中国水利水电第十六工程局有限公司 福建福州 350003
摘要：提高碾压混凝土大坝冷却水管铺设质量是保证大坝混凝土施工质量的重要措施之一。本文以国内某工程实例阐述了从冷却水管材质选择、如何提高管子的抗压强度、减少施工过程中管子的破损、冷却水管铺设施工工艺改进等方面的研究及实际应用的结果。
关键词：冷却水管；分析；铺设施工技术
1 引言
我国碾压混凝土筑坝技术研究与应用从20世纪80年代开始至今，经过了探索期、过渡期、成熟期，目前已进入了创新领先期，已经完全掌握了在高温、高寒、多雨潮湿和干燥少雨等不同地域修建碾压混凝土坝的技术。碾压混凝土大坝的快速发展及广泛使用，对大体积碾压混凝土施工过程中的温控要求也越来越高，冷却水管已成为常规碾压混凝土坝最常用的温控措施之一，本文以国内某工程实例从冷却水管材质选择、提高管子的抗压强度、减少施工过程中管子的破损、冷却水管铺设施工工艺改进等方面展开研究。该工程所用冷却水管为：外直径32mm壁厚2mm的高强度聚乙烯塑料管。工程用量为：976710米。
2 冷却水管技术要求
2.1高强度聚乙烯塑料冷却水管各项指标
高强度聚乙烯塑料冷却水管各项指标要求如下表：
2.2冷却水通水要求
本项目的冷却通水采用智能通水，按设计要求通过计算机设定后自动控制。通水的水压要求为：0.2~1Mpa；通水的流量要求为：0.5~2m3/h；待碾压混凝土终凝后进行通水对混凝土进行冷却。
3冷却水管埋设后损坏的危害
埋设后损坏的主要表现为：水流无法正常通过或通水量无法满足设计要求，管子破裂出现内部渗漏。
3.1 当水流无法正常通过或通水量无法满足设计要求时，该冷却水管所控制的区域内的碾压混凝土无法正常冷却降温，造成碾压混凝土内局部温度过高，待混凝土自然冷却后在收缩应力的作用下会形成内部裂纹造成混凝土内部缺陷。
3.2 当管子破裂出现内部渗漏时，渗漏水在水压的作用下会将碾压混凝土层间结合部位胀开，造成混凝土层间结合强度下降，严重时可能造成大坝出现惯穿性渗漏点。
4 冷却水管破坏机理
4.1人工骨料大石、中石中的针片状骨料在施工过程中有时会立起来，在压路机压实碾压混凝土时会刺破或割破塑料冷却水管，造成水管破坏漏水。此种破坏的概率比较小。
4.2 由于塑料冷却水管的壁厚只有2mm，其抗压能力很弱，在碾压混凝土铺设厚度在30cm、三级配混凝土，在压路机反复碾压及推土机铺设时履带齿的影响下极造成水管被压扁使通水面积不足或不通、局部压折形成白痕造成局部弱点，通水后局部弱点由于强度不足在水压的作用下会造成破损，此种破坏的概率比较大。
5不同材质冷却水管相关检测数据
对不同材质冷却水管在不同状态下的试验检测相关数据如下表：
6改进的施工工艺方法
6.1根据冷却水管铺设的破坏机理分析，要提高铺设质量主要从以下几方面入手。
6.1.1提高所铺设管子的抗压强度，减少管子被压扁或压折的机率；
6.1.2对于损坏的破损点能及早发现，及时处理并且降低处理成本。6.1.3对于针片状石料刺破或割破塑料冷却水管的问题，无法通过改进施工工艺来解决，只能通过改善人工骨料大石及中石中的针片状含量来改善。
6.2以往碾压混凝土大坝冷却水管铺设通常的施工
6.2.1冷却水管材质选用100S、K44纯料或100S和7042混合料加工制造。冷却水管采用每卷250米长；
6.2.2冷却水管铺设施工通常的工艺流程：按设计要求进行铺设，进出口留在仓外、仓内无接头→管子用U形扣固定在混凝土面上→冷却水管铺设完成后，用自卸车运送碾压混凝土卸到冷却水管铺设区外，用推土机推碾压混凝土进行覆盖→覆盖到规定厚度后用压路机对碾压混凝土进行压实→待碾压混凝土终凝后进行通水对混凝土进行冷却→当混凝土温度冷却到设计确定的温度后用灌浆的方法对冷却水管进行封闭。
6.3相关数据分析
6.3.1管子材料的选择
6.3.1.1通过试验检测100S和7042混合料及用100S、K44纯料加工制造管子其各项指标均满足设计要求，可以使用。
6.3.1.2通过试验检测断裂伸长率数据看，选用100S和7042混合料比用100S、K44纯料加工制造管子其柔韧度指标更好，在压扁时其折点处的强度指标下降更少，折点处的开裂机率更低。
6.3.1.3不足之处是管子的抗压强度指标下降42%。
6.3.1.4通过上述数据分析选择100S和7042混合料制造的管子综合指标更优。
6.3.2提高管子抗压强度指标的方法选择
6.3.2.1若采用增加管子壁厚的方式来提高管子的抗压强度指标，一方面会降低管子的导热系数，另一方面会造成工程成本的增加，不可取。
6.3.2.2采用管内通水方式来提高管子的抗压强度指标，管子的通水压力取正常冷却通水时的最大压力1Mpa，采用100S和7042混合料加工的管子其单位长度压扁到10mm时所需的压力为：F=18.67+10*4.4=62.67kg/cm。管子的抗压强度指标可大大提高，提高率=（F-18.67）/18.67*100%=236%。
6.3.2.3通过上述数据分析选择管内通水方式来提高管子的抗压强度指标最优。
6.4改进后碾压混凝土大坝冷却水管铺设施工
6.4.1冷却水管材质选用100S和7042混合料加工制造，单根冷却水管长度采用250米；
6.4.2改进后的冷却水管施工工艺流程：按设计要求进行铺设，进出口留在仓外、仓内无接头→管子用U形扣固定在混凝土面上（为保证管子固定的可靠性，增加30%U形扣进行固定）→冷却水管铺设完成后，对水管进行通水，通水压力选用0.8~1Mpa，待出口水流正常后关闭出口并保持管内的水压力在0.8~1Mpa之间→用自卸车运送碾压混凝土卸到冷却水管铺设区外，用推土机推碾压混凝土进行覆盖→覆盖到规定厚度后用压路机对碾压混凝土进行压实→在混凝土初凝前对已经施工完成的面进行检查，当发现某个部位混凝土特别湿或有水渗出（说明该处的冷却水管有破裂），立即用人工清挖找到破损点→用400mm长的高压管连接，两端各插入200mm，管表面涂胶、两端铁丝捆绑两道、两道铁丝相互连接→接头完成后用混凝土回填并碾压到规定压实度→待碾压混凝土终凝后按设计要求进行通水对混凝土进行冷却→当混凝土温度冷却到设计确定的温度后用灌浆的方法对冷却水管进行封闭。
7改进施工工艺前后的比较
经统计施工工艺改进前冷却水管铺设 1600根，大小温控仓140仓，水管破损78处，破损率4.87%，铺设完成的水管无法达到最大通水量要求（管子局部被压扁后过流断面不足引起）有45次，堵管率2.81%。施工工艺改进后冷却水管铺设 1610根，水管破损15处（主要为机械及人工破坏），破损率0.93%。铺设完成的水管无法达到最大通水量要求有零次，堵管率为0%。
通过比较可见改进施工工艺后冷却水管的破损下降率为（4.87-0.93）/4.87*100%=80.9%，管子局部被压扁引起过流断面不足的问题下降率100%，对整个冷却水管铺设施工质量的改善是非常明显。
8结束语
碾压混凝土大坝冷却水管铺设施工改进后，冷却水管的破损率大大下降，管子局部被压扁过流引起断面不足的问题得到彻底解决。对于破损的部位能及时发现及时处理，一方面降低处理成本，另一方面可保证铺设质量。
参考文献
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[2]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].中国电力出版社，1993，（3）
论文作者:许强,席阳,宋名辉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第24期
论文发表时间:2018/1/18
标签：水管论文; 混凝土论文; 抗压强度论文; 通水论文; 指标论文; 大坝论文; 施工工艺论文; 《建筑学研究前沿》2017年第24期论文;