低溫季節(jié)葉巴灘水電站導流洞施工原材料溫度控制

郝 文 新

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

葉巴灘水電站導流洞位于四川與西藏界河金沙江上游河段，系金沙江上游13個梯級水電站開發(fā)中的第7級，上游為波羅水電站，下游與拉哇水電站銜接，壩址位于金沙江支流降曲河口下游0.6 km。左、右岸同高程各布置1條導流洞，均按有壓洞設計；導流洞斷面型式為城門洞型。導流洞運行時間為6 a，比肩白鶴灘水電站導流洞使用年限。

由于壩區(qū)巖體主要結(jié)構(gòu)面橫河向發(fā)育，處于斷層、小斷層交匯帶及裂隙密集帶，存在涌水和突水等問題，導流洞底板混凝土宜安排在12～次年3月地下水小、橫河向滲水少的時段施工，而此時段正處于低溫季節(jié)。

葉巴灘水電站壩址區(qū)海拔高度為2 700～2 900 m，屬高海拔地區(qū)，氣候干燥，年平均氣溫低。壩址區(qū)多年平均氣溫約9.2 ℃，全年有4個月的月平均氣溫低于5 ℃，最低氣溫為-12 ℃，壩址區(qū)極端最低氣溫為-23.5 ℃。葉巴灘水電站低溫季節(jié)系指11月至次年3月初。

按照DL/T5144-2015《水工混凝土施工規(guī)范》中的9.1.1規(guī)定：凡工程所在地的日平均氣溫連續(xù)5 d穩(wěn)定在5 ℃以下或最低氣溫連續(xù)5 d穩(wěn)定在-3 ℃以下時，即進入低溫季節(jié)施工期。

低溫季節(jié)施工混凝土易遭受早期凍害，為了保證混凝土質(zhì)量，冬季混凝土施工應滿足以下條件：(1)混凝土中的水分不結(jié)冰，提高混凝土的自身溫度。(2)混凝土的飽水程度低于臨界飽和度，降抵混凝土的含水率。(3)混凝土在受凍時的強度高于臨界強度，提高早期強度[1]。若要達到以上條件，除加強混凝土養(yǎng)護外，還應對原材料進行控制。筆者對所選取的原材料溫度控制措施進行了闡述。

2 原材料的選擇

(1)水泥。冬季施工盡量不使用水化熱較小的礦渣水泥，水泥不得直接加熱，袋裝水泥使用前宜運入暖棚內(nèi)存放。葉巴灘水電站導流洞施工最終選用的是P·O42.5水泥。

(2)摻合料。在冬季施工時，應適當降低摻合料的摻量。因粉煤灰活性太低，早期強度低，達到臨界強度的時間太長，導致其受凍傷的可能性增大，故應盡可能采用Ⅰ級灰。摻合料可以延長水泥水化的時間，但在溫度較低的情況下不利于水泥水化。因此，必須嚴格控制摻合料的摻量。粉煤灰因運距較遠，葉巴灘水電站導流洞摻合料最終選用優(yōu)質(zhì)火山灰，經(jīng)試驗確定摻量為15%。

(3)砂、石。提前進行砂石料備料并嚴格控制砂石料的含水率，將砂的含水量控制在3%以下，石子的含水量控制在1%以下。選擇顆粒硬度高和空隙率小的骨料，骨料應清潔，不得含有冰雪凍塊及其他易凍裂的物質(zhì)。可采用加熱骨料的方法提高拌合物溫度，但不宜高于40℃[2]。

(4)水。優(yōu)先采用加熱水的方法提高拌合物的溫度，但不宜高于60 ℃；應先投入骨料和熱水進行攪拌，然后再投入膠凝材料等共同攪拌。

(5)外加劑。葉巴灘水電站導流洞底板混凝土有抗沖耐磨要求，最終采用了高性能減水劑，引氣劑，HF抗沖磨劑。

3 原材料溫度控制理論計算及方案設計

《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5144-2015規(guī)定：低溫季節(jié)混凝土澆筑溫度為6 ℃～10 ℃。葉巴灘水電站導流洞工程設計要求低溫季節(jié)出機口溫度不低于10 ℃。拌和系統(tǒng)距導流洞最遠運距為2 km，運輸時間取Z=0.5 h，混凝土施工過程溫度總損失包括運輸過程溫度損失和澆筑過程溫度損失，經(jīng)計算，混凝土施工過程中的總的溫度損失Tn為2.93 ℃，取總的溫度損失3 ℃。當出機口溫度為10 ℃時，則澆筑溫度為7 ℃，滿足規(guī)范要求。在實際拌和過程中，因配料、膠帶機上料熱量的損失和拌和機體的溫度傳導損失等影響，實際混凝土出機口溫度比理論計算拌和后的溫度要降低3 ℃～4.5 ℃，最終取3 ℃。理論計算出機口溫度應大于13 ℃[3]。

為保證低溫季節(jié)混凝土出機口溫度不低于10 ℃，采用推薦二級配常態(tài)底板混凝土HFC35 W8F100(表1)的配合比進行出機口溫度計算，拌和水溫每提高5 ℃、出機口溫度升溫0.435 ℃；粗骨料溫度每提高1 ℃、出機口溫度升溫0.47 ℃。

方案一：僅提高拌和水溫度。因工地現(xiàn)場地處藏區(qū)高原，海拔高，提高水溫較為困難。①將若干電加熱棒(10 kW/支)放入開敞鋼板水箱，水溫只能升高到26 ℃。②保持電加熱棒加熱，在水箱底部燒柴，水溫只能升高到44 ℃。如果只采用加熱水的方式，通過熱工計算得知水溫提高到60 ℃仍不能滿足出機口溫度設計要求。經(jīng)現(xiàn)場室內(nèi)試驗，水溫加熱到60 ℃時用于混凝土拌和，混凝土拌和物在10～15 min即出現(xiàn)離析，和易性差。由此看出此方案不可行。

方案二：采用提高拌和水溫+預熱骨料。膠凝材料(水泥、火山灰)的溫度為55 ℃，如果提高砂的溫度到4 ℃、碎石的溫度到8 ℃、拌和水的溫度到20 ℃，計算得出理論拌和出機口溫度為13.26 ℃。實際拌和出機口溫度為10.26 ℃，符合低溫季節(jié)出機口溫度不低于10 ℃的設計要求[4]。

表1 葉巴灘水電站導流洞底板混凝土推薦配合比表

4 原材料溫度控制方案的實施

該項目最終采用方案二：提高拌和水溫度和預熱骨料。搭建保溫棚，將砂石骨料成品儲存于保溫棚中。

①保溫棚主體框架采用型鋼搭建，保溫棚采用10 cm厚泡沫夾心保溫板，屋面為鋼絲網(wǎng)+10 cm厚巖棉+彩鋼瓦式結(jié)構(gòu)，建筑面積為2 600 m2，高度為8 m，分32 m兩跨。

②在堆料底板混凝土中埋設地暖管路，地熱熱水主管、熱水支管均采用φ60鋼管，熱水支管間距均為80 cm；地熱管道均為嵌入式，即地面硬化時預留9 cm深，8 cm寬的預留槽；每個料倉前設置350 mm×200 mm(長×寬)，深200 mm的預留溝槽，設置疏水器。加熱管路與堆料底板混凝土中的地暖管連接，排煙管繞倉庫墻板內(nèi)壁敷設后排煙，加熱管路支路、排壓蒸汽管延長置入拌和水池。

加熱措施：采用1.5 t燃煤壓力鍋爐并將其設在倉庫一角，燃煤壓力鍋爐加熱可取用4個熱源，即循環(huán)熱水通過地暖管路加熱骨料、熱水管可混合拌和水、排煙管路用于加熱環(huán)境溫度、排壓蒸汽管放入拌和水池加熱拌和用水。

保溫棚堆料高度為5 m，設兩個移動設備進出口，汽車從砂石系統(tǒng)運送砂石骨料進入保溫棚分設料堆，以裝載機、挖掘機整理堆高5 m，不設地弄，采用裝載機對配料斗上料，配料斗下方混凝土地面內(nèi)設有地熱管路。

另在拌和站設置了一座12 t鍋爐，集中為拌和系統(tǒng)供應熱水。澆筑混凝土時提前對水進行加熱以提高拌和水的溫度。拌和混凝土前用熱水對拌和機、輸送泵管進行沖洗。

5 實施效果

2017年11月混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)投運，2017年12月4日開始澆筑導流洞底板混凝土。2017年12月月平均氣溫為0.17 ℃，最低日平均氣溫為-3.42 ℃；2018年1月月平均氣溫為0.36 ℃，最低日平均氣溫為-2.33 ℃，原材料與氣溫接近。

鑒于砂石溫度較低，放入暖棚中的骨料體積大，使用補充更換較快、加熱升溫較困難，據(jù)2017年12月1日～2018年1月31日實測溫度(表2)，暖棚內(nèi)砂的溫度為1 ℃～5.7 ℃，粗骨料的溫度為1 ℃～9 ℃，拌和水采用燃煤鍋爐加熱蒸汽混合后為水溫的10 ℃～16.6 ℃,比理論計算要求的溫度值略低，從實測數(shù)據(jù)看，因采取了拌和混凝土前用熱水對拌和機、輸送泵管進行沖洗等措施，拌和過程溫度損失、膠帶機上料熱量的損失和拌和機體的溫度傳導損失可忽略不計；且因出口到澆筑倉面運距較近，運輸攪拌車采用了保溫措施；洞內(nèi)澆筑施工采取了洞口掛簾、洞內(nèi)倉面分段掛簾的保溫措施等辦法，從實測出機口溫度和澆筑溫度來看，原理論計算混凝土施工過程溫度總損失取3 ℃，而實際為1 ℃，理論出機口溫度達到11 ℃以上，實際出機口溫度能達到10 ℃以上。經(jīng)實測：底板混凝土出機口溫度達到10 ℃以上能夠滿足設計出機口溫度要求[5]。

表2 葉巴灘水電站導流洞2017年12月～2018年1月施工測溫記錄表

藏區(qū)高原晝夜溫差大、白天陽光直曬與背陰面溫差明顯，葉巴灘水電站氣象呈“長冬無夏斷春秋”特征，故選擇日照時間長的陽面場地布置人工砂石骨料系統(tǒng)和混凝土拌和系統(tǒng)有利于低溫季節(jié)混凝土施工。

經(jīng)監(jiān)理取樣檢測發(fā)現(xiàn)：左岸導流洞底板C35W8F100混凝土28 d抗壓強度2組：最大值為41.1 MPa、最小值為39 MPa、平均值為40.1 MPa；C40W8 F100底板混凝土28 d抗壓強度5組：最大值為42.3 MPa、最小值為40.2 MPa、平均值為40.8 MPa。右岸導流洞C40W8F100底板混凝土28 d抗壓強度5組：最大值為42.3 MPa、最小值為41.1 MPa、平均值為41.4 MPa，混凝土強度滿足設計要求。

6 結(jié) 語

葉巴灘水電站導流洞施工結(jié)合自然條件及施工準備期現(xiàn)場實際情況，合理選擇原材料并通過熱工計算進行綜合分析，對原材料的溫度控制采取了切實可行的措施，使葉巴灘水電站導流洞工程能夠進行低溫季節(jié)連續(xù)施工。實踐證明：出機口溫度控制不低于10 ℃，入倉溫度控制在7 ℃以上，再加上施工過程中實施的其他防凍、防裂措施，低溫季節(jié)施工的底板混凝土澆筑質(zhì)量良好，截流前檢查底板混凝土無裂縫。所取得的經(jīng)驗可為低溫季節(jié)施工混凝土提供參考。