葉巴灘水電站2017年冬季施工保溫要求與措施

范 雄 安

(華電金沙江上游水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610000)

1 葉巴灘水電站氣溫特點(diǎn)

葉巴灘水電站位于四川與西藏界河金沙江上游河段上，系金沙江上游規(guī)劃13個梯級水電站的第7級。電站樞紐建筑物由混凝土雙曲拱壩、泄洪消能建筑物、引水發(fā)電建筑物等組成，大壩最大壩高217.0 m。葉巴灘水電站壩址區(qū)海拔高度2 700～2 900 m，屬高寒高海拔地區(qū)，壩址區(qū)氣候條件具有以下特點(diǎn)：

(1)海拔高，年平均氣溫低。壩址區(qū)多年平均氣溫約9.2 ℃，全年有4個月的月平均氣溫低于5 ℃，壩址區(qū)極端最低氣溫-23.5 ℃。

(2)氣溫日變幅極大。氣溫日變幅超過15 ℃的全年有263 d，日變幅超過20 ℃的有166 d。其中1月份氣溫最大日變幅達(dá)27 ℃。

(3)氣候干燥，降雨量遠(yuǎn)小于蒸發(fā)量。根據(jù)蓋玉簡易氣象站近9年的觀測資料，壩址區(qū)多年平均年蒸發(fā)量為1 200.2 mm(20 cm蒸發(fā)皿)，多年平均相對濕度78%，多年平均年降水量僅658 mm，歷年最大日降水量43.3 mm。

(4)寒潮頻繁。根據(jù)近3年的氣象資料分析，壩址區(qū)多年平均寒潮次數(shù)8～10次，寒潮最大降溫幅度10.9 ℃。

2 冬季施工的概念及溫度實(shí)測情況

凡工程所在地的日平均氣溫連續(xù)5 d穩(wěn)定在5 ℃以下或最低氣溫連續(xù)5天穩(wěn)定在-3 ℃以下時，即進(jìn)入低溫季節(jié)施工期。

經(jīng)實(shí)測，葉巴灘水電站2017年12月1日至2018年1月31日壩區(qū)(海拔2 750 m)各時間平均及最低氣溫見表1，俄德西溝工區(qū)(海拔3 000 m)各時間平均及最低氣溫見表2。

表1 壩區(qū)(海拔2 750 m)各時間平均及最低氣溫統(tǒng)計(jì)表

表2 俄德西溝工區(qū)(海拔3 000 m)各時間平均及最低氣溫統(tǒng)計(jì)表

3 冬季施工各項(xiàng)控制指標(biāo)

3.1 低溫季節(jié)及高溫季節(jié)

葉巴灘水電站低溫季節(jié)指10月至次年3月，高溫季節(jié)指4月至9月。

3.2 冬季混凝土施工

規(guī)范要求(建議注明規(guī)范名稱和編號)，除特殊需要，日平均氣溫在-20 ℃以下時不宜進(jìn)行混凝土施工。

3.3 混凝土允許受凍臨界強(qiáng)度

混凝土獲得一定強(qiáng)度后再受凍，保證混凝土結(jié)構(gòu)不致造成破壞，后期強(qiáng)度仍能繼續(xù)增長，最終強(qiáng)度可達(dá)28d齡期強(qiáng)度的95%以上?；炷潦軆鲆郧熬哂械膹?qiáng)度，稱為混凝土允許受凍臨界強(qiáng)度。

混凝土允許受凍臨界強(qiáng)度是低溫季節(jié)混凝土拆模、保溫、檢驗(yàn)混凝土質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，混凝土允許受凍臨界強(qiáng)度值應(yīng)滿足下列要求：

(1) 大體積混凝土不低于7.0 MPa或成熟度不低于1 800 ℃·h；

(2) 非大體積混凝土和鋼筋混凝土不應(yīng)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%。

大體積混凝土，目前沒有統(tǒng)一定義，其中用表面積系數(shù)M<3(M=結(jié)構(gòu)物表面積/結(jié)構(gòu)物體積)來標(biāo)識大體積混凝土。工業(yè)和民用建筑物中，以M<5來劃分大體積混凝土，這是與水工混凝土不同之處。

工業(yè)和民用建筑施工中，用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥配制的混凝土其抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的30%前均不得受凍。

3.4 骨料預(yù)熱

低溫季節(jié)骨料不凍結(jié)，料堆中下部骨料溫度不低于3℃。

規(guī)范9.2.3條對原材料加熱進(jìn)行了說明，明確當(dāng)日平均溫度穩(wěn)定-15 ℃以下時，應(yīng)加熱骨料。這是國內(nèi)北方和前蘇聯(lián)的經(jīng)驗(yàn)，日平均氣溫高于-5 ℃時應(yīng)采用熱水拌和的方法。骨料預(yù)熱可以在料堆或儲料倉內(nèi)加熱，亦可利用解凍室加熱。熱風(fēng)可以用于直接加熱，熱水一般用于間接加熱。

3.5 混凝土拌和

(1) 拌和混凝土前，應(yīng)用熱水和蒸汽沖洗拌合機(jī)，并將積水或冰水排除，并使拌合機(jī)機(jī)體處于正溫狀態(tài)?；炷涟韬蜁r間比常溫季節(jié)適當(dāng)延長，延長時間由試驗(yàn)確定，一般延長20%～25%。

(2) 提高混凝土的溫度，首先考慮用熱水拌和(在一般情況下，拌和用水溫度每提高5 ℃，混凝土約升溫1 ℃)，當(dāng)熱水拌和尚不能滿足要求時，再加熱砂石骨料。水泥不得直接加熱。

(3) 用熱水拌和，水溫一般不宜超過60 ℃。有的資料介紹可用80～100 ℃拌和熱水溫度，本工程仍采用60 ℃，原因是80 ℃以上的熱水可能會使水泥假凝。還有大體混凝土施工用水量很大，在工地加熱水溫一般可達(dá)到50～60 ℃，要加80～100 ℃熱水比較困難。超過60 ℃時，應(yīng)改變拌和加料順序，將骨料與水先拌和，然后加入水泥拌和，避免水泥假凝。

(4) 骨料最高溫度不宜超過60 ℃。若可以采用不加熱的骨料時，則骨料中絕不能混有冰雪、表面不能結(jié)冰。

(5) 外加劑如何加熱要根據(jù)產(chǎn)品性能來確定。

(6) 進(jìn)入拌和樓的水泥溫度不應(yīng)高于60 ℃。

3.6 運(yùn)輸設(shè)備的保溫

(1)混凝土罐保溫。當(dāng)日平均氣溫低于-10 ℃時，混凝土罐需要保溫。

(2)自卸汽車保溫。低溫季節(jié)運(yùn)送混凝土的大中型自卸車(裝混凝土3 m3以上)應(yīng)加以保溫。當(dāng)氣溫比較低和運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)時可以利用汽車廢氣進(jìn)行保溫，在車廂底板上加2 mm厚鋼板，形成約50 mm高的空腔，通入廢氣加熱，其溫度可達(dá)130～135 ℃。為保證安全，應(yīng)使車廂低的廢氣出口截面積比入口管子截面大4～5倍。

3.7 保溫采暖溫度要求

低溫季度混凝土拌和與澆筑倉面各部位，一般均應(yīng)處于正溫狀態(tài)。具體要求見表3：

3.8 混凝土出機(jī)口溫度

實(shí)際拌和過程中有熱量的損失和拌和機(jī)體的溫度傳導(dǎo)損失等影響，混凝土出機(jī)口溫度比理論拌和后溫度要降低3～4.5 ℃，溫度降低值參考表4：

設(shè)計(jì)要求混凝土出機(jī)口溫度應(yīng)根據(jù)最高溫度確定，低溫季節(jié)出機(jī)口溫度不低于10 ℃。

3.9 混凝土運(yùn)輸過程溫度損失

估算公式為：

tu=a(t0-ta)z

式中tu為混凝土運(yùn)輸過程中的溫度損失，℃；t0為混凝土開始運(yùn)輸時的溫度，℃；ta為外界氣溫，℃；Z為運(yùn)輸時間，h；a為容器系數(shù)(采用吊罐時，水平運(yùn)輸和垂直運(yùn)輸時均取0.15，敞口容器，包括自卸汽車和膠帶機(jī)運(yùn)輸時取0.2)。

表3 混凝土拌合與澆筑倉面各部位保溫溫度要求參考表

表4 混凝土拌和過程中的溫度降低值

3.10 混凝土入倉等溫度損失

估算公式為：

tj=0.17(tp-tc)z

式中tj為混凝土澆筑過程中的溫度損失，℃；tp為混凝土入倉溫度，℃；tc為外界或暖棚內(nèi)氣溫，℃；Z為平倉振搗到表面覆蓋時間，h。

設(shè)計(jì)要求宜控制混凝土從出機(jī)口到倉面，入倉溫度回升或損失在1 ℃以內(nèi)；宜控制混凝土從出機(jī)口至上層混凝土覆蓋前的溫度回升值或損失不超過4 ℃。

3.11 混凝土澆筑溫度

混凝土澆筑溫度應(yīng)根據(jù)滿足最高溫度確定，參考低溫季節(jié)混凝土澆筑溫度6～10 ℃，高溫季節(jié)不大于14 ℃。

3.12 基巖與混凝土表層加熱

在嚴(yán)寒條件下基巖或混凝土表面溫度通常都為負(fù)溫，在這些部位澆筑混凝土?xí)r，一般講基巖或混凝土加溫至正溫，或以澆筑倉面邊角表面溫度達(dá)到正溫為標(biāo)準(zhǔn)，以防止混凝土早期受凍。

設(shè)計(jì)要求低溫季節(jié)基巖或老混凝土應(yīng)加熱至3 ℃以上。

3.13 混凝土分層澆筑厚度要求

混凝土應(yīng)采用分層連續(xù)的方法澆筑，澆筑分層厚度不得小于20 cm。

設(shè)計(jì)要求導(dǎo)流洞進(jìn)水塔混凝土澆筑分層厚度為1.5～3 m左右，上、下層澆筑間歇時間宜為5～7 d，最長間歇期不超過15 d。

3.14 混凝土拆模規(guī)定

低溫季節(jié)混凝土模板一般不拆模，如果必須拆模，應(yīng)按下列規(guī)定進(jìn)行：

(1)非承重模板拆除時，混凝土強(qiáng)度必須大于允許受凍的臨界強(qiáng)度或成熟度值，拆模和養(yǎng)護(hù)應(yīng)滿足溫控防裂要求，應(yīng)保證內(nèi)外溫差小于20 ℃或2～3 d內(nèi)混凝土表面溫降小于6 ℃。

(2)承重模板拆除經(jīng)計(jì)算確定。

(3)避免在夜間和預(yù)期氣溫驟降時間內(nèi)拆模。

3.15 氣溫驟降

指日平均氣溫在2～3 d內(nèi)連續(xù)下降累計(jì)6 ℃以上。

3.16 冬季施工混凝土養(yǎng)護(hù)溫度要求

當(dāng)天平均溫度低于5 ℃時，不需要養(yǎng)護(hù)。開始養(yǎng)護(hù)時的溫度不得低于5 ℃，細(xì)薄截面結(jié)構(gòu)不得低于10 ℃。

3.17 基坑中混凝土且有地下水時養(yǎng)護(hù)要求

對于基坑中的混凝土，當(dāng)?shù)叵滤惠^高時可待頂面混凝土初凝后，采用放水淹沒的方法養(yǎng)護(hù)，但當(dāng)?shù)叵滤怀龌炷另斆娴母叨刃∮诒鶎雍穸葧r，不得放水養(yǎng)護(hù)。

3.18 冬季施工溫度檢測要求

3.18.1 檢測方法

(1)混凝土出機(jī)口溫度：在拌和樓出料口取樣測得的混凝土表面以下10 cm處的混凝土溫度。

(2)混凝土澆筑溫度：混凝土經(jīng)過平倉振搗后，覆蓋上層混凝土前，在距混凝土面10 cm深處的混凝土溫度。

(3)混凝土最高溫度：混凝土澆筑塊測量的內(nèi)部平均最高溫度。

(4)混凝土表面溫度：隧洞襯砌混凝土厚度較薄，對隧洞襯砌混凝土，混凝土表面以內(nèi)3 cm處測量的溫度；對于其他大體積混凝土，混凝土表面以內(nèi)5 cm處測量的溫度。

3.18.2 檢測頻次

(1)水、外加劑及骨料的溫度每1 h檢測1次。

(2)混凝土出機(jī)口溫度、運(yùn)輸過程中溫度損失和混凝土澆筑溫度，根據(jù)需要或每2 h檢測1次。

(3)暖棚法施工時，暖棚內(nèi)氣溫每4 h檢測1次。

(4)采用蓄熱法養(yǎng)護(hù)，在養(yǎng)護(hù)期間至少每6 h檢測一次。

(5)摻防凍劑的混凝土在強(qiáng)度未達(dá)到混凝土允許受凍臨界強(qiáng)度前，應(yīng)每2 h檢測1次，達(dá)到允許受凍強(qiáng)度以后，每6h檢測1次。

(6)采用加熱法養(yǎng)護(hù)混凝土?xí)r，在升溫、降溫期間每1 h檢測1次，在恒溫期間每2 h檢測1次。

(7)大體積混凝土澆筑后三天內(nèi)應(yīng)加密觀測溫度變化，外部混凝土應(yīng)每天觀測最高、最低溫度，內(nèi)部混凝土8 h觀測1次，其后宜12 h觀測1次。

3.19 混凝土上下層溫差

在間歇期超過28 d的混凝土面上繼續(xù)澆筑混凝土?xí)r，上下層允許溫差≦18 ℃。

3.20 混凝土內(nèi)外溫差

設(shè)計(jì)要求控制混凝土內(nèi)外溫差≦20 ℃。

3.21 冬季施工對制作試件要求

除應(yīng)按規(guī)定制作標(biāo)準(zhǔn)試件外，還應(yīng)根據(jù)養(yǎng)護(hù)、拆模、承受荷載的需要，增加與結(jié)構(gòu)同條件養(yǎng)護(hù)的施工試件不少于2組。

4 冬季混凝土施工保溫措施及效果

4.1 保溫措施

2017年，葉巴灘水電站針對前期工程主要采取了以下保溫措施：

(1)橋梁、房建板梁柱等體積較小，或重要部位的混凝土結(jié)構(gòu)采用搭設(shè)全封閉暖棚+加熱蒸汽保溫+白天太陽照射時間澆筑措施。

(2)路面、擋墻等大面積混凝土采用塑料薄膜+電熱毯+棉被+白天太陽照射時間澆筑措施。

(3)洞內(nèi)混凝土采用洞口、洞內(nèi)分隔掛簾+澆筑倉位區(qū)段加熱措施。

(4)砂石骨料采用封閉覆蓋，保證骨料溫度在0 ℃以上措施，對結(jié)冰部分提前剔除。導(dǎo)流洞砂石骨料采用了地暖措施。

(5)混凝土拌和系統(tǒng)采用加熱水，保證出機(jī)口溫度滿足要求。

(6)混凝土運(yùn)輸罐車采用包裹棉被+縮短運(yùn)距措施。

保溫措施分別有：洞口掛簾保溫、洞內(nèi)分區(qū)段掛簾保溫、洞內(nèi)底板澆筑保溫、預(yù)制梁暖棚蒸汽保溫、骨料覆蓋保溫、拌和樓燒熱水措施。

4.2 保溫效果

4.2.1 俄德西溝洞內(nèi)保溫溫度檢測情況

經(jīng)2017年12月1日—2018年1月31日實(shí)測俄德西溝排水洞洞內(nèi)保溫溫度滿足規(guī)范要求，見表5：

4.2.2 預(yù)制梁保溫棚內(nèi)溫度檢測情況

經(jīng)2017年12月1日—2017年12月31日實(shí)測預(yù)制梁保溫棚內(nèi)溫度檢測結(jié)果滿足規(guī)范要求，見表6：

表5 俄德西溝排水洞洞內(nèi)保溫溫度實(shí)測統(tǒng)計(jì)表

表6 橋梁預(yù)制梁保溫溫度實(shí)測統(tǒng)計(jì)表

4.2.3 導(dǎo)流洞底板混凝土澆筑保溫情況

經(jīng)實(shí)測，拌和水采用燃煤鍋爐加熱、混合后水溫9～20 ℃；砂石骨料采用地暖+拌和熱水循環(huán)加熱，溫度4～8 ℃；通過冷熱水混合(熱水溫度40 ℃左右)，混凝土出機(jī)口溫度9～15 ℃；混凝土澆筑溫度10～18 ℃；導(dǎo)流洞洞內(nèi)溫度隨氣溫變化，但變化量不明顯，洞內(nèi)溫度在4～9 ℃之間。

經(jīng)監(jiān)理獨(dú)立取樣檢測，左岸導(dǎo)流洞C35W8F100底板混凝土28d抗壓強(qiáng)度2組：最大值41.1 MPa、最小值39.0 MPa、平均值40.1 MPa；C40W8 F100底板混凝土28 d抗壓強(qiáng)度5組：最大值42.3 MPa、最小值40.2 MPa、平均值40.8 MPa；C25W8F100邊頂拱混凝土28 d抗壓強(qiáng)度3組：最大值28.3 MPa、最小值25.0 MPa、平均值27.1 MPa。

右岸導(dǎo)流洞C40W8F100底板混凝土28 d抗壓強(qiáng)度5組：最大值42.3 MPa、最小值41.1 MPa、平均P值41.4 MPa；C25W8F100邊頂拱混凝土28 d抗壓強(qiáng)度4組：最大值32.7 MPa、最小值25.3 MPa、平均值：28.6 MPa。

通過現(xiàn)場同條件與標(biāo)養(yǎng)室件與不同齡期混凝土強(qiáng)度增長情況來看，3 d標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度值的35%，同養(yǎng)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度值的30%；7 d標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度值的65%，同養(yǎng)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度值的60%；14 d標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度值的88%，同養(yǎng)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度值的75%。

5 結(jié) 語

葉巴灘壩址區(qū)獨(dú)特的氣候條件不利于拱壩混凝土的溫控防裂，尤其是混凝土表面保溫措施極為重要。為了獲取不同保溫措施條件下大體積混凝土的溫控參數(shù)，確保后期拱壩大體積混凝土施工期防裂安全和所提表面保溫措施的可行性和可靠性，有必要開展混凝土冬季澆筑保溫措施效果試驗(yàn)、探索與總結(jié)。從葉巴灘水電站2017年冬季施工保溫措施落實(shí)情況看，所施工混凝土質(zhì)量經(jīng)檢測全部合格，沒有出現(xiàn)受凍、低強(qiáng)等問題，為后續(xù)主體工程施工積累了一定經(jīng)驗(yàn)。目前，大壩等主體工程剛開始施工，有關(guān)高寒、高海拔地區(qū)冬季施工保溫措施的研究工作還有待于進(jìn)一步深入。