高寒地区换流站换流变广场混凝土冬期施工

曹 雾 韩光臻 严宇超 连 军

(安徽送变电工程公司，安徽 合肥 230022)



高寒地区换流站换流变广场混凝土冬期施工

曹 雾 韩光臻 严宇超 连 军

(安徽送变电工程公司，安徽 合肥 230022)

以某高寒地区混凝土冬期施工为例，通过前期理论计算，分析了商品混凝土在严寒天气下从拌制、运输到现场浇筑时入模温度，并根据混凝土施工及养护温度的需要，确定了保温棚尺寸、热源能量及加热保温器具数量和点位配置方式，解决了传统施工方法能源浪费严重、暖棚内温度变化大、养护条件不达标等问题。

高寒地区，冬期施工，混凝土，暖棚

1 工程概况

锡盟±800 kV换流站工程额定电压为±800 kV，额定电流6 250 A，双极额定输送功率1 000万 kW。工程是落实“北电南送”“西电东送”能源战略，实现大范围资源优化配置的一项重要举措，对推动内蒙古电力外送，促进内蒙地区经济发展，同时缓解受端地区能源供需矛盾，满足江苏和山东电网负荷增长的需要，落实大气污染防治行动计划具有重大意义。

10月初锡盟站进入冬期施工，换流变广场在11月31日前全部完成，锡林浩特市11月份日均最低温度为-13 ℃，由于换流变急需进场，换流变广场必须在此之前完成，如本项目因冬期无法施工而推迟投运日期，将对整个工程带来巨大的损失。

2 技术原理

2.1 混凝土拌制、运输与浇筑温度控制

因本工程采用商品混凝土，需对商品混凝土的出机温度与入模温度进行控制(出机温度不得小于10 ℃，入模温度不得小于5 ℃)，按照《建筑工程冬期施工规程》，要对此两项属性进行热工计算。具体计算过程如下：

1)混凝土拌合物温度计算(混凝土出机温度)。

T0=[0.92(mceTce+msaTsa+mgTg)+4.2Tw(mw-ωsamsa-ωgmg)+c1(ωsamsaTsa+ωgmgTg)-c2(ωsamsa+ωgmg)]/[4.2mw+0.9(mce+msa+mg)]。

其中，T0为混凝土拌合物温度，℃；mw为水用量,kg;mce为水泥用量,kg;msa为砂用量,kg;mg为石子用量,kg;Tw为水的温度,℃;Tce为水泥的温度,℃;Tsa为砂的温度,℃;Tg为石子的温度,℃;ωsa为砂子的含水率,3%;ωg为石子的含水率,1%;c1为水的比热容，本工程c1=4.2;c2为冰的溶解热，本工程c2=0.0。

将各项参数代入，得到：

T0=[0.92×(399.15×10+708.65×10+1 123.03×10)+4.2×20×(169.13-0.03×708.65-0.01×1 123.03)+4.2×(0.03×708.65×10+0.01×1 123.03×10)]/[4.2×169.13+0.9×(399.15+708.65+1 123.03)]=12.28 ℃>10 ℃。

证明混凝土出机温度满足要求，大于要求的10 ℃。

2)混凝土拌合物经运输到浇筑时温度计算(混凝土入模温度)。

T2=T1-(at1+0.032n)(T1-Ta)。

其中，T2为混凝土浇筑时温度,℃;T1为混凝土出机温度,℃;Ta为运输时的环境温度,℃;a为温度损失系数，本工程为0.25;t1为混凝土运输时间,h,取15 min;n为拌合物运转次数，本工程n=1。

注：混凝土搅拌站位于站外东北角，与站区相连，从搅拌站运送到工地，时间一般不超过15 min。

将各项参数代入，得到：

T2=12.28-(0.25×0.25+0.032)×

(12.28+20)=9.223 ℃>5 ℃。

证明混凝土入模温度满足要求，大于要求的5 ℃。

假设入模温度为5 ℃，代入公式，得到：

t1=0.774 h=46.44 min。

那么应按预定要求严格控制搅拌材料温度，水温不得低于20 ℃，水泥、砂、石子的温度不得低于10 ℃，外部环境温度不得低于-20 ℃，混凝土自出机到运输至施工场地全过程的时间不得超过46 min，否则不得进行混凝土施工。

2.2 取暖棚制作材料选型、所需几何尺寸及热源热量计算

1)暖棚内热量消耗计算与建筑采暖计算相同，根据暖棚尺寸、围护构造及地面的导热系数等来计算确定。

每立方米暖棚的耗热量Q按下式计算：

Q=3.6MbK(Tb-Ta)。

其中，Mb为表面系数，即冷却面与外部量度暖棚的体积之比;K为暖棚结构的平均传热系数;Tb为暖棚内温度,℃;Ta为暖棚外大气温度,℃。

2)暖棚表面系数计算。

通过查阅《建筑施工手册》得知，假设保温棚高度为h，长度为x，宽度为y(单位均为m)，则表面系数计算式为：

Mb=(2xy+2hx+2hy)/xyh。

广场冬期施工剩余四块区域，尺寸均为8.2 m×78 m。因暖棚高度必须满足人员便于入内操作，所以取h=1.7 m；暖棚搭设宽度y=8.2+0.3×2=8.8 m(即每边预留0.3 m操作面)，暖棚一次搭设的长度定为x=40 m，施工完毕后向前推进。

计算得出表面系数：

Mb=(2×8.8×40+2×1.7×8.8+2×1.7×40)/

(40×8.8×1.7)=1.454。

3)棚内温度要求20 ℃，室内外温差约为35 ℃，暖棚表面系数1.454，帆布传热系数为0.23：

Q=3.6MbK(Tb-Ta)=3.6×1.454×0.23×35=42.137 kJ/h。

棚内所需总热量：

Qm=42.137×1.7×8.8×40=25 214.781 kJ/h。

暖棚外部风速大于5 m/s时，必须乘以扩大系数2.0，即：

Qm=2.0×Q=2.0×2 957=50 429.562 kJ/h。

经查询，1.3 kW小太阳电热器理论上产生的热量P=4 680 kJ/h，理论所需电热器数量为：

V=Qm/Pm=50 429.562/4 680≈11台。

3 现场实际操作

上述计算为理想状态下的情况，实际使用过程中，加热设备能量转换达不到理论数值，综合考虑现场实际热量生产低于该理论计算结果。以此结果为参照，分别对暖棚内控制温度为20 ℃进行试验以确定，该棚位置选定在要浇筑范围，作为地面预热，并做好详细记录，为工程施工提供必要的参数。

发现棚内11台小太阳电热器加热温度几乎都在11 ℃左右，达不到预期要求，经向当地有高寒地区混凝土浇筑养护经验的单位讨论，租用燃油直燃暖风机(封闭型燃烧室)，在暖棚两端加温鼓风，燃油直燃暖风机理论上每台产生的热量为2 700 kJ/h，理论上2台即可满足供热需求，但根据当地租赁公司的建议，我们仍保留5台电加热器，并分布在暖棚中间部位。经过两天的完整测试，发现温度可以维持在19 ℃左右(说明：采用的燃油直燃暖风机的燃烧室是完全封闭的，燃烧尾气可通过一个排烟口排出加热区域。进入换热器的冷空气被加热，但与燃烧尾气完全不接触。这样输入被加热区的热空气是完全洁净的)。

具体数据如表1所示。

表1 棚内温度数据表

4 结语

本文为锡盟±800 kV换流站工程换流变广场混凝土面层冬期施工实例，该施工技术加热保温采用电能加热，加热均匀，温度控制范围准确，清洁安全。最终，换流变广场面层混凝土质量工艺良好，为高寒地区大面积混凝土面层浇筑冬期施工提供了新的方法，切实可行，可供其他工程参考。

[1] 建筑施工手册[M].第5版.北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2] 建筑工程冬期施工规程[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3] 王志刚,王青远,周洪超.浅谈冬期施工需要注意的几个问题[J].科技信息，2008(10)：69-71.

[4] 原晋濮.混凝土冬季施工的要点[J].山西建筑，2007,33(12):27-29.

[5] 黄 源.浅谈冬期混凝土施工技术质量[J].施工技术，2009(8):85-87.

The concrete winter construction of converter station changing square in cold area

Cao Wu Han Guangzhen Yan Yuchao Lian Jun

(Anhui Electric Power Transmission & Transformation Co., Hefei 230022, China)

Taking the concrete winter construction in a cold area as an example, through the early theoretical calculation, control of commercial concrete in the cold weather from mixing, transportation to the scene pouring into the mold temperature. According to the concrete construction and maintenance of the needs of the temperature, determine the size of the insulation shed, heat source and heating the number of insulation devices and point configuration. To solve the traditional construction methods of serious waste of energy, greenhouse temperature changes, maintenance conditions are not up to the construction process and other issues.

cold area, winter construction, concrete, greenhouse

1009-6825(2017)12-0089-03

2017-02-14

曹 雾(1989- )，男，硕士，助理工程师； 韩光臻(1980- )，男，高级工程师； 严宇超(1990- )，男，助理工程师； 连 军(1992- )，男，硕士，助理工程师

TU755

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