某碾壓混凝土拱壩施工溫度控制措施

某碾壓混凝土拱壩施工溫度控制措施1簡述1.1壩體結(jié)構(gòu)簡介此拱壩設(shè)計為對數(shù)螺旋線型碾壓混凝土雙曲拱壩，建基面高程198.5m，壩頂高程305.5m，最大設(shè)計壩高107m，底厚18.5m，頂厚6m，高厚比0.17。壩體上游部位采用二級配富膠材碾壓混凝土防滲，壩體內(nèi)部采用三級配混凝土。二級配碾壓混凝土設(shè)計標(biāo)號為C9020F150W8，三級配碾壓混凝土設(shè)計標(biāo)號為C9020F100W6。上下游面及兩岸巖坡設(shè)50cm寬變態(tài)混凝土。從壩底到壩頂二、三級配混凝土分界線距大壩上游面6m～1.5m。大壩設(shè)置3條誘導(dǎo)縫和2條橫縫，誘導(dǎo)縫和橫縫將壩體從左到右分成6個壩段，其上游弧長依次為22.28m、18m、34m、41.5m、49.33m和31.9m。誘導(dǎo)縫采用預(yù)埋雙向間隔誘導(dǎo)板成縫，橫縫采用預(yù)埋雙向連續(xù)誘導(dǎo)板成縫。誘導(dǎo)縫和橫縫內(nèi)均設(shè)置重復(fù)灌漿系統(tǒng)。1.2水文氣象此流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，多年平均氣溫16.2℃，月平均氣溫以7月最高，為27.5℃，以1月最低，為4.6℃，極端最高氣溫42.1℃，極端最低氣溫-12.0℃；濕度大，多年平均相對濕度為80%。表1

壩址多年氣溫、水溫、濕度統(tǒng)計表

123456789101112全年月平均氣溫(℃℃)4.66.310.516.421.124.827.527.222.617.411.86.616.2月平均最高氣溫溫(℃)910.515.421.526.229.932.832.627.622.516.510.921月平均最低氣溫溫(℃)1.42.97.112.41720.723.623.419.1148.73.312月平均極端最高高氣溫(℃)21.626.131.837.939.840.540.542.139.433.529.922.942月平均極端最低低氣溫(℃)-12-6.5-1.30.38.712.71717.210.63.4-1.2-5.3-12月平均河水水溫溫（℃）7.58.612.116.11921.623.224.721.718.114.29.716.4平均相對濕度((%)767779808079818081828178802溫度控制分析2.1設(shè)計溫控標(biāo)準(zhǔn)某水利水電勘測設(shè)計院于2003年8月下達(dá)了《某水利水電樞紐工程碾壓混凝土拱壩溫度控制設(shè)計報告》，報告中規(guī)定了大壩碾壓混凝土施工期溫度控制標(biāo)準(zhǔn)：1）混凝土澆筑溫度除5月份施工的非約束區(qū)部位澆筑溫度不高于20℃外，其它部位碾壓混凝土入倉溫度均不高于18℃；2）壩體碾壓混凝土最高溫度不超過36℃。2.2自然狀態(tài)下混凝土澆筑溫度估算分析2.2.1自然狀態(tài)下混凝土出機(jī)口溫度計算1）混凝土配合比選用表2

碾壓混凝土施工配合比級配

水泥

水

膠

比煤灰摻量

減

水

劑

引

氣

劑每方混凝土材料料用量（Kg/mm3）水水泥煤灰砂子小石中石大石二P.O42.550.4850％0.6％15/萬8588.588.5785676679－三P.O42.550.4855％0.6％15/萬7570.385.9742437585442二級配碾壓混凝凝土：C9020WW8F150；三級配配碾壓混凝凝土：C9020WW6F10002）混凝土原材料計算溫度選擇水泥、粉煤灰計算溫度按高于相應(yīng)月月平均氣溫15℃考慮；骨料計算溫度取相應(yīng)月平均氣溫；水計算溫度取相應(yīng)月平均河水溫度。表3

2003年氣溫、水溫月平均溫度統(tǒng)計表（℃）項目1月2月3月4月上旬4月中旬4月下旬5月9月10月上旬10月中旬10月下旬11月12月氣溫4.76.310.914.416.318.22122.618.917.816.111.86.5水溫9.18.612.116.116.116.11922.318.818.818.814.610.43）自然狀態(tài)下混凝土出機(jī)口溫度計算經(jīng)計算，自然狀態(tài)下各月混凝土出機(jī)口溫度見表，計算結(jié)果與2003年已澆混凝土出機(jī)口溫度基本相符合。表4

自然狀態(tài)下混凝土出機(jī)口溫度（℃）項

目1月2月3月4月上旬4月中旬4月下旬5月9月10月上旬10月中旬10月下旬11月12月出機(jī)口溫度7.28.912.915.317.118.723.623.419.718.818.414.19.14）2003年～2004年澆筑的混凝土出機(jī)口溫度、澆筑溫度統(tǒng)計表5

2003～2004年澆筑的混凝土出機(jī)口溫度、澆筑溫度統(tǒng)計表（℃）

項

目1月2月3月下旬4月中下旬5月6月7月上旬10月下旬11月12月出機(jī)口溫度8.912.215.819.123.525.527.319.715.110.3澆筑溫度9.312.716.920.3－27.12920.315.510.7溫度回灌0.40.51.11.2－1.61.70.60.40.42.2.2自然狀態(tài)下混凝土澆筑溫度根據(jù)以往經(jīng)驗和2003~2004年已澆筑的混凝土出機(jī)口溫度、澆筑溫度統(tǒng)計資料，10月至次年2月混凝土澆筑前的溫度回灌按1℃考慮，3月、4月、5月、9月混凝土澆筑前的溫度回灌按2℃考慮，初步估算出自然狀態(tài)下混凝土的澆筑溫度。表6

自然狀態(tài)下混凝土澆筑溫度估算表（℃）項

目1月2月3月4月上旬4月中旬4月下旬5月9月10月上旬10月中旬10月下旬11月12月出機(jī)溫度7.28.912.915.317.118.723.623.419.718.818.414.19.1澆筑溫度8.29.913.917.319.120.725.625.421.719.819.415.110.12.2.3估算混凝土澆筑溫度與設(shè)計要求澆筑溫度比較根據(jù)碾壓混凝土澆筑溫度估算結(jié)果，4月、5月、9月、10月混凝土澆筑溫度略高于相應(yīng)設(shè)計要求的混凝土澆筑溫度，其它月份估算澆筑溫度均低于設(shè)計要求的澆筑溫度。表7

估算混凝土澆筑溫度與設(shè)計要求澆筑溫度比較（℃）項

目4月中旬4月下旬5月9月10月上旬10月中旬10月下旬出機(jī)口溫度17.118.721.623.319.618.717.4估算澆筑溫度19.120.723.625.319.618.718.4EL266m以以下設(shè)計要求澆筑溫溫度≤18≤18≤18≤18≤18≤18≤18高出設(shè)計要求差差值1.12.75.67.31.60.70.4EL266m以以上設(shè)計要求澆筑溫溫度≤20≤20≤20≤20≤20≤20≤18高出設(shè)計要求差差值-0.73.65.3--0.42.3壩體最高溫度分析由于此大壩壩體較薄，氣溫變化幾乎影響大壩全斷面，壩體在施工期受氣溫影響比較敏感。根據(jù)某碾壓混凝土施工配合比，經(jīng)初步計算，并借鑒其它工程的有關(guān)資料，壩體混凝土二級配區(qū)溫升估算值約在16～19℃之間，混凝土二級配區(qū)溫升值取17℃，計算壩體最高溫度估算值見下表。計算結(jié)果顯示，5月、9月壩體最高溫度估算值高于設(shè)計要求4～7℃，4月中旬、4月下旬壩體最高溫度估算值略高于設(shè)計要求，其它月份壩體最高溫度估算值均低于設(shè)計要求。表8

壩體最高溫度估算值（℃）項

目4月中旬4月下旬5月9月10月上旬10月中旬10月下旬估算澆筑溫度19.120.723.625.319.618.718.4估算壩體最高溫溫度36.137.740.642.336.635.735.4設(shè)計要求壩體最最高溫度36363636363636高出設(shè)計要求差差值0.11.74.66.30.6－－3碾壓混凝土施工溫度控制措施根據(jù)以上溫度控制分析，結(jié)合某的具體情況，制定經(jīng)濟(jì)、可行的溫度控制措施。3.1溫度控制基本思路1）6月、7月、8月高溫季節(jié)停止碾壓混凝土施工；2）根據(jù)施工總進(jìn)度計劃，5月、9月基本不進(jìn)行碾壓混凝土施工；3）4月中下旬、10月上旬次高溫季節(jié)澆筑的碾壓混凝土，預(yù)埋冷卻水管通河水進(jìn)行一期冷卻，控制壩體最高溫度不高于設(shè)計規(guī)定的壩體最高溫度值；4）其它低溫季節(jié)混凝土澆筑溫度和壩體最高溫度均能滿足設(shè)計要求。3.2溫度控制措施1）優(yōu)化混凝土配合比，降低水化熱溫升經(jīng)我局中心試驗室混凝土施工配合比設(shè)計和優(yōu)化，在滿足設(shè)計各項技術(shù)指標(biāo)的前提下，盡可能減少水泥用量。2）降低混凝土原材料入機(jī)溫度a.水泥、粉煤灰提前組織進(jìn)場，降低出廠溫度；b.砂子已經(jīng)搭了避雨、遮陽棚，高溫季節(jié)對粗骨料采取可行的遮陽措施；c.增加骨料堆高，堆料高度不低于6m；d.砂子和粗骨料均采取地弄取料，降低骨料入機(jī)溫度；e.對入機(jī)前的皮帶機(jī)增加遮陽棚。3）加強(qiáng)施工組織，降低混凝土溫度回灌a.加強(qiáng)施工組織，盡可能縮短混凝土出機(jī)到碾壓的時間；b.對混凝土儲存和運輸設(shè)備采取必要的遮陽措施；c.實施倉內(nèi)噴霧，營造倉內(nèi)小氣候。4）壩體內(nèi)預(yù)埋冷卻水管，通河水進(jìn)行一期冷卻，降低壩體混凝土最高溫度壩體全斷面預(yù)埋HPED塑料冷卻水管，水管間距1.5m，層高間距1.5m。預(yù)埋48h后通河水進(jìn)行一期冷卻。4溫控措施實施效果4.1混凝土澆筑溫度統(tǒng)計2003年10月16日開始碾壓混凝土施工，截止2004年3月底對混凝土澆筑溫度實測值統(tǒng)計見下表。統(tǒng)計結(jié)果顯示，10月份混凝土澆筑溫度高于設(shè)計要求2℃，其他各月均能滿足設(shè)計要求。表9

混凝土澆筑溫度實測值統(tǒng)計（℃）月份10月11月12月1月2月3月實測入倉溫度2015.510.88.912.814.4設(shè)計要求入倉溫溫度≤18≤18≤18≤18≤18≤18高出設(shè)計要求差差值2－－－－－4.2壩體最高溫度值統(tǒng)計通過對208.5m和215m高程實測壩體溫度統(tǒng)計（見圖1），2003年11月6日壩內(nèi)二級配區(qū)溫度達(dá)到最大峰值36.6℃，高于設(shè)計要求0.6℃，其它統(tǒng)計值均低于設(shè)計要求。5一期冷卻效果分析2003年10月26日在208.5m高程埋設(shè)了4支溫度計，TSI和TS3埋設(shè)在三級配區(qū)，TS2和TS4埋設(shè)在二級配區(qū)。TS1和TS2埋設(shè)在大壩對稱中心軸上，TS3和TS4埋設(shè)在距大壩對稱中心軸左半拱18m位置。TSI距大壩上游面9m，距大壩下游面7.9m；TS2距大壩上游面3m，距大壩下游面13.9m；TS3距大壩上游面9m，距大壩下游面9.1m；TS4距大壩上游面3m，距大壩下游面15.1m，見圖2。2003年10月26日日平均氣溫實測值為17.3℃，混凝土入倉溫度實測值為18.5℃，混凝土澆筑溫度實測值為20℃。2003年11月17日TS3溫度計所測溫度值達(dá)到峰值，Tmax＝31.7℃，齡期22d；2003年11月17日TS1溫度計所測溫度值達(dá)到峰值，Tmax＝32.5℃，齡期22d。TS1和TS3距大壩上下游面均大于7m，且208.5m在206.4～211.8m升程中，如果不考慮一期冷卻，TS1和TS3溫度計所測的水化熱溫升值可近似認(rèn)為絕熱溫升值。表10

每立方米混凝土各種組分百分比成分水（kg/m3）水泥（kg/m3）粉煤灰（kg//m3）砂（kg/m3）石子（kg/m3）總計（kg/m3）重量7570.385.978514192435百分比3.082.893.5332.2458.26100圖1本工程所用水泥為荊門P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥水化熱7d實測值為292.1KJ/kg。根據(jù)經(jīng)驗公式計算在齡期為22d時的水泥累積水化熱：式中：Q(τ)――齡期為22d時的水泥累積水化熱

Q0――τ→∞時的水泥最終水化熱，取350kJ/kg

a、b為常數(shù)，其中a取0.69，b取0.56經(jīng)計算：Q(22)＝342.9kJ/kg按混凝土配合比中各組分材料的重量百分比加權(quán)法計算溫度為32℃時混凝土的比熱，其中：溫度為32℃時，水的比熱取4.187kJ/kg?℃；水泥的比熱取0.536kJ/kg?℃；灰?guī)r骨料的比熱取0.758kJ/kg?℃；粉煤灰的比熱取0.754kJ/kg?℃。c＝1.05（3.08×4.187＋2.89×0.536＋3.53×0.754＋90.5×0.758）/100＝0.857kJ/kg?℃根據(jù)經(jīng)驗公式計算齡期22d時的混凝土絕熱溫升：式中：Q(τ)――齡期22d時水泥水化熱

W――水泥用量

F――粉煤灰用量

C――混凝土比熱

ρ――混凝土密度