劉家道口節(jié)制閘混凝土溫度控制設(shè)計
關(guān)鍵詞:樞紐工程；溫控設(shè)計；溫控措施；劉家道口節(jié)制閘
411工程概況
劉家道口樞紐工程位于山東省臨沂市境內(nèi)，沂沭泗河洪水東調(diào)南下工程50年一遇建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)主要工程內(nèi)容，是實施沂沭河洪水東調(diào)入海，騰空馬湖庫容接納南四湖洪水的關(guān)鍵工程。
劉道口節(jié)制閘是劉家道口樞紐工程的主要建筑物，建筑物級別為1級，地震設(shè)防烈度為9度。設(shè)計流量12000m3/s，校核流量14000m3/s。閘軸線位于分沂入沭河口左岸裹頭以下約200m閘軸線垂直沂河兩岸大堤，為開敞式鋼筋混凝土大小底板結(jié)構(gòu)。主要由上游防沖槽、護坦、鋪蓋、閘室消力池、海漫、下游防沖槽和閘上、下游兩岸翼墻及護坡等組成�；炷翝仓こ塘考s為17萬m3。閘址區(qū)多年平均氣溫13.2℃，月平均氣溫7月份最高為26℃，1月份最低氣溫為-1.7℃，極端最高氣溫42℃，極端最低氣溫-24.9℃，無霜期180-195d。施工期安排在2006年2月-2008年11月。
2原材料要求
按照劉家道口節(jié)制閘工程施工圖設(shè)計要求[1]，混凝土設(shè)計強度等級為:C15、C20、C25、C30、C40等幾種混凝土；水下混凝土抗?jié)B等級為W4；混凝土抗凍等級為F150；混凝土的坍落度:根據(jù)建筑物的性質(zhì)、鋼筋含量、混凝土罐車配胎帶機的施工方案運輸、澆筑方法和氣候條件決定，盡量采用小的坍落度，考慮混凝土運輸中塌落度損失情況，試驗配比塌落度稍大于《水閘施工規(guī)范》[2]要求的混凝土塌落度標(biāo)準(zhǔn)，取5-7cm；含氣量:根據(jù)《水閘施工規(guī)范》SL27-91有抗凍要求的混凝土含氣量宜為0.4/萬-0.5/萬�；炷恋脑牧现饕ㄋ唷⑸笆橇�、摻和料及混凝土外加劑等。其中水泥采用臨沂市羅莊區(qū)沂洲水泥廠生產(chǎn)的“沂洲”牌P.032.5和P.042.5普通硅酸鹽水泥，細骨料采用臨沭縣沭河大官莊砂場的河砂。粗骨料采用臨沂市羅莊村羅西祥石料場生產(chǎn)的碎石。摻和料選用臨沂昌能環(huán)保有限公司生產(chǎn)的級粉煤灰，外加劑選擇了經(jīng)過各種性能綜合評價和與原材料的適應(yīng)性試驗滿足要求的山西黃河化工有限公司與南京水利科學(xué)研究院生產(chǎn)的外加劑。
3溫控設(shè)計
3.1設(shè)計參數(shù)
混凝土溫控設(shè)計參數(shù)以混凝土試驗成果為基礎(chǔ)擬定。底板混凝土主要溫控設(shè)計參數(shù)為:抗壓強度30MPa；抗拉強度3.01MPa；彈性模量3.0×104MPa；極限拉伸值0.95×10-4；絕熱溫升Tτ=17τ/(1.85+τ)，式中，τ為℃；比熱1.0kJ/(kg•℃)；導(dǎo)熱系數(shù)9.07kJ/(m•h•℃)；線膨脹系數(shù)9.07×10-6/℃。
3.2溫差控制標(biāo)準(zhǔn)
控制混凝土內(nèi)外溫差，避免內(nèi)外溫差過大而在混凝土表面形成拉力產(chǎn)生裂縫[3]。本工程設(shè)計要求D4與D5、D7與D9點在早期二天內(nèi)任何時刻的混凝土內(nèi)外溫差不大于13℃。由于混凝土內(nèi)部溫度受外界溫度影響較小降溫相對較慢，而混凝土表面則受外界溫度影響明顯降溫較快，故主要通過在閘墩模板表面加貼1cm的泡沫板來對表面混凝土進行保溫。對于閘墩后澆塊，由于先澆塊的存在背面散熱條件不良，閘墩內(nèi)部溫度不易散發(fā)，而正面混凝土散熱較快，故主要對正面模板加厚保溫層必要時另加噴燈進行加熱，以減小溫差。
4溫控措施
4.1混凝土預(yù)冷
為控制閘墩混凝土最高溫度，高溫季節(jié)要求混凝土出機口最低溫度控制在12℃以下。采取的預(yù)冷措施包括混凝土骨料預(yù)冷、加片冰或加冷水拌和等。
4.2控制澆筑溫度
高溫季節(jié)澆筑閘墩，混凝土澆筑溫度控制在17℃以內(nèi)，即要求3月～10月混凝土從出機口至上坯混凝土覆蓋前的溫度回升值控制在5℃以內(nèi)，其他月份在4℃以內(nèi)。為達到這一要求，需采取一系列控制措施:
�。�1）澆筑溫度。出機口溫度控制為15±3℃，盡可能降低混凝土的澆筑溫度，同時要符合規(guī)范規(guī)定。
（2）最高溫升。底板中的最高溫升應(yīng)控制在25℃，閘墩的最高溫升應(yīng)控制在20℃內(nèi)。最高溫升是指澆筑后混凝土達到的最高溫度與澆筑溫度之差。
�。�3）內(nèi)外溫差。底板中的最大內(nèi)外溫差應(yīng)控制在15℃，閘墩的最大內(nèi)外溫差應(yīng)控制在10℃內(nèi)。內(nèi)外溫差的“內(nèi)”是指混凝土中心附近或相鄰兩層水管之間的最高溫度點處；“外”是指距離混凝土表面5cm處測點的溫度。
�。�4）降溫速度（以內(nèi)部最高溫點的溫度測值為準(zhǔn)）。在降溫期的第1d～2d，溫降速度指標(biāo)為3℃/d，即在此期間每天的降溫幅度不大于3℃；在第3d～5d，降溫速度指標(biāo)為1.5℃/d;第6d～15d為1℃/d�？梢酝ㄟ^控制水管流量來控制降溫速度。
4.3澆筑層厚和間歇時間
混凝土理想的澆筑方式是短間歇、均勻上升。設(shè)計要求的澆筑層厚不大于2.5m，間歇時間不少于4d。
4.4通水冷卻
底板和閘墩混凝土單純依靠天然冷卻不能滿足設(shè)計要求，需進行人工通水冷卻。
4.4.1底板
水管冷卻：鐵管內(nèi)徑28mm。通水歷時為5天，在前2天的溫升時段內(nèi)每隔8小時改變一次水流方向；在第3天內(nèi)每半天改變一次通水方向；在第4～5天內(nèi)每天改變一次水流方向。通水流量為2.44m3/h。
4.4.2閘墩
水管冷卻：鐵管內(nèi)徑38mm，通水5天。在水管開始通水后的前1-2天，通水流量4.98m3/h；在第3天，流量為2.72m3/h；在第4-5天流量減為1.81m3/h。通水換向方法同底板。
冷卻鐵管水平間距為1.5m。垂直間距一般與澆筑分層厚度一致，當(dāng)澆筑層厚為3.0m時，鐵管垂直間距采用1.5、1.0m(中間加鋪一層或兩層水管)或3.0m。與施工縫和臨時縫的距離為0.8～1.5m；與孔洞的距離為1.0～1.5m。單根水管的長度不大于300m。同一倉面需要布置多條水管時,各條水管的長度應(yīng)基本相當(dāng),冷卻水管垂直于水流方向鐵布置。
(2)通水一般要求。進水口水溫與管外混凝土最高溫度之差小于30℃；底板水管的進出口溫差控制在7℃以內(nèi)，閘墩水管進出口溫差指標(biāo)為5℃。主要是通過流量的調(diào)整來控制水管進出口的水溫差�；炷撩刻旖禍夭灰舜笥�1℃。單根冷卻水管流量一般控制在1.2～1.5m3/h，水流方向每24h調(diào)換一次。
(3)一期通水冷卻。一期通水冷卻的主要目的是削減澆筑層初期水化熱溫升，控制混凝土溫度不超過設(shè)計允許的最高值，同時削減混凝土內(nèi)外溫差，降低二期冷卻開始時的混凝土溫度，減小溫度應(yīng)力�；炷料铝蠒r即開始一期通水冷卻。劉家道口節(jié)制閘一期通水冷卻水管入口水溫為10～15℃，混凝土停澆后，即開始通河水，通水流量控制在10～15L/min，通水時間為8～12天，每3天換一次進出水口，控制混凝土降溫速率不大于1℃/天。
(4)二期通水冷卻。二期通水冷卻的目的是使混凝土溫度達到設(shè)計要求的溫度。對當(dāng)年4～10月澆筑的混凝土進行通水，每2天變換1次進水管、出水方向。9月初開始對當(dāng)年5～8月澆筑的混凝土、10月初開始對當(dāng)年4月和9月澆筑的混凝土、11月初對當(dāng)年10月澆筑的混凝土進行中期通水，水源是河水，冷卻水管通水流量控制在18～25L/min。每天通水時間不少于20h，通水1個月進行1次抽樣悶溫。二期冷卻鐵管入口處水溫控制在12～16℃�；炷翆崪y溫度與設(shè)計溫度的差值控制在±0.5℃范圍內(nèi)，以避免較大的超溫或超冷。
4.5溫度測量
混凝土覆蓋測溫元件后即開始測溫工作，24h不間斷測量。測溫測試頻率為:第1-4d，每2h測溫1次;第5-7d，每4h測溫1次;第8-12d，每8h測溫1次;第12d以后12h測溫1次。
4.6溫度數(shù)據(jù)分析
(1)選取8＃墩底板上B1、B2點和墩身上D1、D2點，對混凝土溫度變化曲線進行分析，由圖1、2可以看出:底板和墩身溫度變化趨勢一致，測點溫度變化相對劇烈且波動較大，可見混凝土的溫度受外界養(yǎng)護條件和大氣氣候干擾影響明顯。
(2)根據(jù)溫度記錄，混凝土最高溫升值出現(xiàn)在中間測點，中間測點的溫度高于邊緣測點的溫度，角點的溫度相對低。原因是混凝土的溫升和散熱受邊界影響，混凝土間溫度傳遞慢于混凝土與基礎(chǔ)和空氣間的溫度傳遞，故中間部位溫升值高。
(3)通過觀察測點溫度變化曲線的變化趨勢，冬期施工時混凝土內(nèi)部溫度的最大值達36.3℃，但持續(xù)時間較短�；炷恋臏囟茸罡咧狄话愠霈F(xiàn)在開始澆筑的第3-5d，然后開始降低，且升溫段的曲線斜率大于降溫段的曲線斜率，即“升快降慢”。
4.7養(yǎng)護和保護新澆混凝土
終凝后開始養(yǎng)護，暴露的側(cè)面采用淋水養(yǎng)護，頂表面應(yīng)覆蓋持水材料，養(yǎng)護時間不少于28d。養(yǎng)護面應(yīng)保持潮濕狀態(tài)，避免干濕交替。
混凝土外露面保護是大體積混凝土溫控防裂的重要手段之一[4]。除泡沫板以外的保溫材料，使用時要保證50cm的搭接長度，且在它們的表面應(yīng)還有壓重措施。寒潮防御：在未拆模前，底板和閘墩的表面可以抵擋最大寒潮是24小時內(nèi)日均氣溫下降18℃。在拆模后表面只有塑料膜＋土工膜時，底板和閘墩的表面可以抵擋最大寒潮是24小時內(nèi)日均氣溫下降10℃。如果出現(xiàn)超過這種降幅的情況，降幅每超過4℃，應(yīng)在表面多覆蓋一層草墊（為防潮，草墊要蓋在土工膜的下面）。例如：拆模后，如出現(xiàn)一天內(nèi)日均氣溫下降14℃左右的寒潮，應(yīng)在原有保溫基礎(chǔ)上再加一層草墊；如出現(xiàn)一天內(nèi)日均氣溫下降18℃左右的寒潮，應(yīng)在原有保溫基礎(chǔ)上再加兩層草墊�？刂撇鹉r間不少于3d，拆模后立即掛貼保護材料，當(dāng)氣溫驟降（2-3d平均氣溫降低連續(xù)6℃上）時應(yīng)延遲拆除保護材料。在拆模和保溫材料掀除時，要選在白天高溫時刻且混凝土內(nèi)部最高溫度與拆模時最低氣溫之差在20℃之內(nèi)。
5結(jié)語
劉家道口節(jié)制閘混凝土已完成，經(jīng)工程驗證設(shè)計提出的溫度控制標(biāo)準(zhǔn)是合理的；混凝土出機口溫度、澆筑溫度、澆筑層厚和間歇期、混凝土養(yǎng)護和保護、通水冷卻等各個環(huán)節(jié)的溫控措施是有效的。
參考文獻:
[1]周會敏，萬亮婷，常鋒，劉家道口節(jié)制閘工程混凝土質(zhì)量控制[J]，楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院院報，2007.6，61-63
[2]SL27-91,水閘施工規(guī)范[S].
[3]劉秉京.混凝土技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,1998
[4]郭之章,傅華等.水工建筑物的溫度控制[M].北京:水利電力出版社,1990.
