高寒高海拔條件下農(nóng)業(yè)水利灌溉工程冬季混凝土保溫措施研究

馬巧紅

摘 要：為解決高寒高海拔地區(qū)農(nóng)業(yè)水利灌溉工程混凝土施工溫度控制，保證工程施工質(zhì)量，該文針對工程所處的高寒高海拔地區(qū)施工情況，分析了工程所在地氣象條件，研究提出了高寒高海拔地區(qū)農(nóng)業(yè)水利灌溉工程混凝土施工溫度控制標準和保障措施。該研究對相似環(huán)境下工程施工提供借鑒。

關鍵詞：高寒高海拔 水利灌溉工程 冬季 混凝土 保溫

中圖分類號：U4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）02（a）-00-03

1 工程概況

某農(nóng)業(yè)水利灌溉工程于2015年10月國家發(fā)展改革委批復了可行性研究報告；2016年4月，批復了初步設計報告。該工程河床布置碾壓混凝土重力壩，最大壩高123m，壩頂長度210m，壩頂寬度為10m。大壩自左至右依次為左岸擋水壩段、溢流壩段、泄流底孔和小機組發(fā)電引水壩段、大機組發(fā)電引水壩段及右岸擋水壩段；電站廠房布置在重力壩發(fā)電引水壩段下游，泄流底孔壩段右側(cè)，電站為壩后式地面廠房，采用“一機一管”布置。正常蓄水位EL2628m，相應庫容4.03億m3，裝機容量49MW。

該工程建成后將明顯改善中游灌區(qū)供水和提高灌區(qū)供水保證程度，中游灌區(qū)缺水量可減少0.25億m3，有效緩解每年5～6月的“卡脖子”干旱問題，同時，可使水庫供水范圍內(nèi)灌區(qū)的供水保證率提高51%。

2 氣象條件

工程位于青海省東北部，為高寒半干旱氣候。壩址地勢高峻，氣候嚴寒、濕潤，海拔在2500m以上。工程區(qū)多年平均降水量400mm，其中6～9月降水量占全年降水量的78%；多年平均氣溫0.7℃，12月平均氣溫為-12.2℃，極端最低氣溫-31.1℃，7月平均氣溫為12.8℃，極端最高氣溫30.5℃；年平均水面蒸發(fā)量為1500mm（E601蒸發(fā)皿，下同），年內(nèi)5、6月份蒸發(fā)量最大，12、1月份最小；常年多為西北風，年平均風速2.0m/s，最大風速約20m/s；年降雪期為240～270d，夏季常降冰雹，每年9月至次年5月為冰凍期，全年無霜期為40～110d。上游流冰時間最早為11月上旬，1～2月河封凍，春季流冰一般到3月底結(jié)束。最大岸冰厚度1.1m，最大河冰厚度0.8m。主要氣象要素見表1。

該工程位于高原寒冷地區(qū)，年平均氣溫為0.7℃，工程的混凝土溫控問題，主要是保溫問題，除11月至次年2月份氣溫低，不施工，3月、10月需要保溫外，其他月份的氣溫比較適合碾壓混凝土施工。

3 混凝土溫度控制標準

該樞紐工程壩頂全長210m，共分9個壩段，大部分壩段寬度為20m，最大壩寬為28m，順水流方向最大寬度約101m。

3.1 溫控一般標準

滿足設計下發(fā)的溫控技術要求和混凝土施工規(guī)范（DLT 5144-2015）要求。

3.2 澆筑溫度

根據(jù)類似工程的經(jīng)驗（新疆沖乎爾碾壓混凝土壩工程）并結(jié)合規(guī)范，由于工程地處寒冷區(qū)，年平均氣溫僅為0.7℃，當日平均氣溫連續(xù)5d穩(wěn)定在5℃以下或最低氣溫連續(xù)5d穩(wěn)定在-3℃以下時，應按低溫季節(jié)進行施工，控制混凝土澆筑溫度不宜低于5℃；在5～9月份出機口不高于16℃，3月、4月和10月出機口溫度不低于6℃，施工控制澆筑溫度不大于18℃[1，2]。

3.3 基礎溫差

基礎溫差是指建基面0.4L（L為澆筑塊長邊尺寸）高度范圍內(nèi)基礎約束區(qū)內(nèi)混凝土的最高溫度和該部位穩(wěn)定溫度之差。

基礎容許溫差：當基礎約束區(qū)常態(tài)混凝土28d齡期的極限拉伸值不低于0.85×10-4，確定基礎容許溫差見表2。

《碾壓混凝土壩設計規(guī)范》（SL314-2004），碾壓混凝土28d齡期的極限拉伸值不低于0.7×10-4，碾壓混凝土允許溫差詳見表3。

3.4 上下層溫差及內(nèi)外溫差

按照《混凝土重力壩設計規(guī)范》（SL319-2005），上層和下層溫度差值確定為在老混凝土（齡期超過28d）上下各L/4范圍內(nèi)（L為澆筑塊長邊）。當上層混凝土短間歇均勻上升的澆筑高度大于或等于0.5L時，上下層溫差控制為15℃～20℃，澆筑面長期暴露時，宜采用較小者[3，4]。

未滿28d齡期混凝土的暴露表面，應根據(jù)溫度應力計算分析采取保護措施。在遭遇寒潮、低溫季節(jié)澆筑的混凝土表面均需進行表面保護。

4 冬季混凝土保溫措施

4.1 基本要求

冬季施工的混凝土宜選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，水泥標號不宜低于32.5，每立方米混凝土中的水泥用量不宜少于300kg，水灰比不應大于0.6，并加入早強劑。有必要時加入防凍劑（根據(jù)氣溫情況確定）。

為減少凍害，將配合比中的用水量降至最低限度。辦法是：控制坍落度，加入減水劑，優(yōu)先選用高效減水劑[5]。

模板和保溫層，在混凝土冷卻到5℃后方可拆除。當混凝土與外界溫差大于20℃時，拆模后的混凝土表面，加臨時覆蓋，使其緩慢冷卻。

未冷卻的混凝土有較高的脆性，所以結(jié)構(gòu)在冷卻前不得遭受沖擊荷載或動力荷載的作用。

4.2 混凝土的拌制

拌制混凝土用的骨料必須清潔，不含有冰雪和凍塊，以及易凍裂的物質(zhì)。在摻有含鉀、鈉離子的外加劑時，不使用活性骨料。條件允許時，砂石篩洗搶在零上溫度時做，并用塑料紙、油布蓋好。

混凝土中添加防凍劑時，嚴禁使用高鋁水泥。嚴格控制混凝土水灰比，由骨料帶入的水分及外加劑溶液中的水分均從拌合水中扣除。攪拌摻有外加劑的混凝土時，攪拌時間取常溫攪拌時間的1.5倍。混凝土拌合物的出機溫度不宜低于10℃，入模溫度不得低于5℃。

4.3 混凝土的運輸和澆筑

混凝土攪拌場地盡量靠近施工地點，以減少材料運輸過程中的熱量損失，同時也正確選擇運輸用機械及保溫措施。

運輸過程的保溫：自卸卡車，車皮外面加保溫層并在車身上面加以覆蓋，運輸中盡量減少倒轉(zhuǎn)次數(shù)。混凝土澆筑前，應清除模板和鋼筋上，特別是新老混凝土（如梁、柱交接處）交接處的冰雪及垃圾。

澆筑過程中減少熱量損失：混凝土是分層澆筑的，由于厚度薄，散熱面積大，澆筑過程中的熱量損失是很大的。減少熱量損失的辦法：加快澆筑速度，縮短澆筑時間，當日平均氣溫低于-10℃時停止施工。分層澆筑的混凝土時，已澆筑層在未被上一層的混凝土覆蓋前，不低于規(guī)定的溫度，也不低于2℃。預應力混凝土構(gòu)件在進行孔道和立縫的灌漿前，澆灌部位的混凝土必須經(jīng)預熱，并采用熱的水泥漿、砂漿或混凝土，澆灌后在正溫下養(yǎng)護到強度不低于15MPa。

現(xiàn)場應留設同條件養(yǎng)護的混凝土試塊作為拆模依據(jù)。

4.4 混凝土的養(yǎng)護

冬季澆筑的混凝土，由正溫轉(zhuǎn)入負溫養(yǎng)護前，混凝土的抗壓強度不低于設計強度的40%，對于C10以下的混凝土不得小于5Mpa[6]。采用的保溫材料（聚氨酯泡沫、棉被、草簾、麻袋），使用時保持干燥。

在模板外部保溫時，除基礎隨澆筑隨保溫外，其他結(jié)構(gòu)必須在設置保溫材料后方可澆筑混凝土。鋼模表面先掛草簾，麻袋等保溫材料并扎牢，然后再澆筑混凝土。混凝土澆筑完畢后立即用5cm厚聚乙烯保溫被進行覆蓋，要求保溫被的等效熱交換系數(shù)不低于10KJ/m2·h·℃。低溫季節(jié)和寒潮來襲時之前，壩體上下游面噴涂50mm厚的聚氨酯泡沫保溫，混凝土表面要采用兩層50mm的棉被覆蓋。

越冬面與上下游表面交界的拐角處，因為存在雙向散熱的問題，在冬季溫度下降快，進行重點保護，在上下游保溫的基礎上再加厚15cm厚的聚氨酯乙烯硬質(zhì)泡沫。越冬面保護，先在越冬面混凝土先鋪一層塑料薄膜，噴涂50mm厚的聚氨酯泡沫保溫，然后在聚氨酯乙烯泡沫上部覆蓋100mm厚的棉被，棉被頂部敷設防雨布。上下游聚氨酯保溫層不拆除。壩身孔口處要求嚴密封閉保溫。

越冬面揭開時機：當外界氣溫高于或等于越冬面混凝土溫度時，可消除揭開時空氣“冷擊”產(chǎn)生的不利影響。如果必須在外界氣溫低于越冬面混凝土溫度時，內(nèi)外溫差不大于3℃。次年開工后，根據(jù)施工部位逐漸依次拆除保溫設施，同時對混凝土毛面進行深層鑿毛處理，一般處理深度5cm左右。

為保證層面的防滲效果，在距上游面約2m處，在混凝土平面上設置一道平行于壩軸線的橡膠止水（在越冬面碾壓混凝土時埋設，外露一半），在次年施工上層混凝土時，埋入上層混凝土內(nèi)一半，止水與相鄰橫縫銅止水進行有效連接，在越冬面上形成一道水平向的止水體系。橡膠止水周邊50cm范圍內(nèi)澆筑常態(tài)混凝土。拆模后的混凝土應及時覆蓋保溫材料，以防混凝土表面溫度的驟降而產(chǎn)生裂縫。

5 結(jié)語

高寒高海拔地區(qū)混凝土施工主要難點在做好溫控措施，該文結(jié)合工程所在地氣象條件，研究提出了混凝土溫度控制標準和冬季混凝土保溫措施，為處于高寒高海拔地區(qū)類似工程施工提供借鑒。

參考文獻

[1] 郭正鵬.大體積混凝土溫控施工技術研究[J].山西建筑，2018（23）：78-79.

[2] 趙玉宏.出山店水庫閘墩混凝土溫控措施[J].河南水利與南水北調(diào)，2018（2）：52-53.

[3] 饒明.大體積混凝土溫控措施優(yōu)化設計研究[J].人民珠江，2017（5）：77-79.

[4] 丁海玲，閆雪，孔駿.寒冷地區(qū)混凝土重力壩溫控措施研究[J].低溫建筑技術，2014（12）：9-12.

[5] 馬也.寒冷地區(qū)大壩混凝土溫控系統(tǒng)研究[J].中國新技術新產(chǎn)品，2013（11）：79.

[6] 孫啟冀，侍克斌，李捷.寒冷干旱地區(qū)高碾壓混凝土壩溫控防裂研究初探[J].混凝土，2013（6）：143-144.