混凝土冬季施工技巧与注意事项

为满足工程建设整体进度要求，做好地下洞室混凝土冬季施工冬季施工工作，对电站具备冬季施工条件的地下洞室混凝土施工进行了整体规划，对混凝土生产到混凝土入仓浇筑进行了研究并采取了相应的措施。

3.5.2.1 拌和站保温

拌和站保温在料仓及配料斗周围搭建保温棚，保温棚为钢结构，外墙采用10cm（20cm）厚塑钢泡沫板。采用锅炉取暖的方式进行升温，骨料采取地暖及暖气片整体联合升温及保温，拌和用水采用大体积水箱提前储配锅炉热水并辅以加热棒进行加热。上水库拌和系统保温棚如图3.5.1所示。

图3.5.1　上水库拌和系统保温棚

（1）热工计算（以上水库拌和站为例）。根据工程总进度安排，引水系统上部混凝土需进行冬季浇筑。浇筑时保温采用蓄热法，混凝土入仓最低温度不得低于5℃。根据气象资料，上水库区平均最低温度-21.0℃，极端最低温度为-41.8℃，设计环境温度取-42℃做热工计算。

根据混凝土入仓温度反推出机口处混凝土温度：

图3.5.1　上水库拌和系统保温棚

（1）热工计算（以上水库拌和站为例）。根据工程总进度安排，引水系统上部混凝土需进行冬季浇筑。浇筑时保温采用蓄热法，混凝土入仓最低温度不得低于5℃。根据气象资料，上水库区平均最低温度-21.0℃，极端最低温度为-41.8℃，设计环境温度取-42℃做热工计算。

根据混凝土入仓温度反推出机口处混凝土温度：

式中：T 1为混凝土出机口温度，℃；T 2为混凝土入仓温度，℃。

运输时间t 1为0.5h，转运次数n为1次，代入数字则有：

5=T 1-（0.25×0.5+0.032×1）[T 1-（-42）]

则出机口温度T 1=13.75℃。

冬季混凝土在搅拌过程中，由于周围环境温度的影响，出机口温度常低于理论温度，混凝土的实际出机温度按式（3.5.2）计算：

式中：T 1为混凝土出机口温度，℃；T 2为混凝土入仓温度，℃。

运输时间t 1为0.5h，转运次数n为1次，代入数字则有：

5=T 1-（0.25×0.5+0.032×1）[T 1-（-42）]

则出机口温度T 1=13.75℃。

冬季混凝土在搅拌过程中，由于周围环境温度的影响，出机口温度常低于理论温度，混凝土的实际出机温度按式（3.5.2）计算：

式中：Ti为搅拌机棚内温度；T 0为理论温度。

搅拌机棚内温度Ti按6℃计算，代入数字则有：

13.75=T 0-0.16（T 0-6）

则T 0=17.5℃。

根据组成材料的温度按热平衡原理反推组成材料温度：

T 0=[0.92（mce T ce+msa T sa+mg T g）+4.2T w（mw-wsamsa-w gm g）

+c1（wsamsa T sa+w gm g T g）-c2（wsamsa+w gm g）]

÷[4.2m w+0.92（mce+msa+mg）]

根据混凝土配合比：每立方米混凝土需要水m w为150kg，水温T w为待求值；需要水泥270kg，温度取2℃；需要砂子740kg，温度取3℃，含水率为3%；需要石子1150kg，温度取2℃，含水率为2%；水的比热容c1取4.2kJ/kg·℃；由于骨料温度大于0℃，冰的溶解热c2取0。代入数值则有：

17.5=[0.92×（270×2+740×3+1150×2）

+4.2T w（156-3%×740-2%×1150）+4.2×（3%×740×3+2%×1150×2）-0]÷[4.2×156+0.92×（270+740+1150）]

则T w=88.3℃＞80℃，为避免水泥假凝现象，需要改变投料顺序，以避免水泥直接与高温水接触。

（2）供热计算：

1）骨料堆放场等彩钢棚保温供热计算。彩钢棚保温主要包括：骨料堆放场、骨料仓、储水池、拌和楼。总热功率为

式中：Ti为搅拌机棚内温度；T 0为理论温度。

搅拌机棚内温度Ti按6℃计算，代入数字则有：

13.75=T 0-0.16（T 0-6）

则T 0=17.5℃。

根据组成材料的温度按热平衡原理反推组成材料温度：

T 0=[0.92（mce T ce+msa T sa+mg T g）+4.2T w（mw-wsamsa-w gm g）

+c1（wsamsa T sa+w gm g T g）-c2（wsamsa+w gm g）]

÷[4.2m w+0.92（mce+msa+mg）]

根据混凝土配合比：每立方米混凝土需要水m w为150kg，水温T w为待求值；需要水泥270kg，温度取2℃；需要砂子740kg，温度取3℃，含水率为3%；需要石子1150kg，温度取2℃，含水率为2%；水的比热容c1取4.2kJ/kg·℃；由于骨料温度大于0℃，冰的溶解热c2取0。代入数值则有：

17.5=[0.92×（270×2+740×3+1150×2）

+4.2T w（156-3%×740-2%×1150）+4.2×（3%×740×3+2%×1150×2）-0]÷[4.2×156+0.92×（270+740+1150）]

则T w=88.3℃＞80℃，为避免水泥假凝现象，需要改变投料顺序，以避免水泥直接与高温水接触。

（2）供热计算：

1）骨料堆放场等彩钢棚保温供热计算。彩钢棚保温主要包括：骨料堆放场、骨料仓、储水池、拌和楼。总热功率为

总面积∑F=6000m2，围护结构热阻Rn=0.144m2·K/W，围护结构热阻Ra=0.043m2·K/W，彩钢板厚d=0.2m，室外温度取Ta=-42℃，室内设计温度取Tn=10℃，代入数据Q=1181×103 kJ/h。

2）砖混结构保温供热计算。总面积∑F=755m2，围护结构热阻Rn=0.144m2·K/W，围护结构热阻Ra=0.043m2·K/W，砖墙厚d=0.37m，室外温度取Tn=-42℃，室内设计温度取T a=18℃，代入式（3.5.3）得Q=514×103 kJ/h。

合计总供热功率∑Q=1695×103 kJ/h。

（3）锅炉选型。锅炉选型采用式（3.5.4）计算：

总面积∑F=6000m2，围护结构热阻Rn=0.144m2·K/W，围护结构热阻Ra=0.043m2·K/W，彩钢板厚d=0.2m，室外温度取Ta=-42℃，室内设计温度取Tn=10℃，代入数据Q=1181×103 kJ/h。

2）砖混结构保温供热计算。总面积∑F=755m2，围护结构热阻Rn=0.144m2·K/W，围护结构热阻Ra=0.043m2·K/W，砖墙厚d=0.37m，室外温度取Tn=-42℃，室内设计温度取T a=18℃，代入式（3.5.3）得Q=514×103 kJ/h。

合计总供热功率∑Q=1695×103 kJ/h。

（3）锅炉选型。锅炉选型采用式（3.5.4）计算：

I取2724kJ/kg，H取0.3，代入得W=2.1t，则需要配置3t供暖锅炉，锅炉选用立式常压锅炉。

3.5.2.2 热水锅炉选型

（1）热工计算。冬季混凝土最大入仓强度为12m3/h，则一次加热水量最小为0.24m3，考虑一定富余度，一次加热水量为0.5m3，加热水所需热量通过式（3.5.5）计算：

I取2724kJ/kg，H取0.3，代入得W=2.1t，则需要配置3t供暖锅炉，锅炉选用立式常压锅炉。

3.5.2.2 热水锅炉选型

（1）热工计算。冬季混凝土最大入仓强度为12m3/h，则一次加热水量最小为0.24m3，考虑一定富余度，一次加热水量为0.5m3，加热水所需热量通过式（3.5.5）计算：

水的比热容c取4.2kJ/（kg·℃），水的质量m为0.5×1.0×103 kg/m3=500kg，水的初始温度t0取5℃，水的最终温度t1取88.3℃，代入数据有：

q=4.2×500×（88.3-5）=174.9×103（kJ）

水的比热容c取4.2kJ/（kg·℃），水的质量m为0.5×1.0×103 kg/m3=500kg，水的初始温度t0取5℃，水的最终温度t1取88.3℃，代入数据有：

q=4.2×500×（88.3-5）=174.9×103（kJ）

若一次加水后10min加热完毕，则热功率为Q=q/T==1049.4（kJ/h）

（2）锅炉选型。锅炉选型采用式（3.5.6）计算：

若一次加水后10min加热完毕，则热功率为Q=q/T==1049.4（kJ/h）

（2）锅炉选型。锅炉选型采用式（3.5.6）计算：(www.xing528.com)

I取2724kJ/kg，H取0.4，代入式中有W=0.96t，则需要配置1t热水锅炉，锅炉选用立式常压锅炉。为确保冬季施工期间热水的正常供应，在保证热水锅炉正常运行的同时，还在200m3蓄水池内备用了7000W电加热器10个，以备应急使用。

现场设一座锅炉房，布置两台锅炉，一台锅炉为混凝土拌和供水，一台锅炉为骨料和拌和站升温，锅炉房采用彩钢结构，彩钢板厚度10cm。锅炉房运行时配置专项防火措施。

3.5.2.3 保温棚

骨料堆放场保温棚采用联拱式型钢骨架，跨度10.5m，保温棚面积2058m2，周围及屋顶包裹20cm厚彩钢板围护保温。储水池采用型钢骨架彩钢房保温；拌和楼同样采用彩钢板保温，厚度为20cm。

为保证骨料均为0℃以上，满足混凝土冬季生产需要，在骨料堆场采用保温棚及暖气片保温的情况下，骨料仓采用地暖升温，骨料温度均在4℃左右，满足了冬期混凝土生产需求。

3.5.2.4 其他保温设施

对拌和楼骨料运输皮带走廊和拌和站各种管道（水管等）进行保温处理。皮带走廊采用10cm厚彩钢保温板进行封闭，管道包裹2层保温棉。

3.5.2.5 混凝土运输保温

在混凝土出机口增设了保温棚，防止混凝土装车时出现较大的热量损失，如图3.5.2所示。另外对运输车辆采用厚棉帘（尽量保持罐体旋转部位有足够的空间）进行了有效保温，减少混凝土在运输过程中的热量损失，如图3.5.3所示。经现场测定混凝土在运输过程中温度降低较少。

I取2724kJ/kg，H取0.4，代入式中有W=0.96t，则需要配置1t热水锅炉，锅炉选用立式常压锅炉。为确保冬季施工期间热水的正常供应，在保证热水锅炉正常运行的同时，还在200m3蓄水池内备用了7000W电加热器10个，以备应急使用。

现场设一座锅炉房，布置两台锅炉，一台锅炉为混凝土拌和供水，一台锅炉为骨料和拌和站升温，锅炉房采用彩钢结构，彩钢板厚度10cm。锅炉房运行时配置专项防火措施。

3.5.2.3 保温棚

骨料堆放场保温棚采用联拱式型钢骨架，跨度10.5m，保温棚面积2058m2，周围及屋顶包裹20cm厚彩钢板围护保温。储水池采用型钢骨架彩钢房保温；拌和楼同样采用彩钢板保温，厚度为20cm。

为保证骨料均为0℃以上，满足混凝土冬季生产需要，在骨料堆场采用保温棚及暖气片保温的情况下，骨料仓采用地暖升温，骨料温度均在4℃左右，满足了冬期混凝土生产需求。

3.5.2.4 其他保温设施

对拌和楼骨料运输皮带走廊和拌和站各种管道（水管等）进行保温处理。皮带走廊采用10cm厚彩钢保温板进行封闭，管道包裹2层保温棉。

3.5.2.5 混凝土运输保温

在混凝土出机口增设了保温棚，防止混凝土装车时出现较大的热量损失，如图3.5.2所示。另外对运输车辆采用厚棉帘（尽量保持罐体旋转部位有足够的空间）进行了有效保温，减少混凝土在运输过程中的热量损失，如图3.5.3所示。经现场测定混凝土在运输过程中温度降低较少。

图3.5.2　下水库拌和站出机口部位保温

图3.5.2　下水库拌和站出机口部位保温

图3.5.3　施工运输车辆及现场卸料保温

3.5.2.6 施工现场蓄热保温

（1）施工区各洞室封堵。地下洞室混凝土冬季施工时，洞室已经全部贯通，空气流动产生烟囱效应对洞室内温度影响较大。为保证冬季施工的开展，自引水隧洞至高压支管共需封堵部位为24处，将引水隧洞分为若干段，这样能够有效阻止洞内空气的流动，以控制洞内的温降幅度，达到保温的效果，尤其洞室进出口处采用双道门进行封堵防护，以减少热量交换对整个洞室保温效果的影响。

1）引水隧洞与4条竖井的封堵：①1号、2号闸门井前渐变处建造砖砌墙完全封堵，阻止上水库冷空气的入侵；②1号、2号闸门井井口采用排距为1m工字钢焊接，布置于井口上方，并覆盖3mm厚的钢板，且垫衬2层棉被进行保温；③1号、2号闸门井后渐变段处布置一道保温棉帘进行2次保温；④1号、2号调压井井口，采用工字钢与钢板结合，并垫衬2层棉被进行布置；⑤1号、2号调压井与引水隧洞连接处布置一道棉布帘，进行2次保温。

2）引水上支洞施工区的封堵。引水上支洞2010年、2011年冬季施工条件恶劣，将上支洞洞口作为一个重点部位进行保温设置，如图3.5.4所示。

图3.5.3　施工运输车辆及现场卸料保温

3.5.2.6 施工现场蓄热保温

（1）施工区各洞室封堵。地下洞室混凝土冬季施工时，洞室已经全部贯通，空气流动产生烟囱效应对洞室内温度影响较大。为保证冬季施工的开展，自引水隧洞至高压支管共需封堵部位为24处，将引水隧洞分为若干段，这样能够有效阻止洞内空气的流动，以控制洞内的温降幅度，达到保温的效果，尤其洞室进出口处采用双道门进行封堵防护，以减少热量交换对整个洞室保温效果的影响。

1）引水隧洞与4条竖井的封堵：①1号、2号闸门井前渐变处建造砖砌墙完全封堵，阻止上水库冷空气的入侵；②1号、2号闸门井井口采用排距为1m工字钢焊接，布置于井口上方，并覆盖3mm厚的钢板，且垫衬2层棉被进行保温；③1号、2号闸门井后渐变段处布置一道保温棉帘进行2次保温；④1号、2号调压井井口，采用工字钢与钢板结合，并垫衬2层棉被进行布置；⑤1号、2号调压井与引水隧洞连接处布置一道棉布帘，进行2次保温。

2）引水上支洞施工区的封堵。引水上支洞2010年、2011年冬季施工条件恶劣，将上支洞洞口作为一个重点部位进行保温设置，如图3.5.4所示。

图3.5.4　引水系统上支洞洞口保温

考虑到钢管运输，并结合2010年、2011年冬季实际状况，在洞口外延伸24.61m制作钢结构保温棚，保温棚前设置2道钢结构大门，为方便人员进出，每道门上均设有小门。

3）引水中支洞施工区的封堵。引水中支洞考虑到钢管运输时，占用空间大，在洞内布置保温门空间不足，在中支洞洞口向外延伸20m建造保温棚，设置2道保温门。

开挖期间保温设施；考虑到上斜井爆破冲击波的影响，在中支洞与1号、2号中平段连接处向上游50m处各建造一面钢大门，阻挡空气的流动。

钢管安装期间保温设施：在钢管安装准备工作完成后且钢管进洞之前，将开挖时期建造的保温门进行拆除，并待3号、4号弯管定位节安装回填完成后，考虑到斜井内随着距离的增加，焊渣等杂物沿管壁内侧掉落时，冲击力比较大，在压力钢管内壁制作钢结构门进行封闭阻止空气流动。因斜井井下100m内混凝土回填采用井下泵送的方式入仓，故弯管段封闭处需预留一小门以供人员出入及混凝土泵管的架设。

中支洞洞内积水主要来源为上斜井开挖时，流入中支洞的施工废水以及中平段排水廊道排水孔引排的岩壁水，其余少量为压力管道内的岩壁渗水。故此冬季来临之前对中支洞内的所有排水沟进行清理，并在中支洞内避车道位置开挖一集水井，在集水井上游合适位置预埋地下管道将两边排水沟的水流引至集水井内，定期安排水车对集水井内积水进行抽排，运输至洞外指定位置进行排放。

4）进厂交通洞封堵。在进厂交通洞洞口设置门斗，车辆进出专门安排专人负责，地下厂房交通洞洞口保温大门如图3.5.5所示。

图3.5.4　引水系统上支洞洞口保温

考虑到钢管运输，并结合2010年、2011年冬季实际状况，在洞口外延伸24.61m制作钢结构保温棚，保温棚前设置2道钢结构大门，为方便人员进出，每道门上均设有小门。

3）引水中支洞施工区的封堵。引水中支洞考虑到钢管运输时，占用空间大，在洞内布置保温门空间不足，在中支洞洞口向外延伸20m建造保温棚，设置2道保温门。

开挖期间保温设施；考虑到上斜井爆破冲击波的影响，在中支洞与1号、2号中平段连接处向上游50m处各建造一面钢大门，阻挡空气的流动。

钢管安装期间保温设施：在钢管安装准备工作完成后且钢管进洞之前，将开挖时期建造的保温门进行拆除，并待3号、4号弯管定位节安装回填完成后，考虑到斜井内随着距离的增加，焊渣等杂物沿管壁内侧掉落时，冲击力比较大，在压力钢管内壁制作钢结构门进行封闭阻止空气流动。因斜井井下100m内混凝土回填采用井下泵送的方式入仓，故弯管段封闭处需预留一小门以供人员出入及混凝土泵管的架设。

中支洞洞内积水主要来源为上斜井开挖时，流入中支洞的施工废水以及中平段排水廊道排水孔引排的岩壁水，其余少量为压力管道内的岩壁渗水。故此冬季来临之前对中支洞内的所有排水沟进行清理，并在中支洞内避车道位置开挖一集水井，在集水井上游合适位置预埋地下管道将两边排水沟的水流引至集水井内，定期安排水车对集水井内积水进行抽排，运输至洞外指定位置进行排放。

4）进厂交通洞封堵。在进厂交通洞洞口设置门斗，车辆进出专门安排专人负责，地下厂房交通洞洞口保温大门如图3.5.5所示。

图3.5.5　地下厂房交通洞洞口保温大门

2号下斜井与引水下支洞距离较短，考虑到爆破冲击波的影响，在开挖期间不设封堵。

钢管安装期间，7号、8号弯管定位节安装并回填完成之后再进行封堵，封堵形式与3号、4号弯管相同。

冬季来临之前，高压支管的安装及钢衬砌混凝土回填已经完成，采取在高压支管内壁制作钢结构门的方式进行封闭。

5）下水库闸门井封堵。在下水库进出水口闸门井井座与下部隧洞衬砌段设置棉被封堵，如图3.5.6所示，在闸门井顶部搭设保温棚，如图3.5.7所示。

图3.5.5　地下厂房交通洞洞口保温大门

2号下斜井与引水下支洞距离较短，考虑到爆破冲击波的影响，在开挖期间不设封堵。

钢管安装期间，7号、8号弯管定位节安装并回填完成之后再进行封堵，封堵形式与3号、4号弯管相同。

冬季来临之前，高压支管的安装及钢衬砌混凝土回填已经完成，采取在高压支管内壁制作钢结构门的方式进行封闭。

5）下水库闸门井封堵。在下水库进出水口闸门井井座与下部隧洞衬砌段设置棉被封堵，如图3.5.6所示，在闸门井顶部搭设保温棚，如图3.5.7所示。

图3.5.6　下水库闸门井井座封堵

图3.5.6　下水库闸门井井座封堵

图3.5.7　下水库闸门井顶部保温棚

（2）施工作业面保温升温方案。冬季混凝土工程主要为引水隧洞混凝土衬砌和压力管道斜井段钢管安装回填混凝土、地下厂房结构混凝土、尾水隧洞衬砌混凝土、下水库闸门井井身段衬砌混凝土。施工环境均为洞室内部，通过控制混凝土拌制、运输、入仓、养护等各道工序混凝土温度及相应环境温度，进行冬季混凝土施工，如实测浇筑作业面气温偏低，达不到规范要求，对混凝土入仓仓面进行保温，主要保温方法是对浇筑区域再次进行局部封堵封闭，以便于浇筑施工小区域保温与升温工作。下水库闸门井顶部卸料口保温如图3.5.8所示。

根据冬季混凝土施工要求，在仓面温度不能满足冬季混凝土施工规范要求的部位，分别配备67kW、115kW电热暖风机或采用煤炉的办法（该升温办法在实施过程中需采用相应的安全手段），提高作业面的整体温度，从而确保入仓、养护等温度满足规范要求。下水库进出水口前池底板卸料保温棚如图3.5.9所示。

上述施工作业面保温方法在混凝土施工中起到了良好的效果，冬期施工时温度均能控制在5℃以上。

图3.5.7　下水库闸门井顶部保温棚

（2）施工作业面保温升温方案。冬季混凝土工程主要为引水隧洞混凝土衬砌和压力管道斜井段钢管安装回填混凝土、地下厂房结构混凝土、尾水隧洞衬砌混凝土、下水库闸门井井身段衬砌混凝土。施工环境均为洞室内部，通过控制混凝土拌制、运输、入仓、养护等各道工序混凝土温度及相应环境温度，进行冬季混凝土施工，如实测浇筑作业面气温偏低，达不到规范要求，对混凝土入仓仓面进行保温，主要保温方法是对浇筑区域再次进行局部封堵封闭，以便于浇筑施工小区域保温与升温工作。下水库闸门井顶部卸料口保温如图3.5.8所示。

根据冬季混凝土施工要求，在仓面温度不能满足冬季混凝土施工规范要求的部位，分别配备67kW、115kW电热暖风机或采用煤炉的办法（该升温办法在实施过程中需采用相应的安全手段），提高作业面的整体温度，从而确保入仓、养护等温度满足规范要求。下水库进出水口前池底板卸料保温棚如图3.5.9所示。

上述施工作业面保温方法在混凝土施工中起到了良好的效果，冬期施工时温度均能控制在5℃以上。

图3.5.8　下水库闸门井顶部卸料口保温

图3.5.8　下水库闸门井顶部卸料口保温

图3.5.9　下水库进出水口前池底板卸料保温棚

图3.5.9　下水库进出水口前池底板卸料保温棚