高寒高海拔地區水電站冬季混凝土施工技術優化

林 曉 旭， 趙 亞, 謝 廷

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

瓦托水電站位于西藏自治區昌都市卡若鎮列巴村，工程為三等中型工程。正常蓄水位高程3 315 m，死水位高程3 313 m，裝機2臺，單機容量為27 MW。瓦托水電站處于高海拔地區，所在地屬高原溫帶半濕潤季風氣候區，冬季氣候寒冷干燥，夏季溫和濕潤，旱季雨季分明，高原紫外線強烈，日照較為充足，日溫差大，年溫差小，無霜期短；空氣較為稀薄，氣壓低，氧氣少；氣溫偏低，多年平均氣溫僅7.6 ℃，極端低溫達-20.7 ℃，晝夜溫差大，冬季氣溫較低；壩址區最大凍土深度為0.8～1 m，最大風速為18 m/s。

2 冬季混凝土施工的難點

根據電站總進度計劃安排，該工程的混凝土施工需要在冬季進行。而在高原地區冬季混凝土施工存在以下難點：

(1)工程施工人員需要克服高原寒冷的天氣和缺氧環境，人員、設備降效嚴重。

(2)混凝土澆筑過程溫差大，質量難以控制。

針對以上遇到的難點，筆者對混凝土的凍融破壞原理進行了分析。

王國臣編寫的《談混凝土耐久性能》[1]中明確表示：冬季施工，水型態的變化是控制混凝土強度增長的關鍵因素。由于水泥的水化作用，混凝土澆筑后逐漸凝結、硬化，直至達到設計強度。水化作用的速度與混凝土原材料和配合比有關，主要隨著溫度的高低變化而變化。溫度升高、水化作用加快，強度增長亦快；溫度降低到0 ℃時，混凝土中的部分水開始結冰，水化作用基本停止，混凝土強度增長相應較慢；溫度繼續下降，混凝土中的水完全結冰，水化作用基本停止，混凝土強度不再增長。水變成冰后，體積增大9%，當混凝土中的毛細孔含水率超過91.7%，結冰會產生2 500 kg/cm2的冰脹應力，其大于水泥內部形成的初期強度值，使混凝土受到不同程度的破壞，導致其強度變低。冰棱熔化后，會在混凝土內部形成空隙，從而降低混凝土的耐久性[2]。

通過觀察可知，新澆筑混凝土凍結前有一段預養期，對加速水泥的水化作用極為重要。混凝土受凍前預養期越長，強度損失越小。對于預養期長、獲得初期強度較高的混凝土受凍后，其后期強度幾乎沒有損失；反之則不然。因此，必須對冬季混凝土施工技術進行優化。

3 冬季混凝土施工技術優化

瓦托水電站冬季混凝土澆筑施工通過對施工準備、混凝土生產、水平及垂直運輸、混凝土澆筑及振搗、保溫養護等各個施工工序進行了相應的優化，使施工質量得到了有效的控制。

3.1 施工前各項準備工作的優化

(1)施工用風。通過在左岸壩肩的空曠階地上布置1臺40 m3的電動空壓機，以滿足倉面吹干積水的用風要求以及負溫時段采用高壓風沖洗倉面的要求。

(2)施工用水。主要是通過對供水管線采取保溫處理措施來防止冬季施工中管道被凍而不能保證施工用水供給的現象發生。施工前，對供水線路進行了全面檢查，若有漏水現象則立即修補，然后對倉外供水主線及各支線采取外包2層2 cm厚的橡塑海綿進行保溫，橡塑海綿采用14#鉛絲綁扎，無縫搭接且搭接長度不小于2 cm(圖1)。

圖1 供水管保溫

(3)施工道路。每班安排3人進行場內道路的清潔值班。下雪時，及時對積雪進行清掃并采用細石或砂對施工道路進行覆蓋，以免積雪融化后路面產生的積水在氣溫驟降的環境下結冰。必要時運輸車輛必須加防滑鏈。在如此環境惡劣的條件下，除采取以上措施外，還可對施工道路采用工業鹽鋪灑的方法防滑。

3.2 混凝土拌制的優化

(1)進入冬季施工后，對混凝土攪拌站增設了保溫棚。

(2)采取加熱水、預熱骨料等方式進行混凝土拌和，使混凝土的出機口溫度達到10 ℃～15 ℃，入模溫度不低于8 ℃～10 ℃[3]。

(3)對混凝土原材料摻用適當的外加劑，使混凝土緩慢冷卻，在受凍前達到規范所要求的混凝土強度[4]。

3.3 混凝土運輸保溫的優化

混凝土從攪拌站的出機口到入模，對攪拌車車廂采用帆布及保溫被封閉保溫，減少倒運次數，避免混凝土受凍并減少其熱量的損失。在運輸過程中盡量縮短運輸時間，做到不隨意停車，施工現場不壓車，以減少混凝土在運輸過程中的熱量損失(圖2)。

圖2 攪拌車車廂保溫

3.4 混凝土入模保溫的優化

瓦托水電站重力式大壩混凝土采用吊罐澆筑混凝土。為了減少混凝土的溫度損失，預先在吊罐口安裝滑動式保溫蓋布，保溫蓋布在混凝土卸料完成后，用加工好的鋼筋拉鉤將其拉蓋，吊罐四周用帆布保溫以確保混凝土入模溫度不低于8 ℃。

瓦托水電站廠房混凝土采用泵送入倉。為了減少混凝土的溫度損失，預先將泵管用2層、2 cm厚的橡塑海綿包裹保溫，橡塑海綿采用14#鉛絲綁扎。

3.5 倉面蓄熱法的優化

瓦托水電站重力式大壩混凝土的澆筑倉為大體積混凝土澆筑倉[5]，采用吊罐入倉，故在備倉時，預先在倉面四周的模板頂口按1.5 m的間距設置烤燈升溫，同時將澆筑倉的模板四周用聚氨酯保溫被包裹保溫；備倉完畢、混凝土入倉前采用在倉面用工業電熱毯預熱倉面的方式組織施工；瓦托水電站廠房混凝土澆筑倉采取在建筑物周圍用塑料薄膜和保溫被扎設暖棚、在澆筑倉的底部采用設置火爐的方式對倉內進行預先升溫。

3.6 澆筑倉頂部覆蓋保溫方式的優化

每層混凝土澆筑結束、收倉后，在其上表面采用一層塑料薄膜+兩層2 cm厚的聚氨酯保溫被+一層三防帆布壓緊覆蓋[3](保溫被搭接長度不小于10 cm，采用14#鉛絲綁扎牢固，面部采用φ25鋼筋原材、間距1.5 m全面壓緊布置)，將保溫材料覆蓋在混凝土表面至進行下一倉混凝土施工前。

3.7 拆模時間的優化

根據氣溫，適當推遲拆模時間(氣溫驟降期間不允許拆模)。模板拆除后，立即覆蓋兩層、2 cm厚的保溫被，同時對棱角部位采取加厚5 cm以及向四周加寬20 cm的加強措施進行混凝土表面保溫，防止產生裂縫。

3.8 成立混凝土質量管理QC小組

成立混凝土質量管理QC小組(簡稱QC小組)，QC小組人員定時檢查混凝土保溫覆蓋情況，及時了解、掌握測溫結果。若發現混凝土溫度出現異常，應立即查明原因并采取相應的措施予以處理。

4 結 語

瓦托水電站大壩和廠房部位冬季澆筑的混凝土通過一個冬季的觀察，所形成的觀察記錄及同養試塊的實驗報告均顯示混凝土強度完全符合要求，工程質量能夠得到保證，所取得的經驗為高海拔地區冬季水工混凝土的澆筑施工打下了堅實的基礎，可為后續類似工程的施工提供借鑒。