李清偉

（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

1 工程概況

黃藏寺水利樞紐工程規(guī)模為Ⅱ等大（2）型，壩體為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程2 631 m，河床壩段最低建基面高程2 508 m，壩頂長(zhǎng)度210 m，分為9個(gè)壩段，1～3號(hào)為左岸擋水壩段（28+25+25=78 m）、4號(hào)為溢流壩段（21 m）、5號(hào)為泄流底孔及小機(jī)組發(fā)電引水壩段（27 m）、6號(hào)為大機(jī)組發(fā)電引水壩段（23 m）、7～9號(hào)為右岸擋水壩段（20+20+21=61 m）。

工程區(qū)位于青藏高原東北側(cè)的祁連山腹地，為高原高寒半干旱氣候，多年平均氣溫0.7 ℃，12月平均氣溫為-12.2 ℃，極端最低氣溫可達(dá)-30 ℃，且冬季漫長(zhǎng)，一般從10月持續(xù)到次年5月；夏季晝夜溫差大，7月平均氣溫為10.7 ℃，極端最高氣溫可達(dá)30 ℃。

2 溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

2.1 基礎(chǔ)容許溫差

（1）黃藏寺大壩碾壓混凝土基礎(chǔ)容許溫差：強(qiáng)約束區(qū)及弱約束區(qū)均為15 ℃。

（2）黃藏寺大壩常態(tài)混凝土基礎(chǔ)容許溫差：強(qiáng)約束區(qū)為18 ℃；弱約束區(qū)為20 ℃。

2.2 上下層溫差

越冬層面上下層溫差控制為12 ℃；普通層面上下層溫差控制為15 ℃。

2.3 內(nèi)外層溫差

基巖強(qiáng)約束、水溫變動(dòng)區(qū)和越冬層的內(nèi)外層溫差不大于15 ℃；弱約束區(qū)內(nèi)外層溫差不大于16 ℃；自由區(qū)內(nèi)外層溫差不大于18 ℃。

2.4 容許最高溫度

碾壓混凝土容許最高溫度如表1所示[1]。

表1 碾壓混凝土容許最高溫度 單位：℃

2.5 混凝土澆筑溫度

黃藏寺大壩工程冬期（11月至次年3月）停工。低溫季節(jié)澆筑溫度不低于7 ℃，高溫季節(jié)澆筑溫度不高于16 ℃。

2.6 相鄰壩段高差控制

碾壓混凝土施工時(shí)采用大倉(cāng)面、薄層、連續(xù)均衡上升的方式。受大壩結(jié)構(gòu)限制、混凝土供應(yīng)能力不足、施工資源配備不足等特殊情況，在影響分倉(cāng)澆筑時(shí)，相鄰壩段最大高差應(yīng)控制在12 m以內(nèi)，整個(gè)大壩最大高差應(yīng)小于30 m。

3 碾壓混凝土倉(cāng)內(nèi)溫度控制措施

3.1 合理控制澆筑層厚及間歇期

強(qiáng)約束區(qū)基礎(chǔ)常態(tài)混凝土澆筑層厚應(yīng)控制在1.5 m以內(nèi)。間歇時(shí)間不小于7 d。碾壓混凝土澆筑層厚3.0～4.5 m，熱升層層面間隔時(shí)間按4～6 h控制。連續(xù)澆筑期間應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土層間歇期，盡量實(shí)現(xiàn)薄層連續(xù)施工。除冬休期外，層間歇期一般控制在3～10 d，最大層間歇不宜超過28 d。

3.2 高溫季節(jié)倉(cāng)內(nèi)施工溫控措施

（1）采取綜合溫控措施降低入倉(cāng)溫度和澆筑溫度。

①利用4月～6月、9月～10月低溫季節(jié)的有利時(shí)段澆筑混凝土，充分發(fā)揮碾壓混凝土大倉(cāng)面連續(xù)快速澆筑的特點(diǎn)，能澆盡澆、多澆、快澆；高溫季節(jié)盡量安排在16：00～次日11：00低溫時(shí)段澆筑，減少運(yùn)輸及澆筑過程中的溫度回升。

②優(yōu)化混凝土運(yùn)輸方案，加快混凝土入倉(cāng)速度，盡量采用汽車直接入倉(cāng)。當(dāng)采用皮帶機(jī)或滿管溜槽時(shí)，盡量減少混凝土中間倒運(yùn)次數(shù)，減少混凝土溫度回升系數(shù)。

③加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)組織管理，充分利用科技手段，采用車輛管理系統(tǒng)對(duì)車輛實(shí)時(shí)跟蹤。根據(jù)拌和系統(tǒng)生產(chǎn)情況、路況、倉(cāng)面進(jìn)度情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控，確保混凝土及時(shí)入倉(cāng)，降低混凝土倉(cāng)面等待時(shí)長(zhǎng)及運(yùn)輸車輛的等待時(shí)間。

④充分利用遮陽(yáng)隔熱設(shè)施，減少太陽(yáng)輻射及環(huán)境溫度倒灌。運(yùn)輸混凝土用自卸汽車加設(shè)防風(fēng)、防雨、遮陽(yáng)棚，運(yùn)輸過程中全程覆蓋密閉；車廂箱體立面加設(shè)2.5 cm厚橡塑海綿板；水平運(yùn)輸皮帶機(jī)加設(shè)遮陽(yáng)保溫棚；滿管溜槽包裹2.5 cm厚橡塑海綿，減少太陽(yáng)輻射，保溫隔熱。

⑤合理規(guī)劃倉(cāng)號(hào)，提高施工速度，及時(shí)覆蓋，減少倉(cāng)面暴露時(shí)間。碾壓混凝土通過水平及垂直運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)入倉(cāng)號(hào)后，加強(qiáng)倉(cāng)內(nèi)施工組織管理，充分發(fā)揮碾壓混凝土連續(xù)快速施工的特點(diǎn)，混凝土從出機(jī)到碾壓完畢應(yīng)控制在2 h以內(nèi)，層間間隔時(shí)間應(yīng)控制在4～6 h 之內(nèi)，盡量減少太陽(yáng)輻射及環(huán)境溫度倒灌。

⑥倉(cāng)面小氣候營(yíng)造。高溫時(shí)段澆筑時(shí)，應(yīng)利用固定式噴霧機(jī)、高空懸掛噴霧網(wǎng)、手持式移動(dòng)噴霧槍等設(shè)備進(jìn)行倉(cāng)面噴霧降溫保濕，形成有利于碾壓混凝土澆筑的小環(huán)境，減少溫度倒灌和VC值損失。噴霧時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)小氣候數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)儀數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整噴霧設(shè)備風(fēng)量和水量，霧滴直徑應(yīng)達(dá)到毫米級(jí)“細(xì)霧”，能夠長(zhǎng)時(shí)間漂浮在倉(cāng)面上空，既能有效降低太陽(yáng)輻射及局部環(huán)境溫度，又不至于形成“雨滴”致使混凝土表面出現(xiàn)明水改變VC值[2]。

（2）冷卻水管鋪設(shè)。

黃藏寺大壩冷卻水管埋設(shè)部位包括壩體基礎(chǔ)約束部位、新老混凝土約束區(qū)、接觸灌漿部位、高溫時(shí)段澆筑的混凝土及其他需要采取通水降溫措施的混凝土。

大壩混凝土蓋重固結(jié)灌漿部位，冷卻水管采用內(nèi)徑28 mm、外徑32 mm的鋼管，其他部位冷卻水管采用外徑32 mm的HDPE塑料水管。冷卻水管垂直橫縫縱向布置，蛇形鋪設(shè)，水平間距1.5 m，垂直間距1.5 m，單根長(zhǎng)度不超過300 m。接頭主要采用熱熔連接，為防止水管移位，用U型錨筋固定。距上、下游壩面的距離為0.8～1.5 m，局部不應(yīng)小于0.5～1 m；距橫縫面的距離大于0.8 m；距廊道、孔口、電梯井等內(nèi)壁面的距離大于0.5 m。

3.3 冬期施工低溫時(shí)段倉(cāng)內(nèi)施工溫控措施

黃藏寺大壩位于西北高原高寒區(qū)，每年10月下旬～11月上旬晝夜溫差較大，夜間時(shí)常出現(xiàn)負(fù)溫，冬季施工期間每層碾壓完成后，需要及時(shí)采用保溫被或橡塑海綿進(jìn)行臨時(shí)覆蓋保溫。同時(shí)，上下游需要永久保溫及時(shí)跟進(jìn)，減少不同時(shí)段施工壩體內(nèi)外溫差。

3.4 越冬部位溫控措施

（1）大壩頂部水平越冬面保溫層由下至上為：1層塑料薄膜（厚0.6 mm）+9層2.5 cm厚橡塑海綿+1層三防布，保溫層壓蓋采用5 cm厚馬道板（或鋼管）或沙袋，按照3 m×3 m的網(wǎng)格連續(xù)壓蓋，同時(shí)，越冬上、下游和側(cè)面用沙袋設(shè)置防風(fēng)墻，墻高0.8 m。

（2）大壩上游永久外露面按照永久保溫防滲方案施工，增加2 mm厚的手刮聚脲涂層后，在聚脲涂層上噴涂80 mm硬泡聚氨酯。

（3）大壩下游永久外露面按照永久保溫方案噴涂80 mm硬泡聚氨酯進(jìn)行保溫。

（4）大壩上下游臨時(shí)外露面直接噴涂80 mm聚氨酯作為臨時(shí)越冬保溫防護(hù)，無須進(jìn)行基礎(chǔ)面處理，在進(jìn)行永久防滲保溫施工前對(duì)其進(jìn)行拆除。

（5）廊道口、泄流底孔進(jìn)出口、引水發(fā)電進(jìn)水口等孔口采用腳手架懸掛一層保溫被及一層三防帆布制作的保溫簾進(jìn)行封堵保溫。

4 智能冷卻通水溫控技術(shù)

4.1 智能冷卻通水的意義

為保證混凝土及冷卻水溫度數(shù)據(jù)的真實(shí)性、水管流量的準(zhǔn)確性及溫控過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)干預(yù)，結(jié)合黃藏寺碾壓混凝土壩的特點(diǎn)及大體積混凝土防裂要求，運(yùn)用大壩施工期溫控防裂智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫控信息實(shí)時(shí)自動(dòng)采集、海量溫控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸、信息管理與溫控效果實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)、開裂風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)預(yù)警、智能保溫決策支持、溫控防裂智能控制、溫控信息智能發(fā)布與干預(yù)等，達(dá)到防止危險(xiǎn)裂縫發(fā)生的目的。

4.2 智能冷卻通水溫控系統(tǒng)的組成

智能溫控系統(tǒng)主要由智能通水分控站、水管流量測(cè)控裝置、溫度信息實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控設(shè)備等組成。智能溫控系統(tǒng)組成及原理如圖1、圖2所示。

圖1 智能溫控系統(tǒng)組成

圖2 智能溫控原理

4.3 智能冷卻通水溫控系統(tǒng)模塊及功能

（1）溫控信息實(shí)時(shí)自動(dòng)采集。

平臺(tái)能夠?yàn)楦鞣N關(guān)鍵溫控要素提供實(shí)時(shí)、全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。溫控要素包括拌和站出機(jī)口、入倉(cāng)、澆筑、小環(huán)境溫度及壩體內(nèi)溫升過程、溫度梯度、通水冷卻進(jìn)水水溫、出水水溫、通水流量等。其中，出機(jī)口、入倉(cāng)、澆筑溫度可使用手持式設(shè)備通過半自動(dòng)方式采集。壩體內(nèi)溫升過程、溫度梯度、通水流量、水溫、太陽(yáng)輻射、氣溫、濕度、風(fēng)速等可通過自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器獲取。

（2）信息管理與溫控效果實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)。

平臺(tái)的主要功能是為大壩混凝土溫控施工提供實(shí)時(shí)評(píng)估，建立溫控實(shí)時(shí)評(píng)估模型，完成溫控施工信息的實(shí)時(shí)評(píng)估，通過圖形和表格的方式對(duì)溫控信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、評(píng)價(jià)和分析。溫控要素的評(píng)價(jià)內(nèi)容主要包括氣溫信息、機(jī)口入倉(cāng)澆筑溫度、最高溫度、通水信息、養(yǎng)護(hù)保護(hù)信息、降溫速率、氣象信息等十多種重要的圖形和表格。

（3）開裂風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)預(yù)警。

運(yùn)用無線傳輸技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、信息挖掘技術(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的預(yù)警準(zhǔn)則進(jìn)行預(yù)警，發(fā)布給參建各方。預(yù)警信息主要包括外部環(huán)境溫度、拌和站出機(jī)口溫度、入倉(cāng)溫度、澆筑溫度、壩體內(nèi)溫度峰值、降溫速率、通水流量、通水水溫等預(yù)警。

（4）智能保溫決策支持軟件。

運(yùn)用天氣預(yù)報(bào)、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和數(shù)值仿真技術(shù)，進(jìn)行混凝土應(yīng)力快速仿真計(jì)算，對(duì)需要保溫的部位或時(shí)間段進(jìn)行智能發(fā)布提醒。根據(jù)實(shí)測(cè)溫度，包括保溫材料內(nèi)外的溫度，推求混凝土溫度梯度，進(jìn)而推求混凝土表面保溫系數(shù)和設(shè)計(jì)混凝土表面保溫系數(shù)對(duì)比，得出保溫效果，評(píng)判混凝土表面保溫效果。

（5）智能通水。

智能通水冷卻的總體流程是根據(jù)給定的理想溫度過程、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、氣象和通水冷卻信息，評(píng)估下一時(shí)刻的通水冷卻指令，按照指令由自動(dòng)控制設(shè)備完成自動(dòng)通水冷卻。

（6）智能小環(huán)境。

倉(cāng)面小環(huán)境采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)倉(cāng)面氣候（溫度、濕度、太陽(yáng)輻射熱等）的自動(dòng)采集。

（7）溫控信息智能發(fā)布與干預(yù)。

通過電腦網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)施工要素的智能控制及干預(yù)；通過面向?qū)ο蟮娜藱C(jī)互動(dòng)方式對(duì)預(yù)警信息進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢及處理，對(duì)施工要素（通水流量等）等進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)干預(yù)。

4.4 分期通水

（1）一期通水：根據(jù)智能通水反饋數(shù)據(jù)實(shí)行個(gè)性化通水，冷卻水水溫控制在5～13 ℃，混凝土最高溫度出現(xiàn)前，通水流量不小于2 m3/h；混凝土最高溫度出現(xiàn)后，一期通水溫度與混凝土最高溫度之差控制在20 ℃以內(nèi)，通水流量1.2～1.5 m3/h，使混凝土的最高溫度不超過允許的最高值。一期冷卻從混凝土下料澆筑開始時(shí)，即可通制冷水或者河水。一期冷卻時(shí)間應(yīng)控制在15～21 d。冷卻水方向24 h調(diào)換一次。

（2）二期通水：一期通水結(jié)束后，混凝土溫度未降至15 ℃，越冬前需要進(jìn)行二期通水冷卻，將混凝土內(nèi)部溫度降至15 ℃，冷卻水水溫控制在5～13 ℃。

（3）降溫速度：冷卻通水時(shí)壩體混凝土溫度與冷卻水之間的溫差一期不超過20 ℃，二期不超過15 ℃，二期通水冷卻時(shí)，壩體降溫速度每天不得大于0.7 ℃，月降溫控制在5～10 ℃。

5 溫度測(cè)量

（1）碾壓混凝土溫度測(cè)量，澆筑過程溫度按照壩段每100 m2選取3個(gè)測(cè)點(diǎn)，每澆筑層、每壩段不少于3個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)應(yīng)均勻分布在倉(cāng)面上，測(cè)溫深度10～15 cm。

（2）碾壓混凝土澆筑后3 d內(nèi)應(yīng)每天觀測(cè)外部混凝土最高、最低溫度，內(nèi)部混凝土4～8 h觀測(cè)一次；3～28 d宜12 h觀測(cè)一次，直至內(nèi)部溫度達(dá)到峰值后，逐步降低觀測(cè)頻率。

（3）選擇具有代表性的部位進(jìn)行保溫層內(nèi)外的溫度觀測(cè)和測(cè)點(diǎn)風(fēng)速觀測(cè)，同一部位測(cè)溫點(diǎn)不少于2個(gè)測(cè)點(diǎn)。觀測(cè)頻次為每天1次，每個(gè)月選2～3 d每小時(shí)觀測(cè)1次。

6 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合黃藏寺水利樞紐工程壩址區(qū)氣候特點(diǎn)、設(shè)計(jì)溫控指標(biāo)，提出了控制溫度回升、溫度回灌及越冬保護(hù)等一系列溫控措施。在澆筑過程中，高溫時(shí)段局部混凝土澆筑溫度略有超標(biāo)，采用通水冷卻，對(duì)混凝土內(nèi)部溫度進(jìn)行控制。2021年越冬期間，最低氣溫出現(xiàn)在2021年1月11日8：00，最低氣溫為-22.3 ℃，日平均氣溫為-16 ℃。越冬保溫期間環(huán)境溫度最低時(shí)，壩體內(nèi)部最低溫度21.75 ℃，最高溫度23.75 ℃，混凝土表面最低溫度14.81 ℃，最高溫度20.68 ℃，越冬期混凝土表面溫度大于8 ℃，內(nèi)外溫差小于15 ℃，實(shí)測(cè)結(jié)果滿足溫控設(shè)計(jì)要求，保溫效果良好，2021年4月揭被后，未發(fā)現(xiàn)危害性裂縫，大壩溫控效果顯著，保證了大壩混凝土質(zhì)量。