(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

克孜勒塔斯水電站地處新疆阿勒泰市境內(nèi) ,冬季寒冷且歷時(shí)較長,最低氣溫為-41.2℃,多年平均氣溫為5℃。為確保2014年5月份首臺機(jī)組具備發(fā)電條件，需要在2013年12月—2014年1月進(jìn)行機(jī)組管型座及流道蓋板二期混凝土澆筑，并在1月份具備4號機(jī)(首臺機(jī)組)裝機(jī)條件，完成后進(jìn)行冬季機(jī)組安裝。為此，需克服極低溫條件下混凝土高強(qiáng)度、高難度、低效率等施工條件，為保證冬季流道混凝土澆筑質(zhì)量，達(dá)到設(shè)計(jì)所要求強(qiáng)度及耐久性標(biāo)準(zhǔn)要求，需要在施工過程中對混凝土升溫、保溫及配合比調(diào)整等進(jìn)行施工措施優(yōu)化。

1 工程概況

克孜勒塔斯水電站工程為小(1)型Ⅳ等工程，主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級，臨時(shí)建筑物級別為5級。引水樞紐場地的地震基本烈度為Ⅶ度，克孜勒塔斯水電站按Ⅶ度地震設(shè)防。

克孜勒塔斯水電站主要任務(wù)為發(fā)電，電站總裝機(jī)4×6.25MW，主要建筑由溢流堰、泄洪沖沙閘、重力壩、廠房、魚道、土石壩組成?？傮w布置自右岸至左岸依次為：溢流堰、泄洪沖沙閘、重力壩、廠房(包括進(jìn)口引渠、出口尾水渠)、魚道、土石壩。機(jī)組排序由右岸至左岸為1號→2號→3號→4號，4號機(jī)靠安裝間側(cè)。

根據(jù)地區(qū)氣象資料統(tǒng)計(jì)：施工區(qū)多年平均氣溫為5℃；極端最低氣溫-41.2℃；多年平均風(fēng)速3.70m/s；極端最大風(fēng)速32.10m/s；最大積雪深46cm；最大凍土深127cm。

廠房發(fā)電機(jī)管型座及流道蓋板二期混凝土部分位于廠0-010.029～廠0-001.32、546.50～561.00高程處,單臺機(jī)組段混凝土分為管型座基礎(chǔ)及支墩混凝土(共2倉，50m3)、管型座周邊二期混凝土(共3倉，90m3)和流道蓋板二期混凝土(共3倉，450m3)。

2 混凝土冬季施工措施

在進(jìn)行混凝土施工過程中需對各施工環(huán)節(jié)中混凝土溫度損失進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采取與之對應(yīng)的升溫措施，以提高混凝土澆筑溫度，避免造成凍害。

2.1 廠房保溫措施

2013年12月室外溫度約為-18℃，內(nèi)部環(huán)境溫度為-16℃，冷空氣主要由廠房進(jìn)、出口流道涌入廠房內(nèi)部，需對廠房室內(nèi)進(jìn)行加熱升溫。

封堵孔洞：在4臺機(jī)組上、下游流道進(jìn)、出口位置采用鋼管架覆蓋3層2cm厚保溫棉被+1層三防帆布進(jìn)行封堵，形成廠內(nèi)密閉空間，防止外部冷空氣侵襲。

增加升溫設(shè)備：發(fā)電廠房內(nèi)部(包括主機(jī)間、安裝間及副廠房)空間體積約為1.8萬m3，內(nèi)部溫度較低，必須制造混凝土施工區(qū)小氣候升溫。采用火爐對廠房室內(nèi)進(jìn)行加熱，廠房主機(jī)段底部廊道層(546.50m高程)左右岸方向?qū)挾葹?1m，按照6m間距共布置8個(gè)火爐。操作層(561.00m高程，包括安裝場下部空壓機(jī)房)左右岸方向?qū)挾葹?1m，按照10m間距共布置8個(gè)火爐，以提高廠房廊道層(546.50m高程)至操作層(561.00m高程)二期混凝土施工區(qū)域溫度，另采用35臺P=2000W電散熱器進(jìn)行廠內(nèi)其他部位升溫，經(jīng)過72h后，廠房室內(nèi)環(huán)境最低溫度為1℃(靠近安裝間大門側(cè))，二期混凝土施工區(qū)域溫度為8℃。

保溫：根據(jù)日測廠內(nèi)各區(qū)溫度以及混凝土澆筑時(shí)段及保養(yǎng)時(shí)段溫控要求，將取暖設(shè)備集中布置在倉面周邊，以滿足廠房混凝土施工區(qū)溫度不小于5℃的要求。

2.2 拌和系統(tǒng)保溫措施

混凝土拌和系統(tǒng)(包括主機(jī)、控制室、料倉、皮帶機(jī)、出料口等)采用φ50鋼管搭設(shè)臨時(shí)棚架，采用單層聚乙烯保溫被(厚2cm)覆蓋，外層面用三防帆布進(jìn)行包裹防護(hù)，形成封閉環(huán)境，采用6個(gè)火爐進(jìn)行棚內(nèi)升溫，主機(jī)處局部采用2盞碘鎢燈進(jìn)行加熱，24h后拌和機(jī)內(nèi)溫度為2℃。

混凝土拌制前，采用不低于50℃熱水對拌和機(jī)進(jìn)行沖洗加熱，并將所用沖洗水排除干凈后再進(jìn)行混凝土拌和。

2.3 砂石骨料升溫措施

拌制混凝土所使用的砂有一定的含水率，為避免因低溫季節(jié)砂堆出現(xiàn)凍結(jié)而影響正常取料(裝載機(jī)取料)，用φ50鋼管對砂堆搭設(shè)保溫棚，覆蓋1層聚乙烯保溫被(厚2cm)，外層面用三防帆布進(jìn)行覆蓋，形成封閉空間，采用6個(gè)火爐進(jìn)行棚內(nèi)升溫，取料點(diǎn)安置1盞碘鎢燈進(jìn)行烘烤，以保證砂堆不結(jié)塊。粗骨料因含水率較低，料堆面層出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象可能性較小，直接采用三防帆布對中、小石料堆進(jìn)行面層覆蓋，取料時(shí)將三防帆布揭除，用畢及時(shí)進(jìn)行二次覆蓋，防止冰雪對骨料造成冰凍。

2.4 施工用水升溫措施

施工用水采用5kW水泵按就近原則由下游河道抽取至拌和站水箱，取水管道為φ50鋼管，采用聚乙烯保溫被(外部)結(jié)合發(fā)熱帶(內(nèi)部)進(jìn)行包裹，以保證取水管路內(nèi)部不結(jié)冰，混凝土拌和系統(tǒng)水箱由厚1.60cm鋼板焊接而成，在水箱下部采用煤炭進(jìn)行燒烤，以提高拌和用水的溫度，用溫度計(jì)測量水溫，控制拌和用水加熱至40～60℃(溫度根據(jù)日氣溫稍作調(diào)整)后，再進(jìn)行混凝土拌和。

2.5 調(diào)整混凝土配合比

冬季所澆筑混凝土均為二級配C25W6F300混凝土(坍落度7～9cm)，其常溫下混凝土水灰比、摻灰量及外加劑等與低溫季節(jié)混凝土對比情況見表1，混凝土單位材料用量對比情況見表2。

表1 C25W6F300混凝土常溫與低溫水灰比、摻灰量及外加劑等用量對比

表2 C25W6F300混凝土單位材料用量對比 單位：kg/m3

根據(jù)表1、表2數(shù)據(jù)，低溫季節(jié)混凝土配合比主要做以下調(diào)整：在混凝土拌制過程中調(diào)整水灰比，按照30kg/m3增加水泥用量；NH-10防凍劑可在-15℃氣溫中施工，暫按混凝土膠凝材料8%摻加，防凍劑摻加控制標(biāo)準(zhǔn)見表3。拌制混凝土用水加熱升溫后方可投入使用(水溫根據(jù)現(xiàn)場砂石骨料溫度進(jìn)行調(diào)整)。

表3 防凍劑摻加控制標(biāo)準(zhǔn)

施工過程中混凝土攪拌時(shí)間應(yīng)比常溫時(shí)延長50%，由試驗(yàn)人員對原材料和混凝土溫度變化情況進(jìn)行連續(xù)觀測，以確保原材料和混凝土在規(guī)定溫度內(nèi)投入生產(chǎn)，若超出最低溫度要求，則需采用碘鎢燈、增加火爐等方式進(jìn)行升溫，確保混凝土溫度正常，按照熱水+砂石骨料→水泥→粉煤灰順序進(jìn)行投料。

2.6 混凝土運(yùn)輸措施

拌和站出料口采用φ50鋼管搭設(shè)長度為15m的保溫棚，覆蓋2層聚乙烯保溫被及1層三防帆布進(jìn)行保溫，內(nèi)部設(shè)置4個(gè)火爐進(jìn)行升溫。采用保溫棉被將混凝土攪拌車進(jìn)行包裹，利用日溫度較高時(shí)段進(jìn)行混凝土拌制和運(yùn)輸，以減少運(yùn)輸過程中混凝土熱量損失。出料口距廠房安裝間為180m，攪拌車水平運(yùn)輸至廠房安裝間后，采用50t橋式起重機(jī)配合臥罐進(jìn)行混凝土垂直運(yùn)輸，安裝間卸料層距離3號機(jī)段混凝土施工區(qū)30m(4號機(jī)靠安裝間側(cè))，為此需在臥罐運(yùn)行區(qū)域(30m范圍)沿線布置4臺電散熱器，以減少混凝土垂直運(yùn)輸過程中的溫度損失。

混凝土未澆筑期間，需維護(hù)施工道路，將冰雪及時(shí)清除，混凝土攪拌運(yùn)輸車及裝載機(jī)等施工設(shè)備應(yīng)盡量縮短運(yùn)輸、卸料等待時(shí)間，減少半成品混凝土溫度損失。未進(jìn)行混凝土施工時(shí)，所有大型設(shè)備均停放在拌和站出料口處暖棚內(nèi)，以確保低溫季節(jié)混凝土施工前正常運(yùn)行。

在混凝土原材料轉(zhuǎn)運(yùn)、混凝土拌制、運(yùn)輸及澆筑過程中，應(yīng)根據(jù)各部位溫度變化情況，適時(shí)增設(shè)碘鎢燈、火爐等升溫設(shè)備，以保證混凝土各項(xiàng)溫度指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

2.7 冬季混凝土保護(hù)

混凝土澆筑完成后，將4臺電散熱器集中布置在澆筑倉塊周邊，進(jìn)行倉面保溫，采用1層2cm厚保溫棉被進(jìn)行覆蓋，以保證澆筑倉面表層溫度不低于5℃，當(dāng)倉面溫度低于5℃時(shí)應(yīng)增加取暖設(shè)備數(shù)量進(jìn)行升溫，養(yǎng)護(hù)過程中安排專人觀察混凝土表面的狀態(tài)，當(dāng)表面開始干燥時(shí)，以溫水濕潤混凝土表面。

3 冬季施工效果分析

3.1 現(xiàn)場平均值實(shí)測

拌和站出料口混凝土溫度為7℃，采用混凝土攪拌車運(yùn)輸至安裝間，卸料入臥罐后混凝土溫度為5℃，50t橋式起重機(jī)將臥罐混凝土卸入倉面內(nèi)，混凝土溫度降低至3℃。滿足防凍混凝土施工入倉溫度要求。

3.2 混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)

對2013年11月—2014年1月期間所澆筑主機(jī)段流道C25W6F300二期混凝土(共10倉)進(jìn)行28天齡期強(qiáng)度檢測：平均抗壓強(qiáng)度為28.93MPa，平均劈拉強(qiáng)度為2.17 MPa，其中2013年12月26日澆筑的2號機(jī)管型座基礎(chǔ)支墩混凝土抗壓強(qiáng)度最低為27.9MPa，劈拉強(qiáng)度最低為2.07MPa。均達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度指標(biāo)。

4 發(fā)電設(shè)備安裝

根據(jù)施工進(jìn)度要求，原計(jì)劃在5月底首臺機(jī)組具備發(fā)電條件，而燈泡貫流式機(jī)組安裝施工作業(yè)周期較長，根據(jù)以往同結(jié)構(gòu)機(jī)組安裝施工經(jīng)驗(yàn)，首臺機(jī)組安裝(包括部分公用設(shè)施)需要3個(gè)月(90天)方可完成，若待冬休期(11月—來年3月)結(jié)束后4月初進(jìn)場施工，則至6月底首臺機(jī)組才能安裝完成，為此，必須在冬季進(jìn)行機(jī)電設(shè)備安裝施工。二期混凝土澆筑完成時(shí)間為2014年1月2日，7天后具備機(jī)組安裝條件，按照首臺機(jī)90天工期計(jì)算，則至4月10日首臺機(jī)組可安裝完成，首臺機(jī)節(jié)約工期約50天。

5 結(jié) 語

新疆地區(qū)冬季時(shí)段較漫長，混凝土年施工作業(yè)時(shí)段為4—10月，冬季混凝土非施工區(qū)段為11月—來年3月，結(jié)合該工程實(shí)例，冬季混凝土施工主要控制點(diǎn)有以下幾個(gè)：混凝土澆筑倉面環(huán)境溫度必須控制恒溫，受外部冷空氣干擾較小，在關(guān)鍵施工區(qū)進(jìn)行小氣候升溫；拌和站應(yīng)具備良好的保溫及運(yùn)行條件，防止拌制過程中混凝土溫度大幅流失；砂石骨料需保證不受冰凍結(jié)塊，隨取隨用；優(yōu)化混凝土配合比，提高水泥摻量，選用適用鋼筋混凝土施工的防凍劑；混凝土運(yùn)輸過程中溫度損失較大，需要盡可能縮短運(yùn)距及減少混凝土二次周轉(zhuǎn)時(shí)間。

該案例表明，若采取多方面混凝土冬季溫控施工措施，可滿足高寒地區(qū)冬季混凝土施工需要。