摘要：在大型水利工程中因为总体工期要求，经常有混凝土低温期施工的问题，特别是混凝土的冬季施工，如何在保证混凝土施工质量的前提下，不影响工期，尽可能的降低施工成本是冬季施工中一个主要的问题。本文想结合万家寨水利枢纽厂房工程这方面的经验进行探讨。
关键词：混凝土 低温期施工 实际应用
1 工程简介
万家寨水利枢纽位于黄河北干流托克托至龙口河段峡谷内，主要由大坝、发电厂房、取水口、开关站等建筑物组成。发电厂房位于河床右岸，包括主厂房、副厂房、主、副安装间等建筑物。发电厂房安装六台18万KW混流式水流发电机组，其结构尺寸长*宽*高=196.5*27*58.35M。机组间距24M，基础建基面高程875.0M，地面高程（发电机层）909.0M，厂房屋顶高层931.8M。主副安装间分别位于右侧和左侧，副厂房位于主厂房的右侧，呈“1一”字型相接。整体工程量为：混凝土浇筑21.2万M3；钢筋制安8800余吨；土石方开挖12.8万M3。
为厂房施工所设混凝土拌合系统位于主厂房下游约400M处，由受料地笼、皮带输送系统、储料仓、水泥罐、外加剂池、制冷厂、空压机站及拌合楼组成。配有计算机系统的自动化拌合楼设有三台1.5M3 滚筒式搅拌机，生产能力为105M3/H。混凝土水平运输由载重汽车完成，包括汽车背吊罐和自卸车运输倒入卧罐内两种方式。混凝土垂直运输在基础混凝土部位由4M3 履带式吊车及两台布置在尾水反坡段上的门机完成，后期二台门机均移至909高程尾水平台并增至三台。在厂房封顶后混凝土垂直运输改为多种方式完成，主要采用的是门机吊罐卸入厂房外卸料斗再经皮带系统输送到厂房内，然后经溜管入仓的方式进行。
2 厂房冬季施工
按照《水工混凝土施工规范》规定，凡工程所在地区日平均气温连续5天稳定在5°C以下或最低气温连续5天稳定在-3°C以下时，即进入低温季节施工期。
在低温季节，当气温低于0°C时，新浇混凝土内空隙和毛细管中的水分逐渐冻结。由于水冻结后体积膨胀（约增加9%），使混凝土结构遭到损坏，最终导致混凝土强度和耐久性能降低。因此，低温季节混凝土施工，首先要防止混凝土早期受冻。其次要防止混凝土表面裂缝。低温季节浇筑混凝土，外界气温较低，若再遇气温骤降（如寒流袭击），由于混凝土内外温差过大，使混凝土表面产生裂缝。所以，低温季节浇注混凝土要十分注意混凝土的表面保温养护。
万家寨地区年平均温度7OC，按规范要求，每年10月20日至次年3月即进入冬季施工。该时段最低月平均气温-17.2OC，绝对最低气温-31OC。因为枢纽厂房工程要保证第一台机组于实现发电目标，所以，业主单位明确要求必须进行冬季施工，施工中以厂房封顶为界经历了两个过程。
2.1 厂房封顶前冬季施工
2.1.1总体方案简述
根据枢纽厂房施工现场情况决定冬季施工实行供暖升温法，供暖分为混凝土拌和系统和混凝土浇注工作面两大部分。
拌和系统曾考虑利用现有拌和系统和在厂房基坑尾水渠内建一临时系统两种方案。经比较认为：在基坑内新建一系统工作量较大，骨料储存困难，对第二年的尾水渠开挖和混凝土浇注都有一定的影响，所以决定对现有拌合系统进行保温。
混凝土拌和系统采用2台2T常压锅炉进行供暖，主要用于调节料仓内砂石骨料预热、骨料输送系统和拌合楼内供暖，使生产环境满足有关规范要求。
对调节料仓上部仓口、输送升温骨料的1#、2#皮带、拌合楼用PE泡沫塑料板进行封闭保温。在调节料仓附近设一座15*20*5M的半永久式的砂子保温大棚，按每4天644M3的用量进行排管送热对砂子解冻。
混凝土浇注工作面采用一台4T蒸汽锅炉供暖，进入暖棚的蒸汽排管用于新浇注混凝土的蒸汽养生和提高浇注棚内的环境温度，在浇注工作面，即1#机和主安装场采用以仓号为单元的大棚保温形式，立面和顶部形成能敷设保温被的框架结构。该结构能方便拆装，易于罐装混凝土入仓，安全可靠。
2.1.2骨料预热措施
在调节料仓内用2.5”钢管作热水散热排管，将骨料48小时加热至20-25OC。
2.1.3混凝土的拌和措施
（1）拌合楼皮带廊道用PE泡沫塑料板封闭保温，内设采暖管路和排管。
（2）为提高混凝土出机温度，必须采用热水拌合。用热水拌合时，水温不宜超过60OC，超过60OC时应改变拌合加料顺序，先将骨料与水拌和，然后加入水泥拌和，以免水泥假凝。
（3）混凝土入仓温度应保持在10OC左右。
根据偏关地区多年的气象资料表明，该地区最低气温为-31OC，因此骨料要在调节料仓加热后再送入拌合楼拌和。经计算，拌和物出机温度应为22.56OC，混凝土运输时温度降低5.2oc。
2.1.4混凝土运输和入仓方式
（1）运输设备的保温
特制3台混凝土保温罐（3.0M3立罐）用于混凝土运输，在拌合楼附近的回车场设置预热棚，内设蒸汽排管，将从仓号返回的车、罐预热。同时加强前后调度，拌合楼集中放料，减少混凝土出机到入仓间隔时间控制在20分钟。
（2）混凝土水平、垂直运输和入仓方式
混凝土由设在右岸的HL-115-3F1500型混凝土拌合楼拌和，用15T自卸汽车拉运至3.0M3保温罐至门机平台下游，再用门机提升至各工作面，最后经活动下料口和溜筒入仓，下料口采用保温材料制成，另设活动料口盖。下料口和溜筒间距应满足暖棚内人工平仓的要求。主安装场墙、板、柱采用混凝土泵输送入仓，混凝土泵及其附属设备、冲洗装置安装在保温棚内。
2.1.5混凝土施工工艺
立模
搭暖棚
棚内供热
钢筋焊接
清理基岩或老混凝土面
浇注混凝土
供热养护混凝土达到允许受冻临界强度后拆棚
覆盖保温材料保护。
2.1.6混凝土的浇注与蒸汽养护
混凝土浇注是在保温棚内进行的，大棚内设4”采暖排管和若干由4”钢管自制的暖气片。在岩石基础上或老混凝土上浇注混凝土前应检查其温度是否达到了正温，如出现负温的部位应加热成正温，并经检验合格后方可浇筑混。
每个新浇块体上用钢管和塑料布搭设小保温罩，收仓4小时后进入85°C的饱和蒸汽养护，但应严防过热蒸汽直接喷射混凝土面。蒸养主管管径φ194mm。根据混凝土升温规范，本工程浇筑块体的混凝土表面系数经计算均为m＜6。故混凝土升温要求每小时应不超过10°C。混凝土升温4h后温度达到40°C后再恒温38小时，降温4小时，共计46小时。46小时后混凝土强度可达到设计强度的50%。之后可进行其他作业。蒸汽养生的温度应平缓上升和下降，不能骤然升降。
2.1.7保温棚结构设计
冬季施工保温棚以覆盖单个浇筑仓号为前提。应能加快施工进度，同时考虑拆装方便，移动灵活，便于施工。因此保温棚设计成整体组装结构。它由标准单元框架组成，每个单元架节长3.0米。跨度28米，可根据浇筑仓号尺寸组成相应的保温棚。保温层与单元框架结成一体，减少现场重复作业时间。
（1）保温棚尺寸确定
a.保温棚高度
冬季施工最大浇筑层厚度在3米左右，考虑底部封闭高度1.5米。浇筑仓号上部空间2米，保棚桁架高2米，则保温棚框架高度为8.5米。
b.平面尺寸
冬季施工厂房部位浇筑仓号最大宽度为机组段宽24米，主安装跨度为28.5米。计入保温棚与仓号间距，取单元框架跨度为28米。满足机组段浇筑要求，在主安装间浇筑时，将框架横向布置，可满足施工要求。保温棚长度根据仓号尺寸组合。
c.单元框架结构
单元框架由2米高28米长的平行桁架和6.5米高组合式支柱组成。单元框架节长3米。保温棚端部单元框架是在一侧附加了保温墙体格架。
d.荷载分析
水平桁架受力：
①结构自重：每个单元框架10吨；
②保温层、施工及雪荷载，取100kg/m2；
以上述荷载为计算依据，取桁架高2米，经内力计算，选用∠100×6角钢，可满足桁
架强度要求。
e.结构形式
单元框架高8.5米，跨长28米，节长3米，其水平桁架高2米，桁架承载面2×3米，框架由角钢制成复合式梁、柱结构，每个单元框架自成体系，便于拆装称动。为增加单元框架的现场适应性，将水平桁架和框架立柱做成分段组合式结构。
f.结构特点
保温棚设计有如下特点
① 单元框架自成体系，保温层与框架结成一体。根据浇筑仓号组成相应的保温棚。
② 单元框架顶部设有活动滑块保温板，可实现吊罐方便入仓。
③ 保温棚用仓号外支柱支撑，随浇筑层升高顶升。保温棚不占仓内空间，便于浇筑作业。
④单元框架底部设折页式封闭保温门，便于仓号封闭，操作方便。
g.钢结构用量
冬季施工时段为当年11月至次年3月，根据施工计划安排，1#机要求从883.6米高程浇至909米高程，浇筑高度11.0米。冬季施工高峰为12月，同时有4个仓号准备和浇筑共需用端部单元框架8节，中部标准单元框架15节。保温棚外支撑用6”钢管作立柱，间距3米，用∠75*5角钢作斜撑，斜撑与混凝土之间用Ф25钢筋固定，钢结构总量为341.5 T。
2.1.8锅炉选型和配套管路设计
（1）依据厂房工程混凝土最大块体外形尺寸为长*宽*高=21*24*2.48M混凝土方量1260M3。保温模板面积为223.2M2。保温棚外形尺寸为长*宽*高=28*24*8.5M。养生温度40OC。养生制度为：升温4小时；恒温4小时；降温4小时。
据当地气象站往年气温资料：12月份绝对最低气温-31OC。按棚内气温达到5OC以上和混凝土的入仓温度在5OC以上计算。
（2）热量消耗计算：主要计算以下热量消耗
a.制品的热量消耗Q1
b.从制品中蒸发的水份耗热量Q2
c.加热设备的消热量Q3
d.加热养护设备机构和配件耗热量Q4
e.散失于周围介质的热量Q5
f.蒸汽充满养护设备自由空间耗热量Q6
g.漏热耗热量
Q7=（Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6）*0.2
h.总耗热量Q
Q=∑1.2Q7
经过计算1#机和主安装场共需要热量6.5*108 KJ
i.锅炉选型
D=Q/R= 6.5*108 /2100=309.52
蒸养38小时，所选锅炉8.15T，故选定2台4T锅炉。
j.蒸汽管道的管径计算
计算结果应选用两道供暖主干系统，其管径为Ф260MM
2.1.9安全技术要求
由于保温棚的保温材料和马道板等材料均为易然材料，因此，保温棚内应严格执行防火制度，配备专门防火人员和设备，棚内的高压电缆采用电缆，其接头严格绝缘。棚内的蒸汽排管应设专人管理，防止蒸汽泄漏。
2.1.10冬季施工计划完成混凝土浇注17313.0M3
2.2 厂房封顶后的冬季施工
施工措施与厂房封顶前基本相同，不同之处在于增加了对罗太可皮带机输送系统的保温措施。
3 结语
经过冬季施工实践证明，当室外日平均气温低于-20°C时，施工所投入的费用比常温施工时增加50% 以上，但施工效率仅为常温施工的40%左右，在此情况下不宜进行混凝土施工。
万家寨水利枢纽厂房冬季施工对于保证工程的整体工期起了关键作用，同时，也取得了良好的施工质量和经济效益，工程整体质量被评为优良，
参考文献：
[1]水利部编《水利水电工程施工组织设计手册》，北京，水利电力出版社。
[2]陆耀庆《供暖通风设计手册》，北京，中国建筑工业出版社。
[3]《水工混凝土施工规范》
[4]《建筑工程冬期施工规程》（JGJ104-97）
论文作者:张永江
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/14
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