郝 文 新

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

葉巴灘水電站導(dǎo)流洞位于四川與西藏界河金沙江上游河段，系金沙江上游13個(gè)梯級(jí)水電站開發(fā)中的第7級(jí)，上游為波羅水電站，下游與拉哇水電站銜接，壩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條導(dǎo)流洞，均按有壓洞設(shè)計(jì)；導(dǎo)流洞斷面型式為城門洞型。導(dǎo)流洞運(yùn)行時(shí)間為6 a，比肩白鶴灘水電站導(dǎo)流洞使用年限。

由于壩區(qū)巖體主要結(jié)構(gòu)面橫河向發(fā)育，處于斷層、小斷層交匯帶及裂隙密集帶，存在涌水和突水等問題，導(dǎo)流洞底板混凝土宜安排在12～次年3月地下水小、橫河向滲水少的時(shí)段施工，而此時(shí)段正處于低溫季節(jié)。

葉巴灘水電站壩址區(qū)海拔高度為2 700～2 900 m，屬高海拔地區(qū)，氣候干燥，年平均氣溫低。壩址區(qū)多年平均氣溫約9.2 ℃，全年有4個(gè)月的月平均氣溫低于5 ℃，最低氣溫為-12 ℃，壩址區(qū)極端最低氣溫為-23.5 ℃。葉巴灘水電站低溫季節(jié)系指11月至次年3月初。

按照DL/T5144-2015《水工混凝土施工規(guī)范》中的9.1.1規(guī)定：凡工程所在地的日平均氣溫連續(xù)5 d穩(wěn)定在5 ℃以下或最低氣溫連續(xù)5 d穩(wěn)定在-3 ℃以下時(shí)，即進(jìn)入低溫季節(jié)施工期。

低溫季節(jié)施工混凝土易遭受早期凍害，為了保證混凝土質(zhì)量，冬季混凝土施工應(yīng)滿足以下條件：(1)混凝土中的水分不結(jié)冰，提高混凝土的自身溫度。(2)混凝土的飽水程度低于臨界飽和度，降抵混凝土的含水率。(3)混凝土在受凍時(shí)的強(qiáng)度高于臨界強(qiáng)度，提高早期強(qiáng)度[1]。若要達(dá)到以上條件，除加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)外，還應(yīng)對(duì)原材料進(jìn)行控制。筆者對(duì)所選取的原材料溫度控制措施進(jìn)行了闡述。

2 原材料的選擇

(1)水泥。冬季施工盡量不使用水化熱較小的礦渣水泥，水泥不得直接加熱，袋裝水泥使用前宜運(yùn)入暖棚內(nèi)存放。葉巴灘水電站導(dǎo)流洞施工最終選用的是P·O42.5水泥。

(2)摻合料。在冬季施工時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低摻合料的摻量。因粉煤灰活性太低，早期強(qiáng)度低，達(dá)到臨界強(qiáng)度的時(shí)間太長，導(dǎo)致其受凍傷的可能性增大，故應(yīng)盡可能采用Ⅰ級(jí)灰。摻合料可以延長水泥水化的時(shí)間，但在溫度較低的情況下不利于水泥水化。因此，必須嚴(yán)格控制摻合料的摻量。粉煤灰因運(yùn)距較遠(yuǎn)，葉巴灘水電站導(dǎo)流洞摻合料最終選用優(yōu)質(zhì)火山灰，經(jīng)試驗(yàn)確定摻量為15%。

(3)砂、石。提前進(jìn)行砂石料備料并嚴(yán)格控制砂石料的含水率，將砂的含水量控制在3%以下，石子的含水量控制在1%以下。選擇顆粒硬度高和空隙率小的骨料，骨料應(yīng)清潔，不得含有冰雪凍塊及其他易凍裂的物質(zhì)。可采用加熱骨料的方法提高拌合物溫度，但不宜高于40℃[2]。

(4)水。優(yōu)先采用加熱水的方法提高拌合物的溫度，但不宜高于60 ℃；應(yīng)先投入骨料和熱水進(jìn)行攪拌，然后再投入膠凝材料等共同攪拌。

(5)外加劑。葉巴灘水電站導(dǎo)流洞底板混凝土有抗沖耐磨要求，最終采用了高性能減水劑，引氣劑，HF抗沖磨劑。

3 原材料溫度控制理論計(jì)算及方案設(shè)計(jì)

《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5144-2015規(guī)定：低溫季節(jié)混凝土澆筑溫度為6 ℃～10 ℃。葉巴灘水電站導(dǎo)流洞工程設(shè)計(jì)要求低溫季節(jié)出機(jī)口溫度不低于10 ℃。拌和系統(tǒng)距導(dǎo)流洞最遠(yuǎn)運(yùn)距為2 km，運(yùn)輸時(shí)間取Z=0.5 h，混凝土施工過程溫度總損失包括運(yùn)輸過程溫度損失和澆筑過程溫度損失，經(jīng)計(jì)算，混凝土施工過程中的總的溫度損失Tn為2.93 ℃，取總的溫度損失3 ℃。當(dāng)出機(jī)口溫度為10 ℃時(shí)，則澆筑溫度為7 ℃，滿足規(guī)范要求。在實(shí)際拌和過程中，因配料、膠帶機(jī)上料熱量的損失和拌和機(jī)體的溫度傳導(dǎo)損失等影響，實(shí)際混凝土出機(jī)口溫度比理論計(jì)算拌和后的溫度要降低3 ℃～4.5 ℃，最終取3 ℃。理論計(jì)算出機(jī)口溫度應(yīng)大于13 ℃[3]。

為保證低溫季節(jié)混凝土出機(jī)口溫度不低于10 ℃，采用推薦二級(jí)配常態(tài)底板混凝土HFC35 W8F100(表1)的配合比進(jìn)行出機(jī)口溫度計(jì)算，拌和水溫每提高5 ℃、出機(jī)口溫度升溫0.435 ℃；粗骨料溫度每提高1 ℃、出機(jī)口溫度升溫0.47 ℃。

方案一：僅提高拌和水溫度。因工地現(xiàn)場(chǎng)地處藏區(qū)高原，海拔高，提高水溫較為困難。①將若干電加熱棒(10 kW/支)放入開敞鋼板水箱，水溫只能升高到26 ℃。②保持電加熱棒加熱，在水箱底部燒柴，水溫只能升高到44 ℃。如果只采用加熱水的方式，通過熱工計(jì)算得知水溫提高到60 ℃仍不能滿足出機(jī)口溫度設(shè)計(jì)要求。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)室內(nèi)試驗(yàn)，水溫加熱到60 ℃時(shí)用于混凝土拌和，混凝土拌和物在10～15 min即出現(xiàn)離析，和易性差。由此看出此方案不可行。

方案二：采用提高拌和水溫+預(yù)熱骨料。膠凝材料(水泥、火山灰)的溫度為55 ℃，如果提高砂的溫度到4 ℃、碎石的溫度到8 ℃、拌和水的溫度到20 ℃，計(jì)算得出理論拌和出機(jī)口溫度為13.26 ℃。實(shí)際拌和出機(jī)口溫度為10.26 ℃，符合低溫季節(jié)出機(jī)口溫度不低于10 ℃的設(shè)計(jì)要求[4]。

表1 葉巴灘水電站導(dǎo)流洞底板混凝土推薦配合比表

4 原材料溫度控制方案的實(shí)施

該項(xiàng)目最終采用方案二：提高拌和水溫度和預(yù)熱骨料。搭建保溫棚，將砂石骨料成品儲(chǔ)存于保溫棚中。

①保溫棚主體框架采用型鋼搭建，保溫棚采用10 cm厚泡沫夾心保溫板，屋面為鋼絲網(wǎng)+10 cm厚巖棉+彩鋼瓦式結(jié)構(gòu)，建筑面積為2 600 m2，高度為8 m，分32 m兩跨。

②在堆料底板混凝土中埋設(shè)地暖管路，地?zé)釤崴鞴堋崴Ч芫捎忙?0鋼管，熱水支管間距均為80 cm；地?zé)峁艿谰鶠榍度胧?，即地面硬化時(shí)預(yù)留9 cm深，8 cm寬的預(yù)留槽；每個(gè)料倉前設(shè)置350 mm×200 mm(長×寬)，深200 mm的預(yù)留溝槽，設(shè)置疏水器。加熱管路與堆料底板混凝土中的地暖管連接，排煙管繞倉庫墻板內(nèi)壁敷設(shè)后排煙，加熱管路支路、排壓蒸汽管延長置入拌和水池。

加熱措施：采用1.5 t燃煤壓力鍋爐并將其設(shè)在倉庫一角，燃煤壓力鍋爐加熱可取用4個(gè)熱源，即循環(huán)熱水通過地暖管路加熱骨料、熱水管可混合拌和水、排煙管路用于加熱環(huán)境溫度、排壓蒸汽管放入拌和水池加熱拌和用水。

保溫棚堆料高度為5 m，設(shè)兩個(gè)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)出口，汽車從砂石系統(tǒng)運(yùn)送砂石骨料進(jìn)入保溫棚分設(shè)料堆，以裝載機(jī)、挖掘機(jī)整理堆高5 m，不設(shè)地弄，采用裝載機(jī)對(duì)配料斗上料，配料斗下方混凝土地面內(nèi)設(shè)有地?zé)峁苈贰?/p>

另在拌和站設(shè)置了一座12 t鍋爐，集中為拌和系統(tǒng)供應(yīng)熱水。澆筑混凝土?xí)r提前對(duì)水進(jìn)行加熱以提高拌和水的溫度。拌和混凝土前用熱水對(duì)拌和機(jī)、輸送泵管進(jìn)行沖洗。

5 實(shí)施效果

2017年11月混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)投運(yùn)，2017年12月4日開始澆筑導(dǎo)流洞底板混凝土。2017年12月月平均氣溫為0.17 ℃，最低日平均氣溫為-3.42 ℃；2018年1月月平均氣溫為0.36 ℃，最低日平均氣溫為-2.33 ℃，原材料與氣溫接近。

鑒于砂石溫度較低，放入暖棚中的骨料體積大，使用補(bǔ)充更換較快、加熱升溫較困難，據(jù)2017年12月1日～2018年1月31日實(shí)測(cè)溫度(表2)，暖棚內(nèi)砂的溫度為1 ℃～5.7 ℃，粗骨料的溫度為1 ℃～9 ℃，拌和水采用燃煤鍋爐加熱蒸汽混合后為水溫的10 ℃～16.6 ℃,比理論計(jì)算要求的溫度值略低，從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)看，因采取了拌和混凝土前用熱水對(duì)拌和機(jī)、輸送泵管進(jìn)行沖洗等措施，拌和過程溫度損失、膠帶機(jī)上料熱量的損失和拌和機(jī)體的溫度傳導(dǎo)損失可忽略不計(jì)；且因出口到澆筑倉面運(yùn)距較近，運(yùn)輸攪拌車采用了保溫措施；洞內(nèi)澆筑施工采取了洞口掛簾、洞內(nèi)倉面分段掛簾的保溫措施等辦法，從實(shí)測(cè)出機(jī)口溫度和澆筑溫度來看，原理論計(jì)算混凝土施工過程溫度總損失取3 ℃，而實(shí)際為1 ℃，理論出機(jī)口溫度達(dá)到11 ℃以上，實(shí)際出機(jī)口溫度能達(dá)到10 ℃以上。經(jīng)實(shí)測(cè)：底板混凝土出機(jī)口溫度達(dá)到10 ℃以上能夠滿足設(shè)計(jì)出機(jī)口溫度要求[5]。

表2 葉巴灘水電站導(dǎo)流洞2017年12月～2018年1月施工測(cè)溫記錄表

藏區(qū)高原晝夜溫差大、白天陽光直曬與背陰面溫差明顯，葉巴灘水電站氣象呈“長冬無夏斷春秋”特征，故選擇日照時(shí)間長的陽面場(chǎng)地布置人工砂石骨料系統(tǒng)和混凝土拌和系統(tǒng)有利于低溫季節(jié)混凝土施工。

經(jīng)監(jiān)理取樣檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：左岸導(dǎo)流洞底板C35W8F100混凝土28 d抗壓強(qiáng)度2組：最大值為41.1 MPa、最小值為39 MPa、平均值為40.1 MPa；C40W8 F100底板混凝土28 d抗壓強(qiáng)度5組：最大值為42.3 MPa、最小值為40.2 MPa、平均值為40.8 MPa。右岸導(dǎo)流洞C40W8F100底板混凝土28 d抗壓強(qiáng)度5組：最大值為42.3 MPa、最小值為41.1 MPa、平均值為41.4 MPa，混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié) 語

葉巴灘水電站導(dǎo)流洞施工結(jié)合自然條件及施工準(zhǔn)備期現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，合理選擇原材料并通過熱工計(jì)算進(jìn)行綜合分析，對(duì)原材料的溫度控制采取了切實(shí)可行的措施，使葉巴灘水電站導(dǎo)流洞工程能夠進(jìn)行低溫季節(jié)連續(xù)施工。實(shí)踐證明：出機(jī)口溫度控制不低于10 ℃，入倉溫度控制在7 ℃以上，再加上施工過程中實(shí)施的其他防凍、防裂措施，低溫季節(jié)施工的底板混凝土澆筑質(zhì)量良好，截流前檢查底板混凝土無裂縫。所取得的經(jīng)驗(yàn)可為低溫季節(jié)施工混凝土提供參考。