低温季节叶巴滩水电站导流洞施工原材料温度控制

郝 文 新

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

叶巴滩水电站导流洞位于四川与西藏界河金沙江上游河段，系金沙江上游13个梯级水电站开发中的第7级，上游为波罗水电站，下游与拉哇水电站衔接，坝址位于金沙江支流降曲河口下游0.6 km。左、右岸同高程各布置1条导流洞，均按有压洞设计；导流洞断面型式为城门洞型。导流洞运行时间为6 a，比肩白鹤滩水电站导流洞使用年限。

由于坝区岩体主要结构面横河向发育，处于断层、小断层交汇带及裂隙密集带，存在涌水和突水等问题，导流洞底板混凝土宜安排在12～次年3月地下水小、横河向渗水少的时段施工，而此时段正处于低温季节。

叶巴滩水电站坝址区海拔高度为2 700～2 900 m，属高海拔地区，气候干燥，年平均气温低。坝址区多年平均气温约9.2 ℃，全年有4个月的月平均气温低于5 ℃，最低气温为-12 ℃，坝址区极端最低气温为-23.5 ℃。叶巴滩水电站低温季节系指11月至次年3月初。

按照DL/T5144-2015《水工混凝土施工规范》中的9.1.1规定：凡工程所在地的日平均气温连续5 d稳定在5 ℃以下或最低气温连续5 d稳定在-3 ℃以下时，即进入低温季节施工期。

低温季节施工混凝土易遭受早期冻害，为了保证混凝土质量，冬季混凝土施工应满足以下条件：(1)混凝土中的水分不结冰，提高混凝土的自身温度。(2)混凝土的饱水程度低于临界饱和度，降抵混凝土的含水率。(3)混凝土在受冻时的强度高于临界强度，提高早期强度[1]。若要达到以上条件，除加强混凝土养护外，还应对原材料进行控制。笔者对所选取的原材料温度控制措施进行了阐述。

2 原材料的选择

(1)水泥。冬季施工尽量不使用水化热较小的矿渣水泥，水泥不得直接加热，袋装水泥使用前宜运入暖棚内存放。叶巴滩水电站导流洞施工最终选用的是P·O42.5水泥。

(2)掺合料。在冬季施工时，应适当降低掺合料的掺量。因粉煤灰活性太低，早期强度低，达到临界强度的时间太长，导致其受冻伤的可能性增大，故应尽可能采用Ⅰ级灰。掺合料可以延长水泥水化的时间，但在温度较低的情况下不利于水泥水化。因此，必须严格控制掺合料的掺量。粉煤灰因运距较远，叶巴滩水电站导流洞掺合料最终选用优质火山灰，经试验确定掺量为15%。

(3)砂、石。提前进行砂石料备料并严格控制砂石料的含水率，将砂的含水量控制在3%以下，石子的含水量控制在1%以下。选择颗粒硬度高和空隙率小的骨料，骨料应清洁，不得含有冰雪冻块及其他易冻裂的物质。可采用加热骨料的方法提高拌合物温度，但不宜高于40℃[2]。

(4)水。优先采用加热水的方法提高拌合物的温度，但不宜高于60 ℃；应先投入骨料和热水进行搅拌，然后再投入胶凝材料等共同搅拌。

(5)外加剂。叶巴滩水电站导流洞底板混凝土有抗冲耐磨要求，最终采用了高性能减水剂，引气剂，HF抗冲磨剂。

3 原材料温度控制理论计算及方案设计

《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2015规定：低温季节混凝土浇筑温度为6 ℃～10 ℃。叶巴滩水电站导流洞工程设计要求低温季节出机口温度不低于10 ℃。拌和系统距导流洞最远运距为2 km，运输时间取Z=0.5 h，混凝土施工过程温度总损失包括运输过程温度损失和浇筑过程温度损失，经计算，混凝土施工过程中的总的温度损失Tn为2.93 ℃，取总的温度损失3 ℃。当出机口温度为10 ℃时，则浇筑温度为7 ℃，满足规范要求。在实际拌和过程中，因配料、胶带机上料热量的损失和拌和机体的温度传导损失等影响，实际混凝土出机口温度比理论计算拌和后的温度要降低3 ℃～4.5 ℃，最终取3 ℃。理论计算出机口温度应大于13 ℃[3]。

为保证低温季节混凝土出机口温度不低于10 ℃，采用推荐二级配常态底板混凝土HFC35 W8F100(表1)的配合比进行出机口温度计算，拌和水温每提高5 ℃、出机口温度升温0.435 ℃；粗骨料温度每提高1 ℃、出机口温度升温0.47 ℃。

方案一：仅提高拌和水温度。因工地现场地处藏区高原，海拔高，提高水温较为困难。①将若干电加热棒(10 kW/支)放入开敞钢板水箱，水温只能升高到26 ℃。②保持电加热棒加热，在水箱底部烧柴，水温只能升高到44 ℃。如果只采用加热水的方式，通过热工计算得知水温提高到60 ℃仍不能满足出机口温度设计要求。经现场室内试验，水温加热到60 ℃时用于混凝土拌和，混凝土拌和物在10～15 min即出现离析，和易性差。由此看出此方案不可行。

方案二：采用提高拌和水温+预热骨料。胶凝材料(水泥、火山灰)的温度为55 ℃，如果提高砂的温度到4 ℃、碎石的温度到8 ℃、拌和水的温度到20 ℃，计算得出理论拌和出机口温度为13.26 ℃。实际拌和出机口温度为10.26 ℃，符合低温季节出机口温度不低于10 ℃的设计要求[4]。

表1 叶巴滩水电站导流洞底板混凝土推荐配合比表

4 原材料温度控制方案的实施

该项目最终采用方案二：提高拌和水温度和预热骨料。搭建保温棚，将砂石骨料成品储存于保温棚中。

①保温棚主体框架采用型钢搭建，保温棚采用10 cm厚泡沫夹心保温板，屋面为钢丝网+10 cm厚岩棉+彩钢瓦式结构，建筑面积为2 600 m2，高度为8 m，分32 m两跨。

②在堆料底板混凝土中埋设地暖管路，地热热水主管、热水支管均采用φ60钢管，热水支管间距均为80 cm；地热管道均为嵌入式，即地面硬化时预留9 cm深，8 cm宽的预留槽；每个料仓前设置350 mm×200 mm(长×宽)，深200 mm的预留沟槽，设置疏水器。加热管路与堆料底板混凝土中的地暖管连接，排烟管绕仓库墙板内壁敷设后排烟，加热管路支路、排压蒸汽管延长置入拌和水池。

加热措施：采用1.5 t燃煤压力锅炉并将其设在仓库一角，燃煤压力锅炉加热可取用4个热源，即循环热水通过地暖管路加热骨料、热水管可混合拌和水、排烟管路用于加热环境温度、排压蒸汽管放入拌和水池加热拌和用水。

保温棚堆料高度为5 m，设两个移动设备进出口，汽车从砂石系统运送砂石骨料进入保温棚分设料堆，以装载机、挖掘机整理堆高5 m，不设地弄，采用装载机对配料斗上料，配料斗下方混凝土地面内设有地热管路。

另在拌和站设置了一座12 t锅炉，集中为拌和系统供应热水。浇筑混凝土时提前对水进行加热以提高拌和水的温度。拌和混凝土前用热水对拌和机、输送泵管进行冲洗。

5 实施效果

2017年11月混凝土生产系统投运，2017年12月4日开始浇筑导流洞底板混凝土。2017年12月月平均气温为0.17 ℃，最低日平均气温为-3.42 ℃；2018年1月月平均气温为0.36 ℃，最低日平均气温为-2.33 ℃，原材料与气温接近。

鉴于砂石温度较低，放入暖棚中的骨料体积大，使用补充更换较快、加热升温较困难，据2017年12月1日～2018年1月31日实测温度(表2)，暖棚内砂的温度为1 ℃～5.7 ℃，粗骨料的温度为1 ℃～9 ℃，拌和水采用燃煤锅炉加热蒸汽混合后为水温的10 ℃～16.6 ℃,比理论计算要求的温度值略低，从实测数据看，因采取了拌和混凝土前用热水对拌和机、输送泵管进行冲洗等措施，拌和过程温度损失、胶带机上料热量的损失和拌和机体的温度传导损失可忽略不计；且因出口到浇筑仓面运距较近，运输搅拌车采用了保温措施；洞内浇筑施工采取了洞口挂帘、洞内仓面分段挂帘的保温措施等办法，从实测出机口温度和浇筑温度来看，原理论计算混凝土施工过程温度总损失取3 ℃，而实际为1 ℃，理论出机口温度达到11 ℃以上，实际出机口温度能达到10 ℃以上。经实测：底板混凝土出机口温度达到10 ℃以上能够满足设计出机口温度要求[5]。

表2 叶巴滩水电站导流洞2017年12月～2018年1月施工测温记录表

藏区高原昼夜温差大、白天阳光直晒与背阴面温差明显，叶巴滩水电站气象呈“长冬无夏断春秋”特征，故选择日照时间长的阳面场地布置人工砂石骨料系统和混凝土拌和系统有利于低温季节混凝土施工。

经监理取样检测发现：左岸导流洞底板C35W8F100混凝土28 d抗压强度2组：最大值为41.1 MPa、最小值为39 MPa、平均值为40.1 MPa；C40W8 F100底板混凝土28 d抗压强度5组：最大值为42.3 MPa、最小值为40.2 MPa、平均值为40.8 MPa。右岸导流洞C40W8F100底板混凝土28 d抗压强度5组：最大值为42.3 MPa、最小值为41.1 MPa、平均值为41.4 MPa，混凝土强度满足设计要求。

6 结 语

叶巴滩水电站导流洞施工结合自然条件及施工准备期现场实际情况，合理选择原材料并通过热工计算进行综合分析，对原材料的温度控制采取了切实可行的措施，使叶巴滩水电站导流洞工程能够进行低温季节连续施工。实践证明：出机口温度控制不低于10 ℃，入仓温度控制在7 ℃以上，再加上施工过程中实施的其他防冻、防裂措施，低温季节施工的底板混凝土浇筑质量良好，截流前检查底板混凝土无裂缝。所取得的经验可为低温季节施工混凝土提供参考。