青山水库溢洪道混凝土温控防裂措施.pdf

2 0 1 6年第 5期 水利规划与设计 设计 施 工 DOI ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 0 1 6 0 5 0 3 2 青 山水库溢洪道混凝 土温控 防裂措施 杨 林 ( 葫芦岛市青 山水库工程建设管理局 ，辽宁 葫 芦岛 1 2 5 0 0 0 ) 摘 要：青山水库位 于辽 宁省葫芦岛市，是一座 以防洪供 水为主综合利 用的 大( 2 ) 型水利 X - 程。其溢 洪道 闸墩及底 板 等属于大体积混凝土 ，本文主要介 绍其混凝土设计及针 对大体积 混凝 土所采取 的温控 防裂措 施 ，旨在 为本 工程 建设提 供理论依 据 ，为同类工程 建设提供参 考与借鉴 。 关键词 ：溢洪道 ；混凝土 ；温控 ；防裂 中图分类号 ：T V 4 3 1 文献标 识码 ：B 文章编号 ：1 6 7 2 2 4 6 9 ( 2 0 1 6 ) 0 5 0 0 8 6 0 3 l 基 本 概 况 青 山水 库工 程 最 大库 容 6 6 1亿 m 。溢 洪道 位 于主坝 右岸 ，距坝 头 约 3 5 0 m 的一 天然 山沟 内 。溢 洪道工程包括进 口引渠 、堰体控制段 、陡槽及出口 明渠段 和 出 口防护 工 程 五部 分 组 成 。我 国在 普 通 混凝土配合 比设计规范( J G J T 5 5 ) 中对大体积混 凝土的定义为“ 混凝土结构物中实体最小尺寸不小 于或等于 1 m，或易引起裂缝 的混凝土” 。本工程溢 洪道的闸墩 、闸底 板 、上游翼墙 等均为 大体积 混 凝 土 。 2溢洪道布置 为改 善溢 洪道 进 出 口水 流 条 件 及 减 少 开挖 量 ， 溢洪道轴线选在进出 口山沟的中线，堰体段布置在 垭 口最 窄处 ，最 大开挖 深度 2 1 4 m，开挖 岩石 大 部 分 为强 风化 岩及粘 土 夹碎石 。溢洪 道 的轴 线 在平 面 图上如下布置 ：进 口引渠为半径 5 0 0 m 的转弯段及 直线明挖段 ，与控制段相连 ，控制段下游侧与 6 0 m 长 陡槽 衬砌 段 相连 ，其 后 为半 径 等 于 5 0 0 m 圆 弧及 直线 明挖段 。 3溢洪道混凝土设计 混凝 土 强 度 等 级 及 龄 期 采 用 2 8 d龄 期 的设 计 强 度 。 抗渗等级 。混凝土抗渗等级采用 W6 。 抗冻等 级。本 坝址最冷 月平均 气温 一7 7 ， 低 于 一 3 ，高 于 一I O C，属寒 冷 地 区 。对 混 凝 土 86 提出如下抗冻等级要求 ：上游铺盖、上游导墙 、箱 型混 凝 土 、闸墩 、闸底板 、下游 陡槽 、下游 护 坡抗 冻 等级定 为 F 2 0 0 。 混凝土的抗冲刷要求。为减少本工程泄洪设施 高速水流对混凝土 的冲刷磨损 ，对闸墩 、闸底板采 用高强度等级的抗 冲耐磨混凝土。 抗 侵蚀 性 。根 据 坝 区 河 水 水 质 分 析 成 果 的 结 论 ，用河水对各种水泥拌 合成 的水工 建筑物 混凝 土 ，均无一般性溶出性 、酸性 、碳酸性等侵蚀性。 混 凝 土配合 比。本工 程溢 洪道 混凝 土包括 以下 部分 ：闸墩 、闸底板 、上 游翼 墙 、上 游铺 盖 、上 游 护坡 、下游陡槽、下游护坡 ，溢洪道的不 同部位 ， 不同的工作条件 ，要求采用不同特性 的混凝土 ；混 凝 土应 满 足 强 度 、抗 渗 、抗 冻 、抗 侵 蚀 、抗 冲 刷 、 低热、抗裂等性能的要求。考虑上述条件 ，通过工 程类比确定不同部位混凝土配合 比及分区混凝土设 计指标要求 ，详见表 1与表 2 。 表 1 混凝土的设计指标要求及使用部位 混凝土 混凝土 抗冻 抗渗 最大骨料 最大水 使用部位 编号 标号 等级 等级 粒径( ra m) 灰比 上游 铺盖 、上 1 R 2 8 2 5 0 F 2 0 0 W6 8 0 O 5 0 游导墙 、箱 型 混凝土 闸 墩 、 闸 底 2 R 2 s 3 0 0 F 2 0 O W6 4 0 0 4 5 板 、 下 游 陡 槽 、下游护坡 收稿 日期 ：2 0 1 5 - 0 l - 2 6 作者简介 ：杨林( 1 9 7 3年一) ，男 ，高级工程师 。 设计 施 工 水利规划与设计 2 0 1 6年第 5期 表 2 不 同部位混凝土配合 比建议值 混凝土 原材料用量 ( k g m ) 水灰 抗冻性 能 抗渗性毹 编号 水泥 砂子 石子 水 外加剂 比 6 0 W6 2 3 7 0 6 3 0 1 2 6 4 1 4 8 3 7 5 0 4 0 F2 0 O W6 4 大体 积混凝 土产 生裂缝的主要原 因 4 1水 泥 水化 热 大体积混凝土结构断面较厚 ，表面系数相对较 小 ，而 水 泥在水 化 过程 中要 释放 出一 定 的热 量 ，发 生 的热 量 聚集 在结 构 内部 不易 散失 。这样 混 凝 土 内 部的水化热无法及时发散出去 ，越积越高 ，使内外 温差增大。混凝土单位体积中水泥品种和水泥用量 决 定单 位 时 间混凝 土 释放 的水 泥水 化 热 ，并 随 混凝 土 的龄 期 的增 长 而增 长 。由于 混凝 土 结构 表 面 可 以 自然冷却 ，混凝土内部 的最高温度主要是在浇筑后 的最初 3 5 d 。 4 2混凝 土收 缩 水分的蒸发是混凝土体积收缩 的主要原 因，混 凝 土水 泥 硬 化需 要 约 2 0 的 水 分 ，别 外 8 0 的水 分都是要蒸发的。如果混凝土失水收缩后 ，再使混 凝土处于水饱和状态 ，还可以恢复膨胀并达到原有 的体积 。混凝土养护期间干湿交替的环境会引起混 凝土体积的反复变化。同时，混凝土配合 比、水泥 品种、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺等对混 凝 土 收缩 有重 要 的影 响 。 4 3外界气 温 变化 施工阶段的大体积混凝土 ，浇筑温度随着外界 气温改变而变化 。特别是气温突然降低 ，内外层混 凝 土温 差就 会 大增 ，这 对 大体积 混 凝 土是 十 分不 利 的。温 差 引起温 度 变形 造成 了温 度 应 力 ，温度 应 力 随着温差变大而变大。同时，在高温条件下 ，混凝 土内部的最高温度 可达到 6 06 5 ，延续 时间较 长 ，而 且大 体积 混凝 土极 其 不 易散 热 。 因此 ，应 采 取控制温度措施 ，防止因内外温度变化引起混凝土 的温 度 应力 增大 。 5温 度控 制及 防裂措 施 5 1温 度控 制标 准 ( 1 ) 基础 温差 的选定 基 础 温差 的概 念是 指 建 基 面 0 4 L( L为浇 筑 块 长边尺寸 ) 高度范围内，基础约束 区内混凝土的最 高温度和该部位稳定温度之差。根据本工程 的具体 情况 ，选定了闸室段的基础约束区混凝土允许温差 为 0 0 2 L( 6 2 m)高 度 范 围 为 l 7 ， 0 2 L ( 6 2 m) 高度 范 围 为 2 0 。根据 青 山水 库 当地 的 气 象资料 ，工程所在地多年平 均气 温为 89 C，在 计算 中可 以取 多年 平 均气温 作 为稳 定温 度 ，所 以本 工程 基础 区 的稳 定温 度 取 为 8 。根 据 选 定 的基 础 允许温差和稳定温度 ，经计算 ，约束 区内混凝土最 高允 许温 度 ：0 0 2 L ( 6 2 m) 高度范 围为 2 5 o C， 0 2 L ( 6 2 m) 高度 范 围为 2 8 C。 ( 2 ) 上 下层 温差 控 制 结合 本 工程 的实 际情 况 ，确定 混凝 土 面上 下 层 温 差不 能超 过 1 7 。 ( 3 ) 越冬 面混 凝土 保温 标准 本 工程 所 在 地 区最 冷 月 平 均 气 温 为 一7 7 ， 为寒冷地 区。工 程 当地 多年平 均气 温为 89 C， 昼夜温差浮动很大，气温年内变幅也较大 。致使混 凝 土表 面裂 缝 的主要 原 因是 较 大 的 内表 温 差 ，为 控 制 混凝 土 内表温 差 ，减少混 凝 土表 面裂 缝 ，必 须 对 混凝土表面进行保温的防护。保温材料厚度计算按 照 以下公 式 进行 ： K 2 【 言一 1 J ( 1 ) 式中： 一保温材料厚度 ，m； A 一 保 温材料 导 热系数 ，k J m h ； 一 不保 温 时 混 凝 土 表 面 放 热 系 数 ，k J m h ： k 一风 速修 正 系数 ； 尼 一潮湿程度修正系数 ，潮湿材料取 3 5 ，干 燥材 料取 1 ，这 里取 1 。 根据 上述 公式 进行 保温 层厚 度计 算 ，计 算 结果 为 ：苯板 4 7 m m，棉 被 7 5 mm，草 垫 子 1 7 7 mm。从 计算结果得知 ，所需保温材料厚度还是 比较薄。从 辽 宁省 的施工 经验 看 ，所采 用 的保温 材 料厚 度 对抗 裂要求不能够完全满足 。所以 ，为确保水库溢洪道 的过 冬安 全 ，同时参照 其他 工程 经验 ，本 阶段保 温 材料 厚度 标准 采用 l O O m m 厚苯板 。 5 2温度 控 制及 防裂措 施 对大 体积 混凝 土选 用 水 化 热 较 低 的低 热 水 泥 ， 外掺适 当 比例 粉煤 灰 ，用 以降低 混凝 土 的水 化 热 温 升 。在混 凝土 拌合 过 程 中采 取 以下 工 程 措 施 ：4 c I = 冷水拌合混凝土 ；加冰屑拌合混凝土；用风冷粗骨 料。在混凝土配合 比设计中，对闸墩、底板 、上游 87 2 0 1 6 年第5 期 水利规划与设计 设计 施工 翼墙 、上 游铺 盖 、等混凝 土采 用 了三 级配 ，最大 骨 料 粒经 为 8 0 mm，可 有 效 降 低 混 凝 土 的绝 热 温 升 。 混 凝土 表面 流水养 生 ，可 降低混凝 土最 高温 度 ，同 时减少 混凝 土干缩 应力 和裂缝 。在 施 工过 程 中必 须 合理安排工期 ，宜安排低温季节浇筑基础约束区混 凝土 ，基础约束区应短问歇均匀上升 ，不能 出现薄 层长间歇的状况 。高温季节可利用夜间浇筑 ，冬季 时节 浇 筑 混 凝 土 时 ，应 严 格 按 照 冬 季 施 工 要 求 进 行 ；施工 中必须严格控制层间间歇期和浇筑层厚 ， 在基 础约 束 区部 位 控制 昆凝 土浇 筑 层 厚不 超 过 1 O m，层 问间 歇 控 制 在 7 d左 右 ，如 长 时 间 间 歇 ， 应做好表面保护 ，加强养生 ；高温季节施工时，在 新浇的混凝土达到终凝后 ，应采取对整个仓面进行 薄层流水养 生的措施 ，可有效 降低坝体混 凝土温 度 。在施工完成后 的第一个 冬季 ，混 凝土 过冬期 间 ，应 严格 按照设 计 提 出的保温 标准 进 行混 凝 土表 面防护，有条件的部位应进行长期保温 。经后期观 测表 明效 果显著 。 6 结 语 通 过对 青 山水库溢 洪道 混凝 土设 计 与温 度 控制 及防裂措施的详细分析 ，混凝土设计能够满足施工 要求 ，并且为水库溢洪道修 建提供 了可靠数据依 据 ，混凝土设计与温度控制及防裂措施在工程建设 中切 实可行 。 参考 文献 1 宋广强水库坝体裂缝成因及修补处理 J 水利规 划与设计 ， 2 Ol 4( 1 0)：8 9 91+9 5 2 王勇水利施工中混凝土裂缝产生的原因和预防措施 J 水利 技术监督 ， 2 0 1 5 ( 0 1 ) ： 6 5 6 6 3 杨林浅析青 山水 库工 程建设 的必要 性 J 科 技创 新导 报 ， 2 0 1 1 ( 2 8 ) 4于晓岩浅析水工 混凝土 温控 防裂措施 J 山西 建筑 ，2 0 0 6 ( 1 2 ) ： 1 0 7 1 0 8 5 赵东方 ，杨芬青 山水库枢纽工程施工条件分析 J 黑 龙江水 利科技 ， 2 0 1 3 ( 1 1 ) ： 2 5 6 2 5 8 ( 上 接第 6 5页 ) 及混 凝 土 拌 合 、运输 、浇 筑 、养 护 等均在温棚 内完成 。温棚 内设 置火 炉 1 4个 ，确保 施 工期 间棚 内温度 不低 于 1 0 。 4 2 2 施 工期 间的 主要保 温措施 在工程建设 期间 ，为确保工程 质量 ，委 托水 利 工 程 质量 检 测 中 心专 门 配 制 了混 凝 土冬 季 施 工 配合比，在原配合 比的基础上增加 了水 泥用量和 防 冻剂 、高效 减 水 剂 等 外 加 剂 材 料 ；混 凝 土 所 用 砂 石骨 料 提 前 储 存 在 保 温棚 内 ，并 在 地 下铺 设 地 热 管 道 ，采 用 加热 水 箱与 地 热 管热 水 循 环 的方 式 ， 保证砂石骨料 的温度长期处于正温状态 下 ，同时 在 混 凝 土浇 筑 过 程 中 对 施 工 用 水 进 行 加 热 ，保 证 水 温 在 6 08 O ，确 保 混 凝 土 的 入 仓 温 度 不 低 于 1 0o C。 昌马渠首进水闸冬季实施方案的调整 ，最大限 度地保证了工程 质量和进 度 ，施 工方案科 学、合 理，经受住 了严寒的考验 ，为工程的顺利实施和灌 溉工 作 的正 常进 行打 下 了坚实 的基础 。 5 结 语 通过上文的阐述 ，以及水资源管理部门的数据 分析 ，昌马渠首除险加固项 目的实施不仅解决 了原 有枢纽老化破损严重 ，整体建筑物存在安全隐患的 8 8 突 出 问题 ，提 高 了引水保 证率 ，保 证 了枢 纽 的正 常 运行，还为下游 1 3 4万亩耕地 以及工业生产 、城镇 生活、生态保护的供水提供了更加可靠的保证。同 时随着昌马渠首除险加 固项 目实施 ，提高和完善 了 枢纽的防洪能力 ，消除 了汛期洪水对下游 的威胁 ， 为 当地 经济 、社会 、生态发 展提 供 了有 利 条件 ，工 程效益非常显著 。 参考 文献 1 朴哲浩 ，宋力我 国病 险水 闸成 因及 除险 加 固工程 措施 分析 J 水利建设与管理 ， 2 0 1 1 ( O 1 ) ： 7 1 7 2+6 1 2 白生贵吐鲁番地区坎儿井保护加 固工程方案 J 水利规划与 设计 ， 2 O l 1 ( 0 3 ) ： 5 3 5 4 3 田间 ， 季安 ， 兰吴 ， 成栋 水库除险加 固工作 中有关规范应用 的 几个常见 问题探 讨 J 水 利规 划与 设 计，2 O l 1 ( 0 6 ) ：4 0 - 4 1 +7 6 4 郭潇 ， 滕 玉军 ，丁双跃 ，张军劳万家寨水利枢纽水工建筑物设 计及 主要工程技术问题 J 水利规划设计 ， 2 0 0 0 ( O 1 ) ： 5 8 6 0 5 王福 勇，巴合提瓦尔 马苏尔新疆 下坂地 水利枢纽工 程建设 管理体会 J 水利建设 与管理 ， 2 o 1 2 ( 0 7 )： 5 5 5 6 6 白子昕水库 除险加 固之 水闸设 计探 究 J 水利 技术 监督 ， 2 o 1 4 ( 0 2 ) ： 5 0 5 1 7吉洪霞库昂塔格水 库除险加 固工程施工组织设计 J 水利技 术监督 ， 2 o 1 2 ( 0 2 ) ： 5 5 - 5 7+ 6 0