高寒高海拔条件下农业水利灌溉工程冬季混凝土保温措施研究

马巧红

摘 要：为解决高寒高海拔地区农业水利灌溉工程混凝土施工温度控制，保证工程施工质量，该文针对工程所处的高寒高海拔地区施工情况，分析了工程所在地气象条件，研究提出了高寒高海拔地区农业水利灌溉工程混凝土施工温度控制标准和保障措施。该研究对相似环境下工程施工提供借鉴。

关键词：高寒高海拔 水利灌溉工程 冬季 混凝土 保温

中图分类号：U4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）02（a）-00-03

1 工程概况

某农业水利灌溉工程于2015年10月国家发展改革委批复了可行性研究报告；2016年4月，批复了初步设计报告。该工程河床布置碾压混凝土重力坝，最大坝高123m，坝顶长度210m，坝顶宽度为10m。大坝自左至右依次为左岸挡水坝段、溢流坝段、泄流底孔和小机组发电引水坝段、大机组发电引水坝段及右岸挡水坝段；电站厂房布置在重力坝发电引水坝段下游，泄流底孔坝段右侧，电站为坝后式地面厂房，采用“一机一管”布置。正常蓄水位EL2628m，相应库容4.03亿m3，装机容量49MW。

该工程建成后将明显改善中游灌区供水和提高灌区供水保证程度，中游灌區缺水量可减少0.25亿m3，有效缓解每年5～6月的“卡脖子”干旱问题，同时，可使水库供水范围内灌区的供水保证率提高51%。

2 气象条件

工程位于青海省东北部，为高寒半干旱气候。坝址地势高峻，气候严寒、湿润，海拔在2500m以上。工程区多年平均降水量400mm，其中6～9月降水量占全年降水量的78%；多年平均气温0.7℃，12月平均气温为-12.2℃，极端最低气温-31.1℃，7月平均气温为12.8℃，极端最高气温30.5℃；年平均水面蒸发量为1500mm（E601蒸发皿，下同），年内5、6月份蒸发量最大，12、1月份最小；常年多为西北风，年平均风速2.0m/s，最大风速约20m/s；年降雪期为240～270d，夏季常降冰雹，每年9月至次年5月为冰冻期，全年无霜期为40～110d。上游流冰时间最早为11月上旬，1～2月河封冻，春季流冰一般到3月底结束。最大岸冰厚度1.1m，最大河冰厚度0.8m。主要气象要素见表1。

该工程位于高原寒冷地区，年平均气温为0.7℃，工程的混凝土温控问题，主要是保温问题，除11月至次年2月份气温低，不施工，3月、10月需要保温外，其他月份的气温比较适合碾压混凝土施工。

3 混凝土温度控制标准

该枢纽工程坝顶全长210m，共分9个坝段，大部分坝段宽度为20m，最大坝宽为28m，顺水流方向最大宽度约101m。

3.1 温控一般标准

满足设计下发的温控技术要求和混凝土施工规范（DLT 5144-2015）要求。

3.2 浇筑温度

根据类似工程的经验（新疆冲乎尔碾压混凝土坝工程）并结合规范，由于工程地处寒冷区，年平均气温仅为0.7℃，当日平均气温连续5d稳定在5℃以下或最低气温连续5d稳定在-3℃以下时，应按低温季节进行施工，控制混凝土浇筑温度不宜低于5℃；在5～9月份出机口不高于16℃，3月、4月和10月出机口温度不低于6℃，施工控制浇筑温度不大于18℃[1，2]。

3.3 基础温差

基础温差是指建基面0.4L（L为浇筑块长边尺寸）高度范围内基础约束区内混凝土的最高温度和该部位稳定温度之差。

基础容许温差：当基础约束区常态混凝土28d龄期的极限拉伸值不低于0.85×10-4，确定基础容许温差见表2。

《碾压混凝土坝设计规范》（SL314-2004），碾压混凝土28d龄期的极限拉伸值不低于0.7×10-4，碾压混凝土允许温差详见表3。

3.4 上下层温差及内外温差

按照《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005），上层和下层温度差值确定为在老混凝土（龄期超过28d）上下各L/4范围内（L为浇筑块长边）。当上层混凝土短间歇均匀上升的浇筑高度大于或等于0.5L时，上下层温差控制为15℃～20℃，浇筑面长期暴露时，宜采用较小者[3，4]。

未满28d龄期混凝土的暴露表面，应根据温度应力计算分析采取保护措施。在遭遇寒潮、低温季节浇筑的混凝土表面均需进行表面保护。

4 冬季混凝土保温措施

4.1 基本要求

冬季施工的混凝土宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，水泥标号不宜低于32.5，每立方米混凝土中的水泥用量不宜少于300kg，水灰比不应大于0.6，并加入早强剂。有必要时加入防冻剂（根据气温情况确定）。

为减少冻害，将配合比中的用水量降至最低限度。办法是：控制坍落度，加入减水剂，优先选用高效减水剂[5]。

模板和保温层，在混凝土冷却到5℃后方可拆除。当混凝土与外界温差大于20℃时，拆模后的混凝土表面，加临时覆盖，使其缓慢冷却。

未冷却的混凝土有较高的脆性，所以结构在冷却前不得遭受冲击荷载或动力荷载的作用。

4.2 混凝土的拌制

拌制混凝土用的骨料必须清洁，不含有冰雪和冻块，以及易冻裂的物质。在掺有含钾、钠离子的外加剂时，不使用活性骨料。条件允许时，砂石筛洗抢在零上温度时做，并用塑料纸、油布盖好。

混凝土中添加防冻剂时，严禁使用高铝水泥。严格控制混凝土水灰比，由骨料带入的水分及外加剂溶液中的水分均从拌合水中扣除。搅拌掺有外加剂的混凝土时，搅拌时间取常温搅拌时间的1.5倍。混凝土拌合物的出机温度不宜低于10℃，入模温度不得低于5℃。

4.3 混凝土的运输和浇筑

混凝土搅拌场地尽量靠近施工地点，以减少材料运输过程中的热量损失，同时也正确选择运输用机械及保温措施。

运输过程的保温：自卸卡车，车皮外面加保温层并在车身上面加以覆盖，运输中尽量减少倒转次数。混凝土浇筑前，应清除模板和钢筋上，特别是新老混凝土（如梁、柱交接处）交接处的冰雪及垃圾。

浇筑过程中减少热量损失：混凝土是分层浇筑的，由于厚度薄，散热面积大，浇筑过程中的热量损失是很大的。减少热量损失的办法：加快浇筑速度，缩短浇筑时间，当日平均气温低于-10℃时停止施工。分层浇筑的混凝土时，已浇筑层在未被上一层的混凝土覆盖前，不低于规定的温度，也不低于2℃。预应力混凝土构件在进行孔道和立缝的灌浆前，浇灌部位的混凝土必须经预热，并采用热的水泥浆、砂浆或混凝土，浇灌后在正温下养护到强度不低于15MPa。

现场应留设同条件养护的混凝土试块作为拆模依据。

4.4 混凝土的養护

冬季浇筑的混凝土，由正温转入负温养护前，混凝土的抗压强度不低于设计强度的40%，对于C10以下的混凝土不得小于5Mpa[6]。采用的保温材料（聚氨酯泡沫、棉被、草帘、麻袋），使用时保持干燥。

在模板外部保温时，除基础随浇筑随保温外，其他结构必须在设置保温材料后方可浇筑混凝土。钢模表面先挂草帘，麻袋等保温材料并扎牢，然后再浇筑混凝土。混凝土浇筑完毕后立即用5cm厚聚乙烯保温被进行覆盖，要求保温被的等效热交换系数不低于10KJ/m2·h·℃。低温季节和寒潮来袭时之前，坝体上下游面喷涂50mm厚的聚氨酯泡沫保温，混凝土表面要采用两层50mm的棉被覆盖。

越冬面与上下游表面交界的拐角处，因为存在双向散热的问题，在冬季温度下降快，进行重点保护，在上下游保温的基础上再加厚15cm厚的聚氨酯乙烯硬质泡沫。越冬面保护，先在越冬面混凝土先铺一层塑料薄膜，喷涂50mm厚的聚氨酯泡沫保温，然后在聚氨酯乙烯泡沫上部覆盖100mm厚的棉被，棉被顶部敷设防雨布。上下游聚氨酯保温层不拆除。坝身孔口处要求严密封闭保温。

越冬面揭开时机：当外界气温高于或等于越冬面混凝土温度时，可消除揭开时空气“冷击”产生的不利影响。如果必须在外界气温低于越冬面混凝土温度时，内外温差不大于3℃。次年开工后，根据施工部位逐渐依次拆除保温设施，同时对混凝土毛面进行深层凿毛处理，一般处理深度5cm左右。

为保证层面的防渗效果，在距上游面约2m处，在混凝土平面上设置一道平行于坝轴线的橡胶止水（在越冬面碾压混凝土时埋设，外露一半），在次年施工上层混凝土时，埋入上层混凝土内一半，止水与相邻横缝铜止水进行有效连接，在越冬面上形成一道水平向的止水体系。橡胶止水周边50cm范围内浇筑常态混凝土。拆模后的混凝土应及时覆盖保温材料，以防混凝土表面温度的骤降而产生裂缝。

5 结语

高寒高海拔地区混凝土施工主要难点在做好温控措施，该文结合工程所在地气象条件，研究提出了混凝土温度控制标准和冬季混凝土保温措施，为处于高寒高海拔地区类似工程施工提供借鉴。

参考文献

[1] 郭正鹏.大体积混凝土温控施工技术研究[J].山西建筑，2018（23）：78-79.

[2] 赵玉宏.出山店水库闸墩混凝土温控措施[J].河南水利与南水北调，2018（2）：52-53.

[3] 饶明.大体积混凝土温控措施优化设计研究[J].人民珠江，2017（5）：77-79.

[4] 丁海玲，闫雪，孔骏.寒冷地区混凝土重力坝温控措施研究[J].低温建筑技术，2014（12）：9-12.

[5] 马也.寒冷地区大坝混凝土温控系统研究[J].中国新技术新产品，2013（11）：79.

[6] 孙启冀，侍克斌，李捷.寒冷干旱地区高碾压混凝土坝温控防裂研究初探[J].混凝土，2013（6）：143-144.

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2020-05-30