287kJ/kg,使用散装运输直接入罐,水泥入罐温度不超过65℃。 粉煤灰则使用山东邹县I级灰,需水量小于9l%,掺量控设计允许最大值即大坝C15内部混凝上掺量40%;使用JG3、ZB—lA等高效减水剂,其减水率均大于18%以上。通过上述优化,四级配大坝C15内部混凝十的用水量降低到了86kg,水泥用量减至94kg,粉煤灰用量63kg。

2.2 混凝土出机口温度控制

右岸厂坝由150系统和84系统共4座扦和楼供料,两系统均使用二次风冷和加冰拌和方式生产预冷混凝土。设计中骨料在一次风冷料仓冷却至8℃左右,在二次风冷料仓(拌和 楼上)冷却至-1.5~+1.0℃之间,冷却时间均为1 h左右,根据需要可同时生产出机口7℃、10℃、14℃的混凝土。在实际生产中,出机口温度合格率一般都控制在95%以上,但有时候混凝土出楼后会出现温度快速回升现象,这主要是因为骨料没有冷透引起。对此,现场一方面加强骨料入仓预冷时间的检查,一方面实施了每班2次砸石测温检查,从而有效地控制了骨料温度。

2.3 入仓温度控制

入仓温度的控制重点足加强遮阳保温,并尽可能快速入仓。使用塔带机浇筑时,混凝土直接从拌和楼经供料线运输入仓。由于三期工程供料线最长达1100m.为减少预冷混凝土在运输途中的热量倒灌,在供料线棚顶粘贴聚乙烯苯板等保温材料,并在供料皮带上方两侧增设橡皮裙边以达到隔热保温目的;其次,在开仓前10分钟,用皮带运送冷水以降低皮带温度。上述措施使供料线上的混凝土温度回升降低了1-2℃。使用门塔机浇筑时,采用汽车运输。汽车离开扦和楼之前须拉上遮阳篷。到达卸料点后汽车的等待时间一般不超过0.5h,超过1.0h的须先检测温度,如已达到允许的浇筑温度时则按废料处理,不得入仓;当混凝上温度小于井接近允许值时,必须在仓内进行摊薄处理。

2.4 浇筑温度控制

混凝土浇筑温度控制的另一个重点就是仓内浇筑时所采取的措施,主要有:

①仓面保温。浇筑坯层振捣完毕后立即覆盖保温被隔热、保温和防晒。三期工程开始时采用3cm厚聚乙烯泡沫为内胆、防丽布为外套的专用保温被,其尺寸一般为1.5m×2.0m,根据仓内布料情况人工及时转移铺盖,使用效果较好。由于防雨布易损伤,聚乙烯泡沫下雨时吸水,重量增加较多,操作不便,于是将外套改为防水布,内胆改成了1.2cm厚的橡塑,操作更为方便,也增加了可重复利用次数。实践表明,对面积较大的尤钢筋或少钢筋坝块,可在实施大面积或全仓隔热保温的情况下,无需启用仓面喷雾等其他措施,即可确保浇筑温度不超温。仓面保温要注意保温被接头的搭接良好,除下料、振捣部位外的其他范围均应覆盖良好,没有遗漏,并重点做好混凝土接头的覆盖保温。该措施对夏季防雨也十分有利。

②仓面喷雾,降低仓面环境温度。根据实测数据,当喷雾的雾化效果较好的情况下,可降低环境温度5-6℃。对钢筋密集的厂房仓号,喷雾则是首选的温控措施:为厂减少喷雾过程中多余的水入仓,提高雾化效果,一般应保证喷雾的压力在10~15MPa以上。喷雾管尽量设在模板外侧,当喷雾管在仓内时,喷雾管下应设截水槽防止向仓内滴水。

③避开高温时段浇筑。夏季上午10:00-下午5:00之间为高温时段,现场通常控制在下午6:00以后开仓,并集中入仓手段,加大混凝土入仓强度,尽量在第二天上午l0:00之前收仓。

④优化资源配置,缩短层间覆盖时间。开仓前根据仓面大小及设备入仓能力,在仓面设计中明确使用台阶法或平浇法。一般仓面面积大于500m2时采取台阶法,以确保层间覆盖时间。大坝钢管坝段等大仓浇筑时,通常配置两台振动臂并辅以3~4个振动棒,以保证仓内振捣能力。当塔带机入仓时,在条件许叮的情况尽可能采用专楼双下料口打料,以提高浇筑强度。

2.5 间歇期控制

由于各种原因,实际施工中很难保证所有仓号完全满足设计间歇期要求,个别仓号甚至超过28d。在秋冬季节,大坝混凝土间歇期一般甲块控制在l0d以内,乙丙块控制在14d以内,厂房则以不超过18d为准;在夏季强度降低的情况下,大坝间歇期放宽到了14d,厂房则放宽到了18-25d。当个别仓号间歇期超过28d时,其续浇的两层混凝土按基础约束区混凝土标准从严控制。

2.6 初期冷却通水

原则上,入坝从基础至坝顶,每层均埋设冷却水管;厂房在高程50m以下的大体积混凝土中埋设冷却水管通水冷却,通水流量18~20L/min。大坝一般2m及以下升层均埋设单层冷却水管,间距1.5m,使用l时黑铁管;2m以上埋设双层冷却水骨,间距2m,下层为l时黑铁管,在开仓前紧贴老混凝土面铺设,上层为塑料水管,在浇筑过程中铺设:厂房因为混凝上标号较高,2m及以上均设双层冷却水管,冷却水管间距较大坝相应缩减50cm:低温季节且水温低于16℃时通江水,高温季节则通制冷水。制冷水由专用的冷水厂供应,供应于管采用橡塑材料保温,使沿途温度回升降低到了l-1.5℃,到达仓面的进水温度控制在10~12℃以内(出厂水温由6~8℃调整到8~10℃以增加产量)。冷却水管每组长度不超过200~250m,管口按A、B编号,进、出水每天换向一次。冷却通水从开仓时就开始,基础约束区一般通水10~15d,脱离基础约束区一般通水7—10d,厂房高标号区一般通水两周。

2.7 外露面保温

分永久保温与临时保温两种,低温季节混凝土立面一般拆模后及时跟进保温,混凝土浇筑层面则在浇筑后12h或冲毛之后保温;夏季对永久外露面根据施工情况灵活安排,临时外露面及浇筑层面5-9月一般不保温,当天气预报短期有气温骤降时(如寒潮),提前一天对上游防渗层等重点部位采取临时保温措施。大坝上游高程98m以下及基础约束区范围永久外露面,外贴5.0cm的聚乙烯苯板,其余有条件的部位均外贴3.0cm的聚乙烯苯板;大坝下游永久外露面及需经历一个冬季的钢管槽侧墙等部位临时外露面,以丛厂房下游画高程82m以下永久外露面,外贴3.0cm的聚乙烯苯板。进水口、排漂孔过流面等异型部位,其保温设施后期必须拆除,采用4.5cm厚的保温被保温;除此以外的其他外露面,全部采用2-3 cm的聚乙烯泡沫卷材进行保温。聚乙烯苯板在大坝上游面135 m以下采用而粘方式,其余部位采用点粘方式,聚苯乙烯板的导热系数不入于0.042W/m·K。

2.8 施工仪埋与混凝土内部温度监测

为及时掌握混凝土内部温度的变化,对在高温季节浇筑的甲块等一些典型仓号,埋设温度汁或测温管加强施工期温度监测,及时反馈混凝土的员高温度,并通过加大冷却通水流量等措施来控制混凝土内部最高温度。该措施已成为温控快速反应的重点内容之一。

2.9 特殊部位温控措施

(1)厂房肘管二期混凝土。右岸厂房12台机组,肘管采用全钢衬,钢衬安装后再浇筑肘管混凝土。由于肘管体型巨大,肘管底部面积达400m2以上.这部分混凝土必须采用高流态的泵送混凝土和自密实混凝土,水泥用量分别达到了273kg和350kg,温控难度更大。该仓层高也是1.5m,7月初陆续开始浇筑。措施如下:

①冷却水管。布双层水管,第一层黑铁管,布在高程25.5m层面,第二层塑料水管,布置高度1.0m,两层水管的水平间距均为1.0m。

②通水冷却。开浇的前4天通10-12℃制冷水,再改通江水4d后暂停通水,避免初期温度降幅过大。通水流量按25-30L/min控制.降温幅度原则按6—8℃控制,9月初开始中期通水冷却,直至混凝土温度降至20-22℃。

根据已浇的17#、22#机等测温资料,混凝上内部最高温度在浇筑后第3天出现,为40-41℃,较设计允许的37℃高3-4℃,接近预定目标。

(2)排沙孔进口底板混凝土。右安Ⅲ排沙孔的进门周围1.0m范围为高标号的抗冲耐磨混凝土R28 400#,其外围为R90300#混凝上,水泥用且分别为305kg和242kg,发热量高且温度回升快。排沙孔进口底板浇筑层厚为1.5m.起浇高程73.5m,8月初浇筑.在肘管口—期混凝土的基础上进一步加大了通水流量,措施如下:

①冷却水管。布双层黑铁管,下层布置在高程75.3m层画,水平间距1.5m,上层布置在1m厚的抗冲耐磨混凝上中央,水平间距1.0m。

②通水冷却。开浇起通10~12℃制冷水,首先人流量通水(30-35 L/min),通水时间按测温管测值达到稳定最高温度后再加通水ld控制(实际为5 d),然后通小流量(18~20L/min)制冷水5d或通江水7d左右,并控制混凝土温度降幅在6℃以内,之后暂停通水。待9月开始进水中期通水冷却,直至冷却到设计越冬温度22℃。

根据预埋的测温管资料,混凝土内部最高温度在浇筑后第4人出现,为33.2℃,较设计允许的37℃低3.8,很好地实现了预控目标。

③盲区混凝十浇筑。由于主力浇筑设备覆盖区域有限,大坝厂房都存在数量、面积不等的浇筑旨区,通常只能通过一些低效率的辅助手段来完成,浇筑温度控制难度也相府增加。为此,采取了强制使用台阶法浇筑、增加喷雾机数量(由l~2台增至2-4台)、更换全新或完好保温被并加快混凝土坯层覆盖、加强拌和楼骨料预冷等措施,由现场监理认真检查落实,实际效果良好。

3 温控工作的组织与管理

三峡三期工程与二期工程相比,除保温方面加大了投入外,其他主要温柠措施都基本相同,但在温控管理方面制订了预警及快速反应等更加细致的制度,成立了专门的协调小组统一指挥,管理力度大大加强。

除建立强有力的管理体系之外,措施及控制标准清楚、管理制度完善也是做好温控工作的重要保证。每个环节的措施及控制标准清楚,人家就知道该怎么做、做到什么水平,而严格的管理制度则持续地保证了温控体系的正常和有效运转。三期工程通过建立全面的预警和快速反应机制,掌握温控了作的主动权,使其始终保持妥控状态,具体内容包括:拌和系统风冷料仓料位不足预警、骨料顶冷温度术达标预警、入仓温度较出机口温度回升超3-5℃预警、实际浇筑温度到达控制标准以下2℃时预警、混凝土坯层覆盖时间达2h预警、通水冷却参数末达标预警、混凝土内部最高温度接近设计允许值以下3℃时预警等。一旦出现预警,各方必须快速反馈并作出反应,采取坚决有效的措施予以化解,当解决不力时则果断采取停料、停仓等,特别是高温时段要对浇筑温度进行加密检测,如lh内连续3个测点超温,则停仓处理。

4 温控成果简述

三期工程各项温控指标都很好地控制在了设计允许范围取得了较好的效果,以2004年6-8月温控统计数据为例:

(1)出机口温度

分别统计7℃、10℃、l4℃三种标准的预冷混凝土,150系统上供大坝,其超温率分别为0.3%、0.0%、0.7%,84系统主供厂房,其超温率分别为0.3%、1.4%、1.9%。

(2)浇筑温度

右岸厂坝共浇混凝土64.6万m3,检测6630次,超温率仅1.0%,其中:大坝共浇53.7万m3,检测4395次,超温率为0.8%;厂房共浇10.9万m3,检测2235次,超温率为1.6%。

(3)冷却通水

共检查初期通水1493组,平均进水温度11.0℃,出水温度18.2℃,平均温差7.3℃,其中:大坝检查通水821组,平均进水温度11.0℃,平均出水温度18.4℃,平均温差7.6℃;厂房检查672组,平均进水温度10.9℃,平均出水温度17.9℃,平均温差7.1℃。

初期通水后闷温检查共1144组,平均99.7%。其中:大坝721组.平均温度25.5t均温度24.8℃。

(4)混凝土内部最高温度

①大坝测温管:共埋设71组,合格率100%,其中高标号区埋设7组,最高温度为36.3℃,平均的最高温度为34.1℃;低标号混凝土区埋设64组,最高温度为34.5℃,平均最高温度为30.2℃。

②大坝仪埋测温:共埋设仪器44支,合格率95.5%,其中高标号区6组,最高温度37.4℃,平均最高温度36.7℃;低标号混凝土区埋设38组,最高温度33.8℃,平均最高温度28.8℃。

③厂房测温管测温:肘管二期混凝土1组,最高温度41.3℃,平均38.6℃;其他部位共15组,最高温度34.7℃,平均最高温度32.0℃,合格率100%。

④厂房仪埋测温:肘管二期混凝土埋设2支仪器,最高温度43.8℃,平均40.6℃其他部位共埋14支仪器,最高温度为35.6℃,平均最高温度30.7℃,合格率100%。

5 建议

综合三峡三期工程的经验,建议从以下几个方面来改进和加强混凝土温控工作:

(1)正确认识并重视温控工作 必须要使大多数人对混凝土裂缝的危害都有清醒、深刻的认识,才能对混凝土温控引起高度的重视,杜绝无所谓和麻痹的态度,从而认真地把工作做深入、做踏实。

(2)坚持改进和完善 混凝土温控没有止境,只有不断地对各项措施进行改进和完善,才能取得更好的效果。例如,三峡二期工程中几乎没有用过的浇筑坯层保温,在三期施工中已成为一项基本措施;其次,永久外露面使用聚乙烯苯板保温,其效果比保温被更优异可靠,也成为了三期工程的主要措施,这些措施都取得了十分显著的效果。

(3)指标要细,执行要严 对每个环节,控制指标都必须细致明确,执行要严,各种措施才能得到很好的落实。例如,三峡严格执行了拌和楼出机口温度超过标准2℃为废料的规定,混凝土出机口温度的合格率就从初期的85%提高到了97%以上。

(4)建立自上而下的监控体系 通过温控小组每周的温控例会,对每周温控成果进行分析和检查,形成一个自上而下的检查、监控体系,使得各级、各环节控制体系都保持警醒,毫不懈怠,确保了温控体系的有效、正常运行。