冬季温混凝土法在水电站首部枢纽工程的应用
提要：水工混凝土对抗渗、抗冻要求较高，主体工程在00C以下施工，须采用电热法、暖棚法等蓄热保温措施，使浇筑环境温度满足规范要求，因此施工成本较大。根据工期的需要，四川华能自一里水电站首部枢纽部分主体工程需安排在冬季11月份和12月份浇筑，经试验和多种方案比较，其冬季施工措施采用副温混凝土施工技术，即加GK-2A型防冻剂（具有防渗要求的部位再加引气剂），该防冻剂具有防冻、减水、引气、早强性能，该防冻剂主要作用降低冰结点，使混凝土在负温情况下继续水化反应，抗冻能力得以提高，实践证明该方案可用于主体混凝土施工，为水工主体工程负温混凝土施工技术提供借鉴，而且取得可观的经济效益，其质量经混凝土试块仿真养护压力试验，钻芯取样评定均满足规范要求，且达到优良标准，该工程已已运行多年，经检查工况良好。
1概述
1.1工程简介
四川华能自一里水电站位于四川涪江上游最大的支流火溪河上，其闸址位于平武县白马寨下游2km处，该电站为引水式地下厂房，总装机容量为130MW，其中首部枢纽工程包括：取水口、一孔冲砂闸、两孔泄洪闸及左右岸连接挡水坝段。取水口位于基岩上，其它坝段均位于软基上，本标工程除闸坝外还包括1500m引水隧洞和1400m上下坝公路（即改造九环线）。
根据业主工期要求，主体工程混凝土在冬季11月和12月必须施工。据统计，2002年冬季施工项目有：1#、2#坝段及上下坝公路连接段共 15600m3混凝土，2003年冬季施工的项目有3#、4#坝段共有5000m3混凝土，自一里工程冬季施工共20600m3混凝土。
1.2工程所处气候环境情况简介
自一里水电站工程所在区域属亚热带山地气候，冬季寒冷干燥，气温垂直变化明显。据资料显示，全年平均气温7.6℃，极端最高气温29.5℃，极端最低气温-16.5℃。冬季日平均气温在3℃左右，11月份气象特点：平均气温为3.7℃，极端最低气温为-2.4℃，最大风速为11.0m/s；12月份气象特点：平均气温为-2.4℃，极端最低气温为-6.6℃，最大风速为15.7m/s。
1.3有关热工基础参数计算
1.3.1室外计算温度
ta=0.4te+0.6ty
ta－室外计算温度0C
te－工程所在地区历年最冷月最低温度0C
ty－工程所在地区历年绝对最低温度0C
1.3.2混凝土成熟度计算
成熟度计算的目的：采用成熟度作为检验低温季节混凝土是否达到允许受冻临界强度的标准和确定拆模时间。本地区11月、12月气温在-10℃以上，因此采用经验公式即绍尔公式：N=∑（tg+10）△z
N ——混凝土成熟度0C.d或0C.h
△z——养护时段d
tg ——△z时段内混凝土硬化时的平均温度0C
1.3.3混凝土的温度损失
其损失包括运输过程和浇筑过程中温度损失。
运输过程：公式 tu=A(to-ta)z
tu－运输过程的温度损失0C
to－混泥土出机口温度0C
ta－室外计算温度0C
z－运输时间h
A－装运混泥土容器系数 吊罐＝0.13，敞口式0.2
浇筑过程温度损失：公式 tj＝0.17（tB,P -tc）zc
tj-浇筑混泥土温度损失0C
tB,P－混泥土入仓温度0C
tc－暖棚内温度0C
zc－平仓、振捣到上层覆盖的时间即浇捣时间h
2本工程几种冬季施工措施费用的比较
2.1负温混凝土施工法
通过试验，经计算分析加GK－2A型防冻剂，浇后覆盖彩条布和草袋表面蓄热常规养护措施比常规混凝土增加费用为3％，本工程增加费用=180元/方x206000x0.03=11.1万元。
2.2电热法施工
参考有关经验计算分析比常规混凝土增加费用为30％左右，本工程需增加费用=180x20600x0.3=108万元。
2.3暖棚法施工
参考有关经验计算分析，增加费用为40％左右，本工程需增加费用=180x20600x0.4=148.3万元。
经比较负温混凝土法比电热法节约资金96.9万元，比暖棚法节约资金137.2万元。
3负温混凝土法施工
3.1负温混凝土法施工有关要求
过去负温混凝土是掺有大量氯盐的混凝土，在外界负温条件下浇入不保温的模板中，进行简单的覆盖养护，以防混凝土冷却过快和霜雪落在混凝土上。据行业标准要求一般适宜于栈桥墩、挡墙等非主体无筋混凝土工程。随着新型材料的发展，混凝土防冻剂被广泛采用，且应用于主体工程。
3.2自一里首部枢纽主体工程采用负温混凝土法施工的可行性分析
自一里首部枢纽工程冬季施工的主要项目都有1#－4#挡水重力坝段部分混凝土，上下坝公路连接挡墙，上述部位均为无筋大体积混凝土。氯盐溶液改掺GK-2A型防冻剂（具有防渗要求的加引气剂），该防冻剂具有防冻、减水、引气、早强性能，该防冻剂主要作用降低了冰结点，使混凝土在负温情况下继续水化反应，抗冻能力提高到-150C。本工程经多次配比试验，GK-2A防冻剂掺量为3.8％，对有防渗要求的混凝土再加1/1000GK-9A型引气剂，浇筑中采用碘钨灯蓄热形成施工小气候，浇完后推迟模板拆除时间，拆模后立即挂草帘，混凝土表面覆盖彩条布、草袋防雪蓄热养护的常规措施，因此不需特殊保温措施，可进行主体混凝土施工。
3.3负温混凝土法施工过程控制
3.3.1 原材料控制
为避免混凝土早期受冻，采用堆高，彩条布覆盖的方法对储料堆的沙石骨料进行保温、防雨和防雪。
3.3.2 掺加外加剂提高砼抗冻力
采用GK-2A型防冻剂，该防冻剂具有防冻、减水、引气、早强性能，该防冻剂降低了冰结点，使混凝土在负温情况下继续水化反应，抗冻能力提高到-150C。
3.3.3 拌和中的温控措施
拌和楼属房式结构，楼内外温差达3～4℃，并延长混凝土拌和时间30s以上，保证砼出机口温度。
3.3.4 运输中保温措施
虽混凝土运输距离较近（200m左右），但混凝土运输过程仍采用草袋覆盖保温，防雨和防雪。
3.3.5 混凝土结合面处理
对施工缝不用水冲洗，采用风枪和绵纱清洗仓面。
3.3.6 浇筑中的温控措施
对已浇混凝土及时覆盖彩条布，碘钨灯蓄热形成小气候。
3.3.7 浇筑后的温控措施
对新浇混凝土收仓后立即覆盖彩条布草袋保温、防雪防雨，采用搭设简易的温棚和碘钨灯蓄热保温，推迟模板的拆除时间，撤后立即挂草帘保温。
4混凝土施工质量控制情况分析
4.1施工温度情况
为确保施工质量总结经验，对混凝土施工温度进行统计分析，定期对混凝土出机口温度，室外温度混凝土入仓温度进行测试和统计，测试时间选在8：00，12：00，18：00，1：00。在室外温度为00C－-50C时，通过统计总结混凝土内部温度比室外高10C－50C,在砂石骨料无冰块的情况下出机口温度在10C－60C间，混凝土运输损失温度约为0.50C。下面表1为12月份一组C15混凝土实测温度。
C15混凝土施工实测温度表 表1
4.2混凝土质量控制成果分析
据有关资料统计分析：加氯盐负温混凝土7天龄期实际强度为20-25％（28天标养）强度，28天负温混凝土实际强度为40－50％（28天标养）强度，180天方能达到28天标养强度。
本工程加GK-2A型防冻剂，为确保本工程施工质量，发现问题，指导施工，混凝土试块采用标养和室外仿真养护（即在露天自然状态下养护）进行对比分析，混凝土室外仿真养护成果显示，取部分试块说明，统计分析其3天和7天强度较标养强度比低，28天强度基本标养强度一致，如1#坝段2002年12月份施工的C15混凝土，当时室外温度-30C，混凝土入仓温度为3.50C，7天自然养护强度为6.2Mpa，其7天标养强度为8.4Mpa，28天标养强度为18.1Mpa, 28天自然养护强度为16.3Mpa。2#坝段C15混凝土，当时室外温度-40C，混凝土入仓温度为1.50C，3天自然养护强度为3.5Mpa，其3天标养强度为6.4Mpa, 28天标养强度为17.8Mpa, 28天自然养护强度为16.1Mpa。在2003年12月份施工4#坝段C20混凝土，当时室外温度-3.50C，混凝土入仓温度为1.50C，其28天标养强度为24.1Mpa, 28天自然养护强度为21.9Mpa。为确保质量及早发现问题处理问题，在负温混凝土的每仓都取有试块，经统计分析在-60C以上施工，3天自然养护试块的强度比3天标养强度低40％左右，7天自然试块的强度比7天标养强度低25％左右，28天自然试块的强度与28天标养强度接基本一致，每个试块的强度均大于设计强度等级，在质量评定时自然养护的试块和标养的试块一同参与混凝土质量的评定，各种参数均为优良，在浇筑后采用覆盖草袋，彩条布等养护措施，表面未发生冻裂现象。经过对冬季浇筑的混凝土在2#坝段钻孔取芯，经评价其质量与常温下施工的混凝土相同，层间结合良好，砼密实，无缺陷。验证了砼的可靠性。
5结语
自一里水电站首部枢纽工程，负温混凝土施工法在主体工程的成功应用有以下几条经验值得总结：
①在-100C以上防冻剂取代氯盐进行负温混凝土施工，在浇完后表面采用覆盖塑料薄膜和草袋保温养护，其混凝土质量能满足规范要求，浇筑大体积无筋混凝土是可行的，-100C以下还需进一步总结。
②负温混凝土施工法，保温措施费用低，在施工时对砂石骨料必须注意，要求无冰块比较干燥的骨料，因此必须提前储备，表面需有防雪防雨措施，含冰块的骨料不能进仓，会引向早期水化反应，早期强度起不来，一定注意。
③混凝土延长拌和时间是必要的，可提高早期水化反应，提高入仓温度，提高混凝土早期强度，同时在仓面制造小气候也是必要的，在浇筑后表面不能直接受冰雪侵蚀的覆盖养护措施很有必要。
