直孔水电站坝基防渗墙工程冬季施工(白鹤滩水电站坝基多宽)

2023年10月3日市政知识1阅读模式

[摘要]直孔水电站坝基防渗墙工程在高寒缺氧的冬季完成收尾工程，冬季施工中因低温等恶劣气候条件的影响，施工困难。施工过程中采取的加温养护等多种有效技术措施按期保质完成了施工任务，为以后类似条件下防渗墙施工提供了借鉴。

[关键词]防渗墙冬季施工加温养护
1 前言
直孔水电站坝基防渗墙工程施工跨4个年头（2003年～2006年）。2003年和2004年施工时段均在3月初至12月初，气候对工程施工的影响不大，低温季节采用常规的保温及预防措施完全可满足施工需要。根据电站整体工期安排，河床段防渗墙需在2005年11月至2006年2月施工。该段工程是整个防渗墙工程的收尾阶段，施工期间，以低温、缺氧、干燥、大风为主要特点的高原冬季气候对工程施工、工程产品防护产生了多方面影响。施工过程中结合现场情况从施工组织、技术措施等方面入手，采取了多种措施，保证按期、保质完成该段工程。
2 施工区气候特点
直孔水电站坝址区属高原温带季风气候区，干湿季异常分明，与我国同纬度地区相比，具有气温低、日温差大、年温差小、降水少、蒸发量大等高原气候特征。根据距坝址21km的墨竹工卡县气象站实测资料统计，多年平均气温为5.6℃，极端最高气温为26.7℃，极端最低气温为-23.4℃；年平均降水量为472.7mm，年平均蒸发量为2310.4mm；多年平均湿度为44.7%；冬季多大风，本地最大风速19m/s,相当于八级大风。
2005年11月至2006年2月河床段防渗墙施工期间，根据现场观测资料统计，极端最低气温为-17.5℃，平均地面温度-4.7℃，相对湿度22%，最大风速16m/s，最大冻土深60cm。
3 冬季施工面临的困难及其应对措施
3.1 冬季施工内容
2005年11月至2006年2月主要施工防渗墙河床段（桩号：0+35.5m～0+183.2m）。主要工作内容有以下几方面：
①0+35.5m～0+149.6m段槽孔防渗墙，包含17个槽段，造孔成墙面积4825.62m²，共浇筑混凝土5716m³。
②0+35.5m～0+79.0m段帷幕灌浆，包含30个孔，钻孔灌浆566.1m。
③0+35.5m～0+183.2m段立模浇筑防渗墙，成墙面积694.4m²，浇筑混凝土530m³。
3.2 施工辅助系统的冬季保证措施
3.2.1导墙及施工平台建造
河床段防渗墙导墙及施工平台总长度为114.1m，因场面提供原因，分为两期建造。由于建造时已进入低温期，夜间最低气温达-8℃。浇筑和养护过程必须采取保温措施。否则，将会造成混凝土浇筑和养护期间受持续低温影响导致早期冻害达不到要求强度；严重影响后续的造孔施工。为避免上述情况出现，实际施工中采用了中午浇筑、覆盖加温养护的方法对混凝土进行保护。青藏高原日温差较大，导墙及施工平台浇筑期间中午最高气温达14℃左右，为保证混凝土浇筑质量，导墙及施工平台均安排在中午12:00左右开浇，争取在2个小时内收仓。浇筑完成立即覆盖彩条布保温，彩条布距混凝土表面保持在30cm以上，在导向槽内每隔2m安装一盏1000W碘钨灯用于夜间加温。经过采取上述措施，养护期间混凝土温度均保持在5℃以上，导墙及施工平台未发现裂缝、孔隙等缺陷，造孔施工和接头管起拔过程中也未出现断裂，说明混凝土浇筑及养护质量合格。
3.2.2浆、水供应系统
低温季节防渗墙施工用泥浆和水的供应存在很大困难，首先，浆、水极易在管路内发生冻结。按照施工期间的气温情况，管路一旦冻结根本无法自然解冻，只能采取拆管后烤化的措施解冻；其次，泥浆在搅拌完毕后的膨化过程中，如不采取措施保暖也将在池内冻结。
施工河床段防渗墙时时供水管路长度达700m左右，供浆管路长度也有240m左右，施工中采用了管路外用石棉保温材料包裹后埋入冻土层以下（60cm）的措施防止浆水管路冻结。
泥浆池上部用竹胶板和塑料大棚膜搭设了保温棚用于泥浆保温，保温棚结构见图1。保温棚沿浆池四周搭设，檐高1.5m，长×宽=20×17m。保温棚用Φ50脚手架管作为骨架，架管采用管扣件连接，棚四壁材料为竹胶板，竹胶板用铅丝固定于架管上。为充分利用青藏高原白天的强日照蓄热，棚顶覆盖材料选用双层PVC无色塑料大棚膜，膜厚度为0.12mm。白天日光透射入保温棚内，泥浆温度最高可达10℃，夜间保温棚防止热量散失，泥浆温度也在0℃以上。为防止阴天或气温骤降时泥浆冻结，棚内安装8盏100kW碘钨灯作为备用热源。为保证大风天气时保温棚稳定，专门布置了搭过棚顶的斜拉铅丝，铅丝间距为2.5m，两端固定在地锚上。浆池中安设循环泵，在凌晨气温特别低的时候每30分钟开启循环泵，使泥浆在池内循环，避免上冻。
3.2.3混凝土的拌制及运输
低温下混凝土拌制及运输过程中保证熟料质量是本工程冬季施工的重点之一，如不采用保温措施，混凝土搅拌过程中拌和用水就会结成冰碴，使熟料报废，无法浇筑。为保证冬季混凝土能够正常搅拌并运至槽口，施工过程中采取了以下几方面措施。首先，混凝土骨料在料场进行足够的堆高防止结成大面积硬壳或混入冰雪。其次，由于水的比热是砂、石骨料比热的5倍左右，本工程采用加热拌和用水的办法提高混凝土拌和物温度。根据河床段槽段预计浇筑方量计算，浇筑最大的槽孔需拌和用水70m³左右，考虑到必要的余量，冬季来临前在混凝土拌和站旁建造了一个容量为100m³的热水池，热水池下入2组36Kw的电加热管，池口覆盖帆布防止热量散失，每个槽段浇筑的前一天即开始对拌和用水进行加热，水温控制在30～40℃，以免水温过高水泥假凝。混凝土拌和楼外搭设保温棚，搅拌前先用热水冲洗搅拌机，搅拌时间加长至90S。经过上述措施的采取，混凝土出机温度均在8～12℃。
混凝土运输采用搅拌车满载运输，以减少混凝土倒运次数；搅拌车外罩棚布进行防冻保护，减少运输过程中的温度损失，混凝土入仓温度保证在7～9℃，满足了浇筑要求。
3.3 主体工程冬季施工措施
3.3.1槽孔防渗墙冬季施工
低温季节槽孔防渗墙施工在采取措施保证浆、水、混凝土正常供应的情况下施工难度并不大。施工过程中主要注意对施工场地的维护，避免因场地结冰给人员设备造成安全隐患；同时，及时清理废渣以免冻结，造成清理困难。
防渗墙施工工艺决定了施工平台上不可避免的存在泥浆和水。冬季施工时，浆、水迅速结冰造成场地比较滑，施工人员和行走设备在冰上行走存在安全隐患。为避免因此发生安全事故，施工过程中在倒渣平台上撒粗沙和锯末混合物，平台上结冰时将粗沙和锯末冻结在一起，冰面比较粗糙，不影响正常行走。
防渗墙浇筑安排在中午气温较高的时段进行，以减少混凝土在储料斗中温度损失，浇筑完毕后在槽内留有20～40cm深泥浆对混凝土进行保温。
3.3.2帷幕灌浆冬季施工
帷幕灌浆施工时段处在最为寒冷的1月份，施工过程中主要采取措施做好机房和灌浆管路的防寒保暖工作，防止低温影响施工。浆液搅拌站外用帆布搭设保温棚，搅浆用水使用电热器对水体加热，保证浆液温度在5℃以上，为防止水泥假凝，搅浆用水水温控制在30～40℃。灌浆过程中在灌浆管外包裹石棉保温材料，以免热量过多散失。灌浆结束后立即用热水清洗管路和灌浆泵，并将其中的水清空，防止冻结。
3.3.3立模浇筑防渗墙冬季施工
立模浇筑防渗墙施工时整个冬季施工难点，其原因有以下几个方面，首先，立模浇筑防渗墙是地上工程，混凝土的浇筑和养护过程完全暴露在空气中，受气温影响最大。其次，防渗墙属薄壁结构，最厚处仅有80cm，受低温损伤极易冻透，无法采用大体混凝土常用的表面缺陷处理方法处理。第三，青藏高原蒸发量较大，加上冬季大风天气的影响，混凝土养护用水有相当一部分被蒸发入大气中，对混凝土的养护产生影响。另外，立模浇筑防渗墙高度较高，最高处达12.54m，最低处也有4m，保温养护需搭设大规模暖棚。
立模浇筑防渗墙施工过程中采取以下几方面措施防止低温损伤造成质量缺陷。第一，雪天停止钢筋焊接作业，防止刚焊接的接头接触冰雪，造成冷脆现象。第二，混凝土浇筑安排在中午气温较高时进行，由于施工期间日温差很大，中午温度基本都在10℃以上，浇筑期间可以不采用保温措施，以免影响混凝土入仓、振捣。第三，浇筑完毕收面工作结束后立即搭设保温棚保温，经经济技术比较本工程保温材料选用复合土工膜，土工膜与墙顶之间距离按照50cm控制。将土工膜搭在浇筑用钢管脚手架上，形成保温棚，直至混凝土浇筑完毕7天后方拆除保温棚。混凝土养护期间保温棚内采用电炉加热，保证暖棚内温度不低于5℃，加热用电炉总功率按照每仓（仓号长12m，高4m）40kW进行控制。每个仓号的保温棚内在不同位置安设4个温度计，每小时测读一次温度，发现棚内温度低于5℃立即加取暖炉明火升温。为防止大风天气保温棚被掀翻，在棚外采取了类似于浆池保温棚的铅丝斜拉措施，同时底部土工膜埋入地下固定。第四，混凝土养护用水采用安设于墙顶的花管供水。为避免喷水养护造成加温设备损坏，防渗墙浇筑完毕后即在墙顶安设长度与仓号长度相同的Φ20mm钢管供水养护，钢管上钻出间距为20cm的Φ4mm孔用于出水，养护用水采用井水，经现场实测，井水送抵仓号时温度为7～8℃，可满足养护要求。
采用上述措施后，立模明浇防渗墙浇筑及养护期间未发生一起因低温造成的工程质量缺陷，养护期间保温棚内温度均在10℃左右。在浇筑M4号仓时专门取了一组抗压试件在保温棚内养护，其28天抗压强度达36.2MPa，完全满足设计强度要求，说明保温养护成功。
4 施工经验与建议
①直孔水电站坝基防渗墙工程河床段施工在高原冬季气候的影响下，经过多项特殊措施的采取，取得了圆满成功。该段槽孔防渗墙、帷幕灌浆、立模浇筑防渗墙等工序未因气候原因发生质量缺陷和安全事故。为今后低温地区冬季防渗墙施工提供了借鉴。
②在进入冬季施工前，应对各类施工机械做一次全面的检修和维护，否则施工中出现故障因气候、配件等各方面原因导致故障排除较为困难，影响正常施工，造成安全隐患。
③低温季节施工应注意明浇混凝土的保温养护，特别是在新浇混凝土养护初期，避免混凝土内部游离水结冰体积膨胀，在混凝土内部产生冰晶应力，使强度尚低的混凝土内部出现裂缝和孔隙，同时损害混凝土与钢筋的粘结，导致结构强度降低。
④选用复合土工膜作为保温材料与帆布、彩条布等保温材料相比虽然具有经济实惠、保温效果好、易于缝制加工、可重复利用次数多等优点，但本工程采用的两布一膜土工膜不具备阻燃性，加温养护尤其是明火加温养护时应对保温棚架进行改造，使保温材料尽量远离热源，避免明火引燃保温材料发生火灾。在经济技术条件允许的情况下宜优先选用具备阻燃、耐火等特性的保温材料。