《碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法》是中國水利水電第二工程局有限公司、中國水利水電第八工程局有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是李志斌、盧大文、周達康、黃幫有、黃巍；該工法適用於各類碾壓混凝土壩體冷卻水管施工。
《碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法》主要的工法特點是：碾壓混凝土預埋冷卻水管費用經濟、性價比高、經濟效益好、施工快速方便。
2009年10月19日，《碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2007-2008年度國家二級工法。
基本介紹
- 中文名：碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法
- 工法編號：GJEJGF202-2008
- 完成單位：中國水利水電第二工程局有限公司、中國水利水電第八工程局有限公司
- 完成人：李志斌、盧大文、周達康、黃幫有、黃巍
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 主要榮譽：國家二級工法（2007-2008年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,技術理論,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
碾壓混凝土築壩技術以其快速連續施工節省投資為其顯著的特點，但大量工程實踐表明，碾壓混凝土壩時有溫度裂縫出現，尤其是特大型、大型碾壓混凝土壩工程，其工期一般跨越1~3個高溫季節，如果無法解決高溫季節連續施工的溫控問題，則不能充分發揮工期短、快速施工所帶來的經濟效益，甚至造成碾壓混凝土壩在常年氣溫較高地區無法適用。溫度裂縫現象已成為2006年以前嚴重製約碾壓混凝土壩進一步發展的主要因素，而高溫季節碾壓混凝土連續施工時溫控措施更是亟需解決的關鍵技術問題之一。冷卻水管於20世紀30年代首先在美國胡佛壩得以套用，已成為常規混凝土壩的主要溫控措施之一。在碾壓混凝土中埋設冷卻水管，進行通水冷卻，以削減水化熱絕熱溫升，確保混凝土最高溫度不超過設計允許的溫度及減小壩體內外溫差。碾壓混凝土溫度控制的目的是在滿足設計要求的溫控條件下，儘可能地加快施工進度，同時最大限度地降低混凝土施工成本，從而達到降低工程造價，提前發揮工程效益的目的。
中國水利水電第二工程局有限公司、中國水利水電第八工程局有限公司經總結，形成了《碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法》。
工法特點
《碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法》的特點有：碾壓混凝土預埋冷卻水管費用經濟、性價比高、經濟效益好、施工快速方便，是2006年以前碾壓混凝土壩的主要溫控措施之一。
操作原理
適用範圍
《碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法》適用於各類碾壓混凝土壩體冷卻水管施工，為碾壓混凝土壩體溫度控制積累並提供的施工經驗和範例。
技術理論
《碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法》的工藝原理是：
碾壓混凝土壩體冷卻水管材質要求鋪設工藝、通水程式等關鍵技術以上關鍵技術理論基礎和實踐依據為：對預埋於碾壓混凝土內的HDPE冷卻水管通自然河（泉）水或製冷水，以降低碾壓混凝土內部溫升，減小壩體內外溫度梯度，限制溫度裂縫的產生，解決碾壓混凝土大壩高溫季節連續施工的溫控問題。
施工工藝
- 施工工藝流程
《碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法》的施工工藝流程如下：
倉內冷卻水管布置→HDPE管鋪設→冷卻水管接頭處理→冷卻水管通水。
- 操作要點
《碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法》的操作要點如下：
一、倉內冷卻水管布置
（一）壩內埋設冷卻水管以蛇形水平布置，相互之間的間距為1.5米（水管垂直間距）×1.2米（水管水平間距），為防止振搗變態混凝土時振搗棒把HDPE管壓扁或壓破，埋設時水管距上游壩面1.5米，距下游壩面1.5米，水管距接縫面、壩內孔洞周邊1.5米。冷卻水管單根長度不宜大於250米。壩內支管通過快速止水接頭接在乾管上。每個壩段的乾管結合壩體通水計畫引入下游壩面預留槽內，引入槽內的乾管做到排列有序，作好標記記錄，並注意立管布置間距，確保引入槽內的立管不過於集中，以免混凝土局部超冷。
（二）為防止冷卻水管在施工過程中受衝擊或碾壓損壞，根據中國水利水電第八工程局有限公司在二灘及索風營工地施工實踐經驗，冷卻水管不宜直接鋪設在老混凝土或基岩面上，碾壓混凝土冷卻水管需鋪設在剛碾完的新混凝土面上，第一層鋪設在60厘米處，以後每升高1.2~1.5米鋪設一層。壩內蛇形水管進回水管預先埋設在其下已澆築層下游壩面預留槽內，以便模板安裝和初期通水需要。在倉內增設三通接頭，減少進出水管引至倉外數量，解決因大量冷卻水管引至倉外而破壞局部混凝土強度的問題。對於倉面較小，迴路較少的倉面採用單根進出水管引至倉外。對於倉面較大，迴路較多的倉面適當增加進出水管數量引至倉外。
（三）對於汽車進倉及真空溜管下料部位，為避免汽車接料往返頻繁而壓破HDPE冷卻水管，下料部位預留一寬8.0米，長15.0米區域，在該層面其他部位施工完後單獨作為一迴路鋪設。
（四）在有帷幕、固結、接觸灌漿及排水孔的部位，埋設冷卻水管前，須在空間上將冷卻水管布置位置與鑽孔位置錯開，鋪設時將冷卻水管用“n”形Φ6鋼筋與倉面碾壓混凝土固定，並採取有效措施防止冷卻水管被鑽機打斷。
（五）HDPE管在倉內拼裝成蛇形管圈。埋設的HDPE管不能堵塞，並應固定和清除表面的油漬等物。管道的連線確保接頭連線牢固，不得漏水。HDPE管在安裝完畢和覆蓋30厘米混凝土後應分別進行通水實驗，檢驗是否漏水和水管是否通暢。檢驗水管通暢標準：水壓在0.2兆帕時流量大於15升/分鐘為通暢，否則為不通暢。如發現堵塞及漏水現象，應立即處理。在混凝土澆築過程中，注意避免水管受損或堵塞。
二、HDPE管鋪設方法
HDPE材料入倉後，人工將材料搬運至施工區域開始鋪設。首先兩人將整卷HDPE管放置在轉盤支架上，一人牽引管頭從補縫木模板孔中引出壩外，與布置在壩外的供水管相接。倉內一人牽引水管向前鋪設，到達設計位置後轉彎繼續鋪設，一人負責在HDPE管轉彎處兩邊分別釘一帶鐵釘的塑膠“U”形卡，一人負責在直段上釘塑膠“U”形卡，塑膠“U”形卡間距為2.5米，彎管段塑膠“U”形卡數量不少於3個，直至一迴路鋪設完，並將出水管從模板縫間引出壩外至主水管處，最後三人在直段上釘塑膠“U”形卡。此區域HDPE冷卻水管鋪設就位後，將轉盤支架和剩餘HDPE管抬到下一施工區域，按上述分工開始鋪設，直至整個倉面鋪設完成。
三、冷卻水管接頭處理
由於HDPE管成卷包裝設計，加之大壩倉內分塊區域相互獨立鋪設，單根迴路總長較短（最大長度250米），因而接頭相對較少，只是在兩卷冷卻水管連線或施工設備壓破水管情況下採用直管接頭連線。在水管連線時，首先在直通接頭兩邊纏兩至三層止水帶，再用火烘烤需連線的冷卻水管連線埠至柔軟狀態，最後人工及時將直通接頭插人已柔軟的水管內，待水管冷卻並具有一定硬度後用鐵絲綑紮牢固。
四、冷卻水管通水
（一）冷卻通水控制標準
大壩碾壓混凝土冷卻通水在該層冷卻水管被覆蓋後24小時開始，當實測河（泉）水溫度高於設計冷卻通水溫度時，碾壓混凝土採用冷水站製冷的冷卻水，流量控制為20~25升/分鐘。當實測河（泉）水溫度低於設計冷卻通水溫度時，碾壓混凝土冷卻通水直接採用河水，流量控制為20~25升/分鐘。在水管出口設定流量計和閘閥，以控制通水流量。為滿足冷卻水管內壓力與小於0.35兆帕的規範要求，在供水頭處水壓力一般在0.5兆帕以上。高溫季節進水溫度儘量採用低溫水，控制水溫與混凝土溫差22攝氏度。
在冷卻水管鋪完一迴路後立即進行通水試驗，檢查水管本身是否有破損和接頭是否牢固，若有漏水現象則鋸掉該段重新連線；在該層混凝土鋪築碾壓完後同樣進行通水試驗，檢驗管路是否在汽車卸料、平倉機平倉和碾壓機碾壓過程中因骨料集中而擠破冷卻水管，在管路完好情況下進行正常通水。控制溫降速率小於等於1攝氏度/天，為保證壩體混凝土溫度均勻下降，採取每12小時通水方向對換一次。
壩體溫度控制設計標準僅供通水參考，通水過程中應密切注意測量實際水溫及大壩監測報告提供的壩體混凝土溫度變化情況，根據壩體混凝土實際溫度情況進行通水調整。
大壩碾壓混凝土通水冷卻前期通水時間及水溫控制設計標準按溫控計算成果或設計要求進行。
（二）初期通水
高溫或較高溫季節施工大體積碾壓混凝土及基礎強約束區的小體積碾壓混凝土需進行初期通水冷卻，初期通水冷卻時間不少於25天。初期通水冷卻不僅可削減2~4攝氏度最高溫度峰值，還可根據通水溫度和強度使高溫季節澆築的混凝土最高溫度控制在34攝氏度以下，減少中、後期通水時間。混凝土澆筑前需通以0.2兆帕壓力水，以檢查管路的暢通情況及減小水管內外壓力。冷卻水管上覆蓋第一層混凝土後24小時即開始通水冷卻，強約束區4~10月、弱約束區5~9月通10~15攝氏度製冷水，其餘的初期均採用通河（泉）水，控制水溫與混凝土溫差小於等於20攝氏度，通水流量為20升/分鐘。控制基礎約束區初期降溫總量小於等於6~8攝氏度，非約束區小於等於8~10攝氏度，同時還需控制降溫速率小於等於1攝氏度/天。每12小時水流需換向一次，使壩體混凝土冷卻均勻。初期通水採取動態控制，在混凝土內部溫度處於上升階段時，應加強其內部溫度監測，必要時可加大通水強度或降低製冷水溫度，以確保混凝土內部溫度控制在設計允許的範圍內。同時當混凝土內部溫度達到其峰值後，可適當放寬通水要求，避免出現不必要的超冷。
初期通水分製冷水與河（泉）水兩種。通製冷水時，冷卻水的製冷、循環、回收、換向均由移動式或固定式冷水站完成。通河（泉）水時，冷水站提供冷卻水的循環、回收動力，由冷水站內的冷卻塔散發冷卻水吸收的熱量，保證壩體冷卻效果。
（三）中期通水
一般情況下，每年入冬前應進行中期通水冷卻，將當年澆築的混凝土溫度降至壩體內部設計允許最高溫度。中期通水一般採用江（泉）水進行。
一般計畫安排每年9月初開始對當年澆築的大體積混凝土塊體中期通水冷卻，通水至壩體溫度達22~23攝氏度，削減混凝土內外溫差。通水之前先量測壩體實際溫度，以確定通水時間。通水過程中每月悶溫一次，悶溫時間4~5天。通水流量為20升/分鐘，每3天變換一次進出水口，控制降溫速率不大於1攝氏度/天。
（四）後期通水
需進行岸坡接觸灌漿部位，在灌漿前，必須進行後期通水冷卻。根據壩體接縫灌漿進度和灌漿溫度要求後期需通5~10攝氏度左右製冷水，直到該部位穩定溫度。
1.通水水溫要求
中後期通水冷卻混凝土溫度與通水溫度不超過20攝氏度，且降溫速度不超過1攝氏度/天。根據接觸灌漿進度安排，低溫季節灌漿時，混凝土一般應先中期通1~2個月的江水，達到過冬溫差要求後，再改用10攝氏度製冷水冷卻至壩體接縫灌漿溫度。高溫季節灌漿時，初、中期冷卻相連，將混凝土內部溫度降至30攝氏度以下，再通以10攝氏度製冷水後冷，將壩體混凝土冷卻至接縫灌漿溫度。
2.通水時間要求
按施工進度要求，根據接觸灌漿進度安排，後期通水一般與中通結合在一起。低溫季節進行灌漿施工的部位，一般每年度10月開始進行中期通水冷卻，通水時間以達到設計要求的過冬內外溫差為準，然後通10攝氏度左右製冷水將壩體內部溫度冷卻到灌漿溫度。高溫季節進行灌漿施工的部位，將初、中期冷卻相連至40天左右，然後再通10攝氏度左右低溫水，將壩體溫度降至設計允許的灌漿溫度。
3.通水要求
a.採取有效管理和技術措施確保壩體連續通水，每月通水時間不少於600小時，壩體混凝土與冷卻水之間的溫差不超過20攝氏度，控制壩體降溫速度不大於1攝氏度/天。水管通水量通製冷水時不小於20升/分鐘。
b.採取悶溫觀測等措施檢測，確保壩體通水冷卻後的溫度達到設計規定的壩體接縫灌漿溫度。控制壩體實際接縫灌漿溫度與設計接縫灌漿溫度的差值在+1攝氏度和-2攝氏度範圍內，避免較大的超溫和超冷。
材料設備
《碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法》的材料設備要求如下：
冷卻水管主要採用HDPE高密度聚乙烯塑膠冷卻管，HDPE冷卻水管外徑32毫米、壁厚2毫米。HDPE冷卻水管的導熱係數K≥0.45W/（米·攝氏度）；在1小時內承受12兆帕的液壓環向應力不破壞、不滲漏；縱向回縮率小於等於3%。
質量控制
施工企業採用《碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法》施工時，應採取的質量控制要求如下：
1.根據契約檔案和有關規程規範的要求，工地試驗室對預埋冷卻水管進行取樣檢測，不合格的冷卻水管嚴禁使用。
2.嚴格按照施工技術要求進行冷卻水管鋪設。
3.質檢人員跟班檢查冷卻水管鋪設施工質量，並對碾壓混凝土施工過程中保護冷卻水管措施進行檢查，特別檢查三通接頭及直通接頭連線的施工質量。
4.對安裝好的HDPE管覆蓋一層混凝土後即應進行初期通水試驗，如發現堵塞及漏水現象，應立即處理。
5.現場技術人員定期對各高程段冷卻水管施工做出相應技術指導。
6.拱壩和重力墩碾壓混凝土在通水冷卻過程中應隨時掌握壩體各部位的溫度監測資料，根據壩體溫度變化的實際情況進行調整。
7.冷卻通水過程中應每台班進行一次通水及實測水溫記錄，並及時將記錄結果上報技術部門。現場質檢人員隨機對冷卻通水情況進行抽查。
8.為防止因冷卻水管漏水而破壞混凝土質量，冷卻正式通水需混凝土24小時後方可進行。控制溫降速率小於等於1攝氏度/天，為保證壩體混凝土溫度均勻下降，採取每12小時通水方向對換一次。
9.為了確保冷卻水管通水水溫和流量準時記錄並及時上報技術辦，特安排專人負責通水。
安全措施
施工企業採用《碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
1.施工人員進入施工區域必須戴安全帽，嚴禁穿高跟鞋、拖鞋等進入施工現場
2.確保足夠的安全投人。購置必備的勞動保護用品，安全設備及設施齊備，完全滿足安全生產的需要。
3.施工作業必須按照規定的程式施工，不得違反程式施工。
4.冷卻通水過程中必須注意安全，高空作業時，需系好安全繩等勞保用品。
5.主水管吊裝時必須注意安全，吊臂下嚴禁站人。
6.移動或回定式冷水站均屬特種設備，必須制定詳細的安全管理手冊，以防壓力容器爆炸或危險品泄漏，並制定應急預案。
環保措施
施工企業採用《碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法》施工時，應採取的環保措施是：
1.在冷卻水管安裝過程中嚴格執行國家及地方政府有關環境保護的法律、法規、條文、條例、制度等。
2.施工場地內的廢棄材料及時清掃到指定存放地點。
3.冷卻水定點排放，嚴禁亂排亂放，集中收集處理。
4.制定環保施工的管理實施細則，每周由監督小組把環保施工檢查情況在生產調度會上向各有關單位及項目經理匯報，並上報業主、監理。
5.移動或回定式冷水站均屬物種設備，必須制定詳細的環境保護措施，以防危險品泄露造成污染，並制定應急預案。
效益分析
中國水利水電第二工程局有限公司、中國水利水電第八工程局有限公司採用《碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法》施工的效益有：
1.該工法對冷卻水管施工的關鍵環節進行有效控制，冷卻水管鋪設方法簡單，易操作，工效高，施工成本低，經濟效益顯著。
2.冷卻水為河水或泉水，取水成本低，通水質量得到了保證，無污染，對周圍環境沒有影響。
3.冷卻水管占地少，減少了施工用地，節省對土地的占用，社會效益明顯。
套用實例
中國水利水電第二工程局有限公司、中國水利水電第八工程局有限公司採用《碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法》的套用實例如下：
一、思林水電站碾壓混凝土壩體冷卻水管施工
（一）工程概況
思林水電站位於貴州省東北部，烏江幹流中游。工程以發電為主，兼顧航運、防洪等綜合效益。電站正常蓄水位440米（高程），相應庫容12.05億立方米，裝機容量為1000兆瓦（4×250兆瓦），保證出力345.1兆瓦，年發電量40.64×10千瓦·時，電站發電死水位為431米。思林水電站實際碾壓混凝土施冷卻水管工程量為35萬米（未計入常態混凝土冷卻水管施工量）。
（二）施工情況
思林水電站大壩標段由八閩聯營體承擔施工任務，從2006年11月8日碾壓混凝土開盤澆築至2008年6月2日大壩碾壓混凝土施工完畢。
（三）工程評價
思林水電站碾壓混凝土冷卻水管施工全過程中沒有發生任何安全及質量事故，施工處於安全、快速、優質的可控狀態。思林電站採取對碾壓混凝土預埋冷卻水管通水降溫，取得了良好效果，平均降低碾壓混凝土溫度10~20攝氏度。2006年以前，思林水電站碾壓混凝土溫度已降至22攝氏度，解決了碾壓混凝土大壩高溫季節連續施工的溫控問題，減小壩體內外溫度梯度，限制溫度裂縫的產生。
二、南水北調中線惠南莊泵站工程冷卻水管施工
（一）工程概況
惠南莊泵站是南水北調中線工程總乾渠上的惟一一座加壓泵站。是重要的控制性建築物。泵站設計流量為60立方米/秒，總裝機容量56兆瓦，惠南莊泵站流量大、揚程高、單機容量大、泵站特徵係數變幅大，屬大（1）型泵站，為一等工程，主要建築物為Ⅰ級。
（二）施工情況
惠南莊泵站工程開工於2006年，於2007年底，混凝土澆築完畢，主體工程完工。
（三）工程評價
該工程在施工過程中管理到位，沒有發生一起安全及質量事故，施工全過程均在受控狀態，工程質量優良，冷卻水管施工工法，有效解決了大體積混凝土內部混為溫升問題，保證了工程質量，達到了設計指標要求，沒有出現有害裂縫，達到預期的效果，節約成本約15萬元。該工法剩餘材料易回收，不污染周圍環境，水土保持良好，環保效益顯著。
三、大花水水電站大壩工程壩體冷卻水管施工
（一）工程概況
大花水水電站位於貴州清水河中遊河段，為清水河幹流水電站梯級開發的三級，電站為地等工程，工程規模為大（2）型，大壩由碾壓混凝土雙曲拱壩＋左岸重力壩組成，是﹒座以發電為主，兼顧防洪及其他效益的綜合水利水電樞紐。電站裝機200兆瓦，壩高134.5米。
（二）施工情況
大壩從2005年4月開始碾壓混凝土到2007年2月全部結束，大壩上升134.5米，共澆築混凝土64.8萬立方米，在施工過程中編寫了碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法，對大壩的通水時間進行嚴格控制，有效提高了通水效益。
（三）工程評價
施工中嚴格按照工法要求組織施工、控制每道工序。確保了施工過程的安全、質量和效益。採用這個工法施工，大壩混凝土內部溫昇平均下降14攝氏度，平均削峰4.5攝氏度，有效解決了高溫時段澆築混凝土的難題，使整個混凝土施工工期縮短近2個月，具有良好的經濟效益和社會效益。
四、格里橋水電站大壩壩體冷卻水管施工
（一）工程概況
格里橋水電站位於貴州省中部，烏江中游右岸支流─—清水河幹流下游。工程以發電為主，為三等工程，工程規模為中型，工程樞紐由碾壓混凝土重力壩、左岸引水發電系統組成。碾壓混凝土重力壩最大壩高124米，壩頂高程√724米，壩頂全長103.9米。
（二）施工情況
大壩從2008年4月開始澆築混凝土，大壩上升高度46米，共澆築混凝土25.5萬立方米。
（三）工程評價
該工程通過採用冷卻水管施工工法，有效降低了大壩混凝土溫升，混凝土溫控效果良好。大壩溫度平均降低12.6攝氏度、平均削峰4.5攝氏度。水管採用塑膠管，施工方便快捷，安裝定位準確，對碾壓混凝土施工干擾小，施工方便，經濟適用。
榮譽表彰
2009年10月19日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2009]162號”檔案發布《關於公布2007-2008年度國家級工法的通知》，《碾壓混凝土壩體冷卻水管施工工法》被評定為2007-2008年度國家二級工法。
