高寒高海拔條件下農業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農業水利灌溉工程混凝土施工溫度控制，保證工程施工質量，該文針對工程所處的高寒高海拔地區施工情況，分析了工程所在地氣象條件，研究提出了高寒高海拔地區農業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

某農業水利灌溉工程于2015年10月國家發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電引水壩段、大機組發電引水壩段及右岸擋水壩段；電站廠房布置在重力壩發電引水壩段下游，泄流底孔壩段右側，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供水和提高灌區供水保證程度，中游灌區缺水量可減少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灌區的供水保證率提高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℃；年平均水面蒸發量為1500mm（E601蒸發皿，下同），年內5、6月份蒸發量最大，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，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

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

3.2 澆筑溫度

根據類似工程的經驗（新疆沖乎爾碾壓混凝土壩工程）并結合規范，由于工程地處寒冷區，年平均氣溫僅為0.7℃，當日平均氣溫連續5d穩定在5℃以下或最低氣溫連續5d穩定在-3℃以下時，應按低溫季節進行施工，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）高度范圍內基礎約束區內混凝土的最高溫度和該部位穩定溫度之差。

基礎容許溫差：當基礎約束區常態混凝土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 上下層溫差及內外溫差

按照《混凝土重力壩設計規范》（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（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，應根據溫度應力計算分析采取保護措施。在遭遇寒潮、低溫季節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，所以結構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。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次數。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，不低于規定的溫度，也不低于2℃。預應力混凝土構件在進行孔道和立縫的灌漿前，澆灌部位的混凝土必須經預熱，并采用熱的水泥漿、砂漿或混凝土，澆灌后在正溫下養護到強度不低于15MPa。

現場應留設同條件養護的混凝土試塊作為拆模依據。

4.4 混凝土的養護

冬季澆筑的混凝土，由正溫轉入負溫養護前，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，其他結構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不低于10KJ/m2·h·℃。低溫季節和寒潮來襲時之前，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，內外溫差不大于3℃。次年開工后，根據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范圍內澆筑常態混凝土。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生裂縫。

5 結語

高寒高海拔地區混凝土施工主要難點在做好溫控措施，該文結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，2018（2）：52-53.

[3] 饒明.大體積混凝土溫控措施優化設計研究[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.寒冷地區大壩混凝土溫控系統研究[J].中國新技術新產品，2013（11）：79.

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