补偿收缩混凝土在乌鲁瓦提导流洞封堵工程中的应用

　　补偿收缩混凝土在乌鲁瓦提导流洞封堵工程中的应用李维炳李永贵2，程相勤3（1.新疆水利工程监理中心，新疆鸟鲁木齐830000；2新疆水利水电科学研究院，新疆鸟鲁木齐830049；3.新疆水电勘测设计院勘测总队，新疆昌吉831000）量的膨胀材料，使混凝土在硬化过程中产生微膨胀，以补偿混凝土的收缩，从而达到提高混凝土密实度和防裂抗渗性能的目的。新疆乌鲁瓦提水利枢纽导流洞封堵工程中采用了补偿收缩混凝土，通过后期灌浆和内部温度监测，证明其配合比是恰当的，施工方法是成功。

　　1工程概况乌鲁瓦提水利枢纽工程位于新疆和田喀拉喀什河出口处，距和田市71km，该枢纽主要由混凝土面板坝、泄洪排沙洞、导流洞、冲沙洞、发电洞、电站厂房、户内式开关站组成。该枢纽挡水建筑物为混凝土面板砂砾石坝，大坝高131. 8m，是国内目前己建和在建同类坝型高坝，水库库容3.47亿m3，电站装机容量6万kW. 2导流洞封堵工程设计与施工要求导流洞位于喀拉喀什河右岸，进口底板高程1857.15m，洞身宽8m高10m，形状为城门洞形，从事土工。材料试验及水利工程监理工作；李永贵（1935―），男，安徽濉溪人，工程师，新疆水利水电科学研宄院副总工，主要从事水利建材试验研宄及水利工程监理工作。

　　较。材料单价按1998年单价计算开挖132元/m3，混凝土表3依托工程原形岔管与隔壁式岔管工程量和投资比较岔管类型开挖量/m3混凝土量/m3钢筋/t投资/万元隔壁式岔管2岔管的平均综合水头损失系数分别为0.抽水蓄能电站的能耗主要在抽水工况，象依托工程这样的抽水蓄能电站，每天要在7h内抽满上库，单机和两台机抽水的工况是很少的，大部分时间是3台机抽水。3台机抽水时，原形岔管和隔壁式以单机抽水流量51m3/s、年抽水时间1340h计，隔壁式岔管每年约少耗电101万kWh.发电工况原形岔管和隔壁式岔管平均综合水头损失系数分别为0.25和0.35，隔壁式岔管比原形岔管水头损失大0.28m，两者若发同样的电能，采用隔壁式岔管要多耗水。因加的水头损失为0.28m仅占机组额定水头529m的0.05按年发电1756h计，每年多抽水的电能消耗约为78万kW h.这样，综合起来采用隔壁式岔管每年能节约电能23万kW以0.30元/kWh计，可节约电费约7万元/a.相比之下，隔壁式岔管的经济效益明显。

　　表1导流洞封堵混凝土配合比砂率/膨胀剂/单位混凝土材料用量八kg/m3）水灰比水水泥砂细砾拱高2 31m，圆心角120洞壁为钢筋混凝土衬砌，厚度100cm，洞长0+083~0+125为导流洞封堵段，封堵段长44m分3段浇筑，第1段长16m，第2、3段长均为14m，饶筑混凝土方量约3000m3，混凝土设计指标Rs=C20、W8，属大体积级；③砂：人工砂，细度模数为2 7；④膨胀剂：UEA-I由南京特种材料厂生产；⑤高效减水引气剂：NF-1、AE，新疆五杰化工有限股份公司生产；⑥水：喀拉喀什河水；⑦粉煤灰：级灰，新疆玛纳斯火电厂生产。

　　混凝土。为了降低混凝土内部温升，在封堵混凝土内布设冷却循环水管，管径为25mm，水平布置3层，层间距约2m管间距约50cm冷却水管通水量为1m3/h，水温控制在5 ~10C.封堵段下游0+165~0+231段为“龙抬头”段，该段为导流洞与泄洪洞结合段，修建后，导流洞从0+231 ~0+605段就成为泄洪排沙洞的一部分。根据工程进度计划，导流洞于1999年10月下闸，开始封堵工程和小，封堵工程和“龙抬头”段（混凝土洪洞出口的挑流段工程必须在2000年4月15日前完成，以保证在5月中旬泄洪洞开闸泄洪。该3段工程中，封堵工程位于上游，必须首先完成，但该段工程混凝土浇筑体积大，由于混凝土的导热性能很差，水泥水化热不易散发出去，混凝土降温持续时间长，如果待收缩基本稳定后再进行灌浆止水处理，可能无法满足泄洪的工期要求。冬季导流洞洞内温度一般为10C左右，在施工期较短的条件下（不超过4个月时间），如果仅采取循环冷却水降温，短时间内很难使混凝土降到接缝（封堵混凝土与洞壁接触面）灌浆所要求的理想温度（10°C）。因此对混凝土配合比设计提出单位水泥用量不超过250kg/m3、混凝土具有微膨胀补偿收缩特性的要求。考虑到封堵混凝土内部钢筋和冷却水管布设较多，施工拟定采用泵送混凝土。该工程由新疆水电勘测设计院设计，新疆兵团建安总公司承建。

　　3封堵混凝土的配合比设计bookmark4经试验选定的配合比见表1.泵送混凝土的单位胶材用量一般不少于340kg/m3，所以配合比中总胶凝材料（水泥+膨胀剂+粉煤灰）重量按340kg 41力学、抗渗、施工性能试验采用表1所示的配合比，混凝土拌和物的性质（坍落度、坍落度损失、含气量）和硬化混凝土性质（抗压、抗渗）试验结果见表2表2混凝土性能试验结果项目抗压强度/MPa设计指标实测值抗渗坍落度/am含气量42混凝土自生体积变形一般硅酸盐水泥混凝土在水化过程中体积是收缩的，本工程封堵混凝土按胶材用量的10掺入膨胀剂后，混凝土自生体积变形在35d达到大膨胀略有降低，但仍处于膨胀状态（试验结果见表3）。

　　混凝土自生体积变形是缓慢膨胀的，这对于补偿大体积混凝土温度缓慢降温收缩是有利的。

　　3混凝土的绝热温升封堵混凝土未专门进行绝热温升试验，假定在绝热条件下，用水泥水化热间接计算混凝土的绝热温升，水化热试验结果见表4.从表4可看出，用粉煤灰和膨胀剂取代部分水根据设计和施工要求，利用乌鲁瓦提大坝面板补偿收缩混凝土防裂研究取得的成果，选用封堵混凝土的原材料如下：①水泥：425号中热硅酸盐水泥，由新疆和田杜瓦水泥厂生产，水泥7d水化热为286k/kg；②粗骨料：以碎石为主的卵碎石混合料，泥后，降低了胶材的水化热，而且水化热降低的百分率与取代水泥的百分率大约相等。这一试验表明，在计算混凝土绝热温升时，可根据封堵混凝土的单位水泥用量和水泥7d水化热（序号A）用下式计算其绝热温升：表3混凝土自生体积变形试验结果时间/d体积应变/表4水化热试验结果序号水泥粉煤灰膨胀剂水化热“k/kg）掺合料代换水泥7d水化热降低百分率/表5封堵混凝土温度观测结果埋设部位入仓温度高温度接触灌浆仪器编号浇筑段距底板高度/m时间温度/C时间温度/C时间温度/C为了解封堵混凝土浇筑后的降温过程，为封堵接触灌浆提供灌浆时间，特在高于封堵混凝土底面5.5m处埋设温度观测仪器，结果见表5.从表5可水泥用量，取实际用量250kg/m3；Q为水泥水化热，取7d实测水化热286k/kg；C为混凝土比热，取面板混凝土单位水泥用量300kg/m3测定值，略偏高为C）；为混凝土容重，取计算封堵混凝土的绝热温升为35. 4C如混凝土入仓温度控制为5~10C考虑大体积混凝土散热系数为1，则混凝土实际温升可能达到40 5封堵混凝土的施工2000年1月20日浇筑完毕，历时1个月。混凝土浇筑期间，工地高气温9.7C低一7.2C平均为一3C由于在冬季施工，采用拌和水加温的方法控制混凝土入仓温度为5C以上。在导流洞出口处设混凝土拌和站，用3台0.3m3的搅拌机拌和，由人工和架子车进料，500kg磅秤计量。混凝土运输是由槽车拉运至混凝土泵站旁集料坑内，由挖掘机将拌和物装入泵口泵送入仓，用插入式振捣棒振捣。混凝土浇筑强度约20m3/h.浇筑方法较落后，但经抽样检测，R28抗压强度保证率达到85以上，抗渗达到W10以上。

　　6温度观测及渗漏水量看出，混凝土的高温升略低于计算值，证明膨胀剂和粉煤灰取代水泥后对大体积混凝土水化温升影响很小。由于工期的要求，封堵混凝土浇筑两个月后，尽管混凝土内部温度仍较高，但不得不进行接触灌浆，结果在洞壁两侧浆液几乎不能灌入。由于混凝土浇筑工艺限制，在拱顶处混凝土不能振捣，有脱空现象，所以回填灌浆注入水泥量较大。从2000年3月以后，随着“龙抬头”段完工，封堵混凝土己处于完全封闭状态，并承受上游约60m水头压力，2000年4月中旬对封堵段渗漏水量进行检测，结果渗水量小于80L/h，满足设计要求。

　　7结论对于大体积封堵泵送混凝土，采用补偿收缩混凝土可大大缩短工期，加快工程进度。

　　补偿收缩混凝土由于采用粉煤灰和膨胀剂取代部分水泥，可起到降低混凝土水化温升和补偿温度收缩的双重作用。

　　补偿收缩混凝土采用粉煤灰取代水泥，除可降低水化温升外，还有延迟膨胀的效果，使大体积混凝土的降温过程和膨胀过程协调发展，有利于充分发挥补偿混凝土温度收缩的功能。

　　在工期短的条件下，对于大体积封堵混凝土采用冷却水管降温和接缝灌浆堵漏是不经济的，很难达到预想的效果。如在混凝土配合比上同时采取补偿收缩和降低混凝土水化温升等综合措施，有可能在设计上取消冷却水降温和灌浆措施，将大大节约施工费用。