上海东华工程咨询有限公司 上海 200434
摘要：在水利水电工程施工过程中，大体积混凝土的裂缝对工程质量、安全以及耐久性有着直接的影响，混凝土裂缝的产生不仅与施工方法有关，还与结构设计、材料组成、温度控制、约束条件、施工环境等因素有关。本文结合宁波奉化区葛岙水库工程实例，对大体积混凝土浇筑温控进行分析，确定了重力坝大体积混凝土的科学、经济的温控措施。
关键词：重力坝；大体积混凝土；温控；措施
1工程概况
葛岙水库为灌溉、供水、生态等综合利用于一体的水利工程，水库总库容4095万m3，集水面积38.5km2，其主要目的是以防洪为主，葛岙水库工程等级为三级，拦河坝、泄洪、输水、排水、消能等建筑物为三级，河堤、堰坝等建筑物为四级；临时建筑物为五级。本工程大坝混凝土约30万m3，主要采用的混凝土强度等级：上游面为C9025W6F50三级配、下游面为C9020W4F50三级配、坝体为C9015W2F50四级配混凝土。
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图1
2研究内容
本项目通过副坝右岸13#、14#两个试验坝段的混凝土浇筑，确定科学经济的重力坝大体积混凝土温控措施。主要技术路线如图所示，设计初定混凝土配比，并进行基础强度、绝热温升、线膨胀系数等基础性能试验，为试验坝段温控数值模拟提供参数，进而通过温控数值模拟分析，确定试验坝段温控具体措施，为试验坝段提供有价值的参考。同时指导试验坝段监测仪器埋设，获得试验坝段实测温度变化等关键数据，对温控数值模型进行修正，进而为后续大规模施工提供优化方案。最终通过数值模拟与试验坝段的实际浇筑，确定科学经济的大坝主体工程大体积混凝土温控措施。
3本工程试验坝段大体积混凝土温度控制方案
3.1降低混凝土浇筑温度以及发热量
⑴考虑掺加一定粉煤灰，掺量30%左右。⑵高强混凝土在秋冬春室外温度5℃-20℃的季节进行浇筑。⑶配备制冷设备，通过在拌和系统储料仓风冷粗骨料。⑷搅拌用水，采用风冷粗骨料制冷设备，在混凝土浇筑间歇时间内配制7℃左右的冷水。在拌和过程中采用7℃左右的冷水。⑸夏季当气温较高采用综合措施砼浇筑温度仍达不到要求时，应停止施工。
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图2
3.2控制浇筑厚度和时间
弱约束区和非约束区混凝土浇筑层厚度为2.0m，强约束区浇筑层厚度不大于1.5m，坝体相邻块高差不大于12M，相邻块混凝土浇筑间距不大于21d。本工程所在区域的月平均气温最高为28.8℃，高温季节气温不是很高，为降低工程造价，不设置制冷系统，采用避高温的浇筑方法，即白天做准备工作，早晚薄层浇筑，并且在坝体内采用拔管通河水的措施解决。低温季节当日平均气温低于3℃以下时不能进行混凝土浇筑。
3.3控制混凝土发热量
大坝施工时用水管进行冷却，以降低水泥水化热温升以及混凝土最大温升，减小温差。按照初步温度控制计算，水管间距为1.5m*1.5m（水平*竖向）。冷却水温为8℃，流量为1.5m3/h，水管冷却时间20d，每24h改变一次水流向；最高温度峰值后改用常温水，流量1.0m3/h，日降温速率控制在≤0.5℃/d，每24h改变一次水流向。
4试验坝段温控施工组织
本工程项目于2018年10月完成招投标，工期规定，交通工程A线覆盖坝段部分（副坝右岸岸坡13#、14#坝段）须在2019年8月30号之前完成。副坝两个坝段先开工建设，于2019年4月开工浇筑。计划3个月完工，共计浇筑混凝土计算值为0.24万m³。
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图3 副坝两个坝段下游视图
表1 副坝14#岸坡坝段浇筑进度
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副坝13#坝段岸坡坝段浇筑进度
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初拟的施工浇筑进度见下表。昼夜温差设置为±6℃，不考虑日照对气温的影响。浇筑入仓温度为多年日均气温，下限不低于16.1℃（4月平均气温）。根据初步温度仿真成果，结合施工时段及施工场地条件，推荐先行坝段浇筑层厚取1.5m，层间隔时间为10d（240h），浇筑块的龄期前4天表面有钢模板，拆模后表面没有保温措施，混凝土内无冷却水管。
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图4
监测仪器的埋设，跟随大坝浇筑进度安排，在浇筑块初凝前完成测点的埋设。埋设完成后，立即开始数据采集，并结合人工测量进行测点校准。温度测值采用自动化采集，推荐采集频率每1~2h一次。开挖坝基时，同步开始监测数据采集单元的布设和调试，并开始环境温度采集工作，以确保浇筑时监测数据能及时有效采集。
在坝基开挖验槽后钻孔埋设基岩温度测点（埋深1m，采用手工钻开孔，水泥砂浆封孔）。测点埋设后开始温度采集，采集频率与环境温度采集同步。基础面仪器位置固定好接入监测系统，并取得初始测值后，再开始混凝土的浇筑。仪器埋设在混凝土仓面处理后进行，仪器位置应固定牢靠，并设立标志，浇筑时振捣器不得接触仪器支架。层间仪器埋设在上层混凝土浇筑前埋设，埋设方法参考基础面。层内仪器在浇筑前采用支架固定并接入监测系统，取得初始测值后，方可进行混凝土浇筑。
监测仪器线缆向下收束在同一根PVC管中，沿仓面从接近下游面的侧面接出坝体，PVC管需保证一定向出口的坡度，防止雨水进入，接出坝体后的线缆做好标记后采用架空方式接至采集箱。具体布置需结合现场情况确定。
5温度控制指标
大体积混凝土由于内部水化热作用产生体积变形，当体积变形受外界约束比较大时，内部就会产生温度应力或拉伸应变，当拉应力或拉伸应变超过混凝土的极限值时，就会出现裂缝。因此，大坝从下而上分为强约束区、弱约束区以及非约束区。相应区域凝土的温度控制指标分为：浇筑温度、最高温度、内外温差、基础温差和上下层温差，坝体浇筑建议温控指标见下表2
表2 坝体浇筑建议温控指标（℃）
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当平均温度低于5℃时应停止浇水养护，如根据进度要求，仍需浇筑砼则应掺入适量防冻剂并做好保温措施。若施工中遭遇反常天气，如冬季出现异常高温天气，可参考夏季的温控指标和措施进行控制，或暂时停止浇筑施工。
613#试验坝段温控研究初步成果
根据13#试验坝段实际施工进度，选择两个工况进行研究：
表3 13#坝段实际浇筑情况记录
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工况一、按照实际的浇筑进度施工。昼夜温差设置为±6℃，不考虑日照对气温的影响。浇筑温度为多年日均气温，下限不低于24.1℃（9月平均气温）。浇筑层厚根据实际情况取2.2m-2.4m，层间隔时间按照实际浇筑间隔时间，浇筑块的龄期前3d表面有钢模板，内部不设冷却水管，混凝土拆模后无表面保温措施。
工况二、按照实际的浇筑进度施工。昼夜温差设置为±6℃，不考虑日照对气温的影响。浇筑温度为多年日均气温，下限不低于16.1℃（4月平均气温）。浇筑层厚根据实际情况取2.2m-2.4m，层间隔时间按照实际浇筑间隔时间，浇筑块的龄期前3天表面有钢模板，拆模后无表面保温措施，在61.0m高程处布置冷却水管。
13#试验坝段施工过程中监测到最高温度47.5℃，略超控制指标，计算模拟结果表明，高温季浇筑，入仓温度偏高，若浇筑温度再控制3℃，可以满足温控指标要求。13#坝段布置冷却水管试验效果表明，冷却水管对坝体温度的作用明显，但是温度梯度过大，通入冷却水后坝体温度变幅在0.418℃/h~1.26℃/h，降温速度过快，会产生过大的坝体温度应力。本项目冷却水管试验表明，通过设置冷却水管可以降低坝体温度，但是对坝体温度应力减小有着一定的影响，相反，短期内温度梯度过大，可能导致坝体温度应力增大，导致水管周围出现裂缝，不利于裂缝控制与坝体安全。
7大体积混凝土施工温度控制技术措施
通过对本工程试验坝段的研究与温控指标，提出以下温度控制措施。
7.1优化混凝土配合比设计及原材料选择
为了保证大体积混凝土的耐腐蚀性、体积稳定性、抗裂性，混凝土配合比设计应遵循：混凝土原材料应为坚固、耐用、级配良好、颗粒形状良好的清洁骨料。因此，应严格检查和筛选，另外，还应注意对成品保护。
7.2混凝土浇筑温度的控制
7.2.1夏季混凝土入仓降温措施
将骨料堆放好，从底层取材，用水喷洒骨料，并搭设遮阳棚，防止模板和新混凝土外露。模板和钢筋温度及附近的局部温度不超过35℃。
因此，合理安排工期，尽量安排夜间混凝土浇筑。当温度高于入仓温度时，应加快运输和入仓速度，以降低混凝土在运输和浇筑过程中的温升。必要时，可适当采用厚层浇筑。并在混凝土溜槽上安装遮阳板。对已浇筑混凝土表面进行洒水降温，这样可以降低混凝土在升温阶段的最高温升。
7.2.2在低温条件下施工时应采取相应保温措施防止混凝土受冻。在拆除保温设施后，表面拉应力急剧增加，尤其是在坝踵坝趾处。其主要原因是由于早期保温导致温度峰值增大，总的温降增大。所以应对坝踵坝趾处进行长期保温，并考虑浇筑后直接覆土。
7.3混凝土浇筑的间隔和层厚控制
各层混凝土浇筑间歇期应严格控制在7~10d左右。不能因为赶工期缩短层间浇筑间隔时间。二阶段根据实际浇筑时间模拟结果表明，浇筑间隔时间太短会显著提高混凝土内部温度水平，温度过高会导致应力水平增加，为了减少老混凝土的约束，必须进行薄层、短间隔、连续浇筑。如果由于某种原因间隔很长，应按照实际情况，在全面验算的基础上，调整上层混凝土厚度。
7.4内表温差控制
对于大体积混凝土来说，由于水化热导致温度持续升高，如果气温不是太低，在升温期应加强散热，例如对模板进行洒水。当混凝土处于降温阶段时，需要覆盖保温层以降低降温速率。建议在坝踵坝趾处进行覆土长期保温。
在混凝土降温阶段，当气温较低或出现寒潮时，内表温差大于25℃或混凝土表面温度比气温大于20℃以上时，必须对大体积混凝土进行保温养护。措施如下：在混凝土侧面挂土工布并包一层彩条布进行保温，适当延长拆模时间，并在当天温度最高时进行拆模。混凝土模板拆除时间既要考虑混凝土强度，还要考虑混凝土温度以及内外温差，避免突然与空气接触时降温过快而产生裂缝，拆模后及时涂刷养护液并覆盖保温。
7.5加强关键部位
针对基础与坝体混凝土接触部分容易出现较大拉应力，开裂风险高，保证坝基础部位固结灌浆质量。垫层混凝土可考虑掺入大体积混凝土的防裂抗渗剂。防裂抗渗剂的添加量根据现场试验数据确定。溢流面部分掺加聚丙烯纤维，利用纤维对混凝土的桥接作用防止裂缝产生。对坝体几何形体变化较大区域，加强配筋。
7.6布置冷却水管
冷却水管布置：根据初步温控计算与13#坝段试验浇筑结果，副坝岸坡试验13#坝段在8-9月高温季浇筑，严格落实常规温控措施已经基本满足温控需求，布置冷却水管，水温控制不当反而容易引起水管周边混凝土降温速率过快，引起额外的温度应力，建议取消冷却水管通水冷却，一方面可以保证施工工期与进度要求，节省浇筑成本，另一方面可以更好的现场管理与浇筑质量管控。及时注意混凝土入仓温度，如果按照上文夏季降低混凝土入仓温度措施还无法保证入仓温度控制在28℃以下，再考虑布设冷却水管。
7.7养护
当前建设工程领域通常都存在混凝土湿养护不足的问题，这直接影响到混凝土的质量。养护时间取决于混凝土材料的不同组成和具体的环境条件，低水胶比和掺外加剂混凝土的湿养护特别重要。在湿养护的同时，应控制混凝土的温度变化。按照不同季节采取保温及散热的综合措施，保证混凝土内表温差及气温与混凝土表面温差在控制范围内。
8结语
在本工程大坝混凝土施工过程中，通过现场检查表明，试验坝段的总体温度与应力安全可控，混凝土温控措施取得良好效果，大坝混凝土浇筑后坝体未出现温度裂缝，为整个工程后续大规模混凝土施工在温控措施方面提供了有力的技术支撑，确保了施工质量。
参考文献：
[1]大体积混凝土温控施工技术研究[J].胡刚.居舍2020-02-25
[2]大体积混凝土施工温控措施的应用[J].张军权；李银川.农业科技与信息.2019-03-30
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