浅谈大坝混凝土通水冷却施工
引言：小湾水电站《拱坝混凝土通水冷却施工技术要求》，先后实施了第a版、第b版和第c版三次换版。笔者2008年底到小湾水电站，正值实施《拱坝混凝土通水冷却施工技术要求（第c版、试行版）》标准，并有幸参与了左岸大坝混凝土通水冷却施工过程控制管理。本文拟对大坝混凝土通水冷却施工的相关问题做些探讨。
一、大坝混凝土通水冷却工艺原理
大坝混凝土由于其自身水泥水化热较高，其自身散热效果满足不了设计要求，因此必须采用预埋在坝体内部的冷却水管进行通水冷却，以带走混凝土内部水化热温升。
小湾水电站大坝混凝土分一期通水冷却、中期通水冷却和二期通水冷却，采取循环通水方式。通过一期通水冷却削减浇筑层混凝土初期水化热温升，控制混凝土温度不超过允许最高温度，同时削减坝体混凝土内外温差，降低二期冷却开始时的混凝土温度，减小温度应力；通过中期冷却控制一期冷却闷温结束后至二期冷却开始时坝体混凝土内部温度回升，降低二期冷却开始时的混凝土温度，减小温度应力；通过二期通水冷却降低坝体混凝土内部温度使其达到设计要求的封拱灌浆温度，以使缝面张开，进行接缝灌浆；以确保大坝混凝土工程质量。
二、一期、中期、二期通水冷却工艺及标准要求
（一）、一期通水冷却工艺及标准要求
1、在每仓混凝土开仓前，应对仓位铺设的蛇形塑料冷却管进行畅通性检查。检查水压为0.2mpa的情况下，流量大于0.9m3/h为通畅，否则，应检查冷却管是否有渗漏、堵塞现象，待处理通畅方可开仓浇筑。
2、 一期通水冷却开始时，水流方向每24h变换一次。冷却通水时间不少于21d，并应连续进行，严格控制混凝土最高温度、降温速率、结束温度满足设计要求。
3、一期通水冷却过程控制，要根据不同时段、不同季节及时进行流量调整。针对缺陷槽、41#～45#坝段及孔口等特殊部位，必要时应对所埋测温仪器进行加密观测，根据现场观测数据由三检人员通知及时调整流量，以保证混凝土最高温度不超标；当观测数据显示上、下游温差超过1℃时，也需对一冷通水流量进行适当调整，以防止上、下游温差过大。
4、高温季节，在新浇仓号混凝土最高温度出现前，其一冷通水流量一般按不低于1.8m3/h进行控制；在混凝土最高温度出现后至一冷第10天期间，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。高标号混凝土一般靠上述流量范围的上限控制，低标号混凝土一般靠上述流量范围的下限控制。
5、低温季节，在新浇仓号混凝土最高温度出现前，其一冷通水流量一般按不低于1.5m3/h进行控制；在混凝土最高温度出现后至一冷第10天期间，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。高标号混凝土一般靠上述流量范围的上限控制，低标号混凝土一般靠上述流量范围的下限控制。
6、当通水天数达到15d时，及时根据温度观测数据或回水温度情况适当调整一冷通水流量，最终保证一期冷却结束温度满足设计要求。
（二）、中期通水冷却工艺及标准要求
1、中期通水冷却适用于一期冷却已经结束，但还未进行二期冷却的所有已浇和新浇坝体混凝土。
2、中期通水冷却应保持一期冷却结束后至二期冷却开始前整个时段的混凝土温度为18℃～20℃，且降温时应保证其混凝土温度的均匀下降，最大降温速率每天不大于0.5℃。
3、中期通水冷却严格按照c版温控技术要求进行通水冷却，参考通水流量0.5m3/h～1.0m3/h，蛇形冷却水管入口处水温10±1℃。
4、中期通水冷却采取间歇通水措施循环进行，根据闷温结果的实际情况适当调整通水方式（高温季节主要以通水5d，闷温5d为主;底温季节主要以通水3d，闷温7天为主）和流量。具体过程如下：
⑴、一冷结束后闷温温度在20～21℃时，参考通水流量0.8m3/h～1.0m3/h，并采取通水5d，闷温5d的模式进行冷却；在19～20℃时，参考通水流量0.5m3/h～0.8m3/h，并采取通水3d，闷温7d的模式进行冷却；在19℃以下时，可间歇5d，然后检测其闷温温度，并根据所测闷温结果决定中冷通水模式和通水流量。
⑵、在闷温连续进行1～2个循环后，中冷混凝土温度可降至18℃～19℃时，可间歇10天后全面检测一次闷温温度；当温度回升高于19℃时，可重复上述所规定的流量和通水模式进行中冷通水冷却；当温度低于19℃时，继续闷温10天，等待下一循环的闷温检测，其混凝土温度始终保持在18℃～19℃。
⑶、在二冷开通前10天普遍进行一次全面的闷温检测，并根据闷温结果按上述规定采取不同的通水模式和通水流量进行通水冷却，将混凝土温度降至18℃左右。
（三）、二期通水冷却工艺及标准要求
二期通水冷却是在接缝灌浆前，为降低坝体混凝土内部温度使其达到设计要求的封拱灌浆温度，以使接缝面张开而便于接缝灌浆。
1、二冷区分为拟灌区、盖重区、过渡区和未二冷区。大坝el.1071.5m～el.1153.5m范围的拟灌区为一个接缝灌区高度，盖重区为拟灌区以上12m范围，过渡区为盖重区以上12m范围；大坝el.1153.5m以上的拟灌区为一个接缝灌区高度，盖重区为拟灌区以上一个灌区高度，过渡区也为盖重区以上一个灌区高度；未二冷区为过渡区以上高度大于或等于6m范围。
2、在每批二冷开通前，应对各二冷区（拟灌区、盖重区、过渡区）进行一次全面的闷水测温，了解坝体混凝土二期通水冷却前的初始温度，以确定该批二冷的通水历时和具体通水参数。同时，对此批二冷范围内的所有蛇形冷却水管进行畅通性检查，对冷水机组供水量、供水压力及水温进行预检查，保证二期冷却通水的供给。
3、同一批二冷的坝段，同一坝段内二冷区范围内的冷却管圈应同时开始二冷，即冷却管圈通水开始时间相差不超过1天，相邻坝段通水开始时间相差不超过2天。同时，要求每条冷却水管开通时先进行微通（即小流量开通），待该批二冷范围内的所有冷却水管均开完后，保证3天内将所有水管的流量严格按二冷启动会的规定进行调整完毕。
4、二期通水冷却入口处水温高温季节为9～10℃，低温季节为10～11℃。一般二冷通水历时为20天，二冷前10天其进水温度按上限控制，二冷10天后其进水温度按下限控制。
5、二期通水冷却通水流量根据开通前的初始温度及冷却水管铺设情况，分区、分部位进行控制（具体见二期冷却通水参数表）。
二期冷却通水参数表
分 区 控制参数 通水期间（20天）内各参数的暂定值
第一次纳入二冷的坝段
(本批二冷的拟灌区和盖重区) 进水温度 10℃～11℃
流量范围 0.5m3/h～0.8m3/h
第一次纳入二冷的坝段
（本批二冷的过渡区） 进水温度 10℃～11℃
流量范围 0.3m3/h～0.5m3/h
非第一次纳入二冷的坝段
（上批二冷的未二冷区，本批二冷的过渡区） 进水温度 10℃～11℃
流量范围 0.3m3/h～0.5m3/h
非第一次纳入二冷的坝段
（同为上批及本批的过渡区） 进水温度 10℃～11℃
流量范围 从本批二冷开通当天开始闷温5天，对砼温度回升值大于1℃的部位，用0.5m3/h～0.8m3/h的流量通3天闷5天；回升值不大于1℃的部位，继续闷温5天再根据闷温温度决定是否通水，最终以保持砼温度不回升即可。
非第一次纳入二冷的坝段
（上批二冷的过渡区，本批二冷的盖重区） 进水温度 10℃～11℃
流量范围 0.3m3/h～0.5m3/h（封拱温度14℃部位靠上限，封拱温度15℃部位靠下限）
非第一次纳入二冷的坝段
（同为上批及本批的盖重区） 进水温度 10℃～11℃
流量范围 从本批二冷开通当天开始闷温5天，对砼温度回升值大于1℃的部位，用0.5m3/h～0.8m3/h的流量通3天闷5天；回升值不大于1℃的部位，继续闷温5天再根据闷温温度决定是否通水，最终以保持砼温度不回升即可。
非第一次纳入二冷的坝段
（上批二冷的盖重区，本批二冷的拟灌区） 进水温度 10℃～11℃
流量范围 从本批二冷开通当天开始闷温5天，对砼温度回升值大于1℃的部位，用0.5m3/h～0.8m3/h的流量通3天闷5天；回升值不大于1℃的部位，继续闷温5天再根据闷温温度决定是否通水，最终以保持砼温度不回升即可。
说明：①上表中通水流量坝体中、上游区域按上限控制，坝体下游区域按下限控制；
②上表中的进水温度，在高温季节(每年4月～9月)按9～10℃控制， 低温季节(每年10月～翌年3月)按10～11℃控制。
6、每批二冷开通后应连续通水，水流方向每24h变换一次，通过调节通水流量，严格控制各二冷区的降温速率，最大降温速率每天不大于0.5℃，降温速率可由二冷范围内所埋测温仪器测得。
7、二冷通水15天左右时，可根据二冷范围内埋设的测温仪器所测混凝土温度、二冷蛇形管的回水温度或在具有代表性的不同部位选取几条水管进行闷水测温等方式，判断各灌区的混凝土温度是否接近设计封拱灌浆温度值，并采取及时调节通水流量或提前结束通水等措施，以最终保证二冷实测封拱灌浆温度与设计封拱灌浆温度的误差不超过±1℃，并尽量避免超冷。
三、冷却水系统布置
1、 冷却水由集装箱移动式冷水机组供应。冷水机组布置在坝后边坡马道上，冷却干管和支管布置在坝体下游的栈桥、马道或贴角平台上。冷水机组和冷却水管随坝体上升而提高。
2、 冷却供水干管和支管均需包裹橡塑保温材料，冷却管进口水温与冷水厂出口水温之差不宜超过2℃。
3、 冷水机组的冷却水供水量、出水温度均需满足相关技术要求，并定期对机组进行保养和维护，机组值班人员应熟悉冷水机组运行状况，能及时并有效的解决运行过程中常见的问题，最终确保冷却水的正常供给。
四、检测项目及方法
小湾水电站左岸大坝混凝土通水冷却检测项目主要包括：机组供水量，进、回水温度，进、回水流量，各冷却阶段的闷温温度等。
1、水温检测：供水主管和冷却水管进、回水温度主要采用红外线点温仪检测，并采用电子温度计或玻璃棒温度计进行校核，无论采用何种温度计，均需进行定期校验和率定。同时要求温度计误差控制在1℃以内，采用温度计检测水温时，插入水中2～3min稳定后读数。水温检测包括供水温度、冷却水管进、回水温度、闷温温度等（每组数据测取3个或多个数值的平均值作为最终结果）。
2、流量检测：通水流量采用水表和tds-100h超声波手持式流量计检测。对冷却水管的通水流量一般使用tds-100h超声波手持式流量计进行检测。
3、水温及流量检测频次：冷水机组出水温度、坝体蛇形冷却水管进、回水温度要求每4h测量1次；坝体蛇形冷却水管通水流量的测量一般与进、回水温度的测量同步进行，一冷、二冷通水流量每4h测量1次，中冷通水流量每12h测量1次。
