严寒大温差地区大坝混凝土越冬保温技术研究

李玺桂

中国水利水电第四工程局有限公司，青海西宁  810000

摘要：本文针对严寒大温差地区大坝混凝土保温材料越冬保温效果的分析研究，选择适合严寒地区大坝越冬的保温材料，使大坝混凝土越冬保温满足相关标准、规范，经过不断改进及经验总结，为今后在新疆或其它严寒区类似工程混凝土越冬保温提供经验及技术支持。

关键词：严寒；大坝；保温

一、工程概况

新疆某水利工程大坝挡水建筑物采用混凝土双曲拱坝，1级建筑物，坝顶高程880.5m,建基面高程713.00m最大坝高167.5m，坝顶全长288.4m。工程所处流域属温带荒漠类型大陆性气候，其特点是光照充足，冬夏冷热悬殊，干燥少雨，蒸发量大，春天多大风，气温日变化剧烈，具有长冬夏，短春秋的特点。拱坝为地处严寒、强振区的高拱坝,多年平均气温7.7℃，极端最高气温为41.6℃,极端最低气温-36.4℃，极端最大温差78℃，最大冻土深度141cm。

二、研究现状

大坝大体积混凝土通常不配筋、抗拉强度低、结构断面尺寸比较大，如何避免混凝土裂缝的出现一直是很重要的课题，在大体积混凝土施工过程中，由于混凝土水化热和外界环境的影响，混凝土表面和内部的温度一直都在变化，温差过大会造成较大的拉应力，从而会引起各种裂缝的产生，在我国已建的大型水利工程中，由于裂缝过多而影响坝体结构安全的现象屡见不鲜。通常通过对混凝土结构采取分块分缝，降低约束作用程度使得拉应力得到有效释放，如设置横缝、纵缝、诱导缝、周边缝等。同时大坝混凝土的抗冻性能在配合比设计时即被考虑，可通过在混凝土拌合物中添加外加剂以提高其抗冻性能。但混凝土本身抗冻性能的提高并不能完全解决其开裂问题，需要采取附加保温手段来预防混凝土的开裂。除了在混凝土表面铺设一定厚度的保温材料以防止夏季混凝土表面温度倒灌外，还需附加其他保温手段来抵抗冬季严寒对混凝土的影响。

三、技术研究原理

充分了解工程特性、气候特征及相关技术要求，咨询分析保温材料的各项参数，确定合理、经济的保温材料；根据施工情况，做好现场施工各项数据的统计，收集并掌握相关技术资料，并依据保温后混凝土内部实测温度对存在问题不断改进，制定专项措施，改进施工工艺并组织现场实施。通过研究分析实施阶段各项数据，总结施工经验，不断改进完善内容，以利于推广应用。

四、2021～2022越冬保温实施及数据分析

对于大坝上下游坝面尽可能按永久保温要求喷涂聚氨酯进行保温，减小立面越冬保温范围，对于仓面、横缝面和因各种原因不能按永久保温要求喷涂聚氨酯进行保温的上下游坝面需进行越冬保温。

2021年大坝共开仓浇筑7～9#三个坝段，7#坝段越冬仓面设计高程719.5m，8#坝段越冬仓面设计高程725.5m，9#坝段越冬仓面设计高程721.0m，7#和8#坝段越冬仓面设计高差6.0m，8#和9#坝段越冬仓面设计高差4.5m。

对大坝越冬仓面按设计要求进行了越冬保温如表1所示实施。

表1  2021～2022大坝实施越冬保温措施

部位	实施保温措施	等效放热系数 (kJ/m2.h.K)
7#坝段越冬仓面	薄膜+8cm厚聚乙烯保温被+三防帆布+8cm厚聚 乙烯保温被+薄膜+2层棉被+三防布	0.80
8#坝段越冬仓面	薄膜+1层棉被+8cm保温杯+6层棉被+三防布	1.05
9#坝段越冬仓面	薄膜+8cm厚聚乙烯保温被+三防布+8cm厚聚乙 烯保温被+薄膜+6层棉被+三防布	0.68

表1所示等效放热系数系按XPS板导热系数取值0.03W/m.K,聚乙烯保温被导热系数取值0.04W/m.K,和黑心棉被导热系数取值0.052W/m.K，及平均风速1.7m/s估算而得。估算各保温措施等效放热系数时，每层黑心棉被按压缩后1cm厚考虑，三防布单层厚度取值0.5mm，三防布导热系数取值0.03W/m.K，不考虑薄膜的保温效果。

为监测坝体混凝土的温度变化，在每仓混凝土内部埋设3支温度计。

为监测和评价7#～9#三个坝段的越冬仓面的保温情况，在7#～9#三个坝段越冬仓面布置温度计，如图1所示。

图1 越冬保温监测温度计布置图

7#～9#三个坝段越冬仓面各布置3支温度计，各越冬仓面保温监测温度计越冬期间(2021年11月初至2022年2月底)测值变化如表2所示。

表2  7#～9#坝段仓面保温情况监测温度计测值降幅及测值日变幅统计表

位置	2021/11/18 测值T0(C)	2022/2/7 测值T1(C)	测值降幅 T0-T1(C)	测值降幅 (T0-T1)/T0(%)	测值日变幅(C)
					2021/11/18	占比	2022/2/7	占比
7#上游仓面	7.58	3.49	4.09	54.0	1.32	21.0%	1.10	9.8%
7#中间仓面	8.62	0.05	8.57	99.4	1.34	21.3%	0.25	2.2%
7#下游仓面	8.59	3.20	5.39	62.7	0.71	11.3%	0.10	0.9%
8#上游仓面	9.50	0.00	9.50	100.0	0.30	4.8%	0.31	2.8%
8#中间仓面	8.00	-3.76	11.76	147.0	0.10	1.6%	0.26	2.3%
8#下游仓面	11.10	0.60	10.50	94.6	0.31	4.9%	0.37	3.3%
9#上游仓面	17.20	11.48	5.72	33.3	0.23	3.7%	0.09	0.8%
9#中间仓面	14.50	7.33	7.17	49.4	0.30	4.8%	0.29	2.6%
9#下游仓面	14.71	8.22	6.49	44.1	0.10	1.6%	0.10	0.9%

从仓面温度测值的降幅的大小可得出结论，9#坝段越冬仓面的保温效果最好、7#坝段越冬仓面的次之、8#坝段越冬仓面的最差。7#坝段仓面温度测值的变化幅度远大于8#坝段和9#坝段的，这应与7#坝段仓面越冬保温层顶部仅用2层棉被覆盖，以及7#坝段仓面大面积渗水，棉被被渗水浸湿后保温效果大幅降低有关。但8#坝段仓面三支温度计从2021年11月18日0:00至2022年2月7日13:00的测值降幅显著大于7#坝段的，这应与8#坝段孔洞多(廊道、集水井、吊物孔、排水管等)、但孔洞口未妥善密封，以及8#坝段左右侧横缝面保温效果不好有关。

分析导致8#坝段混凝土在越冬期末温度偏低的主要原因，8#坝段仓面越冬保温层等效放热系数仅为1.05kJ/m2.h.K，保温效果较差；8#坝段越冬仓面与相邻坝段越冬仓面高差较大(最大达6.36m)，左右横缝面保温难度较大，保温密封处理亦不妥，保温效果较差；8#坝段孔洞多(廊道、集水井、吊物孔、排水管等)、孔洞口未妥善密封，致使孔洞内气温在越冬期最低降至-2.85℃，坝体混凝土多面散热。

五、2022～2023越冬保温实施改进

（1）优化浇筑计划，尽可能减小相邻坝段越冬仓面高差，控制相邻坝段越冬仓面高差不超过3.0m。

（2）各先浇块在10月15日前完成浇筑，对于先浇块，将模板全部拆除后进行越冬保温。

（3）对于10月15日后使用保温模板浇筑的后浇块，模板不拆除，加强模板保温，并将模板用黑心棉被和三防布密封后作为越冬保温。

（4）2022～2023大坝仓面越冬保温采用“保湿层+仓面主保温层+仓面密封保温层”的形式，保温层等效放热系数按不大于0.68kJ/m2.h.K控制。

保湿层由“1层黑心棉毛毡+1层塑料薄膜”构成，黑心棉毛毡密度>500g/m2，塑料薄膜厚度不小于0.6mm，相邻薄膜搭接宽度不小于50cm。仓面主保温层由“2层8cm厚或8层2cm厚(总厚度16cm)聚乙烯保温被”构成，聚乙烯保温被导热系数0.04W/m.K，每层内各保温被之间紧密拼接，上层保温被与下层保温被垂直交叉铺设。仓面密封保温层由“6层黑心棉被+1层三防布”构成，黑心棉被单层蓬松厚度不小于2cm，导热系数0.052W/m.K,三防布厚度不小于0.5mm，相邻三防布搭接宽度不小于50cm，搭接处沿搭接缝方向用钢筋或钢管压实，防止三防布在越冬期被大风掀起，影响仓面越冬保温效果。

加强孔口(廊道、电梯井等)出口保温，尽可能减小各孔口部位钢筋的长度。孔口部位越冬保温层的等效放热系数不应大于0.85kJ/m2.h.K，孔口保温层外表用2层三防布包裹，三防布搭接部位用丁基防水胶带粘接，在其周边(与相邻区保温层的衔接部位)应加强密封处理。

2022～2023越冬保温拆除后，在坝体混凝土各部位(越冬仓面、上下游坝面、横缝面、坝内各孔洞墙面等)均未发现裂缝，这表明，从防止坝体混凝土因内外温差过大而发生裂缝的角度来讲，坝体混凝土各部位越冬保温达到了预期目的。

六、结束语

综上所述，通过两个越冬期的保温试验，选取了一套组合式的越冬保温的材料，不仅易于施工，且保温效果满足大坝混凝土的各项设计指标，值得在严寒地区混凝土坝施工中进行推广和应用。为严寒地区大坝温控防裂机理研究积累大量珍贵数据资产，对于此类地区水电建设具有重要意义。

参考文献：

[1]刘烈志,高卓辉.冬期混凝土施工快速保温方案的研究[J].四川水力发电,2023,42(3):63-66；

[2]李绍辉,宋名辉,陈自强,彭旭光,苗强,苗国权.高寒地区大体积混凝土临时越冬保温技术[J].水利水电技术,2016,47(6):120-123。

作者简介：李玺桂（1991-），男，汉族，甘肃省兰州市人，本科，工程师，注册一级建造师，主要从事水利工程施工管理工作。