胡 清 焱， 王 抗 ， 張 國 壽

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

老撾色拉龍一級(jí)水電站以發(fā)電為主，主要建筑物由碾壓混凝土重力壩、溢流壩、壩式取水口、壩后式發(fā)電廠房、主變GIS樓及尾水渠等組成。水庫總庫容9.53億m3，額定水頭46 m，電站裝機(jī)容量為70 MW，安裝2臺(tái)混流式機(jī)組，年平均發(fā)電量為2.7億kW·h。

樞紐區(qū)攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，混凝土壩頂全長459 m，壩頂高程219.5 m，最大壩高64.5 m，從左岸至右岸依次為長175 m的左岸重力壩段，長71 m、布置4個(gè)溢流孔的溢流壩段，長19 m的導(dǎo)流底孔壩段，長34 m的廠房進(jìn)水口壩段，長160 m的右岸重力壩段。

該工程地處低緯度地區(qū)，屬熱帶季風(fēng)氣候，流域內(nèi)氣候全年溫和，受季風(fēng)影響，降水年內(nèi)分配極為不均衡，形成了明顯的旱季和雨季。雨季一般從5月開始，至10月底結(jié)束。

根據(jù)對(duì)色拉龍一級(jí)水電站工程區(qū)直線距離約150 km的沙灣拿吉(Savannakhet)雨量站降雨資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，5～10月降雨量達(dá)全年降雨量的91.3%。流域多年平均氣溫為22 ℃～26 ℃，年內(nèi)1月份的氣溫最低，月平均氣溫為14 ℃～21 ℃；4月份的氣溫最高，月平均氣溫為24 ℃～30 ℃，流域多年平均相對(duì)濕度一般在70%以上，多年平均日照小時(shí)數(shù)為2 490 h。

2 實(shí)施溫控措施的必要性

(1)砂巖骨料的應(yīng)用。該工程采石場(chǎng)巖性為砂巖，砂巖原巖抗壓強(qiáng)度較低，穩(wěn)定性較差(較離散)，成品骨料壓碎值偏高，骨料線膨脹系數(shù)大，吸水率高。因砂巖作為混凝土骨料存在一些先天性的缺陷，配合比中水泥用量相對(duì)較高，致使壩體水化熱較大。為了確?；炷翝仓|(zhì)量，必須采取有力的溫控措施。

(2)工程區(qū)氣候因素。該工程區(qū)地處老撾南部，旱季白天氣溫相對(duì)較高，晝夜溫差較大，采用常規(guī)或單一的溫控手段均不能滿足設(shè)計(jì)混凝土溫控技術(shù)要求。因此，需要將各項(xiàng)溫控措施綜合應(yīng)用，用以控制混凝土出機(jī)口溫度和壩體最高溫度等主要溫度指標(biāo)，有效控制混凝土的澆筑質(zhì)量。

3 混凝土溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

3.1 基礎(chǔ)溫差

混凝土基礎(chǔ)容許溫差見表1。

表1 混凝土基礎(chǔ)容許溫差控制標(biāo)準(zhǔn)表 /℃

注：L為澆筑塊長邊長度。

3.2 內(nèi)外溫差

常態(tài)混凝土內(nèi)外溫差控制≤19 ℃；碾壓混凝土內(nèi)外溫差控制≤16 ℃。

3.3 容許最高溫度

根據(jù)老撾色拉龍河流域氣候特性以及設(shè)計(jì)溫控技術(shù)要求，所允許的澆筑最高溫度見表2。

4 混凝土溫度計(jì)算

表2 大壩混凝土澆筑的允許最高溫度表 /℃

4.1 計(jì)算參數(shù)的確定

根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)資料，每年 4月氣溫最高，月平均氣溫為24 ℃～30 ℃，最高氣溫為35 ℃。計(jì)算采用的Ta為氣溫最高月份(4月)的日平均氣溫30 ℃，最高氣溫為35 ℃。最高溫度下材料溫度和比熱容參數(shù)見表3，混凝土配比見表4；混凝土澆筑溫度Tp按照溫控要求控制為 28 ℃。

表3 混凝土材料參數(shù)表

表4 混凝土骨料配比表 /kg·m-3

4.2 混凝土入倉溫度計(jì)算

計(jì)算公式：Tp=TB·P+θpτ(Ta-TB·p)

式中Tp取28 ℃；TB·P為混凝土入倉溫度，℃；θp為混凝土澆筑過程中溫度倒灌系數(shù)，取θp=0.002～0.003/ min；τ為鋪料平倉振搗至上層混凝土覆蓋前的時(shí)間，min，取240 min；Ta為混凝土運(yùn)輸時(shí)的氣溫，℃，取30 ℃。

計(jì)算得：TB·P=26.1 ℃。

4.3 出機(jī)口溫度計(jì)算

計(jì)算公式：

TB·p=T0+(Ta-T0)(θ1+θ2+…+θn)

式中TB·P取4.1中的計(jì)算值26.1 ℃；T0為混凝土出機(jī)口溫度，℃；Ta取30 ℃；θi(i=1,2,3,…n) 為溫度回升系數(shù)，混凝土裝、卸、轉(zhuǎn)運(yùn)每次θ=0.032，混凝土運(yùn)輸時(shí)，θ=At；式中A為混凝土運(yùn)輸過程中的溫度回升系數(shù)，取 0.000 5；t為運(yùn)輸時(shí)間，min，取16 min。

計(jì)算得：T0=25.6 ℃。

因此，拌和站出機(jī)口溫度只要低于25.6 ℃，即可滿足混凝土澆筑溫度不超過28 ℃的要求。

4.4 出機(jī)口溫度熱力計(jì)算

(1)拌和站拌制混凝土產(chǎn)生的機(jī)械熱計(jì)算公式：

Q機(jī)=10Nt/V

式中Q機(jī)為每m3混凝土拌和時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械熱，kcal；N為HZS120 拌和站攪拌機(jī)功率，為75 kW；t為攪拌時(shí)間，2 min；V為攪拌機(jī)容量，2 m3。

計(jì)算得：Q機(jī)=750 kcal。

(2)混凝土出機(jī)口溫度的計(jì)算。

根據(jù)熱量守衡原理，可知拌和后的成品混凝土的總熱量應(yīng)加上拌和過程中產(chǎn)生的機(jī)械熱，等于拌和前混凝土配料的總熱量。

∑Ti?Gi?Ci+Qa=T0?∑Gi?Ci

其中Ti為混凝土中各種配料的入機(jī)溫度；Gi為單位時(shí)間混凝土中各種配料的質(zhì)量；Ci為混凝土中各種配料的質(zhì)量比熱容；Qa為生產(chǎn)混凝土所產(chǎn)生的攪拌熱，750 kcal/m3。

將表3、4中的數(shù)據(jù)代入上式，計(jì)算中的拌和水采用2 ℃的冷水，計(jì)算得：C20碾壓混凝土出機(jī)口溫度T0碾壓=24.01 ℃，C15常態(tài)混凝土出機(jī)口溫度T0常態(tài)=25.32 ℃。

根據(jù)4.2項(xiàng)的計(jì)算結(jié)果，混凝土出機(jī)口溫度要求不高于25.6 ℃。根據(jù)4.3項(xiàng)的計(jì)算結(jié)果，C20常態(tài)混凝土和C15碾壓混凝土采用加2℃冷水拌和，可以滿足設(shè)計(jì)溫控要求。

4.5 冷水機(jī)組的負(fù)荷計(jì)算

該工程高峰期澆筑強(qiáng)度為4.9萬m3/月，其中常態(tài)混凝土為1.37萬m3/月，碾 壓 混 凝 土 為3.53萬m3/月，則每小時(shí)澆筑混凝土強(qiáng)度約122.5 m3/h，根據(jù)混凝土配比，每m3混凝土最大加水量約為102 kg(高峰期綜合耗水率)，混凝土生產(chǎn)需要的冷水溫度為2 ℃，冷水機(jī)負(fù)荷計(jì)算如下。

根據(jù)熱量Q的計(jì)算公式：

Q=CM△T

式中C為物質(zhì)比熱，kcal/kg·℃；M為物質(zhì)質(zhì)量，m3/h；△T為水溫差，℃。

計(jì)算得每m3混凝土需要冷水的負(fù)荷為：

Q=1×102×(28-2)kcal =2 652 kcal

則每h生產(chǎn)122.5 m3混凝土所需的冷水負(fù)荷Q1為：

Q1=2 652 kcal×122.5=324 870 kcal≈378 kW

考慮1.3的富裕系數(shù)，需選擇一臺(tái)制冷量不低于500 kW的冷水機(jī)組。

5 混凝土溫控綜合措施

5.1 通水冷卻

5.1.1 冷卻水管材質(zhì)

壩體內(nèi)的冷卻水管采用HDPE塑料管，主管規(guī)格為：內(nèi)徑32.6 mm，壁厚3.7 mm，外徑40 mm，支管規(guī)格為：內(nèi)徑為28 mm，壁厚為2 mm，外徑為32 mm。冷卻水管的主要技術(shù)指標(biāo)要求見表5。

表5 大壩采用的HDPE塑料冷卻水管的主要技術(shù)指標(biāo)表

5.1.2 水管布置

(1)基礎(chǔ)約束區(qū)冷卻水管垂直間距為1.8 m，水平間距為1.5 m；自由區(qū)冷卻水管垂直間距為3.6 m，水平間距為1.5 m，單根蛇形支管的長度不大于300 m。

(2)冷卻水管距上、下游壩面的距離一般要求為0.8～1.5 m，局部不應(yīng)小于0.5～1 m；冷卻水管距橫縫面的距離一般要求為0.8 m；冷卻水管距廊道、孔口、電梯井等內(nèi)壁面的距離不應(yīng)小于0.5 m。

5.1.3 水管的連接與封閉

(1)壩體內(nèi)埋設(shè)的冷卻水管接頭采用膨脹式防水接頭，壩外供水管與各條冷卻水管主管出口間的三通接頭連接應(yīng)采用定型的可靠產(chǎn)品。壩內(nèi)冷卻水管同一主管上不允許超過6個(gè)接頭，以防止接頭漏水。

(2)壩外供水管與各條冷卻水管主管出口間的聯(lián)結(jié)應(yīng)隨時(shí)有效，同時(shí)利用支管閥門啟閉控制某條水管的流量而不影響其他冷卻水管的循環(huán)水。

(3)水管使用結(jié)束后，應(yīng)先用M30的水泥漿對(duì)壩內(nèi)冷卻蛇形管進(jìn)行回填灌漿，再切除蛇形管的外露部分并將其處理至滿足壩面美觀要求為止。

5.1.4 通水冷卻要求

(1)采用天然河水，通水流量為1.2～1.5 m3/h，通水日降溫幅度不超過1℃，通水天數(shù)根據(jù)溫控設(shè)計(jì)要求為28 d。

(2)通水溫度與混凝土溫度的溫差不大于20 ℃，若混凝土溫度回升過快、超過天然河水溫度20 ℃，則應(yīng)當(dāng)減小通水流量或切換水源，采用常溫水。

(3)通水冷卻時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土的降溫速率，混凝土達(dá)到最高溫度前，可適當(dāng)加大通水流量，同時(shí)應(yīng)采用中下部深度的河水作為通水冷卻水，冷卻水池應(yīng)采取遮陽措施；為控制溫度回升、減少上下層及內(nèi)外溫差，應(yīng)根據(jù)測(cè)溫情況適時(shí)采取中期通水措施。

5.2 溫度觀測(cè)

(1)溫度測(cè)量內(nèi)容包括：混凝土原材料溫度、出機(jī)口溫度、澆筑溫度、倉內(nèi)氣溫及澆筑塊內(nèi)部溫度等。

(2)在混凝土澆筑過程中，混凝土原材料溫度、出機(jī)口溫度、入倉溫度和倉內(nèi)氣溫至少1 h檢測(cè)1次。

(3)混凝土澆筑溫度測(cè)量，每100 m2倉面面積不少于1個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)澆筑層不少于3個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)至少配3支溫度計(jì)，分別布置在澆筑層面的上部、中部和下部。測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)考慮不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土部位；同時(shí)應(yīng)滿足溫控技術(shù)要求規(guī)定：溫度計(jì)埋設(shè)密度≥1支/300 m2，且最少不低于3支。

(4)混凝土內(nèi)部溫度的永久觀測(cè)。對(duì)于有預(yù)埋永久監(jiān)測(cè)儀器的澆筑塊內(nèi)部溫度的觀測(cè)，應(yīng)按相關(guān)要求進(jìn)行。

(5)澆筑塊未預(yù)埋監(jiān)測(cè)儀器的混凝土內(nèi)部溫度測(cè)量。①對(duì)于未埋設(shè)永久監(jiān)測(cè)儀器的，采用銅電阻溫度計(jì)測(cè)溫；②每個(gè)壩段在基礎(chǔ)約束區(qū)每2～3個(gè)澆筑層應(yīng)布置一支溫度計(jì)，在非約束區(qū)每3～5個(gè)澆筑層應(yīng)布置一支溫度計(jì)，溫度計(jì)布置在澆筑層厚度中部、澆筑塊中央；③觀測(cè)頻次：開始澆筑～澆后7 d，每6 h測(cè)1次，溫度出現(xiàn)高峰期間要加密觀測(cè)。

5.3 其他溫度控制措施

(1)常流水養(yǎng)護(hù)及表面保溫。各部位混凝土澆筑后即開始安排專人兩班制進(jìn)行24 h不間斷的常流水養(yǎng)護(hù)，同時(shí)做好養(yǎng)護(hù)記錄及交接班交底工作，確保所澆筑的混凝土面一直處于濕潤狀態(tài)，對(duì)底部強(qiáng)約束區(qū)具備條件的部位進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)，壩體上下游面布置花管進(jìn)行自動(dòng)流水養(yǎng)護(hù)，對(duì)重要的結(jié)構(gòu)部位采用土工膜覆蓋保水養(yǎng)護(hù)。常流水養(yǎng)護(hù)及表面保溫工作一直持續(xù)到混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)齡期。

(2)優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，控制水化熱壩體溫升。根據(jù)砂巖骨料強(qiáng)度較低、水泥用量較高的問題，從混凝土配合比設(shè)計(jì)入手，采取了多種手段降低水泥用量：一是更換高效減水劑。減水劑由原來的蘇博特(粉末狀、減水率為15%～18%)更換為HZ-03型聚羧酸高性能減水劑(液態(tài)、減水率為32%～34%)，降低用水量和水灰比，從而降低了水泥用量，減小了水化熱。二是采用動(dòng)態(tài)配合比。根據(jù)砂巖骨料磨耗性高，轉(zhuǎn)運(yùn)及攪拌過程中易產(chǎn)生石粉的特點(diǎn)，試驗(yàn)室通過磨耗試驗(yàn)確定各級(jí)骨料的實(shí)際磨耗率，進(jìn)而確定混凝土骨料的真實(shí)級(jí)配，通過調(diào)整砂率等操作優(yōu)化了配合比。

6 結(jié) 語

該工程將砂巖料場(chǎng)作為混凝土骨料，由于砂巖的自身特性，為保證混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度，配合比中水泥用量相對(duì)較高，進(jìn)而產(chǎn)生了較大的水化熱；同時(shí)，工程區(qū)地處低緯度地區(qū)，旱季白天高溫，晝夜溫差大，致使砂巖骨料與不利氣候的雙重因素疊加，給混凝土澆筑質(zhì)量控制帶來了一定的難度。鑒于此，該工程通過冷水機(jī)組生產(chǎn)2 ℃冷水拌制混凝土，保證了出機(jī)口溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求；通過倉內(nèi)埋設(shè)冷卻水管，24 h不間斷的通水冷卻，降低了壩體溫度；通過在倉面埋設(shè)的銅電阻溫度計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壩體內(nèi)部溫度，及時(shí)調(diào)整通水流量和時(shí)間，使壩體最高溫度和溫度變化滿足設(shè)計(jì)要求；通過常流水養(yǎng)護(hù)和重點(diǎn)部位土工膜覆蓋保水養(yǎng)護(hù)，較好的控制了混凝土的澆筑質(zhì)量。各項(xiàng)溫控手段和措施在該項(xiàng)目得到了較好的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)今后東南亞同類型工程具有一定的參考價(jià)值。