水利水电工程大体积混凝土温度控制及防裂施工专项方案A03.docx
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水利水电工程大体积混凝土温度控制及防裂施工专项方案A03
（A-03）
水利水电工程施工方案选编
大体积混凝土温度控制
及防裂施工专项方案
1工程概况
千丈岩梯级水电站主体工程Ⅰ标段包括：
大坝枢纽工程（包括常态混凝土双曲拱坝及混凝土重力敦等）、坝后一级电站地面厂房枢纽、右坝肩引水隧洞等。
其中拦河坝由挡、泄水建筑物和取水建筑物组成，挡、泄水建筑物包括挡水砼双曲拱坝、溢流闸孔，建基面高程1668.0m，坝顶高程1733.5m,最大坝高65.5m，坝顶长度147m。
坝体混凝土标号为C20三级配，浇筑总量67400m3,基础约束区坝体混凝土浇筑厚度1.5m，非基础约束区坝体混凝土浇筑厚度2m。
2水文气象资料
本流域的气候主要受西风带天气系统、西南低涡、西太平洋副高压的影响，属于亚热带季风湿润气候区，气候温和，雨量充沛，日照充足，四季分明，夏有伏旱、秋雨绵绵、冬干的特点。
冬季流域受偏北气流控制，气温低、雨量少；春季以后降水天气系统逐渐加强，太平洋副高压北跃西伸，太平洋及孟加拉湾的水汽不断输入到本流域，形成了流域降水在时间上的不均匀性，降水主要集中在4、5、6月份，7、8月份降水则相对较少，9、10月份降水量明显增强，其强度及量级不如夏季，冬季属偏北气流控制，雨量稀少。
全年一般春季74天，夏季138天，秋季76天，冬季77天；无霜期305天。
冬半年（11～4月）降水量占全年的22%；夏半年（5～9月）降水量占全年的78%。
流域处在奉节县、巫山县以及湖北的建始县境内，地处高山。
根据巫山县气象站统计（1971年～2000年），多年平均降水量1053.5mm，年日照1542小时，多年平均气温18.2℃，历年最高气温42.8℃（2003年8月2日），最低气温-6.9℃。
实测最大风速22m/s，以东北风为主。
由于千丈岩水电站大坝施工区处于EL1670m的高海拔地区，与巫山县多数低海拔地区存在较大的气候差异。
因此，施工方于2011年5月对千丈岩水电站大坝施工区气温、天气和水温进行了测量和数据整理。
统计的2011年夏季（5月～9月）间的平均气温和水温成果如下表：
表2-12011年千丈岩坝址5月～9月平均气温和水温统计表
序号
月份
平均气温（℃）
平均水温（℃）
备注
早
中
晚
日平均气温
早
中
晚
日平均水温
1
五月
16.3
20.3
16.4
17.7
6.5
8.1
6.6
7.1
2
六月
18
22.1
18.2
19.4
7.9
9.3
8
8.4
3
七月
19.1
22.3
19
20.2
11.7
12.6
11.7
12
4
八月
19.5
23
19.2
20.6
15.7
17
15.6
16.1
5
九月
14.5
17.4
14.5
15.5
10.8
11.8
10.7
11.1
3编制依据
（1）《重庆市巫山县千丈岩梯级水电站大坝主体工程及一级电站厂房工程合同文件》（合同编号：
QZY/SG06-2011）
（2）《重庆市巫山县千丈岩梯级水电站主体工程一标段施工招标及合同文件》第二卷技术条款（合同编号：
QZY/JSZT-01号）
（3）《关于巫山县千丈岩梯级水电站工程招标阶段坝体温度控制标准说明》
（4）设计图纸《大坝平面布置图》（千丈岩<施工>-水工<坝>-2-01）
（5）设计图纸《拱坝分层分块布置图》（千丈岩<施工>-水工<坝>-2-05）
（6）设计图纸《大坝混凝土冷却水管总布置图》（千丈岩<施工>-水工<坝>-2-09）
（7）设计图纸《坝体通水冷却工艺图》（千丈岩<施工>-水工<坝>-2-10）
（8）设计图纸《仓面冷却蛇形管典型布置图》（千丈岩<施工>-水工<坝>-2-11）
（9）设计工作联系单《大坝混凝土配合比试验要求、锚杆拉拔力设计值》（千联004）
（10）设计技术要求《大坝混凝土施工技术要求》
（11）《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）
（12）《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008）
（13）《混凝土质量控制标准》（GB50164-1992）
（14）《混凝土拌合用水标准》（JGJ63-2006）
（15）《水利水电工程施工组织设计手册》（第三卷施工技术）
4使用原材料和砼配合比
千丈岩水电站坝体混凝土浇筑使用原材料主要包括水泥、粉煤灰、外加剂、砂石骨料、拌合用水等。
其中使用水泥为华新水泥有限公司生产的堡垒牌P.O42.5普通硅酸盐水泥，经厂家试验室和工地实验室检验，其质量均符合国家标准；粉煤灰采用重庆火电厂生产二级粉煤灰；外加剂采用成都合力混凝土外加剂有限公司生产的FDN-07缓凝高效减水剂和贵阳绿洲苑外加剂厂生产的LZ-1缓凝高效减水剂。
砂石骨料分为砂（<5mm）、小石（5～20mm）、中石（20～40mm）、大石（40～80mm）、特大石（80～120mm）五种，均为为施工方自行建设的砂石骨料厂生产，经工地实验室按生产批次检验，其质量均符合设计规范要求。
工地试验室根据确定的各种原材料对重力墩C15三、四级配混凝土和坝体C20三级配混凝土进行了配合比试验，上述两种混凝土配合比参数如下：
表4-1本工程混凝土主要标号混凝土配合比参数表
序号
混凝土标号
级配
胶凝材料
砂石骨料
水
外加剂
水泥
粉煤灰
砂
小石
中石
大石
特大石
1
C2820F150W6
三
151
64
604
444
444
592
/
112
1.61
备注：
C20混凝土容重2412kg/m3。
5坝体混凝土浇筑进度计划
2011年10月30日施工方完成截流和围堰施工后，坝体混凝土浇筑计划于2011年12月11日开仓浇筑，2011年3月5日计划完成EL1676m河床水位以下坝体混凝土浇筑，2012年6月15日计划完成坝体EL1688m以下坝体混凝土浇筑，使坝体初步具备挡水度汛的条件。
2013年8月4日坝体计划浇筑上升至EL1733.5m（坝顶）高程。
坝体混凝土浇筑的主要节点工期要求如下：
（1）2011年12月11日开仓浇筑；
（2）2012年3月5日坝体浇筑至EL1676m高程；
（3）2012年6月15日坝体浇筑至EL1688m高程；
（4）2012年11月6日坝体浇筑至EL1704m高程；
（5）2013年5月8日坝体浇筑至EL1712m高程；
（6）2013年8月4日坝体浇筑至EL1733.5m高程；
6混凝土热工计算
6.1夏季混凝土浇筑施工特点
夏季施工最显著的特点是环境温度高、相对湿度较小，这些对于新拌以及硬化后的混凝土除有利的一面外也产生许多不利影响：
（1）在高温下拌和和浇筑混凝土，水分蒸发快，诸多原因引起坍落度损失，难以保证所设计的坍落度，易降低混凝土的强度，抗渗和耐久性。
若掺用减水剂的混凝土，温度高，气泡易挥发，降低其含气量，且变得不稳定，空气量难于控制，使混凝土坍落度的控制变得较为困难。
（2）由于夏季气温高，水泥水化反应加快，混凝土凝结较快，施工操作时间变短，容易因捣固不良造成蜂窝、麻面以及“冷缝”等质量问题。
（3）混凝土养护非常重要，如脱模后不能及时浇水养护，混凝土脱水将影响水化的正常进行，不仅降低强度，而且加大混凝土收缩，易出现干缩裂缝。
（4）混凝土在浇筑后，由于水泥水化热作用，内部温度急剧上升，但随着龄期增长温度下降，混凝土表面下降更为明显。
在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。
（5）由于混凝土长期裸露，表面与空气或水接触，易产生拉应力。
6.2夏季混凝土浇筑温控重要性
在夏季，日夜温差很大，中午在太阳照射下室外地面温度可达40～50℃，甚至更高，夜间温度也在25～30℃左右。
混凝土浇筑后水泥水化热促使混凝土内部温度急剧上升，混凝土内部温度可达50℃以上，乃至更高。
因此，在夏季浇筑混凝土，由于温度过高易产生表面干缩裂缝。
随气候转变，气温日渐下降，混凝土内部热量不易散发，造成混凝土内外温差梯度大，混凝土极易产生裂缝。
混凝土裂缝一般可分贯穿、深层、表面3类。
如因结构物温差梯度过大而造成贯穿裂缝，将危及结构物整体性和稳定性，因此，做好夏季混凝土施工的温控工作是保证工程质量的关键
6.3混凝土浇筑设计温控要求
根据《关于巫山县千丈岩梯级水电站工程招标阶段坝体温度控制标准说明》中对于大坝混凝土温控要求的说明：
坝体和外界内外温差主要受坝体混凝土水泥水化热、初始温差、气温年变化和寒潮等因素的影响。
在不考虑外部保护的条件下，混凝土内部允许最高温度在低温季节受内外温差控制，坝体混凝土内外温差控制在20℃之内，坝体内允许最高温度控制在39℃之内，以下为混凝土各个时段和各个部位设计允许最高温度表。
表6-1混凝土设计允许最高温度单位：
℃
部位
月份
12～2月
3、11月
4、10月
5、9月
6～8月
基础约束区
26
28～30
28～31
28～31
28～31
非基础约束区
26～28
30
33
36
39
6.4混凝土热工计算
千丈岩大坝坝址处年日照1542小时，多年平均气温18.2℃，历年最高气温42.8℃，最低气温-6.9℃。
巫山县最高7月平均温度为29.3℃。
由于坝址处平均海拔在EL1670m～EL1750m段左右，系高海拔地区，比巫山县平均海拔高出1200～1400m，而一般条件下，海拔每上升1000m，气温下降5～6℃，所以在计算中取2011年大坝坝址处实测5月～9月气温数据。
6.4.1出机口温度计算
坝址处2011年8月份日平均气温20.6℃，为全年最高气温。
出机口温度主要是指混凝土在拌合站完成拌合之后混凝土的实际温度，出机口温度可采用列表法进行计算：
表6-2混凝土拌合站出机口温度计算表
材料名称
重量m（kg）
比热C（kj/kg.℃）
热当量Wc（kJ/℃）
温度Ti（℃）
热量Timc（KJ）
①
②
③=①×②
④
⑤=③×④
水泥
151
0.96
144.96
60
8697.6
粉煤灰
64
0.92
58.88
60
3532.8
砂子
604
0.92
555.68
20.6
11447.01
骨料
1480
0.92
1361.16
18.6
25317.58
水
112
4.2
470.4
17.6
8279.04
合计
2591.08
22.10
57274.03
上表取值说明：
（1）根据《建筑施工计算手册》大体积混凝土热工计算；
（2）混凝土各材料重量根据监理批准的混凝土配合比进行取值；
（3）各材料比热参照《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057-1996《建筑施工计算手册》进行查询；
（4）根据《水工混凝土施工规范》条文说明编号：
DL/T5114-2001可知：
在混凝土温控计算过程中，水泥和粉煤灰温度一般采用60℃进行计算。
（5）骨料堆料高度在6m以上时受日照影响较小，且在骨料上料皮带设置遮阳棚，通过夜间浇筑混凝土，骨料较气温一般低于2～4℃，本次计算取18.6℃计算。
水温也按照比气温低3℃来计算，本次计算取17.6℃来计算。
（6）常态混凝土拱坝混凝土施工配合比尚未通过实验确定，在计算中以其他工程类似配合比确定。
经计算，8月份砼拌合站出机口温度为22.10℃。
6.4.2浇筑温度计算
本工程混凝土拌和系统位于坝址下游，距离最远混凝土浇筑仓面现场约1.2km，混凝土水平运输采用6m3混凝土搅拌车（速度取15Km/h）；混凝土垂直运输采用门机吊3m3卧罐。
根据《建筑施工计算手册》装、卸和转运温度损失系数均为0.032，6m3混凝土搅拌车运输混凝土过程中温度损失系数为0.0042，门机吊3m3卧罐运输混凝土过程中温度回升系数为0.0004。
浇筑温度指混凝土经运输平仓振捣等过程后的温度，施工时混凝土入仓温度计算按式TB,P=T0+（Ta-T0）（θ1+θ2+…+θn）
式中，TB,P—混凝土入仓温度，℃；
T0—混凝土出机口温度，℃；取T0=22.18℃；
Ta—混凝土运输时气温，℃；取8月份平均气温，取Ta=20.6℃；
（i=1，2，…，n）—温度回升系数，混凝土装、卸和转运θ=0.032；混凝土运输时，θ=At，A—系数，t—运输时间，min。
1装料、转运、卸料：
取
=0.032×3=0.096；
26m3混凝土搅拌车运输：
拌和系统至距混凝土浇筑仓面最远1.2km，汽车速度取15Km/h，取
A=0.0042，则
=0.0042×1.2/15×60=0.02016
③起吊方形吊斗下料：
取
=0.0004×12=0.0048；
④卸料：
取A=0.003，浇筑时间t的计算，在除开运输时间和装料时间、卸料时间后，实际浇筑时间控制为t=135-3-3.2-12=116.8min，则
=0.003×116.8=0.3504；
则TB,P=T0+（Ta-T0）（θ1+θ2+…+θn）
=22.10+（20.6-22.10）×（0.096+0.02016+0.0048+0.3504）
=21.39℃
即混凝土运输平仓振捣过程中温度损失：
△T1=0.71℃
6.4.3混凝土水化热绝热温升值计算
Tt=mcQ/Cρ（1-e-mt）=
℃
T（t）---浇完一段时间t，混凝土的绝热温升值（℃）；
mc---每立方米混凝土水泥用量（Kg/m³），根据混凝土配合比取182kg/m³；
Q---每千克水泥水化热量（J/kg），根据本工程选用华新（秭归）水泥厂生产的P.O42.5水泥7天龄期水化热检测指标，Q=282J/kg，；
C---混凝土的比热在0.84～1.05kJ/kg.℃，一般取0.96kJ/kg.℃；
ρ---混凝土的质量密度，根据类似工程混凝土配合比取2411kg/m³；
e---常数1为2.718；
t--龄期（d）；
m---与水泥品种比表面、浇捣时温度有关的经验系数，一般取0.2～0.4；
（1-e-mt）和e-mt可按表6-3查用；浇筑温度为21.62℃，在下表中按20℃和25℃和7天龄期条件下，以加权平均法推得（1-e-mt）值为0.925
6.4.4混凝土水化热调整温升值计算
根据混凝土内部的中心温度计算公式：
Tmax=T0+Tt×ζ
Tmax---混凝土内部中心最高温度（℃）；
T0---混凝土的浇筑入模温度（℃）；
Tt---在t龄期时混凝土的绝热温升（℃）
ζ---不同浇筑块厚度的温降系数。
常态混凝土拱坝在基础约束区浇筑厚度为1.5m，按7天龄期ζ为0.46，基础约束区上部浇筑厚度2m,由表6-4可知ζ为0.54。
表6-3（1-e-mt）和e-mt值选用简表
表6-4不同龄期水化热温升与浇筑块厚度的关系
浇筑块厚度（m）
不同龄期（d）时的ζ值
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
1.0
0.36
0.29
0.17
0.09
0.05
0.03
0.01
1.25
0.42
0.31
0.19
0.11
0.07
0.04
0.03
1.50
0.49
0.46
0.38
0.29
0.21
0.15
0.12
0.08
0.05
0.04
2.50
0.65
0.62
0.59
0.48
0.38
0.29
0.23
0.19
0.16
0.15
3.00
0.68
0.67
0.63
0.57
0.45
0.36
0.30
0.25
0.21
0.19
4.00
0.74
0.73
0.72
0.65
0.55
0.46
0.37
0.30
0.25
0.24
根据上述计算得及根据混凝土内部的中心温度计算公式：
基础约束区浇筑厚度为1.5m，为靠近基岩面部位的混凝土仓面，最高温度Tmax=T0+Tt×ζ=21.39+23.97×0.46=32.62℃>31℃设计标准。
因此在7、8月份温度较高时段不宜浇基础约束区混凝土。
根据5月份平均气温17.7℃按照上述相同方法和相同参数，Tmax=T0+Tt×ζ=18.92+23.97×0.46=29.95℃<31℃，因此可以在除6～8月之外的时间进行基础约束区混凝土的浇筑。
非基础约束区Tmax=T0+Tt×ζ=21.39+23.97×0.54=34.34℃<39℃，符合设计最大温升的设计标准。
7冷却通水计算
7.1基本资料
大坝混凝土主要温控措施为坝内埋设冷却水管通水冷却，目的为削弱混凝土水化热温升和减少温差，并因此降低混凝土的内外温差，起到初期防裂的作用。
根据设计图纸《仓面蛇形管典型布置图》（千丈岩<施工>-水工<坝>-2-11），仓面内埋设冷却水管材质为φ32mm聚乙烯（PE）塑料管，在每一混凝土浇筑仓面水工施工缝面埋设，冷却水管水平间距1.5m，垂直间距2m（按2m高为一浇筑层计算），每一仓面最大冷却水管长度120m。
按照设计技术要求《大坝混凝土施工技术要求》和《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）关于温控措施环节的相关规定:
确定混凝土通水时间为15d（天），冷却用水采用河水（水温统计见本方案第二章<水温气象资料>，控制水温与混凝土温差不超过25℃），管中水的流速按0.6m/s、流量按15L/min进行控制。
冷却通水分两期进行，即一期冷却和二期冷却。
一期通水作用即是削弱水化热的温升，如前所述。
一期通水通水时间15天。
二期通水目的是为了满足坝体接缝灌浆的要求。
借鉴其他类似工程经验，二期冷却时间为灌浆前15天。
7.2冷却通水计算
（1）计算参数：
按照本方案第六章<混凝土热工计算>，8月份混凝土最高温度达到34.56℃，考虑冷却水与坝体最大温差不超过25℃，因此确定通冷却水水温为13℃～16℃。
而坝址处7、8月份实测平均水温也在12℃～16℃范围。
因此直接采用河水作为冷却水，计算时取定8月份平均水温16.1℃。
水管管长
，水管温度场辐射半径
，管径
混凝土导热系数
，混凝土比热
，水容重
，通水流量
，混凝土导温系数
，系数
（根据计算21.62℃浇筑温度得出，参看《水利水电工程施工组织设计手册<3施工技术>》P121页表7-6-18—m值与浇筑温度的关系）。
（1）计算过程：
根据《水利水电工程施工组织设计手册<3施工技术>》P136～P142页的计算方法，
，查该手册图7-6-28，确定
根据上述参数，再上表中选取
，进行补差计算确定
7.3计算成果分析
按照夏季平均气温最高的夏季进行冷却水通水计算成果，不通水情况下混凝土最高温度可达Tmax=34.56℃，经20天通水冷却后最高温度
，实现温降
。
因此采用河水作为冷却水通水符合温控标准。
但在实际操作中也可采取一些必要措施，冷却水的取水源设在下千丈岩的天然池塘中，此处水源少有阳光直接照射，水温温度比较稳定；此处水容量较多，可满足冷却用水使用规模，且少有干涸情况，不需另外修设冷水池。
通水冷却时间也可适当延长，经计算20天通水时间条件下计算得混凝土平均温度
，可实现温降
。
其冷却效果更佳。
8温度控制主要措施
8.1混凝土水化热控制
①优化高性能混凝土配合比，在保证强度的前提下，尽量减少混凝土中水泥用量。
②选用性能更优越的适合大体积混凝土浇筑的中热和低热水泥，并在混凝土中按设
计要求添加30%粉煤灰，降低混凝土早期水化热。
③在设计技术要求的前提下，采用三级配混凝土，从增加骨料粒径的影响方面减少水泥用量。
④选用减水效果（减水率可达到18%～20%）更好的外加剂，减少水泥用量。
8.2混凝土用骨料和运输过程中温度控制
①拌合用水采用河水，拌和站水管及蓄水池加设遮阳和隔热设施（水池上加盖钢筋混凝土板），且避免拌和用水在水池中长期存放，控制水温不超过18℃。
②在混凝土搅拌前对骨料喷洒冷水降温，但使用中要严格控制含水量。
砂仓设置遮阳棚，其主体结构采用型钢制作（含立柱、棚顶架等结构），棚顶采用塑钢瓦遮盖固定。
③骨料和混凝土运输过程中在车辆上加装防阳隔热设施，即在车厢上加盖隔热布。
8.3混凝土浇筑过程中温度控制
①混凝土的拌制：
（1）混凝土搅拌站料斗、皮带运输机、搅拌机采取遮阳措施，避免日光直射，搅拌根据搅拌方量大小选择在一天气温较低的时间段进行，搅拌前对相关搅拌设备进行洒水降温。
使用时与混凝土材料接触面不得存在附着水。
为了降低混凝土搅拌时发生摩擦产生的热量在满足规范要求的前提下尽量缩短搅拌时间。
（2）在进行混凝土搅拌前，除对骨料含水率进行测量外，对环境温度以及胶材、骨料、水等材料的温度进行测量。
并形成相关记录。
根据测温结果对混凝土的出机温度进行推算。
当推算混凝土出机温度大于25℃时，对原材采取上述措施进行降温。
（3）混凝土搅拌过程在按照规定的方法和频次对混凝土的坍落度、含气量、泌水率进行检测的同时，还应对混凝土的出机温度进行测量，确保混凝土出机温度不大于25℃。
②混凝土的运输
（1）采用混凝土运输搅拌车包裹湿布保温降温的措施运输混凝土，混凝土运输容器采取防晒降温措施，缩短运输时间。
运输混凝土过程中慢速搅拌混凝土。
（2）为了防止混凝土坍落度损失过大以及发生堵管现象，长距离混凝土输送管道采取遮光覆盖措施，并喷洒冷水对其降温。
（3）严格规范现场管理，加强与现场的信息沟通，对现场浇筑进展进行严格控制，合理安排，控制并缩小混凝土到达现场等待浇筑的时间，确保降低砼在运输过程中受环境温度的影响。
③混凝土的浇筑
（1）混凝土浇筑根据施工方量选择在夜间浇筑而避开炎热的白天，在进行混凝土浇筑时进行混凝土拌和物性能试验以及对混凝土温度进行测量。
确保混凝土入模温度不大于25℃。
（2）夏（热）期浇筑混凝土前，作好充分施工准备，保证混凝土浇筑连续性；缩短混凝土从搅拌机到入模的传递时间及浇筑时间。
（3）钢模板拼装到位后，模板周围采取遮阳措施，防止钢模板被阳光直射。
在浇筑混凝土前，采用冷水淋洒钢模板外侧以降低模板温度。
（4）钢筋绑扎完毕后，尽量避免在阳光下长时间曝晒，在浇筑混凝土前采用冷水淋洒钢筋骨架，对非模板介质的接触面也彻底淋湿，在浇筑时控制不能有附着水。
这不仅能够使钢筋骨架保持相对较低的温度，还能够使由吸收和蒸发引起的混凝土水蒸汽的损失降到最低。
（5）为了避免大体积混凝土浇筑时水化热的传递采取薄层（30cm）连续施工方法。
（6）浇筑过程中按预定的测温方案，留置测温设施。
（7）在混凝土浇筑完毕后，对于混凝土的裸露面，及时采用覆盖塑料薄膜、覆盖土工布反复洒水保湿，并保持湿润，防止塑性裂纹的产生。
④拆模、养护及混凝土表面保护
在混凝土浇筑完毕后，时刻关注外界环境及混凝土内外温度的变化，控制好混凝土降温梯度，避免出现裂纹。
（1）拆模前养护期间在模板外侧搭设遮阳设施，防止阳光直射模板。
外露混凝土进行覆盖保湿。
混凝土终凝后的持续保湿养护时
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