浅谈高寒\高海拔地区冬季施工保温方法

[摘要] 纳子峡水电站处于高寒高海拔地区，冬长暑短，给施工带来了很大不便。为确保施工按计划进行，确保混凝土施工、大坝填筑工程等正常进行，提出了相应的冬季保温措施，此措施在纳子峡水电站得到了很好的应用。

[关键词]高寒、高海拔；纳子峡水电站；冬季保温；应用

中图分类号：TE867 文献标识码：A 文章编号：

纳子峡电站处于大通河流域地处内陆高原海拔3100m，周围高山环抱，属内陆高寒气候区，气候严寒，冬长暑短，上游地区终年积雪。日照时间长，太阳辐射强，日照时数在2200小时以上，年太阳辐射总量在130.7～154.0Kcal/cm2之间。气温垂直分布明显，昼夜温差大，平均气温0.5℃，且随海拔升高而递减，递减率约为0.05～0.07℃/100m，历年最大冻土层深度大于2m。

根据纳子峡地区的气候条件及目前承担的各项施工，并结合近几年在高寒地区冬季施工的相关经验为依据，总结出纳子峡水电站冬季混凝土施工措施。

1、混凝土冬季施工保温措施

1.1拌合楼骨料保温

㈠小骨料仓保温

加大对小骨料仓的保温，保温方式为，在两个小骨料仓内各布置一台锅炉，同时配备10组暖气，每组暖气片为15块，同时，在料斗内紧贴料斗内侧布置三路暖气管路形成回路，彩钢棚采用内贴双层2cmEPE卷材的方式进行保温。为防止外界冷空气流向小骨料仓内，要求以活动门的方式对其进行全封闭式保温，保证小骨料仓内温度在10℃以上。

㈡机尾坑保温

在机尾坑内配置两组暖气，每组暖气片为15块，以保证机尾坑内的温度。

根据对混凝土最大仓号混凝土浇筑方量的统计得出，浇筑时最大混凝土需用量为116.5m3，而拌合楼两个小骨料仓的储料量为96m3，即单个小骨料仓的储料量能够拌制40.8m3的混凝土，共计拌制81.6m3混凝土，因浇筑一罐9m3料大约需要花40分钟的时间，期间浇筑的时间足够预热后续的骨料。因此，在拌制过程中对小骨料仓的储料要进行不间断的补料，这样不仅可以满足所需混凝土的拌制需求，而且还可以对骨料进行提前预热。

1.2拌合楼混凝土生产

在混凝土拌制过程中在浇筑前必须对拌制混凝土用水进行加热，拌合用水主要由拌合厂现有的50m3水箱供给，根据混凝土配合比可知，每方混凝土用水量为135kg，因此，拌制一个仓号混凝土需要用水135kg116.5m3=15727.5kg即15.73m3。

拌合楼水箱加热采用18组3KW电热棒进行加热，根据混凝土拌制用水水温不得超过60℃的原则，经过计算基本5小时左右就能将水箱水温加热至55℃。待水温加热至55℃后，根据实际情况关停部分电热棒，只留少部分电热棒进行加热，以保证水箱水温处于平衡状态。为防止在气温下降过程中产生较大的热传递，要求在水箱周边采用橡塑海绵对此进行保温，顶部采用EPE卷材和1.5寸钢管做支撑进行防护，以减少蒸发量，减缓水温下降幅度。同时，对施工期间水温加强监测，以保证混凝土的拌制质量。

① 低温季节混凝土拌和后的理论温度按下式计算:

TK=[0.84(mcTc+msTs+mgTg)+4.2TW(mW-msws-mgwg)+Cb(wsmsTs+wgmgTg)-qJ(wsms+wgmg)]/[4.2mw+0.84(mc+ms+mg)]（a）

式中:TK—混凝土出机口温度；

mW、mc、ms、mg—水、水泥、砂、石的重量，kg；

TW、Tc、Ts、Tg—水、水泥、砂、石的温度，℃；

ws、wg—砂、石的含水量，%；

Cb—水的比热容，当Ts及Tg＞0℃时， Cb=4.2kJ/(kg.℃)；当Ts及Tg≤0℃时， Cb=2.1kJ/(kg.℃)；

qJ—骨料中冰的熔解热，当Ts及Tg＞0℃时， qJ=0， 当Ts及Tg≤0℃时， qJ=335 kJ/(kg.℃)；

0.84、4.2—分别是水泥、砂、石的比热容和水的比热熔， kJ/(kg.℃). 对以上参数，取ws =3%， wg=0.5%；各种原材料的重量WS、WG、WC和WW通过选定二种典型强度等级的混凝土按其相应的试验配合比进行选取；本工程温控计算中，取砂加热后的温度为2℃。粗骨料加热后的温度为4℃。水泥温度按纳子峡现场试验检测数据为准。

热水拌和:采用热水拌和是低温期提高混凝土出机口温度的主要措施，本工程温控计算时取用拌和水温为55℃。

1.3运输保温

混凝土从拌合站的出机口到浇筑仓面，搅拌罐采用保温帆布及橡塑保温海绵封闭保温。

低温季节混凝土运输过程中温度缺失值与运输工具、运输时间、外界气温等有关，可用下面经验公式计算:

TU=a(T0-Ta)t (b)

式中: TU—混凝土运输过程中的温度缺失，℃；

T0—混凝土开始运输时的温度，℃；

Ta—外界气温；

a—容器系数；

t—运输时间，h.

对以上参数， 混凝土开始运输时的温度T0同出机口温度（10.61℃～12.6℃），外界气温Ta为当地白天平均温度取-18℃；容器系数a按混凝土施工手册取a=0.13；运输时间t按2km计算，设计要求搅拌车时速为20km/h，纯运输时间t1约需10min，HBT60泵入仓时间约需20min，即t=30min=0.5h；则:

TU=a(T0-Ta)t=0.13×(T0-Ta)×0.5

通过计算统计得出运输过程中温度损失1.92—1.99℃。

1.4入仓保温

混凝土入仓方法为泵送入仓，所以为了减少混凝土在卸料过程中的温度损失，在搅拌罐卸料口安装滑动式保温盖布，保温盖布在混凝土卸料完成后，用加工好的钢筋拉钩将其拉盖。混凝土搅拌罐四周采用保温帆布和橡塑海绵进行保温。同时，混凝土泵管采用外包橡塑海绵的方式进行保温。

混凝土浇筑过程中的温度缺失：

Tj=0.17(Tp-TC)t (c)

式中:

Tj—混凝土浇筑过程中的温度缺失，℃；

Tp—混凝土入仓温度，℃；

TC—外界或暖棚内气温，℃；

t--平仓振捣到表面覆盖时间，h.

入仓温度Tp=混凝土开始运输时的温度-运输温度缺失=T0-TU；暖棚气温采用5℃；平仓振捣到表面覆盖的时间t取3h，则浇筑过程中的温度缺失计算为C30F300W12,Ⅱ级配混凝土温度TP为9.68℃，TC为5℃，T为3℃，Tj为2.39℃。

平仓振捣按30cm一个层进行计算，共计需要浇筑混凝土31.5m3（仓号面积为7m×15m=105m2），因运输和浇筑共需要1.75小时，加上振捣和仓号的覆盖的时间至少需要3个小时才能完成一层的浇筑，因此，平仓振捣到表面覆盖的时间t取3h。

凝土浇筑温度:

Tq=T0-Tn(d)

式中： Tq—混凝土浇筑温度，℃；

T0—混凝土开始运输时的温度，℃；

Tn—混凝土施工过程温度总缺失，℃.

从计算结果可知，低温期混凝土在出机口温度符合温控标准时，各月混凝土浇筑温度均能满足允许浇筑最低温度要求即为7.29～7.75℃。

1.5仓号保温

混凝土浇筑时采用暖棚法进行保温施工。

⑴暖棚法施工及供热计算

当日平均气温在－10℃时，为使仓面温度、基础温度或老混凝土表面温度达到规范要求，为减少混凝土浇筑过程中的热量损失，拟采用1.5寸钢管、帆布和5cm保温被进行固定式暖棚的搭设。

⑵暖棚法施工工艺流程

立模(保温模板)搭设暖棚煤炉安放清理基岩或老混凝土面浇筑混凝土供热养护覆盖保温材料保护拆棚。

⑶施工方法

固定式暖棚主要包括钢管框架、帆布、暖棚侧面和顶面的保温被，暖棚的安装及拆移采用人工进行，钢管支撑架采用钢管卡进行连接，暖棚立柱及顶部支撑均采用1.5寸钢管搭设，且在施工过程中进行等间距架设，端部或纵横结合部位采用钢管卡进行固定连接，暖棚支撑结构搭设完毕后在其表面覆盖帆布进行全面的围闭，然后在暖棚顶面和四个侧面上覆盖5cm保温被进行封闭，保温被按30cm的间距进行搭接，为防止风速过大将保温被掀起，在其上面用型钢按一定的间距进行压重，底部采用块石或碎石土进行压重。混凝土进料口结合现场实际情况在暖棚侧面开一个1×1m的开口，以利于进料，同时，对进料口必须进行有效的封闭处理，以免形成孔洞造成暖棚内的气温下降。

每个暖棚内设4台火炉供暖，使混凝土浇筑和养护均正温下，暖棚法施工时，棚内各测点的温度确保不低于5℃，各测点的位置选择有代表性的位置，在离地面50cm处设点，混凝土施工时，每昼夜测温不少于4次。

暖棚拆除时间依据混凝土的强度经过现场试验确定。

⑷暖棚供热量计算

Qn=Qb+Qk（其中，Qb=βFd（tc-ta），Qk=n/3*Vn（tc-ta））(e)

Qb=βFd（tc-ta）

Qn—暖棚法供热需用量kcal/h;

Qb—暖棚的耗热量kcal/h;

Qk—下料口冷空气渗入的耗热量kcal/h;

计算暖棚每小时的耗热量

Qb=βFd（tc-ta）;

其中:

β—暖棚法放热系数，当保温严密,保温材料干燥时,取β=3kcal/（m2h℃）;

Fd—暖棚表面积（最大仓号表面积为258m2）取260m2

tc—暖棚内温度5℃，

ta—暖棚外界气温（最低气温按-30℃）

Qb=βFd（tc-ta）=3×260×（5+30）=27300（kcal/h）

计算下料口冷空气渗入的耗热量

Qk=n/3*Vn（tc-ta）

n—暖棚每小时换气次数取6次,根据进料口每小时的开启次数进行确定

Vn—暖棚空间体积（120m2×3m=360m3）

tc,ta同上

Qk=n/3*Vn（tc-ta）=6/3×360×（5+30）=37800kcal/h

Qn= Qb+Qk=27300+37800=65100kcal/h

要使棚内温度均上升至5℃以上，就要保证暖棚内65100（kcal/h）的热量，因每千克煤产生的热量为5000 kcal，因此每小时，每台火炉的耗煤量为13.02kg，取14kg。同时结合历年经验数据，仓号的暖棚需配置4台火炉，才能保证暖棚内温度不低于5℃。一个暖棚每天的耗煤量为24小时×14kg×4台=1344千克。

综合以上数据可知，暖棚法施工时，每个暖棚内配备4台火炉完全满足要求。

2、结语

在高寒、高海拔的纳子峡水电站混凝土冬季施工的方法和措施得到了很好的检验和证明，确保了混凝土的施工质量又大大减少了物资设备的投入，值得广泛的推广和应用。

[参考文献]

[1] 《水利水电工程施工组织设计手册》第三卷，水利水电出版社

[作者简介]刘超（1983-），男，青海西宁人，工程师，从事水利水电建设工作。

周燕(1983-),女，青海西宁人，助理工程师，从事水利水电建设工作。

李海荣（1978-），男，青海西宁人，助理工程师，从事水利水电建设工作。