永和水电站工程大坝混凝土施工温控设计.docx
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永和水电站工程大坝混凝土施工温控设计
永和水电站工程
大坝混凝土温控设计（初步）
******水利勘测设计研究院
二Ｏ一三年六月
目录
1工程概况1
2温控设计基本资料1
2.1气象资料1
2.2混凝土主要设计指标2
3温控设计3
3.1坝体分缝分块3
3.1混凝土温控标准3
4大坝温控防裂技术措施5
4.1优化大坝混凝土配合比,提高混凝土抗裂能力5
4.2控制坝块混凝土最高温度5
4.3基础约束区混凝土应尽量避开夏季浇筑6
4.4采取合理的浇筑层厚及间歇期6
4.5控制大坝混凝土施工程序并合理安排施工进度7
4.6大坝混凝土浇筑层面长间歇期的防裂措施7
4.7大坝混凝土通水冷却8
4.8大坝混凝土表面保护10
4.9大坝混凝土养护11
4.10大坝混凝土施工温度监控措施及制度12
1工程概况
永和水电站位于山西省沁源县郭道镇永和村东沁河一级支流紫红河上，坝址以上控制流域面积368km2，设计总库容968.41万m3，是一座以向下游企业供水为主，兼有发电、灌溉和其他效益的综合利用的水利水电工程。
枢纽工程由大坝（挡水坝段、溢流坝段）、坝下放空（排砂）洞、引水洞及水电站组成，大坝采用混凝土实体重力坝，坝体结合坝顶溢流、坝底放空（排砂）洞、电站引水洞等集中布置。
坝顶全长388m，最大坝高40.00m，坝顶宽8.0m，坝顶高程为1152.00m。
大坝挡水坝段全长255.0m，其中左岸114.0m，右岸141.0m；溢流坝段全长133.0m，布置在大坝靠近左岸主河槽的位置。
坝体防渗形式采用上游坝面混凝土防渗，坝基采用帷幕灌浆。
上游面1138.2m以上为铅直面，1138.2m以下坡度为1：
0.2；下游面高程1148.50m以上为铅直面，1148.50m以下至坝基的坡度为1:
0.7。
大坝混凝土工程量约28.0万m3，其中坝体内部混凝土约19.5万m3。
坝体分为21块，从右至左编号为1#～21#坝段，目前已完成3#～9#共7个坝段（桩号0+228-0+353）基础混凝土（高程1114.0m以下）的浇筑和坝基固结灌浆。
基础混凝土厚度2.0m，浇筑工程量1.74万m3。
2温控设计基本资料
2.1气象资料
1、气温
沁源（1981—2010年）逐月及年气温资料
表2-1
项目名称
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
平均气温（℃）
-6.2
-2.3
3.5
10.9
16.3
20.2
22.1
极端最高气温（℃）
16.5
21.5
29.1
34.7
36.5
38.1
37
极端最低气温（℃）
-27.7
-25.8
-16.9
-8.2
-1.2
3.8
8.9
项目名称
8月
9月
10月
11月
12月
年均
平均气温（℃）
20.5
15.5
9.2
1.9
-4.5
8.9
极端最高气温（℃）
35
34.5
29.1
25.5
17.8
极端最低气温（℃）
7.4
-2.4
-11
-23.1
-27.1
2、水温
沁源孔家坡水文站2012年水温资料
表2-2单位：
℃
月份
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
平均
水温
0.0
0.0
3.6
11.2
17.1
19.6
22.7
20.8
16.0
9.8
2.8
0.3
2.2混凝土主要设计指标
大坝混凝土标号及主要设计指标
表2-3
混凝土
标号
级配
抗冻
标号
抗渗
标号
抗冲磨
限制最大水灰比
使用部位
备注
C9020
3、4
--
--
--
0.55
上、下游正常水位以上坝面混凝土
Ⅰ区
C9030
3、4
F150
W4
--
0.45
上、下游水位变化区的坝面混凝土
Ⅱ区
C9025
3、4
W6
--
0.50
上、下游最低水位以下坝面混凝土
Ⅲ区
C2820
3
--
--
--
0.50
坝体基础混凝土、廊道周边
Ⅳ区
C9015
2
--
--
--
0.65
坝体内部混凝土
Ⅴ区
C2830
2、3
F150
√
0.45
溢流坝面、导流墙、桥墩、放空（排砂）洞、引水洞进口
Ⅵ区
C2825
C2830
2、3
F150
√
0.45
胸墙、牛腿等结构混凝土、
3温控设计
3.1坝体分缝分块
坝体设横缝，间距17.0～20.0m；坝基顺水流方向最大长度35.0m左右，为施工方便，不考虑设纵缝，即最大浇筑块长度35.0m；在放空（排砂）洞、引水发电洞处，根据具体位置调整，但不大于上述值。
3.1混凝土温控标准
1、基础温差
基础温差是指建基面0.4L（L为浇筑块长边尺寸）高度范围内的基础约束区内混凝土的最高温度和该部位稳定温度之差。
当常态混凝土28天龄期的极限拉伸值不低于0.85×10-4、基岩变形模量与混凝土弹性模量相近、短间歇均匀上升时，其基础容许温差用下表中规定的数值。
基础约束区混凝土容许温差Δt（℃）
表3-1
距离基础面
高度h
浇筑块长度L
17m以下
17～20m
20～30m
30～40m
40m至通仓
（0～0.2）L
26～25
25～22
22～19
19～16
16～14
（0.2～0.4）L
28～27
27～25
25～22
22～19
19～17
2、新老混凝土上下层温差
上下层温差是指老混凝土面（龄期28天以上）上下各1/4块长范围内，上层新混凝土最高平均温度与开始浇筑混凝土时下层老混凝土的平均温度之差。
根据本工程坝高、浇筑块长度，在老混凝土上连续浇筑、短间歇均匀上升且浇筑高度大于0.5L时，上下层容许温差一般为15～20℃。
浇筑块侧面长期暴露或上层混凝土高度小于0.5L或非连续上升时，应严格控制上下层温差标准。
3、混凝土内外温差控制及坝体表面保护标准
①混凝土内外温差应控制在18～20℃。
②初期气温骤降：
大坝施工期内每月浇筑的混凝土都有可能遭遇降温袭击，新浇混凝土遇日平均气温在2～3d内连续下降达到或超过6～9℃时，基础约束区和特殊部位龄期2～3d以上、一般部位3～4d以上均需进行表面保护。
③中后期气温年变化及气温骤降：
坝体在气温年变化和气温骤降的同时作用下，无保护时极可能使混凝土表面产生裂缝。
大坝施工期内，应视混凝土浇筑的不同月份和不同部位，结合考虑后期通水情况进行中期通水冷却，并采取必要的表面保护。
4、坝体最高温度控制标准
控制坝体混凝土最高温度实质上是控制坝体内外混凝土温度差。
对均匀上升浇筑块，其各季节坝体混凝土最高温度按下表控制。
混凝土最高温度控制标准
表3-2单位：
℃
月份
部位
12月至翌年2月
3月、11月
4月、10月
5月、9月
6至8月
基础强约束区
25
27
33
33
34
基础弱约束区
25
27
33
35
36
脱离基础约束区
25
27
33
36
38
5、设计允许最高温度
根据大坝各部位稳定温度及上述温控标准确定大坝各部位的设计允许最高温度。
对于基础约束区混凝土，可按基础允许温差加上坝体稳定温度与坝体最高温度控制标准比较后取其低值；对于均匀上升的脱离基础约束区混凝土，可按坝体最高温度控制标准确定。
4大坝温控防裂技术措施
4.1优化大坝混凝土配合比,提高混凝土抗裂能力
大坝混凝土配合比设计中应选用具有微膨胀性的强度等级42.5的中热水泥，掺用缓凝高效减水剂和引气剂，在满足混凝土标号及抗冻、抗渗、极限拉伸值等主要设计指标前提下，尽量增大粉煤灰掺量，降低水灰比，并要求满足混凝土匀质性指标及强度保证率，改善混凝土性能，提高混凝土抗裂能力。
4.2控制坝块混凝土最高温度
1、为控制坝块混凝土最高温度不超过设计允许的最高温度，需采取降低混凝土浇筑温度、合理的层厚及间歇期、初期通水等措施。
严格控制混凝土运输时间和仓面浇筑坯层面覆盖前的暴露时间。
混凝土运输机具应设置保温设施，使高温季节混凝土自拌和楼出机口运至仓面浇筑坯层被覆盖前的温度回升率不大于0.25。
2、在高温季节或高温月份浇筑大坝混凝土时，应采取以下措施降低混凝土原材料的温度：
砂和石子降温措施：
成品料的堆高不宜低于6m，并应有足够的储备；堆料场上搭设遮阳棚，避免阳光直射；必要时通过地弄取料。
埋石（块石）：
块石表面冲洗干净，入仓前用低温水充分润湿，以达到不影响水灰比和降温的效果。
水泥和粉煤灰的降温措施：
为防止阳光直射水泥储罐和粉煤灰储罐外应包裹隔热材料，如聚笨乙稀塑料等，避免使水泥和粉煤灰温度升高；刚出炉的水泥不能立即打混凝土，一是温度高、热量大，二是水泥中各种配料的性能还没有充分稳定，所以要严格检查新进场水泥的温度，要求水泥厂家必须是生产出来按规定存放一定时间（最少要存放15d）后才能供工地使用；水泥和粉煤灰的运输罐车必须在罐外包裹防晒隔热材料，避免水泥在运输途中升温；罐车从装车到送至工地，尽量避开高温时段，以晚上运行为宜。
水的降温措施：
应采取措施使混凝土搅拌用水的温度降低，根据现场情况，在场区内打一眼深井，使用地下水搅拌混凝土，井水抽至搅拌站蓄水池内，蓄水池外采用聚笨乙稀泡沫塑料包裹。
也可在搅拌站安装一台螺杆冷水机组对河水或井水进行冷却，然后注入搅拌站的蓄水池内。
机组冷却水量要能满足两台搅拌站的拌合混凝土用水。
两种办法可独立使用，根据气温情况必要时需共同使用。
3、混凝土浇筑温度不得超过28℃（相应的拌和楼出机口混凝土温度应不得超过25℃，施工时根据运输、入仓情况进行具体的测定和控制）。
夏季浇筑能力要适应入仓强度要求，避免在中午高温时间（10时～16时）浇筑。
高温季节浇筑混凝土表面采取流水养护措施。
4.3基础约束区混凝土应尽量避开夏季浇筑
若在夏季高温季节浇筑基础约束区混凝土，则坝体水平受拉区范围较大，坝段各块基础约束区都呈受拉状态，混凝土存在产生裂缝的风险。
因此，浇筑大坝基础约束区混凝土宜尽量安排在6～8月份以外的较低气温季节进行。
若必须在高温季节施工浇筑，则需采取各种措施，控制混凝土的入仓温度和最高温度。
4.4采取合理的浇筑层厚及间歇期
1、浇筑层厚：
根据坝体结构尺寸、埋石要求、温控要求，基础约束区采用的浇筑层厚为1.2m左右，不得超过1.5m；脱离基础约束区一般的浇筑层厚为1.5～2.0m，不得超过2.0m。
非高温季节可适当增加。
2、层间间歇期：
应严格控制大坝大体积混凝土浇筑的层间间歇期和墩、墙等结构混凝土浇筑的层间间歇期，使其不少于3d，也不宜大于10d，最好控制在5～7天。
4.5控制大坝混凝土施工程序并合理安排施工进度
1、基础约束区混凝土、放空（排砂）洞、引水发电洞等重要结构部位，在设计规定的间歇期内连续均匀浇筑上升，不得出现薄层长间歇期；其余部位基本做到短间歇连续均匀地浇筑上升。
2、施工过程中各坝块应尽量均匀上升，相邻的浇筑块高差不大于6～8m，相邻坝段高差不大于10～12m，相邻坝块浇筑时间的间隔宜小于30d。
4.6大坝混凝土浇筑层面长间歇期的防裂措施
由于气候、结构或安装要求、施工外部环境等原因需要形成大坝混凝土的长间歇浇筑面或浇筑部位，应采取防裂措施。
1、长间歇面层50cm厚浇筑纤维混凝土：
在长间歇面浇筑层的最后一个坯层（厚50cm）的混凝土中掺质量浓度为1kg/m3的聚丙烯纤维。
2、长间歇面层铺设钢筋网，钢筋网距坝块边线的距离为5cm，距收仓面顶面的距离为6cm。
此项需经设计单位同意后提出具体要求。
3、大坝右坝段基础混凝土于2012年11月浇筑完成，成为了老混凝土，浇筑层面的间歇时间较长，新混凝土浇筑时需采取以下措施：
①清除表面的水泥浮浆、薄膜、松散砂石、软弱混凝土层、油污等，旧混凝土面凿毛；钢筋上的锈斑及浮浆刷净；清水冲洗旧混凝土表面，在浇筑新混凝土前保持充分湿润；浇筑新混凝土前，先铺一层厚度为2～3cm的同标号水泥砂浆。
②底部增设一层钢筋网，距旧混凝土表面的距离为6cm。
此项需经设计单位同意后提出具体要求。
4.7大坝混凝土通水冷却
在混凝土内埋设冷却水管并通水冷却，以此削减混凝土水化热温升和控制坝体混凝土的内、外温差，是大坝混凝土的主要措施之一。
根据本工程的混凝土工程量、工期计划和施工温控技术方案，5～9月份浇筑混凝土必须进行通水冷却。
1、冷却水系统布置：
冷却供水系统包括供水站（或制冷站）、主供水管路和仓内冷却水管组成，供水站、主供水管路由施工单位根据水源、制冷机组位置、需要同时通水的坝段数量等进行计算和布置。
坝内冷却水管采用规格D32×4mm的钢管（在确保管道不会被埋石施工损坏的前提下，也可采用同管径的高密度聚乙烯管），布置在每个浇筑层的中部，呈“S”形布置。
每个浇筑仓内为一组供水管，每组供水管形成一个独立的回路，与外部供水系统相接。
供水管水平面布置间距为1.5m，考虑混凝土可能会产生沿水管管壁的裂缝，对大坝防渗不利，冷却水管全部沿坝轴线方向布置。
管道与两侧立面、上下游坝面的距离控制在1.5m左右。
一组冷却水管道长度不宜大于250.0m，若超过时需分为长度大致一样的两组冷却水管道。
施工时，冷却水管采用自制U形卡固定，为防止冷却水管受到冲击破坏，在浇筑前和浇筑过程中应保持通水，发现堵塞、漏水现象，应立即处理。
在最终的通水完成后，对冷却水管采用水灰比0.5:
1的水泥浆液进行封堵。
2、冷却分期：
通水冷却分两期进行，即初期和中期通水。
3、初期通水：
在高温季节最高温度仍可能超过设计允许值者,应采取初期通水冷却措施以削减混凝土最高温度。
采用冷却水管进行初期冷却，在混凝土收仓后12h内开始。
通水时间初步按20～30d计，可根据预埋温度计的测温结果进行调整，当混凝土温度达到25～27℃后可结束初期通水或转入中期通水。
在高温季节，初期通水结束后，还应密切关注坝体内部温度情况，如有回升趋势，应补充通水，补充通水可采用井水或河水进行。
混凝土温度与水温之差，以不超过25℃为宜。
管中水的流速以0.6m/s为宜，通水流量控制在18～20L/min。
水流方向应24h调换一次，每天降温不宜超过1℃。
根据当地水温资料，6～8月份地表水温在20℃左右，需要采取措施降低冷却水的水温，当采用井水不能满足要求时，需设置制冷或制冰设备。
4、中期通水：
对于高温或较高温时段浇筑的大体积混凝土，应进行中期通水，以削减坝体混凝土的内、外温差，防止或减少表面裂缝。
对于当年6～8月份浇筑的混凝土，应于9月开始进行中期通水；5月和9月份浇筑的混凝土，于10月初开始进行中期通水；10月浇筑的混凝土，于11月初开始进行中期通水。
中期通水采用河水进行，通水冷却时间为1～2个月左右，以混凝土块体温度达到20～22℃为准，单根水管通水流量应达到20～25L/min。
通过水温与混凝土内部温度之差，不应超过20℃，日降温不超过1℃。
5、初、中期通水分季节区别：
在高温季节浇筑的混凝土，初、中期通水分别进行，并将初期通水时间延长5～10d，适当降低最高温度；对9月份以后浇筑的混凝土则初、中期通水连续进行。
在入冬前或气温骤降时，在做好混凝土表面保温工作的同时，中期通水时间提前10d开始，将越冬坝体混凝土温度由20～22℃调整为18～20℃。
4.8大坝混凝土表面保护
应根据设计表面保护标准确定不同部位、不同条件的表面保温要求，并应重视基础约束区、上游面及其他重要结构部位的表面保护，尤其应重视防止寒潮的冲击。
所有混凝土工程在最终验收之前都必须加以维护及保护，以防损坏。
浇筑块的棱角和突出部分应加强保护。
1、在低温季节和气温骤降季节，混凝土应进行早期表面保护。
2、模板拆除时间应根据混凝土强度及混凝土的内外温差确定，并应避免在夜间或气温骤降时拆模。
在气温较低季节，当预计拆模后有气温骤降，应推迟拆模时间；如必须拆模时，应在拆模的同时采取保护措施。
3、大坝的临时暴露面，如大坝横缝侧面、仓面，在浇筑完毕后要进行覆盖。
材料一般采用两层1.0cm厚的聚乙烯塑料卷材外套彩条布保温材料，厚度不小于2.0～3.0cm。
为现场使用方便，可做成1.5×2.0m的方块。
直到上层混凝土浇筑时揭开。
4、大坝上、下游面为永久暴露面，应结合模板类型、材料性质等综合考虑，必要时采用聚苯乙烯泡沫板（导热系数不大于0.042W/（m·K）），粘贴于混凝土表面保温。
厚度不小于2.0cm。
4.9大坝混凝土养护
养护一般应在混凝土浇筑完毕后12～18h及时采取洒水或喷雾等措施，使混凝土表面经常保持湿润状态。
对于新浇筑混凝土表面，在混凝土能抵御水的破坏之后，立即覆盖保水材料或采取其他有效方法使其表面保持湿润状态。
混凝土体的所有侧面也应采取类似的方法进行养护。
混凝土连续养护时间不少于28d。
1、仓面喷雾
有条件时，在混凝土收仓后，采用喷雾进行养护，在仓面上空形成一层雾状隔热层，减少阳光直射强度。
对浇不到的部位采用人工辅助洒水养护，直到上一仓开始浇筑为止。
2、流水养护
①采用河水。
混凝土浇筑完毕后，对所有侧面和表面及时洒水养护，保持经常湿润；浇筑完毕短期内应避免阳光暴晒，表面加遮盖。
②一般在混凝土浇筑完毕后12～18h内开始，但在炎热、干燥情况下应提前养护。
③养护应保持连续性，不得采用时干时湿的养护方法。
④养护时间不应少于混凝土的设计龄期，进入低温季节，需要覆盖保温材料进行表面保温时，可停止养护。
⑤永久暴露面采用长期流水养护，可采用悬挂钢管或塑料管（25mm）通水养护，临时挂在模板或外拉钢筋上，每隔20～30cm设一个小孔，对壁面进行养护，通水流量15～20L/min。
夜间（20:
00～6:
00）气温较低时可间断流水养护。
⑥水平仓面养护采用人工洒水、机械洒水或表面蓄水流水养护方式（在浇筑混凝土至仓面时，四周设坎挡水，蓄水形成不超过20cm的水面），养护时间为不少于28d或至上一仓混凝土浇筑前为止。
⑦当下雨时间超过30min时，停止养护；雨停后1h内回复正常的养护工作。
4.10大坝混凝土施工温度监控措施及制度
1、温度监控
在混凝土施工过程中，应至少4h测量一次混凝土原材料温度、出机口混凝土温度以及坝体冷却水的温度和气温，并做好记录。
混凝土浇筑温度的测量，每100m2仓面面积应不少于一个测点，每一浇筑层应不少于3个测点；测点应均匀分布在浇筑层面上。
浇筑块内部的温度观测，除按设计规定进行外，可根据混凝土温度控制的需要，补充埋设仪器进行观测。
2、建立天气、温度控制、间歇期3个预警制度
天气预警：
高温与气温骤降预警、降雨预警、雷电大风预警。
与沁源县防办、水文站、气象预报中心等建立联系，每天全天候向各施工、监理、设计单位有关人员发布气象信息，以合理安排大坝混凝土施工和科学落实温度控制及防裂措施。
温度控制预警：
混凝土浇筑温度回升过快预警，敦促拌和楼骨料、水系统加强控制，降低原材料温度；实测仓面浇筑温度距设计允许值2～3℃预警，敦促现场加强保温被覆盖、启动喷雾、加快混凝土入仓强度等，且连续3个测点（持续1h浇筑温度）超温实行停仓制度；通过测温管监测，混凝土初期水化热温升过快或最高温度距设计允许值2～3℃，采取加大通水流量、仓面流水养护、优化混凝土配合比等措施。
层间浇筑间歇预警制度。
低温季节大坝坝块浇筑间歇按7d预警，通过控制层间浇筑间歇期，可以合理调配资源，使大坝整体均匀薄层连续上升；适当的浇筑间歇期既有利于浇筑块散热，同时可减少受气温骤降袭击的机会。
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