高寒高海拔地区水电站冬季混凝土施工技术优化

林 晓 旭， 赵 亚, 谢 廷

(中国水利水电第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

瓦托水电站位于西藏自治区昌都市卡若镇列巴村，工程为三等中型工程。正常蓄水位高程3 315 m，死水位高程3 313 m，装机2台，单机容量为27 MW。瓦托水电站处于高海拔地区，所在地属高原温带半湿润季风气候区，冬季气候寒冷干燥，夏季温和湿润，旱季雨季分明，高原紫外线强烈，日照较为充足，日温差大，年温差小，无霜期短；空气较为稀薄，气压低，氧气少；气温偏低，多年平均气温仅7.6 ℃，极端低温达-20.7 ℃，昼夜温差大，冬季气温较低；坝址区最大冻土深度为0.8～1 m，最大风速为18 m/s。

2 冬季混凝土施工的难点

根据电站总进度计划安排，该工程的混凝土施工需要在冬季进行。而在高原地区冬季混凝土施工存在以下难点：

(1)工程施工人员需要克服高原寒冷的天气和缺氧环境，人员、设备降效严重。

(2)混凝土浇筑过程温差大，质量难以控制。

针对以上遇到的难点，笔者对混凝土的冻融破坏原理进行了分析。

王国臣编写的《谈混凝土耐久性能》[1]中明确表示：冬季施工，水型态的变化是控制混凝土强度增长的关键因素。由于水泥的水化作用，混凝土浇筑后逐渐凝结、硬化，直至达到设计强度。水化作用的速度与混凝土原材料和配合比有关，主要随着温度的高低变化而变化。温度升高、水化作用加快，强度增长亦快；温度降低到0 ℃时，混凝土中的部分水开始结冰，水化作用基本停止，混凝土强度增长相应较慢；温度继续下降，混凝土中的水完全结冰，水化作用基本停止，混凝土强度不再增长。水变成冰后，体积增大9%，当混凝土中的毛细孔含水率超过91.7%，结冰会产生2 500 kg/cm2的冰胀应力，其大于水泥内部形成的初期强度值，使混凝土受到不同程度的破坏，导致其强度变低。冰棱熔化后，会在混凝土内部形成空隙，从而降低混凝土的耐久性[2]。

通过观察可知，新浇筑混凝土冻结前有一段预养期，对加速水泥的水化作用极为重要。混凝土受冻前预养期越长，强度损失越小。对于预养期长、获得初期强度较高的混凝土受冻后，其后期强度几乎没有损失；反之则不然。因此，必须对冬季混凝土施工技术进行优化。

3 冬季混凝土施工技术优化

瓦托水电站冬季混凝土浇筑施工通过对施工准备、混凝土生产、水平及垂直运输、混凝土浇筑及振捣、保温养护等各个施工工序进行了相应的优化，使施工质量得到了有效的控制。

3.1 施工前各项准备工作的优化

(1)施工用风。通过在左岸坝肩的空旷阶地上布置1台40 m3的电动空压机，以满足仓面吹干积水的用风要求以及负温时段采用高压风冲洗仓面的要求。

(2)施工用水。主要是通过对供水管线采取保温处理措施来防止冬季施工中管道被冻而不能保证施工用水供给的现象发生。施工前，对供水线路进行了全面检查，若有漏水现象则立即修补，然后对仓外供水主线及各支线采取外包2层2 cm厚的橡塑海绵进行保温，橡塑海绵采用14#铅丝绑扎，无缝搭接且搭接长度不小于2 cm(图1)。

图1 供水管保温

(3)施工道路。每班安排3人进行场内道路的清洁值班。下雪时，及时对积雪进行清扫并采用细石或砂对施工道路进行覆盖，以免积雪融化后路面产生的积水在气温骤降的环境下结冰。必要时运输车辆必须加防滑链。在如此环境恶劣的条件下，除采取以上措施外，还可对施工道路采用工业盐铺洒的方法防滑。

3.2 混凝土拌制的优化

(1)进入冬季施工后，对混凝土搅拌站增设了保温棚。

(2)采取加热水、预热骨料等方式进行混凝土拌和，使混凝土的出机口温度达到10 ℃～15 ℃，入模温度不低于8 ℃～10 ℃[3]。

(3)对混凝土原材料掺用适当的外加剂，使混凝土缓慢冷却，在受冻前达到规范所要求的混凝土强度[4]。

3.3 混凝土运输保温的优化

混凝土从搅拌站的出机口到入模，对搅拌车车厢采用帆布及保温被封闭保温，减少倒运次数，避免混凝土受冻并减少其热量的损失。在运输过程中尽量缩短运输时间，做到不随意停车，施工现场不压车，以减少混凝土在运输过程中的热量损失(图2)。

图2 搅拌车车厢保温

3.4 混凝土入模保温的优化

瓦托水电站重力式大坝混凝土采用吊罐浇筑混凝土。为了减少混凝土的温度损失，预先在吊罐口安装滑动式保温盖布，保温盖布在混凝土卸料完成后，用加工好的钢筋拉钩将其拉盖，吊罐四周用帆布保温以确保混凝土入模温度不低于8 ℃。

瓦托水电站厂房混凝土采用泵送入仓。为了减少混凝土的温度损失，预先将泵管用2层、2 cm厚的橡塑海绵包裹保温，橡塑海绵采用14#铅丝绑扎。

3.5 仓面蓄热法的优化

瓦托水电站重力式大坝混凝土的浇筑仓为大体积混凝土浇筑仓[5]，采用吊罐入仓，故在备仓时，预先在仓面四周的模板顶口按1.5 m的间距设置烤灯升温，同时将浇筑仓的模板四周用聚氨酯保温被包裹保温；备仓完毕、混凝土入仓前采用在仓面用工业电热毯预热仓面的方式组织施工；瓦托水电站厂房混凝土浇筑仓采取在建筑物周围用塑料薄膜和保温被扎设暖棚、在浇筑仓的底部采用设置火炉的方式对仓内进行预先升温。

3.6 浇筑仓顶部覆盖保温方式的优化

每层混凝土浇筑结束、收仓后，在其上表面采用一层塑料薄膜+两层2 cm厚的聚氨酯保温被+一层三防帆布压紧覆盖[3](保温被搭接长度不小于10 cm，采用14#铅丝绑扎牢固，面部采用φ25钢筋原材、间距1.5 m全面压紧布置)，将保温材料覆盖在混凝土表面至进行下一仓混凝土施工前。

3.7 拆模时间的优化

根据气温，适当推迟拆模时间(气温骤降期间不允许拆模)。模板拆除后，立即覆盖两层、2 cm厚的保温被，同时对棱角部位采取加厚5 cm以及向四周加宽20 cm的加强措施进行混凝土表面保温，防止产生裂缝。

3.8 成立混凝土质量管理QC小组

成立混凝土质量管理QC小组(简称QC小组)，QC小组人员定时检查混凝土保温覆盖情况，及时了解、掌握测温结果。若发现混凝土温度出现异常，应立即查明原因并采取相应的措施予以处理。

4 结 语

瓦托水电站大坝和厂房部位冬季浇筑的混凝土通过一个冬季的观察，所形成的观察记录及同养试块的实验报告均显示混凝土强度完全符合要求，工程质量能够得到保证，所取得的经验为高海拔地区冬季水工混凝土的浇筑施工打下了坚实的基础，可为后续类似工程的施工提供借鉴。