西大桥引水枢纽除险加固冬季施工技术探析

2022-10-27张晓龙

海河水利 2022年5期

张晓龙

（头屯河楼庄子水库工程建设管理局，新疆昌吉 831100）

阿克苏西大桥引水枢纽除险加固工程主要内容为西大桥电站尾水控制闸、胜利二级电站渠进水闸、沙克沙克渠进水闸、老大河进水闸、东岸大渠进水闸原闸址拆除重建水下部分，规划施工期为2021年11月至2022 年5 月。施工期跨越整个冬季，需对冬季混凝土施工技术方案进行探讨。

1 概况

阿克苏西大桥引水枢纽工程主要由西大桥电站尾水控制闸、胜利二级电站渠进水闸、沙克沙克渠进水闸、老大河进水闸、东岸大渠进水闸及退水闸（所属兵团）和上、下游连接段等建筑物组成[1]。其中，西大桥电站尾水控制闸布置在胜利二级电站渠进水闸右侧，其轴线与胜利二级电站渠进水闸夹角为90°，胜利二级电站渠进水闸、沙克沙克渠进水闸、老大河进水闸呈“一”字形布置，东岸大渠进水闸与老大河进水闸成45°夹角。工程控制灌溉面积为1 953.44 km2，设计引水总流量为151.39 m3/s，加大引水总流量为183 m3/s，为Ⅱ等大（2）型工程。经过多年运行，工程病险问题较多，急需进行除险加固，要求2022年5月30日必须通水。

2 气候条件及问题分析

2.1 不利气候条件

项目区属暖温带荒漠干旱气候，其特点是春季升温慢、夏热冬寒、昼夜温差大，平原区年平均气温9～10.2 ℃，1 月最冷，月平均气温-8.3～-9.6 ℃，极端最低气温-20.5～-22.2 ℃。多年最大冻土深为80 cm，土壤化冻的时间一般在3 月中旬至4 月上旬左右[2]。而且大风较多，冬季差异很大，大风时常伴有沙尘暴。这些不利气候条件增加了施工难度，特别是对混凝土施工技术提出了高要求。

2.2 不利气候下施工问题

冬季施工经常会出现以下问题：钢筋的锈蚀与混凝土裂缝、混凝土结构疏散与水分转移造成空隙、表面起灰骨料裸露、结晶腐蚀-混凝土表面返霜[3]。这些会影响混凝土与饰面层的结合出现裂缝，甚至漏水坍塌等情况。

3 施工准备

为减小冬季施工带来的影响和保证工程质量，西大桥引水枢纽除险加固中做了以下准备工作。

3.1 技术准备

对工程施工人员进行冬季施工技术、质量、安全教育，明确职责，提升能力，统筹安排劳动力。根据工程建设内容，准备好测温仪器、防滑链、防冻液、保温设备等，和设计方做好冬季施工技术交底工作；按照就近原则，调研选择满足质量要求和充分利用当地材料的商品混凝土搅拌站，根据施工要求，与搅拌站签订混凝土供货技术协议，协议中要明确混凝土的配合比，水泥标号与混凝土设计标号之比控制在1.3～2.0，并提前进行试压试验，以满足工程施工需要；对于重要工程部位（如混凝土面板、高流速结构面等）除采用可信掺配料和新型外加剂外，也应进一步研究采用中热乃至低热水泥。根据硅粉混凝土原材料的实际情况，再行安排混凝土配合比试验，验证其是否满足设计要求。提前制定冬季施工材料、机具用量计划，进行防冻保养和抗低温准备。加强现场检查，确保现场构件、材料、防护构件等防冻措施落实到位，路面及结构施工作业面增设防滑措施。

3.2 物料准备

冬季施工期间，混凝土浇筑任务重、工期紧，自建混凝土拌合站时间周期长，严重影响工期，因此施工中购买满足混凝土出仓的各种技术要求的商品混凝土供应站。拌合站整体系统及拌和用水水池等系列部位须有供暖循环系统，骨料设置防冻外加剂；正确选择适合冬季设备使用的-35 号柴油、冬季机油和高原低温蓄电池等其他附件，满足防冻施工要求；购置300 条棉被、14 台供暖电暖炮、2 台发电机、20卷地膜等，保证搭建暖棚和施工保温需要；根据冬季施工工作条件，及时给职工发放防冻保暖工作服等，保障职工正常工作。

4 施工方法及措施

4.1 混凝土冬季施工措施

施工中，根据气温情况、工程结构状况、构件厚薄与外露情况、工期紧迫程度、水泥及外加剂性能、保温材料性能、热源条件等，采取了以下措施。

4.1.1 质量保障

冬季施工期间，采购的商品混凝土供应站混凝土要求每立方米混凝土中的水泥用量不宜少于300 kg，水灰比不应大于0.6，并加入早强剂和防冻剂（根据气温情况确定）；为减少冻害、控制坍落度，加入减水剂，优先选用高效减水剂，使配合比中的用水量降至最低限度；搅拌掺有外加剂的混凝土时，搅拌时间应取常温搅拌时间的1.5倍；混凝土拌合物的出机温度不宜低于10 ℃，入模温度不得低于5 ℃[4]；为缩短运输时间，选择就近委托商品混凝土供应站，水泥罐运输车必须有防冻包裹，需要时再进行运输，运到直接浇筑，减少不必要的失温时间，从而保证入仓温度。

4.1.2 暖棚搭设

冬季施工的主要施工任务为西大桥电站尾水控制闸、胜利二级电站渠进水闸、沙克沙克渠进水闸、老大河进水闸和东岸大渠进水闸原闸址拆除重建水下部分。为确保项目完成，所有施工区全部搭设暖棚，由暖风机供暖，确保棚内温度始终保持在5 ℃以上。整体搭设面积约为1 500 m²，具体要求如下。

（1）选用钢管类型。Φ48×3.5，顶棚做成两面坡形式，每隔6 m 做1 排人字形桁架，用对称斜支撑固定，用钢管拼装成屋架样式，外铺短绒棉篷布。

（2）搭设方法。在基础垫层外或内以间距0.8 m、高3.0 m布置竖向立杆，水平方向横杆底、中、顶布置3 道，即底部扫地杆、中间腰杆、顶部顶横杆；考虑到暖棚的稳定性，每隔1 根立杆布置1 个斜拉支撑杆，底部与扫地横杆固定，并用剪刀撑将2根立杆拉接，使之形成两面坡的屋面。

（3）搭设尺寸。在现场技术人员现场施工范围放线的基础上，往外延伸5 m搭设。

西大桥电站尾水控制闸暖棚搭设如图1 所示，胜利二级电站渠进水闸、沙克沙克渠进水闸、老大河进水闸及东岸大渠进水闸暖棚搭设如图2所示。

图1 暖棚搭设剖面

图2 暖棚搭设平面

4.1.3 施工方法

（1）尽量白天施工，根据时间安排天黑前停工。施工中，控制浇筑温度，即混凝土入仓温度和混凝土浇筑过程中的温度。混凝土施工配合比确定后，混凝土温升就已基本确定。浇筑温度是混凝土温升的初始条件，决定了浇筑混凝土的最高温升值，在尽可能的条件下，取浇筑温度范围内的下限。控制入仓温度，实际上就是对施工过程中骨料温度、混凝土拌制温度和混凝土运输过程温度的一个综合控制。即混凝土的灌注温度在任何情况下均不低于5 ℃，细薄截面混凝土结构的灌注温度不宜低于10 ℃，温度不满足浇筑要求的及时调整供暖设备功率，防止浇筑期间因温度变化过快造成混凝土浇筑质量缺陷。混凝土分层连续灌注，中途不间断，每层灌注厚度不大于20 cm，并采用机械捣固。

（2）混凝土浇筑完毕后使用不易吸潮的保温材料覆盖保温，进行收光仓面工序后覆盖一层塑料薄膜，上面加盖混凝土保温专用棉被进行保温，确保混凝土凝固的温度要求，派专人夜间值班，检测温度变化及时调整，保证入仓混凝土初凝的温度要求。

（3）混凝土裸露面覆盖聚乙烯被是适合于新疆气候特点的行之有效措施，混凝土浇筑后如外界气温较高，可起到隔热作用，防止外界热量倒灌；而夜晚或者遭遇寒潮降温时，聚乙烯被又可起到保温作用，防止寒潮冷击产生表面裂缝。如果在11 月～翌年1 月底冬季浇筑混凝土，建议加厚临时保温厚度，尽量避免和减少发生混凝土结构性裂缝。

（4）若灌浆过程中出现过量抬动、混凝土开裂、检查孔质量不合格等特殊情况，应具体问题具体分析，视情况的严重程度采取相应措施。采用改动孔位或化学灌浆进行补救。在灌浆过程中避免趾板有害抬动和混凝土开裂等现象加强监测，采用智能灌浆系统，允许对灌浆压力进行调整，灌浆压力应考虑序次、埋深和浆液注入量的影响。

（5）施工过程中需加强过程管理，制定温度控制措施落实责任制，确保工程质量。加强各环节温度监测信息反馈，及时结合现场已施工部分的实测资料进行分析判断，必要时采取措施纠正施工过程中的问题。

4.1.4 质量检查

冬期施工混凝土的质量检查，除应符合GB50204－2002要求外，在混凝土拌制和浇筑期间，必须测定水和粗细骨料装入搅拌机时的温度、混凝土的拌制温度、浇筑温度和环境温度[5]。每一工作班至少检测4 次。在工程应用中，应加强粉煤灰和胶凝材料的检测。若混凝土中粉煤灰的掺量超过30%时，除检测粉煤灰游离氧化钙含量和粉煤灰的安定性外，还应加强检测胶凝材料的安定性（参照水泥安定性试验方法检测）。

4.1.5 测温

根据设计要求预设置混凝土温度控制曲线，定时自动采集混凝土温度，自动调整冷却水管的阀门通水的开闭状态。做好测温工作，按混凝土温度控制指标要求实行动态控制，控制好内外温差、上下层温差，同时加强混凝土的养护与保护。派专人检查商品混凝土供应站水、外加剂及骨料的温度，每1 h测1次。测量水、外加剂溶液和砂的温度，温度计插入深度不小于10 cm，测量粗骨料温度插入深度不小于10 cm并大于骨料粒径1.5倍，且周围用细粒径充填。混凝土的机口温度、运输过程中温度损失及浇筑温度，根据需要测量或每2 h 测量1 次，温度计插入深度不小于l0 cm。

4.2 焊接措施

在负温条件下使用的钢筋，施工时加强管理和检验，防止撞击，避免造成刻痕等缺陷。负温焊接采用电弧焊时，需调整焊接工艺参数，使焊缝和热影响区缓慢冷却。搭设固定的焊工棚，雪天或施焊现场风速超过5.4 m/s（三级风）焊接时，应采取遮蔽措施，焊接后冷却的接头应避免碰到冰雪[6]。

4.3 管理措施

根据工程量和工程进度制定工作计划和阶段目标，实行节点管理，并加强监督和控制。加强施工质量和现场检查，协调工程进度。对不适宜冬季施工的工程项目，提前与设计、业主、监理方进行协商，提出合理施工修改方案。根据施工现场和作业环境，选择相应的施工设备，统筹安排、合理调配、保证重点。现场施工调度、技术和安全人员必须做到24 h值班制度，保证施工的连续性和安全性，当遇到紧急事件时保证通信畅通。在冬季施工期间做好施工记录，并做好安全管理和巡查台帐。