水电站工程冬季砼温控施工技术

混凝土冬季施工技术措施和要求

【摘 要】：本文结合甘肃莲麓二级（峡城）水电站工程连续两个冬季（2008年、2009年）混凝土施工，介绍混凝土冬季施工技术措施和要求。

【关键词】：混凝土 冬季施工 预防裂缝

莲麓二级（峡城）水电站工程位于甘肃省西南部渭源、康乐两县交界处的洮河干流中游九（甸峡）～海（甸峡）河段上，是一座以发电为主，兼有防洪、水产养殖和旅游等综合效益的四等小(1)型水利工程，该水电站工程为无调节河床式水电站。工程主要由左右岸混凝土重力坝、坝内式厂房坝段、坝身泄洪建筑物、坝后消能建筑物及其变电站等组成。莲麓二级（峡城）水电站工程的开发方式为河床式，装机总容量37.5MW，最大坝高36.54m（厂房段），正常蓄水位2038.0m，相应库容576.09万m3，坝顶全长216.80m，混凝土总量16.75万m3。工程于2006年9月份开工建设，2009年11月15日首台机组正式并网发电。

冬季混凝土施工是指日平均气温连续5d稳定在5℃以下或最低气温连续5d稳定在-3℃以下时进行混凝土浇筑。水工混凝土的施工过程主要可分为：原材料储运（加热）——混凝土拌和——混凝土运输——仓面作业（平仓、振捣等）——保温与养护——新浇混凝土再行上升。

一、概述

甘肃莲麓二级（峡城）水电站工程地处温带半干旱区，气候特征可以临洮气象站地面气候资料为代表。临洮站平均气温7.0℃，平均最高气温14.3℃，平均最低气温1.3℃，极端最高气温34.6℃，极端最低气温-29.6℃，年降水量565.2mm,年蒸发量1259.3mm,年日照时数2437.9h，平均相对湿度67%,最大风速15m/s,平均最大风速12m/s。

二、冬季混凝土施工保温方案

根据本工程的实际情况，结合当地气候条件及现场施工的具体情况，确定坝区每年的11月下旬及次年的3月上旬为冬季低温施工过渡期，12月上旬至次年2月下旬为冬季低温施工期。本着经济合理简单可行的原则采取适当的防冻措施，即：骨料堆场和混凝土浇筑部位搭设保温棚，保温棚内放置火炉用于提高棚内温度。骨料堆场除用火炉提高棚内温度外，利用锅炉产生的热水通过散热管道对骨料进行预加热，防止骨料结冰；混凝土搅拌采用掺加热水拌和；混凝土浇筑完成3~5天后拆棚，拆棚后按要求对新浇混凝土采用塑料薄膜等材料进行后期必须的保温。

三、冬季混凝土施工温控计算

冬季混凝土施工按上述保温方案，对各环节温控进行严格控制。施工中根据温度控制的要求和施工经验，确定冬季施工中各环节的温度损失以指导混凝土保温施工。

3.1 混凝土出机口温度计算

水电站工程大体积混凝土出机口的温度一般不超过35℃和不低于10℃，按下式计算：

T出=[(Cs+Cwqs)WsTs+(Cs+Cwqg)WgTg+CcWcTc+Cw(Ww-qsWs-qgWg)Tw+Tj]

/(CsWs+CgWg+CcWc+CwWw)

式中 Cs,Cg,Cc,Cw---混凝土中砂、石、水泥、水的比热，kJ/（kg.℃）；当骨料（石、砂）温度＞0℃时，水的b=4.2[KJ/（kg.k），0.84——砂、石的比热约值，KJ/（kg.k），

qs, qg--------------混凝土中砂、石的含水率，%；qs控制在3%以内，按2%计算，qg控制小于1%，按0.5%计算。

Ts，Tg，Tc，Tw-----混凝土中砂、石、水泥、水的温度，℃；计算式中tc=0℃；ts=tg=1.0℃；tw=60℃。

Ws，Wg，Wc，Ww-----每立方米混凝土中砂、石、水泥、水的重量，kg；计算式中Ws=521，Wg=1561，Wc=192，Ww=108

Tj----------------混凝土拌和时产生的机械热（可取1500kJ/m3），kJ/m3。

T出=【（0.84+4.2×0.02）×521×1+（0.84+4.2×0.005）×1561×1+0.84×192×0+4.2×（108-0.02×521-0.005×1561）×60+1500】/（0.84×521+0.84×1561+0.84×192+4.2×108）=10.98℃

3.2 混凝土运输途中的损失温度

混凝土运输途中的温度降低值，与混凝土装载容器的型式、运输时间及外界气温等有关。运输中的混凝土温度损失计算公式为： Tu=a（To –Ta）t

式中：Tu——混凝土运输中的损失温度℃

To——混凝土出机温度℃，t出=10.97℃

Ta——外界气温℃，Ta =0.57t冷+0.43t低

由临洮气象资料查得

t冷——冬季最冷月平均温度℃,t冷=--6.12℃

t低——冬季最低日平均温度℃,t低=-22.01℃

Ta =--15.18℃

Z ——混凝土运输时间h，按10min计算，Z=0.167h

A ——装载混凝土的容器系数：罐式A=0.15,敞口式A=0.2

自卸汽车选用15t加盖保温被运输混凝土，A=0.2

t运=(9.84+15.18)×0.2×0.167=0.84℃

3.3 混凝土浇筑振捣的损失温度

混凝土入仓后，经过平仓、振捣，到浇筑一层完毕（厚约30cm），损失温度的计算公式为：

Tj=0.17（Tp-Tc）t

式中：Tj——混凝土浇筑施工中的损失温度℃

Tp——混凝土入仓温度℃，Tp =10.98-0.84=10.14℃

Tc——浇筑仓面内温度℃，

Tc =5℃

t——平仓、振捣完毕的时间h，t=5.0min

Tj=0.17×(10.14-5)×5.0≈4.37℃

3.4 混凝土覆盖温度计算

根据混凝土施工规范中规定“大体积混凝土在寒冷地区覆盖温度不宜低于5℃”，这是综合考虑了混凝土温度控制和冬季施工的实际情况。根据水工混凝土冬季施工经验，浇筑温度一般控制在5～10℃范围内，混凝土浇筑施工才是安全的。

Tp=Tb.p+θpτ（Ta- Tb.p）

Tp为混凝土覆盖温度，℃；

Tb.p为混凝土入仓温度，℃； θp为混凝土浇筑过程中温度倒灌系数，可取θp=0.002～0.003/min，本次计算取0.0025/min；

τ铺料平仓振捣至上层混凝土覆盖前的时间，本次计算τ=10min。

Ta为运输时的外界气温，取Ta=-15.18℃。

Tp=10.98-0.84-4.37+0.0025×10×（-15.18-10.98+0.84+4.37）=5.25℃＞5℃满足冬季混凝土施工要求。

四、冬季混凝土施工保温措施

4.1 原材料的选择

（1）水泥：水泥应分批检验，质量应稳定。如果存放期超过3个月应重新检验。

（2）粉煤灰：粉煤灰入场后应分批检验，质量应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596-91）的规定。

（3）细骨料：砂含泥量必须小于2%，其它指标应符合规范规定，砂入场后应分批检验。

（4）粗骨料：石子级配必须优良，来源应稳定。石子必须分批检验，使用前其各项指标必须符合规范要求。

（5）外加剂：掺加性能优良的缓凝型高效减水剂，外加剂在使用前尽量配成溶液，拌和均匀后方可使用，配制应有专人负责，做好配制记录；若直接使用固体外加剂，则需提前分袋称好。

（6）水：河水。

4.2 施工过程的保温措施

4.2.1 砂石骨料加热保温

根据工程施工进度选择适合的骨料场，骨料仓储料满足至少一个星期的施工用量。为保证冬季正常施工要求，骨料堆场骨料仓内温度须保持在正温以上确保骨料不结冰及砂不冻结。

为保证骨料无冰块及冻结现象，根据工程实际，骨料仓的保温主要为搭设保温棚效果较好。

冬季施工时在骨料堆场采用脚手架钢管搭设保温棚，保温棚面积覆盖整个骨料堆场，棚顶采用彩条布遮盖。保温棚搭设高度满足装载机装料，骨料运输车辆的卸料要求。 棚内生火炉保温，每种骨料仓面积在120m2左右，设火炉４个，具体布置位置为隔料墙端各布置一个，隔料墙中部各布置一个，在隔料墙中部进行脚手架局部加宽，以便放置火炉，火炉下铺设钢板，防止火炉渣料污染混凝土骨料。在实际施工中，根据保温棚的透风系数及保温棚内实际温度增加相应火炉数量，保证骨料堆场内的温度稳定在1℃～3℃，同时骨料堆场尽量堆高，骨料力求随用随存等措施有利于骨料保温。

对暂时用不上的骨料加盖彩条布和草帘子进行保温。待使用时再揭开彩条布和草帘子。

4.2.2 拌和系统保温

拌和站系统采用全封闭保温，外加剂房、空压机房采用砖砌体房封闭，上楼胶带机、搅拌楼等全部用泡沫彩板封闭。

为保证上楼胶带机正常运行，上料胶带机主要利用泡沫彩板进行封闭保温。

拌和楼采用与胶带机供热相同的方法采用沫彩板进行封闭保温，必要时在每个楼内增加两个火炉，使其温度保持在2℃～3℃，以满足混凝土施工拌和要求。

4.2.3 混凝土拌和

为保证混凝土冬季施工质量，混凝土搅拌出机口温度不低于10℃，原材料的称量允许偏差不得大于下列数值。

水泥：±1% ；砂石：±2% ；水、外加剂：±1%。

拌和混凝土前，应用热水冲洗拌和机，并将积水或冰水排除方可进行混凝土拌和，当拌和用水超过60℃时，要改变加料顺序，先将骨料与水拌和，然后加入水泥，避免出现假凝现象。

4.2.4 混凝土运输保温

冬季混凝土水平运输主要采用15t自卸汽车配3m3及6m3混凝土运输罐车。15t自卸汽车顶棚加盖保温被，并在装料之前用热水进行预热；混凝土运输罐车在罐体外部覆盖保温被，以保证混凝土从出机口到浇筑仓面之间的热量损失，混凝土运输至仓面后立即卸料入仓，尽量减少在外滞留时间，保证温度损失控制在2℃以内。

4.2.5 混凝土浇筑保温

4.2.5.1 建基面保护

在冬季混凝土施工前，将所有需冬季混凝土施工部位的建基面进行第一仓混凝土的浇筑覆盖，对建基面进行保护。完成基础约束区混凝土浇筑，不允许建基面混凝土的在冬季施工。保证混凝土冬季施工质量。

4.2.5.2 混凝土仓内保温

采用暖棚法，即在混凝土结构周围用保温材料搭成暖棚，在棚内架设火炉，使混凝土浇筑和养护处于正温条件。

施工工艺：立模→搭暖棚→棚内供热→清理基岩或老混凝土面→浇筑混凝土→供热养护混凝土达到允许受冻临界强度后→拆棚→覆盖保温材料保护

（1）大体积坝块混凝土保温

大体积坝块混凝土在冬季低温施工过渡期采用蓄热法，主要采用在模板四周增加一层保温泡沫，砼采用热水拌和并加防冻剂，浇筑完成后及时覆盖草帘子。在冬季低温施工期采用蓄热法、暖棚法及加防冻剂相结合即能满足要求，暖棚法主要在仓面四周用脚手架搭设保温棚，保温棚顶高于混凝土结构面2米以上，四周及顶面覆盖彩条布，并用铁丝绑扎加固，保温棚搭设远离模板结构面1.5m左右，使仓面边缘同样达到保温效果；

大体积坝块混凝土基础以上仓位保温棚搭设延续至上一仓仓面。备仓完毕后根据实际情况在仓内架设4～6座火炉（根据仓面大小进行适当的调整），确保在监理验仓前，仓内温度保持在5℃以上，老混凝土面的温度在1℃左右。浇筑前在混凝土入料口处设活动料口盖，混凝土入仓时将料口盖打开，混凝土入仓完毕及时将料口盖封住，减少仓面内外空气交流而导致热量损失。满足混凝土浇筑温度要求。

（2）其他零星部位混凝土浇筑保温

对其他如门槽二期砼、预制件、梁板柱等零星的混凝土浇筑保温均采用暖棚法，即搭设保温棚，生火炉或加防冻剂进行保温，同样可以取得比较理想的保温效果。