范 雄 安

(华电金沙江上游水电开发有限公司，四川 成都 610000)

1 叶巴滩水电站气温特点

叶巴滩水电站位于四川与西藏界河金沙江上游河段上，系金沙江上游规划13个梯级水电站的第7级。电站枢纽建筑物由混凝土双曲拱坝、泄洪消能建筑物、引水发电建筑物等组成，大坝最大坝高217.0 m。叶巴滩水电站坝址区海拔高度2 700～2 900 m，属高寒高海拔地区，坝址区气候条件具有以下特点：

(1)海拔高，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 ℃，坝址区极端最低气温-23.5 ℃。

(2)气温日变幅极大。气温日变幅超过15 ℃的全年有263 d，日变幅超过20 ℃的有166 d。其中1月份气温最大日变幅达27 ℃。

(3)气候干燥，降雨量远小于蒸发量。根据盖玉简易气象站近9年的观测资料，坝址区多年平均年蒸发量为1 200.2 mm(20 cm蒸发皿)，多年平均相对湿度78%，多年平均年降水量仅658 mm，历年最大日降水量43.3 mm。

(4)寒潮频繁。根据近3年的气象资料分析，坝址区多年平均寒潮次数8～10次，寒潮最大降温幅度10.9 ℃。

2 冬季施工的概念及温度实测情况

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天稳定在-3 ℃以下时，即进入低温季节施工期。

经实测，叶巴滩水电站2017年12月1日至2018年1月31日坝区(海拔2 750 m)各时间平均及最低气温见表1，俄德西沟工区(海拔3 000 m)各时间平均及最低气温见表2。

表1 坝区(海拔2 750 m)各时间平均及最低气温统计表

表2 俄德西沟工区(海拔3 000 m)各时间平均及最低气温统计表

3 冬季施工各项控制指标

3.1 低温季节及高温季节

叶巴滩水电站低温季节指10月至次年3月，高温季节指4月至9月。

3.2 冬季混凝土施工

规范要求(建议注明规范名称和编号)，除特殊需要，日平均气温在-20 ℃以下时不宜进行混凝土施工。

3.3 混凝土允许受冻临界强度

混凝土获得一定强度后再受冻，保证混凝土结构不致造成破坏，后期强度仍能继续增长，最终强度可达28d龄期强度的95%以上。混凝土受冻以前具有的强度，称为混凝土允许受冻临界强度。

混凝土允许受冻临界强度是低温季节混凝土拆模、保温、检验混凝土质量的重要标准。根据规范规定，混凝土允许受冻临界强度值应满足下列要求：

(1) 大体积混凝土不低于7.0 MPa或成熟度不低于1 800 ℃·h；

(2) 非大体积混凝土和钢筋混凝土不应低于设计强度的85%。

大体积混凝土，目前没有统一定义，其中用表面积系数M<3(M=结构物表面积/结构物体积)来标识大体积混凝土。工业和民用建筑物中，以M<5来划分大体积混凝土，这是与水工混凝土不同之处。

工业和民用建筑施工中，用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制的混凝土其抗压强度达到设计强度的30%前均不得受冻。

3.4 骨料预热

低温季节骨料不冻结，料堆中下部骨料温度不低于3℃。

规范9.2.3条对原材料加热进行了说明，明确当日平均温度稳定-15 ℃以下时，应加热骨料。这是国内北方和前苏联的经验，日平均气温高于-5 ℃时应采用热水拌和的方法。骨料预热可以在料堆或储料仓内加热，亦可利用解冻室加热。热风可以用于直接加热，热水一般用于间接加热。

3.5 混凝土拌和

(1) 拌和混凝土前，应用热水和蒸汽冲洗拌合机，并将积水或冰水排除，并使拌合机机体处于正温状态。混凝土拌和时间比常温季节适当延长，延长时间由试验确定，一般延长20%～25%。

(2) 提高混凝土的温度，首先考虑用热水拌和(在一般情况下，拌和用水温度每提高5 ℃，混凝土约升温1 ℃)，当热水拌和尚不能满足要求时，再加热砂石骨料。水泥不得直接加热。

(3) 用热水拌和，水温一般不宜超过60 ℃。有的资料介绍可用80～100 ℃拌和热水温度，本工程仍采用60 ℃，原因是80 ℃以上的热水可能会使水泥假凝。还有大体混凝土施工用水量很大，在工地加热水温一般可达到50～60 ℃，要加80～100 ℃热水比较困难。超过60 ℃时，应改变拌和加料顺序，将骨料与水先拌和，然后加入水泥拌和，避免水泥假凝。

(4) 骨料最高温度不宜超过60 ℃。若可以采用不加热的骨料时，则骨料中绝不能混有冰雪、表面不能结冰。

(5) 外加剂如何加热要根据产品性能来确定。

(6) 进入拌和楼的水泥温度不应高于60 ℃。

3.6 运输设备的保温

(1)混凝土罐保温。当日平均气温低于-10 ℃时，混凝土罐需要保温。

(2)自卸汽车保温。低温季节运送混凝土的大中型自卸车(装混凝土3 m3以上)应加以保温。当气温比较低和运输距离较远时可以利用汽车废气进行保温，在车厢底板上加2 mm厚钢板，形成约50 mm高的空腔，通入废气加热，其温度可达130～135 ℃。为保证安全，应使车厢低的废气出口截面积比入口管子截面大4～5倍。

3.7 保温采暖温度要求

低温季度混凝土拌和与浇筑仓面各部位，一般均应处于正温状态。具体要求见表3：

3.8 混凝土出机口温度

实际拌和过程中有热量的损失和拌和机体的温度传导损失等影响，混凝土出机口温度比理论拌和后温度要降低3～4.5 ℃，温度降低值参考表4：

设计要求混凝土出机口温度应根据最高温度确定，低温季节出机口温度不低于10 ℃。

3.9 混凝土运输过程温度损失

估算公式为：

tu=a(t0-ta)z

式中tu为混凝土运输过程中的温度损失，℃；t0为混凝土开始运输时的温度，℃；ta为外界气温，℃；Z为运输时间，h；a为容器系数(采用吊罐时，水平运输和垂直运输时均取0.15，敞口容器，包括自卸汽车和胶带机运输时取0.2)。

表3 混凝土拌合与浇筑仓面各部位保温温度要求参考表

表4 混凝土拌和过程中的温度降低值

3.10 混凝土入仓等温度损失

估算公式为：

tj=0.17(tp-tc)z

式中tj为混凝土浇筑过程中的温度损失，℃；tp为混凝土入仓温度，℃；tc为外界或暖棚内气温，℃；Z为平仓振捣到表面覆盖时间，h。

设计要求宜控制混凝土从出机口到仓面，入仓温度回升或损失在1 ℃以内；宜控制混凝土从出机口至上层混凝土覆盖前的温度回升值或损失不超过4 ℃。

3.11 混凝土浇筑温度

混凝土浇筑温度应根据满足最高温度确定，参考低温季节混凝土浇筑温度6～10 ℃，高温季节不大于14 ℃。

3.12 基岩与混凝土表层加热

在严寒条件下基岩或混凝土表面温度通常都为负温，在这些部位浇筑混凝土时，一般讲基岩或混凝土加温至正温，或以浇筑仓面边角表面温度达到正温为标准，以防止混凝土早期受冻。

设计要求低温季节基岩或老混凝土应加热至3 ℃以上。

3.13 混凝土分层浇筑厚度要求

混凝土应采用分层连续的方法浇筑，浇筑分层厚度不得小于20 cm。

设计要求导流洞进水塔混凝土浇筑分层厚度为1.5～3 m左右，上、下层浇筑间歇时间宜为5～7 d，最长间歇期不超过15 d。

3.14 混凝土拆模规定

低温季节混凝土模板一般不拆模，如果必须拆模，应按下列规定进行：

(1)非承重模板拆除时，混凝土强度必须大于允许受冻的临界强度或成熟度值，拆模和养护应满足温控防裂要求，应保证内外温差小于20 ℃或2～3 d内混凝土表面温降小于6 ℃。

(2)承重模板拆除经计算确定。

(3)避免在夜间和预期气温骤降时间内拆模。

3.15 气温骤降

指日平均气温在2～3 d内连续下降累计6 ℃以上。

3.16 冬季施工混凝土养护温度要求

当天平均温度低于5 ℃时，不需要养护。开始养护时的温度不得低于5 ℃，细薄截面结构不得低于10 ℃。

3.17 基坑中混凝土且有地下水时养护要求

对于基坑中的混凝土，当地下水位较高时可待顶面混凝土初凝后，采用放水淹没的方法养护，但当地下水位超出混凝土顶面的高度小于冰层厚度时，不得放水养护。

3.18 冬季施工温度检测要求

3.18.1 检测方法

(1)混凝土出机口温度：在拌和楼出料口取样测得的混凝土表面以下10 cm处的混凝土温度。

(2)混凝土浇筑温度：混凝土经过平仓振捣后，覆盖上层混凝土前，在距混凝土面10 cm深处的混凝土温度。

(3)混凝土最高温度：混凝土浇筑块测量的内部平均最高温度。

(4)混凝土表面温度：隧洞衬砌混凝土厚度较薄，对隧洞衬砌混凝土，混凝土表面以内3 cm处测量的温度；对于其他大体积混凝土，混凝土表面以内5 cm处测量的温度。

3.18.2 检测频次

(1)水、外加剂及骨料的温度每1 h检测1次。

(2)混凝土出机口温度、运输过程中温度损失和混凝土浇筑温度，根据需要或每2 h检测1次。

(3)暖棚法施工时，暖棚内气温每4 h检测1次。

(4)采用蓄热法养护，在养护期间至少每6 h检测一次。

(5)掺防冻剂的混凝土在强度未达到混凝土允许受冻临界强度前，应每2 h检测1次，达到允许受冻强度以后，每6h检测1次。

(6)采用加热法养护混凝土时，在升温、降温期间每1 h检测1次，在恒温期间每2 h检测1次。

(7)大体积混凝土浇筑后三天内应加密观测温度变化，外部混凝土应每天观测最高、最低温度，内部混凝土8 h观测1次，其后宜12 h观测1次。

3.19 混凝土上下层温差

在间歇期超过28 d的混凝土面上继续浇筑混凝土时，上下层允许温差≦18 ℃。

3.20 混凝土内外温差

设计要求控制混凝土内外温差≦20 ℃。

3.21 冬季施工对制作试件要求

除应按规定制作标准试件外，还应根据养护、拆模、承受荷载的需要，增加与结构同条件养护的施工试件不少于2组。

4 冬季混凝土施工保温措施及效果

4.1 保温措施

2017年，叶巴滩水电站针对前期工程主要采取了以下保温措施：

(1)桥梁、房建板梁柱等体积较小，或重要部位的混凝土结构采用搭设全封闭暖棚+加热蒸汽保温+白天太阳照射时间浇筑措施。

(2)路面、挡墙等大面积混凝土采用塑料薄膜+电热毯+棉被+白天太阳照射时间浇筑措施。

(3)洞内混凝土采用洞口、洞内分隔挂帘+浇筑仓位区段加热措施。

(4)砂石骨料采用封闭覆盖，保证骨料温度在0 ℃以上措施，对结冰部分提前剔除。导流洞砂石骨料采用了地暖措施。

(5)混凝土拌和系统采用加热水，保证出机口温度满足要求。

(6)混凝土运输罐车采用包裹棉被+缩短运距措施。

保温措施分别有：洞口挂帘保温、洞内分区段挂帘保温、洞内底板浇筑保温、预制梁暖棚蒸汽保温、骨料覆盖保温、拌和楼烧热水措施。

4.2 保温效果

4.2.1 俄德西沟洞内保温温度检测情况

经2017年12月1日—2018年1月31日实测俄德西沟排水洞洞内保温温度满足规范要求，见表5：

4.2.2 预制梁保温棚内温度检测情况

经2017年12月1日—2017年12月31日实测预制梁保温棚内温度检测结果满足规范要求，见表6：

表5 俄德西沟排水洞洞内保温温度实测统计表

表6 桥梁预制梁保温温度实测统计表

4.2.3 导流洞底板混凝土浇筑保温情况

经实测，拌和水采用燃煤锅炉加热、混合后水温9～20 ℃；砂石骨料采用地暖+拌和热水循环加热，温度4～8 ℃；通过冷热水混合(热水温度40 ℃左右)，混凝土出机口温度9～15 ℃；混凝土浇筑温度10～18 ℃；导流洞洞内温度随气温变化，但变化量不明显，洞内温度在4～9 ℃之间。

经监理独立取样检测，左岸导流洞C35W8F100底板混凝土28d抗压强度2组：最大值41.1 MPa、最小值39.0 MPa、平均值40.1 MPa；C40W8 F100底板混凝土28 d抗压强度5组：最大值42.3 MPa、最小值40.2 MPa、平均值40.8 MPa；C25W8F100边顶拱混凝土28 d抗压强度3组：最大值28.3 MPa、最小值25.0 MPa、平均值27.1 MPa。

右岸导流洞C40W8F100底板混凝土28 d抗压强度5组：最大值42.3 MPa、最小值41.1 MPa、平均P值41.4 MPa；C25W8F100边顶拱混凝土28 d抗压强度4组：最大值32.7 MPa、最小值25.3 MPa、平均值：28.6 MPa。

通过现场同条件与标养室件与不同龄期混凝土强度增长情况来看，3 d标养强度达到设计强度值的35%，同养强度达到设计强度值的30%；7 d标养强度达到设计强度值的65%，同养强度达到设计强度值的60%；14 d标养强度达到设计强度值的88%，同养强度达到设计强度值的75%。

5 结 语

叶巴滩坝址区独特的气候条件不利于拱坝混凝土的温控防裂，尤其是混凝土表面保温措施极为重要。为了获取不同保温措施条件下大体积混凝土的温控参数，确保后期拱坝大体积混凝土施工期防裂安全和所提表面保温措施的可行性和可靠性，有必要开展混凝土冬季浇筑保温措施效果试验、探索与总结。从叶巴滩水电站2017年冬季施工保温措施落实情况看，所施工混凝土质量经检测全部合格，没有出现受冻、低强等问题，为后续主体工程施工积累了一定经验。目前，大坝等主体工程刚开始施工，有关高寒、高海拔地区冬季施工保温措施的研究工作还有待于进一步深入。