西大橋引水樞紐除險加固冬季施工技術(shù)探析

張曉龍

（頭屯河樓莊子水庫工程建設(shè)管理局，新疆 昌吉 831100）

阿克蘇西大橋引水樞紐除險加固工程主要內(nèi)容為西大橋電站尾水控制閘、勝利二級電站渠進水閘、沙克沙克渠進水閘、老大河進水閘、東岸大渠進水閘原閘址拆除重建水下部分，規(guī)劃施工期為2021年11月至2022 年5 月。施工期跨越整個冬季，需對冬季混凝土施工技術(shù)方案進行探討。

1 概況

阿克蘇西大橋引水樞紐工程主要由西大橋電站尾水控制閘、勝利二級電站渠進水閘、沙克沙克渠進水閘、老大河進水閘、東岸大渠進水閘及退水閘（所屬兵團）和上、下游連接段等建筑物組成[1]。其中，西大橋電站尾水控制閘布置在勝利二級電站渠進水閘右側(cè)，其軸線與勝利二級電站渠進水閘夾角為90°，勝利二級電站渠進水閘、沙克沙克渠進水閘、老大河進水閘呈“一”字形布置，東岸大渠進水閘與老大河進水閘成45°夾角。工程控制灌溉面積為1 953.44 km2，設(shè)計引水總流量為151.39 m3/s，加大引水總流量為183 m3/s，為Ⅱ等大（2）型工程。經(jīng)過多年運行，工程病險問題較多，急需進行除險加固，要求2022年5月30日必須通水。

2 氣候條件及問題分析

2.1 不利氣候條件

項目區(qū)屬暖溫帶荒漠干旱氣候，其特點是春季升溫慢、夏熱冬寒、晝夜溫差大，平原區(qū)年平均氣溫9～10.2 ℃，1 月最冷，月平均氣溫-8.3～-9.6 ℃，極端最低氣溫-20.5～-22.2 ℃。多年最大凍土深為80 cm，土壤化凍的時間一般在3 月中旬至4 月上旬左右[2]。而且大風較多，冬季差異很大，大風時常伴有沙塵暴。這些不利氣候條件增加了施工難度，特別是對混凝土施工技術(shù)提出了高要求。

2.2 不利氣候下施工問題

冬季施工經(jīng)常會出現(xiàn)以下問題：鋼筋的銹蝕與混凝土裂縫、混凝土結(jié)構(gòu)疏散與水分轉(zhuǎn)移造成空隙、表面起灰骨料裸露、結(jié)晶腐蝕-混凝土表面返霜[3]。這些會影響混凝土與飾面層的結(jié)合出現(xiàn)裂縫，甚至漏水坍塌等情況。

3 施工準備

為減小冬季施工帶來的影響和保證工程質(zhì)量，西大橋引水樞紐除險加固中做了以下準備工作。

3.1 技術(shù)準備

對工程施工人員進行冬季施工技術(shù)、質(zhì)量、安全教育，明確職責，提升能力，統(tǒng)籌安排勞動力。根據(jù)工程建設(shè)內(nèi)容，準備好測溫儀器、防滑鏈、防凍液、保溫設(shè)備等，和設(shè)計方做好冬季施工技術(shù)交底工作；按照就近原則，調(diào)研選擇滿足質(zhì)量要求和充分利用當?shù)夭牧系纳唐坊炷翑嚢枵?，根?jù)施工要求，與攪拌站簽訂混凝土供貨技術(shù)協(xié)議，協(xié)議中要明確混凝土的配合比，水泥標號與混凝土設(shè)計標號之比控制在1.3～2.0，并提前進行試壓試驗，以滿足工程施工需要；對于重要工程部位（如混凝土面板、高流速結(jié)構(gòu)面等）除采用可信摻配料和新型外加劑外，也應(yīng)進一步研究采用中熱乃至低熱水泥。根據(jù)硅粉混凝土原材料的實際情況，再行安排混凝土配合比試驗，驗證其是否滿足設(shè)計要求。提前制定冬季施工材料、機具用量計劃，進行防凍保養(yǎng)和抗低溫準備。加強現(xiàn)場檢查，確保現(xiàn)場構(gòu)件、材料、防護構(gòu)件等防凍措施落實到位，路面及結(jié)構(gòu)施工作業(yè)面增設(shè)防滑措施。

3.2 物料準備

冬季施工期間，混凝土澆筑任務(wù)重、工期緊，自建混凝土拌合站時間周期長，嚴重影響工期，因此施工中購買滿足混凝土出倉的各種技術(shù)要求的商品混凝土供應(yīng)站。拌合站整體系統(tǒng)及拌和用水水池等系列部位須有供暖循環(huán)系統(tǒng)，骨料設(shè)置防凍外加劑；正確選擇適合冬季設(shè)備使用的-35 號柴油、冬季機油和高原低溫蓄電池等其他附件，滿足防凍施工要求；購置300 條棉被、14 臺供暖電暖炮、2 臺發(fā)電機、20卷地膜等，保證搭建暖棚和施工保溫需要；根據(jù)冬季施工工作條件，及時給職工發(fā)放防凍保暖工作服等，保障職工正常工作。

4 施工方法及措施

4.1 混凝土冬季施工措施

施工中，根據(jù)氣溫情況、工程結(jié)構(gòu)狀況、構(gòu)件厚薄與外露情況、工期緊迫程度、水泥及外加劑性能、保溫材料性能、熱源條件等，采取了以下措施。

4.1.1 質(zhì)量保障

冬季施工期間，采購的商品混凝土供應(yīng)站混凝土要求每立方米混凝土中的水泥用量不宜少于300 kg，水灰比不應(yīng)大于0.6，并加入早強劑和防凍劑（根據(jù)氣溫情況確定）；為減少凍害、控制坍落度，加入減水劑，優(yōu)先選用高效減水劑，使配合比中的用水量降至最低限度；攪拌摻有外加劑的混凝土時，攪拌時間應(yīng)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]；為縮短運輸時間，選擇就近委托商品混凝土供應(yīng)站，水泥罐運輸車必須有防凍包裹，需要時再進行運輸，運到直接澆筑，減少不必要的失溫時間，從而保證入倉溫度。

4.1.2 暖棚搭設(shè)

冬季施工的主要施工任務(wù)為西大橋電站尾水控制閘、勝利二級電站渠進水閘、沙克沙克渠進水閘、老大河進水閘和東岸大渠進水閘原閘址拆除重建水下部分。為確保項目完成，所有施工區(qū)全部搭設(shè)暖棚，由暖風機供暖，確保棚內(nèi)溫度始終保持在5 ℃以上。整體搭設(shè)面積約為1 500 m2，具體要求如下。

（1）選用鋼管類型。Φ48×3.5，頂棚做成兩面坡形式，每隔6 m 做1 排人字形桁架，用對稱斜支撐固定，用鋼管拼裝成屋架樣式，外鋪短絨棉篷布。

（2）搭設(shè)方法。在基礎(chǔ)墊層外或內(nèi)以間距0.8 m、高3.0 m布置豎向立桿，水平方向橫桿底、中、頂布置3 道，即底部掃地桿、中間腰桿、頂部頂橫桿；考慮到暖棚的穩(wěn)定性，每隔1 根立桿布置1 個斜拉支撐桿，底部與掃地橫桿固定，并用剪刀撐將2根立桿拉接，使之形成兩面坡的屋面。

（3）搭設(shè)尺寸。在現(xiàn)場技術(shù)人員現(xiàn)場施工范圍放線的基礎(chǔ)上，往外延伸5 m搭設(shè)。

西大橋電站尾水控制閘暖棚搭設(shè)如圖1 所示，勝利二級電站渠進水閘、沙克沙克渠進水閘、老大河進水閘及東岸大渠進水閘暖棚搭設(shè)如圖2所示。

圖1 暖棚搭設(shè)剖面

圖2 暖棚搭設(shè)平面

4.1.3 施工方法

（1）盡量白天施工，根據(jù)時間安排天黑前停工。施工中，控制澆筑溫度，即混凝土入倉溫度和混凝土澆筑過程中的溫度?；炷潦┕づ浜媳却_定后，混凝土溫升就已基本確定。澆筑溫度是混凝土溫升的初始條件，決定了澆筑混凝土的最高溫升值，在盡可能的條件下，取澆筑溫度范圍內(nèi)的下限?？刂迫雮}溫度，實際上就是對施工過程中骨料溫度、混凝土拌制溫度和混凝土運輸過程溫度的一個綜合控制。即混凝土的灌注溫度在任何情況下均不低于5 ℃，細薄截面混凝土結(jié)構(gòu)的灌注溫度不宜低于10 ℃，溫度不滿足澆筑要求的及時調(diào)整供暖設(shè)備功率，防止?jié)仓陂g因溫度變化過快造成混凝土澆筑質(zhì)量缺陷?；炷练謱舆B續(xù)灌注，中途不間斷，每層灌注厚度不大于20 cm，并采用機械搗固。

（2）混凝土澆筑完畢后使用不易吸潮的保溫材料覆蓋保溫，進行收光倉面工序后覆蓋一層塑料薄膜，上面加蓋混凝土保溫專用棉被進行保溫，確?；炷聊痰臏囟纫螅蓪Ｈ艘归g值班，檢測溫度變化及時調(diào)整，保證入倉混凝土初凝的溫度要求。

（3）混凝土裸露面覆蓋聚乙烯被是適合于新疆氣候特點的行之有效措施，混凝土澆筑后如外界氣溫較高，可起到隔熱作用，防止外界熱量倒灌；而夜晚或者遭遇寒潮降溫時，聚乙烯被又可起到保溫作用，防止寒潮冷擊產(chǎn)生表面裂縫。如果在11 月～翌年1 月底冬季澆筑混凝土，建議加厚臨時保溫厚度，盡量避免和減少發(fā)生混凝土結(jié)構(gòu)性裂縫。

（4）若灌漿過程中出現(xiàn)過量抬動、混凝土開裂、檢查孔質(zhì)量不合格等特殊情況，應(yīng)具體問題具體分析，視情況的嚴重程度采取相應(yīng)措施。采用改動孔位或化學灌漿進行補救。在灌漿過程中避免趾板有害抬動和混凝土開裂等現(xiàn)象加強監(jiān)測，采用智能灌漿系統(tǒng)，允許對灌漿壓力進行調(diào)整，灌漿壓力應(yīng)考慮序次、埋深和漿液注入量的影響。

（5）施工過程中需加強過程管理，制定溫度控制措施落實責任制，確保工程質(zhì)量。加強各環(huán)節(jié)溫度監(jiān)測信息反饋，及時結(jié)合現(xiàn)場已施工部分的實測資料進行分析判斷，必要時采取措施糾正施工過程中的問題。

4.1.4 質(zhì)量檢查

冬期施工混凝土的質(zhì)量檢查，除應(yīng)符合GB50204－2002要求外，在混凝土拌制和澆筑期間，必須測定水和粗細骨料裝入攪拌機時的溫度、混凝土的拌制溫度、澆筑溫度和環(huán)境溫度[5]。每一工作班至少檢測4 次。在工程應(yīng)用中，應(yīng)加強粉煤灰和膠凝材料的檢測。若混凝土中粉煤灰的摻量超過30%時，除檢測粉煤灰游離氧化鈣含量和粉煤灰的安定性外，還應(yīng)加強檢測膠凝材料的安定性（參照水泥安定性試驗方法檢測）。

4.1.5 測溫

根據(jù)設(shè)計要求預(yù)設(shè)置混凝土溫度控制曲線，定時自動采集混凝土溫度，自動調(diào)整冷卻水管的閥門通水的開閉狀態(tài)。做好測溫工作，按混凝土溫度控制指標要求實行動態(tài)控制，控制好內(nèi)外溫差、上下層溫差，同時加強混凝土的養(yǎng)護與保護。派專人檢查商品混凝土供應(yīng)站水、外加劑及骨料的溫度，每1 h測1次。測量水、外加劑溶液和砂的溫度，溫度計插入深度不小于10 cm，測量粗骨料溫度插入深度不小于10 cm并大于骨料粒徑1.5倍，且周圍用細粒徑充填?；炷恋臋C口溫度、運輸過程中溫度損失及澆筑溫度，根據(jù)需要測量或每2 h 測量1 次，溫度計插入深度不小于l0 cm。

4.2 焊接措施

在負溫條件下使用的鋼筋，施工時加強管理和檢驗，防止撞擊，避免造成刻痕等缺陷。負溫焊接采用電弧焊時，需調(diào)整焊接工藝參數(shù)，使焊縫和熱影響區(qū)緩慢冷卻。搭設(shè)固定的焊工棚，雪天或施焊現(xiàn)場風速超過5.4 m/s（三級風）焊接時，應(yīng)采取遮蔽措施，焊接后冷卻的接頭應(yīng)避免碰到冰雪[6]。

4.3 管理措施

根據(jù)工程量和工程進度制定工作計劃和階段目標，實行節(jié)點管理，并加強監(jiān)督和控制。加強施工質(zhì)量和現(xiàn)場檢查，協(xié)調(diào)工程進度。對不適宜冬季施工的工程項目，提前與設(shè)計、業(yè)主、監(jiān)理方進行協(xié)商，提出合理施工修改方案。根據(jù)施工現(xiàn)場和作業(yè)環(huán)境，選擇相應(yīng)的施工設(shè)備，統(tǒng)籌安排、合理調(diào)配、保證重點?，F(xiàn)場施工調(diào)度、技術(shù)和安全人員必須做到24 h值班制度，保證施工的連續(xù)性和安全性，當遇到緊急事件時保證通信暢通。在冬季施工期間做好施工記錄，并做好安全管理和巡查臺帳。

4.4 施工安全管理

（1）施工前，由項目部和工區(qū)技術(shù)和安質(zhì)部門對參與冬季施工人員進行安全教育，并將冬季施工的技術(shù)和安全交底下發(fā)到施工人員。

（2）施工期間，項目和工區(qū)的領(lǐng)導(dǎo)、作業(yè)人員督促下屬各施工工班按照冬季施工要求進行施工，對不按照要求的工班進行經(jīng)濟處罰和返工處理。

（3）由局指揮部和各工區(qū)為一線施工人員備齊所有冬季施工勞保物品，如施工工人的防滑雨靴、手套、衣帽；施工采用的掃雪及清凍工具如鐵鍬、人行通道鋪設(shè)的草簾和木板。

（4）建立工區(qū)領(lǐng)導(dǎo)負責制，工區(qū)領(lǐng)導(dǎo)對各施工工班進行包干負責其安全，建立項目、工區(qū)領(lǐng)導(dǎo)、工區(qū)一線作業(yè)人員、施工隊長、施工班長、施工班小組長、領(lǐng)工員等一系列的責任制。

4.5 效果分析

經(jīng)過工程試驗、檢驗、統(tǒng)計、分析，結(jié)果如下：混凝土51 組C30 抗壓試件抗壓強度最大值為40.4 MPa，最小值為30.9 MPa，平均值為35.5 MPa；標準差為2.3，離差系數(shù)為0.065，按照規(guī)范計算的混凝土強度保證率為98.2%，混凝土質(zhì)量均勻、優(yōu)良。各項工程順利如期進行。

5 結(jié)語

影響西大橋水利樞紐除險加固工程冬季施工的關(guān)鍵因素為溫度控制、時間節(jié)點和施工人員技術(shù)能力。通過分析探討施工中所做的準備工作以及采取的措施和方案，總結(jié)了冬季混凝土施工應(yīng)采取的技術(shù)質(zhì)量及安全保證措施。只要在冬季施工中實行溫度控制、嚴格技術(shù)操作和施工人員安全管理，做足準備，完全可以保障工程質(zhì)量和工期。