嚴(yán)寒地區(qū)長(zhǎng)間歇高拱壩混凝土工程冬季臨時(shí)保溫技術(shù)

摘要：因新疆維吾爾自治區(qū)干燥少雨、蒸發(fā)量大、早晚溫差大、冬夏冷熱懸殊、冬季大體積混凝土無(wú)法施工。本文就目前正在建設(shè)100m級(jí)以上混凝土雙曲拱壩大體積混凝土冬季臨時(shí)保溫經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和分享，為嚴(yán)寒地區(qū)修建百米級(jí)高壩混凝土壩越冬保溫提供設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：高拱壩；混凝土；保溫技術(shù)

DOI：10.12433/zgkjtz.20232739

一、工程概況

本工程為“十三五”期間“172項(xiàng)”重大水利建設(shè)工程。樞紐由混凝土拱壩、水墊塘及二道壩、發(fā)電引水系統(tǒng)和電站、生態(tài)放水洞、過(guò)魚設(shè)施等建筑物組成，水庫(kù)總庫(kù)容3.68億m?。大壩擋水建筑物采用混凝土雙曲拱壩，1級(jí)建筑物，壩頂高程880.5m，建基面高程713.00m，最大壩高167.5m，壩頂全長(zhǎng)288.4m。樞紐工程大壩混凝土澆筑總量90.87萬(wàn)m?，主體大體積混凝土采用P.MH42.5級(jí)中熱硅酸鹽水泥配制，采用石料場(chǎng)的灰?guī)r骨料。因當(dāng)?shù)囟竞?，冬季最低溫度?20℃以下，每年冬季11月～次年3月混凝土停止施工后，為了降低越冬期大壩混凝土因內(nèi)外溫差過(guò)大而發(fā)生開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)使越冬倉(cāng)面下部混凝土在來(lái)年澆筑上層混凝土?xí)r仍保持較高溫度，減小上下層溫差（設(shè)計(jì)允許上下層溫差16℃ ），大壩混凝土上下游永久面采用噴涂10cm厚聚氨酯永久保溫，大壩混凝土壩面采用臨時(shí)保溫措施。

二、水文及氣象條件

拱壩為地處嚴(yán)寒、強(qiáng)震區(qū)的高拱壩，多年平均氣溫為7.7℃ ，極端最高氣溫為41.6℃ ，極端最低氣溫為-36.4℃ ，極端最大溫差為78℃ ，最大凍土深度為141cm。壩址區(qū)氣候條件惡劣，夏季炎熱，冬季干冷，具有氣溫年變幅、日變幅大、氣溫驟降頻繁，冬季越冬期長(zhǎng)（長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月）、太陽(yáng)輻射熱強(qiáng)、氣候干燥等特點(diǎn)，對(duì)混凝土表面保溫防裂不利。樞紐氣象站要素統(tǒng)計(jì)如表1所示。

三、大壩越冬保溫

（一）越冬保溫施工

大壩從2021年8月21日開(kāi)始澆筑至2021年10月19日因最低溫度低于0°，停止?jié)仓?，只澆筑?個(gè)壩段混凝土；其中，7#壩段澆筑高程為713～719m，澆筑高度為6m；8#壩段澆筑高程為713～725m，澆筑高度為12m；9#壩段澆筑高程為713～721m，澆筑高度為8m。越冬前對(duì)大壩臨空面（上下游壩面、橫縫面和越冬倉(cāng)面）按設(shè)計(jì)要求越冬保溫，主要保溫方案如表2所示。

（二）保溫監(jiān)測(cè)

為了監(jiān)測(cè)壩體混凝土的溫度變化，在每倉(cāng)混凝土內(nèi)部埋設(shè)3支溫度計(jì)。監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)7#～9#三個(gè)壩段的越冬倉(cāng)面、8#壩段左右橫縫面和上下游壩面的保溫情況、8#壩段721廊道內(nèi)部氣溫，以及7#壩段和9#壩段岸坡基巖面的保溫情況，在7#～9#三個(gè)壩段越冬倉(cāng)面的上、中、下游各布置1支溫度計(jì)，在前述其他部位各布置1支溫度計(jì)。為了監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)水平倉(cāng)面與上游立面銜接部位的保溫情況，在7#～9#三個(gè)壩段越冬倉(cāng)面中部距離上游壩面0.2m的位置各布置1只溫度計(jì)。

（三）監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)和分析

從2021年10月20日停止混凝土澆筑至2022年4月7日第一倉(cāng)混凝土開(kāi)始澆筑，氣溫和混凝土典型倉(cāng)號(hào)內(nèi)部溫度關(guān)系曲線如圖1所示。從圖中變化規(guī)律可知，隨著外界氣溫逐步降低，混凝土內(nèi)部溫度隨著氣溫變化也逐步降低，至2022年3月24日溫度開(kāi)始回升。

從2021年11月18日0：00時(shí)開(kāi)始至2022年2月7日14：00時(shí)（多支溫度計(jì)測(cè)值達(dá)最低）結(jié)束，三個(gè)越冬壩段混凝土內(nèi)部溫度及表面溫度計(jì)測(cè)值總體呈下降趨勢(shì)，下降幅度及測(cè)值日變化幅度如表3所示。

從表3可以看出，三個(gè)壩段隨著外界溫度下降，內(nèi)部溫度也在逐步降低，降溫幅度最大的為8#-5倉(cāng)及8#-6倉(cāng)，溫差分別為12.7℃和13.8℃ 。主要原因該兩倉(cāng)混凝土721m以下左右側(cè)為澆筑的7#、9#壩段，上下游和建基面接觸，721m以上四周均暴露在外界。另外，在721m高程布置有721灌漿及排水廊道、縱向聯(lián)系廊道，通氣孔等，施工時(shí)保溫被沒(méi)有遮蓋嚴(yán)實(shí)，造成降溫幅度過(guò)大。7#、9#壩段溫度降幅較小原因是左右側(cè)及上下游均和建基面接觸，中間和8#壩段銜接，未脫離基坑齒槽。越冬期各倉(cāng)保溫被底部溫度變化幅度，見(jiàn)表4。

在三個(gè)越冬倉(cāng)面中，溫度測(cè)值下降幅度最小的為 9#壩段，其次為 7#壩段，降幅最大的為 8#壩段，結(jié)果與表2所示 7#～9#三個(gè)壩段倉(cāng)面越冬保溫層的等效放熱系數(shù)的大小一致。

8#壩段降幅最大的主要原因：一是8#-5～8#-6壩體四周均為臨空面，河谷風(fēng)大，局部氣溫低，溫度損失快；二是8#-5壩段澆筑完成后懸臂模板沒(méi)有拆除，模板外側(cè)包裹聚乙烯保溫被及密封三防布密封效果不佳；三是8#壩段721廊道口兩側(cè)及8#-5壩段集水井通氣孔均在壩體表面外露，保溫密封不嚴(yán)加劇混凝土內(nèi)部溫度流失。另外，與8#壩段最上部?jī)蓚}(cāng)混凝土四周為臨空面，而且（廊道、集水井、吊物孔、排水管）等貫穿和布置有關(guān)。7#壩段中間降幅達(dá)到99.4%，主要原因市大面積滲水，棉被被滲水浸濕后保溫效果大幅降低有關(guān)。

四、保溫被拆除及異常情況處理

2022年3月24日大氣平均氣溫達(dá)到3.2℃以上。為了確保大壩混凝土能夠在4月1日按時(shí)澆筑，首先將7#、9#壩段保溫被白天高溫時(shí)段擇機(jī)清除，并深鑿毛處理，鑿除后立即覆蓋保溫被；因8#壩段內(nèi)部溫度較低，采取水箱加熱水通水，通水溫度15℃ ，直至4月7日，8#壩段混凝土內(nèi)部溫度分別達(dá)到11.25℃和10.17℃ 。滿足上下層混凝土溫差不超過(guò)15℃要求，開(kāi)始澆筑混凝土。

五、結(jié)論和建議

（一）結(jié)論

越冬保溫拆除后，在壩體混凝土各部位（越冬倉(cāng)面、上下游壩面、橫縫面、壩內(nèi)各孔洞墻面等）均未發(fā)現(xiàn)裂縫。這表明，從防止壩體混凝土因內(nèi)外溫差過(guò)大而發(fā)生裂縫的角度來(lái)講，壩體混凝土各部位越冬保溫達(dá)到了預(yù)期目的。但從滿足上下層溫差角度講，8#壩段越冬倉(cāng)面溫度降幅最大，混凝土內(nèi)部溫度不能滿足來(lái)年澆筑上層混凝土?xí)r溫差要求，說(shuō)明保溫效果不佳；從節(jié)約成本角度講，在7#、9#壩段越冬倉(cāng)面臨時(shí)保溫均滿足要求的情況下，采用二層棉被可以節(jié)約成本。

（二）建議

越冬前完成澆筑的混凝土，應(yīng)當(dāng)將模板全部拆除后進(jìn)行越冬保溫，增加越冬保溫密封性，同時(shí)要控制越冬保溫施工質(zhì)量，尤其加強(qiáng)廊道及空洞部位的保溫密封性，確保不漏風(fēng)。越冬倉(cāng)面不能有長(zhǎng)流水或積水，為防止雪水消融滲入保溫層，頂部增加一道塑料薄膜防滲，并要控制好最頂部防水密封層鋪設(shè)及搭接質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：郭萬(wàn)福（1971），男，青海省西寧市人，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榇髩位炷翜乜亍?/p>