克孜勒塔斯水电站工程混凝土冬季施工

(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000)

克孜勒塔斯水电站地处新疆阿勒泰市境内 ,冬季寒冷且历时较长,最低气温为-41.2℃,多年平均气温为5℃。为确保2014年5月份首台机组具备发电条件，需要在2013年12月—2014年1月进行机组管型座及流道盖板二期混凝土浇筑，并在1月份具备4号机(首台机组)装机条件，完成后进行冬季机组安装。为此，需克服极低温条件下混凝土高强度、高难度、低效率等施工条件，为保证冬季流道混凝土浇筑质量，达到设计所要求强度及耐久性标准要求，需要在施工过程中对混凝土升温、保温及配合比调整等进行施工措施优化。

1 工程概况

克孜勒塔斯水电站工程为小(1)型Ⅳ等工程，主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级，临时建筑物级别为5级。引水枢纽场地的地震基本烈度为Ⅶ度，克孜勒塔斯水电站按Ⅶ度地震设防。

克孜勒塔斯水电站主要任务为发电，电站总装机4×6.25MW，主要建筑由溢流堰、泄洪冲沙闸、重力坝、厂房、鱼道、土石坝组成。总体布置自右岸至左岸依次为：溢流堰、泄洪冲沙闸、重力坝、厂房(包括进口引渠、出口尾水渠)、鱼道、土石坝。机组排序由右岸至左岸为1号→2号→3号→4号，4号机靠安装间侧。

根据地区气象资料统计：施工区多年平均气温为5℃；极端最低气温-41.2℃；多年平均风速3.70m/s；极端最大风速32.10m/s；最大积雪深46cm；最大冻土深127cm。

厂房发电机管型座及流道盖板二期混凝土部分位于厂0-010.029～厂0-001.32、546.50～561.00高程处,单台机组段混凝土分为管型座基础及支墩混凝土(共2仓，50m3)、管型座周边二期混凝土(共3仓，90m3)和流道盖板二期混凝土(共3仓，450m3)。

2 混凝土冬季施工措施

在进行混凝土施工过程中需对各施工环节中混凝土温度损失进行数据分析，采取与之对应的升温措施，以提高混凝土浇筑温度，避免造成冻害。

2.1 厂房保温措施

2013年12月室外温度约为-18℃，内部环境温度为-16℃，冷空气主要由厂房进、出口流道涌入厂房内部，需对厂房室内进行加热升温。

封堵孔洞：在4台机组上、下游流道进、出口位置采用钢管架覆盖3层2cm厚保温棉被+1层三防帆布进行封堵，形成厂内密闭空间，防止外部冷空气侵袭。

增加升温设备：发电厂房内部(包括主机间、安装间及副厂房)空间体积约为1.8万m3，内部温度较低，必须制造混凝土施工区小气候升温。采用火炉对厂房室内进行加热，厂房主机段底部廊道层(546.50m高程)左右岸方向宽度为51m，按照6m间距共布置8个火炉。操作层(561.00m高程，包括安装场下部空压机房)左右岸方向宽度为71m，按照10m间距共布置8个火炉，以提高厂房廊道层(546.50m高程)至操作层(561.00m高程)二期混凝土施工区域温度，另采用35台P=2000W电散热器进行厂内其他部位升温，经过72h后，厂房室内环境最低温度为1℃(靠近安装间大门侧)，二期混凝土施工区域温度为8℃。

保温：根据日测厂内各区温度以及混凝土浇筑时段及保养时段温控要求，将取暖设备集中布置在仓面周边，以满足厂房混凝土施工区温度不小于5℃的要求。

2.2 拌和系统保温措施

混凝土拌和系统(包括主机、控制室、料仓、皮带机、出料口等)采用φ50钢管搭设临时棚架，采用单层聚乙烯保温被(厚2cm)覆盖，外层面用三防帆布进行包裹防护，形成封闭环境，采用6个火炉进行棚内升温，主机处局部采用2盏碘钨灯进行加热，24h后拌和机内温度为2℃。

混凝土拌制前，采用不低于50℃热水对拌和机进行冲洗加热，并将所用冲洗水排除干净后再进行混凝土拌和。

2.3 砂石骨料升温措施

拌制混凝土所使用的砂有一定的含水率，为避免因低温季节砂堆出现冻结而影响正常取料(装载机取料)，用φ50钢管对砂堆搭设保温棚，覆盖1层聚乙烯保温被(厚2cm)，外层面用三防帆布进行覆盖，形成封闭空间，采用6个火炉进行棚内升温，取料点安置1盏碘钨灯进行烘烤，以保证砂堆不结块。粗骨料因含水率较低，料堆面层出现冻结现象可能性较小，直接采用三防帆布对中、小石料堆进行面层覆盖，取料时将三防帆布揭除，用毕及时进行二次覆盖，防止冰雪对骨料造成冰冻。

2.4 施工用水升温措施

施工用水采用5kW水泵按就近原则由下游河道抽取至拌和站水箱，取水管道为φ50钢管，采用聚乙烯保温被(外部)结合发热带(内部)进行包裹，以保证取水管路内部不结冰，混凝土拌和系统水箱由厚1.60cm钢板焊接而成，在水箱下部采用煤炭进行烧烤，以提高拌和用水的温度，用温度计测量水温，控制拌和用水加热至40～60℃(温度根据日气温稍作调整)后，再进行混凝土拌和。

2.5 调整混凝土配合比

冬季所浇筑混凝土均为二级配C25W6F300混凝土(坍落度7～9cm)，其常温下混凝土水灰比、掺灰量及外加剂等与低温季节混凝土对比情况见表1，混凝土单位材料用量对比情况见表2。

表1 C25W6F300混凝土常温与低温水灰比、掺灰量及外加剂等用量对比

表2 C25W6F300混凝土单位材料用量对比 单位：kg/m3

根据表1、表2数据，低温季节混凝土配合比主要做以下调整：在混凝土拌制过程中调整水灰比，按照30kg/m3增加水泥用量；NH-10防冻剂可在-15℃气温中施工，暂按混凝土胶凝材料8%掺加，防冻剂掺加控制标准见表3。拌制混凝土用水加热升温后方可投入使用(水温根据现场砂石骨料温度进行调整)。

表3 防冻剂掺加控制标准

施工过程中混凝土搅拌时间应比常温时延长50%，由试验人员对原材料和混凝土温度变化情况进行连续观测，以确保原材料和混凝土在规定温度内投入生产，若超出最低温度要求，则需采用碘钨灯、增加火炉等方式进行升温，确保混凝土温度正常，按照热水+砂石骨料→水泥→粉煤灰顺序进行投料。

2.6 混凝土运输措施

拌和站出料口采用φ50钢管搭设长度为15m的保温棚，覆盖2层聚乙烯保温被及1层三防帆布进行保温，内部设置4个火炉进行升温。采用保温棉被将混凝土搅拌车进行包裹，利用日温度较高时段进行混凝土拌制和运输，以减少运输过程中混凝土热量损失。出料口距厂房安装间为180m，搅拌车水平运输至厂房安装间后，采用50t桥式起重机配合卧罐进行混凝土垂直运输，安装间卸料层距离3号机段混凝土施工区30m(4号机靠安装间侧)，为此需在卧罐运行区域(30m范围)沿线布置4台电散热器，以减少混凝土垂直运输过程中的温度损失。

混凝土未浇筑期间，需维护施工道路，将冰雪及时清除，混凝土搅拌运输车及装载机等施工设备应尽量缩短运输、卸料等待时间，减少半成品混凝土温度损失。未进行混凝土施工时，所有大型设备均停放在拌和站出料口处暖棚内，以确保低温季节混凝土施工前正常运行。

在混凝土原材料转运、混凝土拌制、运输及浇筑过程中，应根据各部位温度变化情况，适时增设碘钨灯、火炉等升温设备，以保证混凝土各项温度指标满足规范要求。

2.7 冬季混凝土保护

混凝土浇筑完成后，将4台电散热器集中布置在浇筑仓块周边，进行仓面保温，采用1层2cm厚保温棉被进行覆盖，以保证浇筑仓面表层温度不低于5℃，当仓面温度低于5℃时应增加取暖设备数量进行升温，养护过程中安排专人观察混凝土表面的状态，当表面开始干燥时，以温水湿润混凝土表面。

3 冬季施工效果分析

3.1 现场平均值实测

拌和站出料口混凝土温度为7℃，采用混凝土搅拌车运输至安装间，卸料入卧罐后混凝土温度为5℃，50t桥式起重机将卧罐混凝土卸入仓面内，混凝土温度降低至3℃。满足防冻混凝土施工入仓温度要求。

3.2 混凝土强度检验

对2013年11月—2014年1月期间所浇筑主机段流道C25W6F300二期混凝土(共10仓)进行28天龄期强度检测：平均抗压强度为28.93MPa，平均劈拉强度为2.17 MPa，其中2013年12月26日浇筑的2号机管型座基础支墩混凝土抗压强度最低为27.9MPa，劈拉强度最低为2.07MPa。均达到设计要求强度指标。

4 发电设备安装

根据施工进度要求，原计划在5月底首台机组具备发电条件，而灯泡贯流式机组安装施工作业周期较长，根据以往同结构机组安装施工经验，首台机组安装(包括部分公用设施)需要3个月(90天)方可完成，若待冬休期(11月—来年3月)结束后4月初进场施工，则至6月底首台机组才能安装完成，为此，必须在冬季进行机电设备安装施工。二期混凝土浇筑完成时间为2014年1月2日，7天后具备机组安装条件，按照首台机90天工期计算，则至4月10日首台机组可安装完成，首台机节约工期约50天。

5 结 语

新疆地区冬季时段较漫长，混凝土年施工作业时段为4—10月，冬季混凝土非施工区段为11月—来年3月，结合该工程实例，冬季混凝土施工主要控制点有以下几个：混凝土浇筑仓面环境温度必须控制恒温，受外部冷空气干扰较小，在关键施工区进行小气候升温；拌和站应具备良好的保温及运行条件，防止拌制过程中混凝土温度大幅流失；砂石骨料需保证不受冰冻结块，随取随用；优化混凝土配合比，提高水泥掺量，选用适用钢筋混凝土施工的防冻剂；混凝土运输过程中温度损失较大，需要尽可能缩短运距及减少混凝土二次周转时间。

该案例表明，若采取多方面混凝土冬季温控施工措施，可满足高寒地区冬季混凝土施工需要。