淺談大壩混凝土通水冷卻施工

引言：小灣水電站《拱壩混凝土通水冷卻施工技術(shù)要求》，先后實(shí)施了第a版、第b版和第c版三次換版。筆者2008年底到小灣水電站，正值實(shí)施《拱壩混凝土通水冷卻施工技術(shù)要求（第c版、試行版）》標(biāo)準(zhǔn)，并有幸參與了左岸大壩混凝土通水冷卻施工過程控制管理。本文擬對大壩混凝土通水冷卻施工的相關(guān)問題做些探討。

一、大壩混凝土通水冷卻工藝原理

大壩混凝土由于其自身水泥水化熱較高，其自身散熱效果滿足不了設(shè)計(jì)要求，因此必須采用預(yù)埋在壩體內(nèi)部的冷卻水管進(jìn)行通水冷卻，以帶走混凝土內(nèi)部水化熱溫升。

小灣水電站大壩混凝土分一期通水冷卻、中期通水冷卻和二期通水冷卻，采取循環(huán)通水方式。通過一期通水冷卻削減澆筑層混凝土初期水化熱溫升，控制混凝土溫度不超過允許高溫度，同時(shí)削減壩體混凝土內(nèi)外溫差，降低二期冷卻開始時(shí)的混凝土溫度，減小溫度應(yīng)力；通過中期冷卻控制一期冷卻悶溫結(jié)束后至二期冷卻開始時(shí)壩體混凝土內(nèi)部溫度回升，降低二期冷卻開始時(shí)的混凝土溫度，減小溫度應(yīng)力；通過二期通水冷卻降低壩體混凝土內(nèi)部溫度使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求的封拱灌漿溫度，以使縫面張開，進(jìn)行接縫灌漿；以確保大壩混凝土工程質(zhì)量。

 

二、一期、中期、二期通水冷卻工藝及標(biāo)準(zhǔn)要求

（一）、一期通水冷卻工藝及標(biāo)準(zhǔn)要求

1、在每倉混凝土開倉前，應(yīng)對倉位鋪設(shè)的塑料冷卻管進(jìn)行暢通性檢查。檢查水壓為0.2mpa的情況下，流量大于0.9m3/h為通暢，否則，應(yīng)檢查冷卻管是否有滲漏、堵塞現(xiàn)象，待處理通暢方可開倉澆筑。

2、 一期通水冷卻開始時(shí)，水流方向每24h變換一次。冷卻通水時(shí)間不少于21d，并應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，嚴(yán)格控制混凝土*高溫度、降溫速率、結(jié)束溫度滿足設(shè)計(jì)要求

3、一期通水冷卻過程控制，要根據(jù)不同時(shí)段、不同季節(jié)及時(shí)進(jìn)行流量調(diào)整。針對缺陷槽、41#～45#壩段及孔口等特殊部位，必要時(shí)應(yīng)對所埋測溫儀器進(jìn)行加密觀測，根據(jù)現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)由三檢人員通知及時(shí)調(diào)整流量，以保證混凝土*高溫度不超標(biāo)；當(dāng)觀測數(shù)據(jù)顯示上、下游溫差超過1℃時(shí)，也需對一冷通水流量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以防止上、下游溫差過大。

4、高溫季節(jié)，在新澆倉號混凝土*高溫度出現(xiàn)前，其一冷通水流量一般按不低于1.8m3/h進(jìn)行控制；在混凝土*高溫度出現(xiàn)后至一冷第10天期間，其通水流量一般按0.8m3/h～1.5m3/h控制；一冷10天后，其通水流量一般按0.5m3/h～1.2m3/h控制。高標(biāo)號混凝土一般靠上述流量范圍的上限控制，低標(biāo)號混凝土一般靠上述流量范圍的下限控制。

5、低溫季節(jié)，在新澆倉號混凝土*高溫度出現(xiàn)前，其一冷通水流量一般按不低于1.5m3/h進(jìn)行控制；在混凝土*高溫度出現(xiàn)后至一冷第10天期間，其通水流量一般按0.6m3/h～1.2m3/h控制；一冷10天后，其通水流量一般按0.4m3/h～0.8m3/h控制。高標(biāo)號混凝土一般靠上述流量范圍的上限控制，低標(biāo)號混凝土一般靠上述流量范圍的下限控制。

6、當(dāng)通水天數(shù)達(dá)到15d時(shí)，及時(shí)根據(jù)溫度觀測數(shù)據(jù)或回水溫度情況適當(dāng)調(diào)整一冷通水流量，*終保證一期冷卻結(jié)束溫度滿足設(shè)計(jì)要求。

（二）、中期通水冷卻工藝及標(biāo)準(zhǔn)要求

1、中期通水冷卻適用于一期冷卻已經(jīng)結(jié)束，但還未進(jìn)行二期冷卻的所有已澆和新澆壩體混凝土。

2、中期通水冷卻應(yīng)保持一期冷卻結(jié)束后至二期冷卻開始前整個(gè)時(shí)段的混凝土溫度為18℃～20℃，且降溫時(shí)應(yīng)保證其混凝土溫度的均勻下降，*大降溫速率每天不大于0.5℃。

3、中期通水冷卻嚴(yán)格按照c版溫控技術(shù)要求進(jìn)行通水冷卻，參考通水流量0.5m3/h～1.0m3/h，冷卻水管入口處水溫10±1℃。

4、中期通水冷卻采取間歇通水措施循環(huán)進(jìn)行，根據(jù)悶溫結(jié)果的實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整通水方式（高溫季節(jié)主要以通水5d，悶溫5d為主;底溫季節(jié)主要以通水3d，悶溫7天為主）和流量。具體過程如下：

⑴、一冷結(jié)束后悶溫溫度在20～21℃時(shí)，參考通水流量0.8m3/h～1.0m3/h，并采取通水5d，悶溫5d的模式進(jìn)行冷卻；在19～20℃時(shí)，參考通水流量0.5m3/h～0.8m3/h，并采取通水3d，悶溫7d的模式進(jìn)行冷卻；在19℃以下時(shí)，可間歇5d，然后檢測其悶溫溫度，并根據(jù)所測悶溫結(jié)果決定中冷通水模式和通水流量。

⑵、在悶溫連續(xù)進(jìn)行1～2個(gè)循環(huán)后，中冷混凝土溫度可降至18℃～19℃時(shí)，可間歇10天后全.面檢測一次悶溫溫度；當(dāng)溫度回升高于19℃時(shí)，可重復(fù)上述所規(guī)定的流量和通水模式進(jìn)行中冷通水冷卻；當(dāng)溫度低于19℃時(shí)，繼續(xù)悶溫10天，等待下一循環(huán)的悶溫檢測，其混凝土溫度始終保持在18℃～19℃。

⑶、在二冷開通前10天普遍進(jìn)行一次全.面的悶溫檢測，并根據(jù)悶溫結(jié)果按上述規(guī)定采取不同的通水模式和通水流量進(jìn)行通水冷卻，將混凝土溫度降至18℃左右。

（三）、二期通水冷卻工藝及標(biāo)準(zhǔn)要求

二期通水冷卻是在接縫灌漿前，為降低壩體混凝土內(nèi)部溫度使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求的封拱灌漿溫度，以使接縫面張開而便于接縫灌漿。

1、二冷區(qū)分為擬灌區(qū)、蓋重區(qū)、過渡區(qū)和未二冷區(qū)。大壩el.1071.5m～el.1153.5m范圍的擬灌區(qū)為一個(gè)接縫灌區(qū)高度，蓋重區(qū)為擬灌區(qū)以上12m范圍，過渡區(qū)為蓋重區(qū)以上12m范圍；大壩el.1153.5m以上的擬灌區(qū)為一個(gè)接縫灌區(qū)高度，蓋重區(qū)為擬灌區(qū)以上一個(gè)灌區(qū)高度，過渡區(qū)也為蓋重區(qū)以上一個(gè)灌區(qū)高度；未二冷區(qū)為過渡區(qū)以上高度大于或等于6m范圍。

2、在每批二冷開通前，應(yīng)對各二冷區(qū)（擬灌區(qū)、蓋重區(qū)、過渡區(qū)）進(jìn)行一次全.面的悶水測溫，了解壩體混凝土二期通水冷卻前的初始溫度，以確定該批二冷的通水歷時(shí)和具體通水參數(shù)。同時(shí)，對此批二冷范圍內(nèi)的

3、同一批二冷的壩段，同一壩段內(nèi)二冷區(qū)范圍內(nèi)的冷卻管圈應(yīng)同時(shí)開始二冷，即冷卻管圈通水開始時(shí)間相差不超過1天，相鄰壩段通水開始時(shí)間相差不超過2天。同時(shí)，要求每條冷卻水管開通時(shí)先進(jìn)行微通（即小流量開通），待該批二冷范圍內(nèi)的所有冷卻水管均開完后，保證3天內(nèi)將所有水管的流量嚴(yán)格按二冷啟動(dòng)會的規(guī)定進(jìn)行調(diào)整完畢。

4、二期通水冷卻入口處水溫高溫季節(jié)為9～10℃，低溫季節(jié)為10～11℃。一般二冷通水歷時(shí)為20天，二冷前10天其進(jìn)水溫度按上限控制，二冷10天后其進(jìn)水溫度按下限控制。

5、二期通水冷卻通水流量根據(jù)開通前的初始溫度及冷卻水管鋪設(shè)情況，分區(qū)、分部位進(jìn)行控制（具體見二期冷卻通水參數(shù)表）。

二期冷卻通水參數(shù)表

分 區(qū) 控制參數(shù) 通水期間（20天）內(nèi)各參數(shù)的暫定值

第.一次納入二冷的壩段

(本批二冷的擬灌區(qū)和蓋重區(qū))   進(jìn)水溫度 10℃～11℃

流量范圍 0.5m3/h～0.8m3/h

第.一次納入二冷的壩段

（本批二冷的過渡區(qū)）   進(jìn)水溫度 10℃～11℃

流量范圍 0.3m3/h～0.5m3/h

非第.一次納入二冷的壩段

（上批二冷的未二冷區(qū)，本批二冷的過渡區(qū)） 進(jìn)水溫度 10℃～11℃

流量范圍 0.3m3/h～0.5m3/h

非第.一次納入二冷的壩段

（同為上批及本批的過渡區(qū)）   進(jìn)水溫度 10℃～11℃

流量范圍 從本批二冷開通當(dāng)天開始悶溫5天，對砼溫度回升值大于1℃的部位，用0.5m3/h～0.8m3/h的流量通3天悶5天；回升值不大于1℃的部位，繼續(xù)悶溫5天再根據(jù)悶溫溫度決定是否通水，*終以保持砼溫度不回升即可。

非第.一次納入二冷的壩段

 （上批二冷的過渡區(qū)，本批二冷的蓋重區(qū)）   進(jìn)水溫度 10℃～11℃

流量范圍 0.3m3/h～0.5m3/h（封拱溫度14℃部位靠上限，封拱溫度15℃部位靠下限）

非第.一次納入二冷的壩段

（同為上批及本批的蓋重區(qū)）   進(jìn)水溫度 10℃～11℃

流量范圍 從本批二冷開通當(dāng)天開始悶溫5天，對砼溫度回升值大于1℃的部位，用0.5m3/h～0.8m3/h的流量通3天悶5天；回升值不大于1℃的部位，繼續(xù)悶溫5天再根據(jù)悶溫溫度決定是否通水，*終以保持砼溫度不回升即可。

非第.一次納入二冷的壩段

（上批二冷的蓋重區(qū)，本批二冷的擬灌區(qū)）   進(jìn)水溫度 10℃～11℃

流量范圍 從本批二冷開通當(dāng)天開始悶溫5天，對砼溫度回升值大于1℃的部位，用0.5m3/h～0.8m3/h的流量通3天悶5天；回升值不大于1℃的部位，繼續(xù)悶溫5天再根據(jù)悶溫溫度決定是否通水，*終以保持砼溫度不回升即可。

說明：①上表中通水流量壩體中、上游區(qū)域按上限控制，壩體下游區(qū)域按下限控制；

②上表中的進(jìn)水溫度，在高溫季節(jié)(每年4月～9月)按9～10℃控制， 低溫季節(jié)(每年10月～翌年3月)按10～11℃控制。

6、每批二冷開通后應(yīng)連續(xù)通水，水流方向每24h變換一次，通過調(diào)節(jié)通水流量，嚴(yán)格控制各二冷區(qū)的降溫速率，*大降溫速率每天不大于0.5℃，降溫速率可由二冷范圍內(nèi)所埋測溫儀器測得。

7、二冷通水15天左右時(shí)，可根據(jù)二冷范圍內(nèi)埋設(shè)的測溫儀器所測混凝土溫度、二冷管的回水溫度或在具有代表性的不同部位選取幾條水管進(jìn)行悶水測溫等方式，判斷各灌區(qū)的混凝土溫度是否接近設(shè)計(jì)封拱灌漿溫度值，并采取及時(shí)調(diào)節(jié)通水流量或提前結(jié)束通水等措施，以*終保證二冷實(shí)測封拱灌漿溫度與設(shè)計(jì)封拱灌漿溫度的誤差不超過±1℃，并盡量避免超冷。

 

三、冷卻水系統(tǒng)布置

1、 冷卻水由集裝箱移動(dòng)式冷水機(jī)組供應(yīng)。冷水機(jī)組布置在壩后邊坡馬道上，冷卻干管和支管布置在壩體下游的棧橋、馬道或貼角平臺上。冷水機(jī)組和冷卻水管隨壩體上升而提高

2、 冷卻供水干管和支管均需包裹橡塑保溫材料，冷卻管進(jìn)口水溫與冷水廠出口水溫之差不宜超過2℃。

3、 冷水機(jī)組的冷卻水供水量、出水溫度均需滿足相關(guān)技術(shù)要求，并定期對機(jī)組進(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù)，機(jī)組值班人員應(yīng)熟悉冷水機(jī)組運(yùn)行狀況，能及時(shí)并有效的解決運(yùn)行過程中常見的問題，*終確保冷卻水的正常供給。

四、檢測項(xiàng)目及方法

小灣水電站左岸大壩混凝土通水冷卻檢測項(xiàng)目主要包括：機(jī)組供水量，進(jìn)、回水溫度，進(jìn)、回水流量，各冷卻階段的悶溫溫度等。

1、水溫檢測：供水主管和冷卻水管進(jìn)、回水溫度主要采用紅外線點(diǎn)溫儀檢測，并采用電子溫度計(jì)或玻璃棒溫度計(jì)進(jìn)行校核，無論采用何種溫度計(jì)，均需進(jìn)行定期校驗(yàn)和率定。同時(shí)要求溫度計(jì)誤差控制在1℃以內(nèi)，采用溫度計(jì)檢測水溫時(shí)，插入水中2～3min穩(wěn)定后讀數(shù)。水溫檢測包括供水溫度、冷卻水管進(jìn)、回水溫度、悶溫溫度等（每組數(shù)據(jù)測取3個(gè)或多個(gè)數(shù)值的平均值作為*終結(jié)果）。

2、流量檢測：通水流量采用水表和tds-100h超聲波手持式流量計(jì)檢測。對冷卻水管的通水流量一般使用tds-100h超聲波手持式流量計(jì)進(jìn)行檢測。

3、水溫及流量檢測頻次：冷水機(jī)組出水溫度、壩體冷卻水管進(jìn)、回水溫度要求每4h測量1次；壩體冷卻水管通水流量的測量一般與進(jìn)、回水溫度的測量同步進(jìn)行，一冷、二冷通水流量每4h測量1次，中冷通水流量每12h測量1次。