江口水电站大坝混凝土施工温度控制

大坝混凝土施工温度控制

中国水利水电第四工程局

2004年7月4日

江 口 水 电 站

大坝混凝土施工温度控制

                                              (江口项目部)

1.概述

对混凝土大坝而言，混凝土裂缝与温度控制显得分外重要。温控不力将会产生极大的温度应力而产生裂缝。而混凝土裂缝是影响大坝耐久性最主要和最普遍的问题。它对大坝建成蓄水后的运行将造成极大的安全隐患。国内外大量实践证明，各种混凝土坝以及其它大体积混凝土建筑物的裂缝，主要是由温度变化引起的。混凝土坝的温度裂缝，主要有表面裂缝、基础贯穿性裂缝和深层裂缝。特别是深层裂缝和贯穿性裂缝，对混凝土坝的整体性、耐久性和防渗能力具有严重危害。

江口大坝坝址区属于中亚热带季风气候区，气候温和湿润。多年平均气温17.3℃，7、8月份为高温期，8月份平均气温为27.5℃，极端最高气温41℃，1月份气温最低，月平均气温为6.7℃，极端最低气温-3.5℃， 武隆站多年平均降雨量为1100mm，历年最大年降水量1363.0mm，最小年降水量681.7mm。多年平均日照时间为1121h，多年平均相对湿度为78%，多年平均降雨日数为153.4日，多年平均无霜期为296日。薄壁拱坝对外界气温和水温的变化比较敏感，坝体内温度变化较大，而且两岸及坝底面受到基岩的约束，导致坝内出现较大温度应力。因此，为了确保坝体的安全和长期正常运行，势必要求在施工中要严格控制混凝土温度，防止裂缝的产生。江口大坝工程针对工程施工时间紧、地质条件复杂等特点，制定了严格的浇筑温度和出机口温度的控制范围（见表1），在江口电站30个月的施工期内都是严格按照温控技术要求进行控制的。

表1            坝体混凝土各月混凝土浇筑温度和出机口温度      

2.1降低混凝土水化热温升的技术措施

   混凝土温度控制主要是减少混凝土的水泥水化热，一方面是选用最优的配合比和采用水化热较低的水泥，另一方面是在施工中采取多种措施降低混凝土的水泥水化热温升，从而达到降低混凝土温度，保证坝体的浇筑质量。

在保证混凝土施工质量和抗裂要求的前提下，采取各种措施力求降低水泥用量，不仅是温度控制的重要措施之一，而且能减少水泥用量，降低混凝土成本。

2.1.1选用水化热较低的水泥

水泥是混凝土的主要成分，同时也是混凝土温度变化的主要因素。大体积混凝土引起温度裂缝的主要原因是水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期升温，后期降温，产生内部与表面的温差。选择合适的水泥可有效地补偿混凝土的温度收缩，在有效的条件下可提高混凝土的抗裂性。经过对5家具有一定生产规模的水泥厂的调研和对水泥的各项指标的试验检测分析、论证：重庆地维水泥有限公司生产的“地维牌”525# 中热水泥及湖北荆门葛洲坝水泥厂生产的“三峡牌”525# 中热水泥的碱含量均小于0.6%，氧化镁达到了3.5～4.5%的范围，具有显著的延迟微膨胀性能，且水泥强度高。7d和3d的水化热显著低于国家标准251KJ/kg和293KJ/kg的限值，各项指标符合国标要求。因此，使用“地维牌”525#中热水泥和“三峡牌”525# 中热水泥有利于削减混凝土的绝对温升。

水泥物理力学性能、水化热及化学分析试验结果见表2。                                                            

掺加粉煤灰是降低水泥用量的一项重要措施，不但可以节约水泥还可以减少水化热。由于粉煤灰活性AL2O3、SiO2水泥水化析出CaO作用，形成新的水化产物，填充孔隙、增加密实性，从而改善了混凝土的后期强度。降低了混凝土中水泥水化热，减少绝热条件下的温度升高。经过对2家粉煤灰厂的调研和对其的各项指标的试验检测分析、论证：重庆珞璜电厂生产的珞璜Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰各项指标均达到国家标准GBJ146—90中Ⅰ、Ⅱ级灰的标准，试验表明，可在混凝土中掺用，掺用量为30～35%。             

2.1.3采用合理的骨料级配

在施工条件允许的范围内，使用大骨料级配混凝土，可以减少水泥用量。试验表明，当水胶比相同时，Ⅳ混凝土要比Ⅲ混凝土减少水泥用量17.5%，详见表3。

2.1.4采用低流态混凝土

在同样水胶比的条件下，坍落度3～5cm与5～7cm和7～9cm的混凝土通过试验比较，坍落度3～5cm的混凝土在保持强度和硬化条件不变的情况下，水泥用量可减少5～10Kg/m3，降低水化热4%左右。因此在本工程中大坝混凝土基本采用3～5cm的坍落度，严格控制使用7～9cm的坍落度。

表3            不同标号混凝土级配水泥用量比较

2.混凝土坍落度每增减1cm，用水量相应增减2Kg/m3。

从表5中可看出，采用较大级配混凝土不但节约水泥，而且有利于温控。

2.2合理控制混凝土浇筑层厚度及间歇时间

主体混凝土浇筑方法采用30cm～50m薄层平铺或台阶法进行浇筑：高温季节对于基础约束区混凝土按1.5m分层并采取台阶法浇筑，浇筑时间安排在早、晚及夜间进行；对于非基础约束区混凝土按3.0m分层并采取平铺法，并在仓面四周采取喷雾措施，使仓内气温降低3～4℃。廊道、中孔等特殊部位按1.5～2m分层。层间间歇时间一般为5～7天，充分利用混凝土表面散热。

2.3高温季节温控措施

江口电站每年4～10月份为混凝土温度控制时间段，其中6～8月份为夏季施工期。夏季施工的混凝土温度控制主要内容有：降低混凝土的浇筑温度；对混凝土和骨料进行预冷；采取隔热保冷措施；合理利用施工时段，多浇、快浇混凝土。

2.3.1降低混凝土的出机口温度与浇筑温度

为了保证高温季节混凝土的出机口温度和浇筑温度符合技术要求，在施工中主要采取了混凝土预冷采用预冷骨料+片冰+冷水相结合的预冷方式，即： 料场骨料堆存高度要求大于8m，并有不少于4d的贮存时间，地弄出料；对4级配粗骨料进行一次、二次风冷，使粗骨料温度冷却到8-10 oC，通过保温廊道送至拌合楼料仓；混凝土拌制过程中入适量6-8 oC冷水拌合及片冰。7#、12#、15#坝段为典型坝段坝体部分出机口温度和浇筑温度情况综合比较见表4。

2.3.2加强混凝土的保温，减少混凝土的温度损失

为了减少预冷混凝土的温度损失，防止温度倒灌，在主坝混凝土浇筑中对机关车立罐及蓄能罐的侧面用高压聚苯乙烯泡沫塑料保温被包裹后，用铁丝扎紧，顶面覆盖高压聚苯乙烯泡沫塑料保温被进行保温。加快混凝土入仓速度，避免混凝土在仓面堆积时间过长，在最短的时间内完成平仓振捣作业。根据实测，采取以上措施，混凝土从出机口至仓面浇筑，温度升高1.5～2℃，基本满足浇筑温度要求。

2.3.3合理安排浇筑时间

江口大坝工程从施工组织上充分重视混凝土温度控制工作，合理安排浇筑时间，避免高温时段浇筑混凝土，浇筑施工尽量安排在下午17：00以后，至次日12：00以前收盘，混凝土入仓后在最短的时间内完成平仓振捣作业，然后用高压聚苯乙烯泡沫塑料保温被及时覆盖，并在仓面四周采取喷雾措施，仓号收盘后及时进行洒水养护，确保仓内温度不升高。

表4         部分出机口温度和浇筑温度的比较

2.3.4及时通水冷却，控制混凝土的绝热温升，

在坝体内按照：基础约束区内1.5m×1.5m的间距，脱离基础约束区后， 2m（±50cm）；冷却水管的水平间距为2m×2m的间距埋设冷却管路（管路埋设采用蛇形布置，距坝体上游面2.0～2.5m，距坝体下游面2.5～3.0m，距接缝面、坝内孔洞周边1.0～1.5m，单管全长控制在250m左右）通水冷却。以削减混凝土温升期内的温升高峰，将浇筑块的最大温差控制在允许范围内，以预防约束裂缝。冷却通水在混凝土浇筑收仓后12h内开始进行。初期（一期）通水：利用天然江水进行25～28 oC的冷却，冷却时间15～20d；中、后期通水：采用6～8 oC制冷水连续通水，每月通水时间不少于600h，总通水时间一般为1.5～2.5个月，以混凝土块体温度达到封拱要求为准。根据测温记录分析，中、后期采用6～8 oC制冷水冷却，混凝土日降温幅

度在0.3℃左右。

2.4加强混凝土表面养护

混凝土浇筑完后12 ～18h即开始对混凝土表面进行洒水养护。各立面挂φ25的塑料软管进行21～28天的喷淋养护。   

在6、7、8三个月的高温季节，在浇筑仓号的四周进行喷雾降温，防止温度倒灌及加强仓内的相对湿度。用高压聚苯乙烯泡沫塑料保温被覆盖并洒水养护，直到砼初凝后或待砼内的气温上升到外界气温后再打开散热，防止日晒，造成砼表面干裂。

江口地区每年11月初至次年3月底为冬季施工期，江口坝址区冬季寒潮频繁，为防止因内外温差过大而产生裂缝，砼永久暴露面要悬挂高压聚苯乙烯泡沫塑料保温被进行保温。当日平均气温在2～3天内连续下降超过6℃时，对28天龄期内的砼表面覆盖高压聚苯乙烯泡沫塑料保温被；每年5～9月份浇筑的砼永久或间歇面，如果份以前遇气温骤降时采取保温措施。保温时间持续一个低温季节；模板拆除的时间根据砼温度及内外温差确定，且要避免夜间拆模，当拆模后砼表面降温超过6℃时，推迟拆模时间，如必须拆模时，则立即进行表面保温；每年汛后将中孔、廊道等孔洞进行封堵保护，防止冷风贯通产生表面裂缝。孔口用高压聚苯乙烯泡沫塑料保温被封堵。

3.大坝温度控制监测成果分析

3.1大坝内部温度控制监测成果分析

根据在施工期间坝体内埋设的施工监测温度计和测缝计（按高程的不同，每隔12m布置一排温度计或测缝计）以及两年多施工实测资料分析和中国水利水电科学研究院所做的《重庆江口水电站下闸蓄水监测工程施工自检与观测分析报告》均表明：

3.1.1基岩温度受气温的影响，埋设时气温高时，基岩温度随深度的增大而减少，越靠近基岩表面，受气温的影响越大。埋设后受坝体浇筑水化热温升和气温升降的影响，基岩温度随之升降，其变幅随深度的增加而减小。由于坝基中部散热条件不如坝踵和坝趾，基岩温度相对要高一些。后期，基岩温度降温后趋于稳定。

3.1.2根据温度计观测可知，混凝土入仓后随水化热而升温，温升幅度取决于混凝土浇筑季节和温度计的位置。夏季浇筑的混凝土温升幅度高，在15～17℃之间，冬季低温季节浇筑的混凝土的温升幅度一般低于10℃；内部温升高，可达17℃，外侧温度则受表面散热影响有所降低。最高温升一般出现在浇筑后6～9天，实测坝内最高温度34.5℃，符合温控设计要求。

实测的坝体内部温度计和测缝计温度变化情况见图1～图3。

图1

图2

图3

从温度过程曲线看坝体的温度，随混凝土浇筑后水化热温升而上升，水化热过后温度开始逐渐下降，降到10℃～13℃时，基本趋于稳定。混凝土日降温速率一般≤1℃/d，少部分温降速率为1℃/d～2℃/d。坝体上、下游面的温度受外界气温影响较大，随着气温的变化而有较大的变化幅度。

3.2下闸蓄水前大坝混凝土裂缝情况

自2000年12月底第一块混凝土浇筑至2002年12月27日的坝前、坝后全面检查中，以及对7#、12#、15#坝段的混凝土芯样的检查，只发现的大坝混凝土裂缝11#坝段EL168.5m出现一条表面裂缝；10坝段EL 232m高程下游闸墩处出现了两条表面裂纹，未发现危害性较大的贯穿性裂缝。对所有裂缝都及时进行了处理。

3.3下闸蓄水后大坝混凝土裂缝情况

江口大坝下闸蓄水至今，水位已达到EL261m高程，经对坝前、坝后及坝体内各廊道、孔口的全面检查再未发现有裂缝产生。裂缝控制在国内已建大坝中是首屈一指的，这不仅说明了混凝土施工温度控制的有效性，也证实了本工程大坝混凝土具有较高的抗裂性能。

4.结束语

江口大坝工程正是充分认识到混凝土坝产生温度裂缝与施工的外部环境、施工过程、水化热温升、混凝土的质量、性能等因素有关。从技术上合理采用配合比，使用了合适的原材料，充分利用混凝土的后期强度降低水泥的水化热，减少温度应力；在混凝土浇筑施工过程中严格制定了施工温度控制的各项措施，合理安排浇筑时间，采取合理的施工工艺，降低、减少混凝土温升，方取得较好的温控效果。

从大坝的内部温度监测结果分析证明，江口水电站大坝工程的坝体温度变化过程、温度分布符合双曲混凝土拱坝温度变化的一般规律变化，下闸蓄水后坝体运行状态良好，故江口水电站大坝工程的混凝土施工温度的控制是成功的。