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摘要 我国北方冬季漫长严寒，如何在寒冷的冬季确保水工混凝土施工质量成为影响工程施工进度、质量的关键性因素。本文以香磨山灌区2011年度续建配套与节水改造工程为例，从混凝土保温、配合比设计、防裂措施论述了北方冬季水工混凝土施工措施，对北方冬季水工混凝土施工具有一定的指導和借鉴意义。
关键词 北方；冬季；混凝土；施工
中图分类号 TV544 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0046-02
香磨山灌区位于木兰县境内的松花江一级支流木兰达河中下游。灌区总面积3.13×104hm2，耕地面积2.13×104hm2，设计灌溉面积2.05×104hm2。香磨山灌区属寒温带大陆性季风气候，多年平均降水量646.2 mm，多年平均蒸发量在1040-1400 mm之间，平均无霜期在110-150 d之间，最大冻深1.8 m。香磨山灌区2011年度续建配套与节水改造工程初步设计由黑龙江省水利厅、黑龙江省财政厅以黑水发[2011]652号文件批复。通过招标黑龙江省水利第五工程处负责第三标段的施工，施工内容包括总干二支渠渠道衬砌、路面、节制闸1座、进水闸1座。
哈尔滨地区的气候特点是冬季漫长，长达5个月之久，气温较低，因此无法进行正常的全年施工，为了保证按期竣工，根据总体计划安排，进行了两座水闸的冬季施工。施工期在10月下旬至12月中下旬。根据气象统计资料，哈尔滨市11月份的平均气温为-6.2℃左右，12月中旬平均气温-15℃，因此必须按照水工混凝土低温季节施工的要求，从混凝土保温、配合比设计、防裂等方面做好各项施工措施，确保施工质量。
1 保温
根据现场实际情况和砼施工的特点，施工时采用的是暖棚蓄热、蒸汽锅炉加热的施工方法。具体方法：
1）为保证砼的浇筑温度，搅拌站、砂石料场、水闸基坑处均搭设保温大棚。
2）搅拌站用水采用蒸汽加热，水闸大棚采用暖气排管加热，砂石料加热采用热地垄的方法。
3）砼运输采用泵送的方式，输送泵管道用防寒毡包裹保温。
2 混凝土配合比设计
为了高质量的完成施工任务，结合高寒地区的施工特点，砼标号为C30，我们进行了混凝土配合比设计：根据大体积砼的施工特点及冬季施工环境温度低、砼输送方式采用泵送等实际情况，首先进行原材料选取，并将水泥用量、粉煤灰用量、砂率、缓凝剂掺量四个因素做了水平正交试验，然后进行极差分析，确定了合理的混凝土配合比。为了做到万无一失，施工前进行了大体积砼温度模拟实测，对边长为0.5m、1m、1.5m、2m的立方体试件进行了温升模拟试验，从而确定水闸大体积砼实际施工时的合理方案以及最佳配合比。
2.1 原材料确定
水泥采用哈尔滨水泥厂产天鹅牌P.O32.5水泥。
细集料采用哈尔滨港务局产中砂。
粗集料采用哈尔滨玉泉采石场产碎石。
外掺料采用阿城热电厂产Ⅰ级增钙粉煤灰。
外掺剂采用黑龙江省寒地院产LNC-52型外加剂。
2.2 混凝土配合比设计
原材料确定后，对水泥用量、粉煤灰用量、砂率、缓凝剂掺量四个因素进行水平正交试验，绘制了水平正交试验结果曲线：
根据曲线确定了最佳配合比水泥用量为310kg/m3，粉煤灰掺量为占水泥质量的35%，砂率为36%，缓凝剂掺量为占水泥质量的0.25%。 具体见表1。
2.3 施工前大体积混凝土温度模拟实测
施工前分别对边长为0.5m、1m、1.5m、2m的立方体试件进行了温升模拟试验。通过对模拟试验数据的分析可知，采用此最佳配合比，可有效的推迟水化热温升峰值的出现，同时大大降低了水化热峰值，这对于保证大体积砼不产生温度裂缝是极其有利的。
3 混凝土防裂措施
混凝土施工时，如何控制混凝土的内外温差和温度变形而造成的裂缝是施工控制的关键问题。同时混凝土的防裂问题也是渠道、水工建筑物施工中的一大技术难题，寒冷地区混凝土冬季施工的防裂更是难上加难，为此我们进行了混凝土温度裂缝控制问题试验研究。施工时采取了 “内降外保”的施工技术及先进的温度测控技术。所谓“内降”，就是在保证砼强度及品质的前提下通过降低水泥用量、加入外掺料和外掺剂、降低砼入模温度，分层浇注、布设冷却水管等措施来降低砼的内部温升。
3.1 优化配合比设计、降低砼内部水化热
水化热温升主要取决于水泥品种、水泥用量及散热速度等因素，因此施工中选用了非早强型的低标号普通硅酸盐水泥。同时，为了减少砼中的水泥用量，在确保砼强度的条件下，掺加了外掺材料和外掺剂，尽量降低砼的水化热温升，控制水化热峰值。我们通过优化配合比设计，确定最佳施工配合比充分保证了这一点。
3.2 分层浇注
为了减少砼内部的发热量，降低温升峰值，水闸大体积砼施工时采用分层浇注、设置水平工作缝的施工方法。第一次浇注3m，第二次浇注2m。待第一次砼强度达到10Mpa以上进行凿毛处理。保证第一、二层砼的温差在25℃以内，避免由于温度梯度过大而造成砼衔接部位的裂缝。
3.3 布设冷却水管
在砼浇注前埋置5层φ25mm冷却水管，水平布置在砼不同层面内，层间距1.0m。管间距1.2m。当砼浇筑至冷却水管标高后，立即通入冷却水，利用循环水带走砼内部的部分热量，从而有效降低砼水化热最高峰值，减小砼内外温差造成的拉应力，防止裂缝的形成。循环水要随时调节水温，保证循环过程中与砼内部的温差在20℃～25℃之间，流量控制在10～20升/分，控制降温速率，避免由于温差过大和温降过快而造成砼的内部裂缝。
3.4 “外保”技术
由于水闸施工正值11月份，此时日平均气温已远远低于5℃，早已进入了冬季施工阶段，施工时采用蒸气锅炉加热，暖棚蓄热的方法进行保温。棚内设置蒸气排管，内通蒸气进行加热。在水闸砼浇注完成、收浆后，用一层聚乙烯塑料和一层麻袋片覆盖，进行保水养生，从而保证砼强度的正常增长，降低砼的干缩应力，防止砼表面裂缝的产生。随着砼内部温度的升高，逐渐提高棚温，使砼内外温差始终控制在25℃以内。在大体积砼养生过程中要密切关注砼的温度变化，随时调节棚温，严格控制降温速率在0.9～1.5℃之间，保证大体积砼的内在质量。
3.5 混凝土浇注施工工艺保证
砼浇注时采用斜层浇筑法施工，每层分层厚度为50cm，在下层砼初凝前必须浇筑上层砼。每层砼浇筑时间控制在14小时。振捣用插入式振捣器进行，浇筑上层砼时，振捣器应插入下层砼5～10cm。每一处振动完毕后便振动边徐徐提出振捣棒。对每一振动部位，必须振动到该部位砼密实为止。密实的标志时砼停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆。
在第一层砼浇筑结束后，砼强度达到2.5MPa时开始人工凿毛，凿除砼表面的水泥砂浆和松弱层，然后用水冲洗干净。砼第二次浇筑时间是在第一次砼内部温度低于35℃后进行的。以免造成混凝土层间裂缝。
3.6 采用先进的温控技术
为了得到精确的测温数据，掌握温升与温降规律，更好的指导施工，采用热电偶和高精度的多功能多点温度测试仪进行全过程的温度测控。
实践证明以上各项施工技术措施是行之有效的，经业主、监理、设计、施工单位的共同努力，香磨山灌区2011年度续建配套与节水改造工程水闸大体积砼施工达到了预期效果，未产生温度裂缝，强度达到了设计标号。以上技术的成功采用，为今后类似的工程提供了详实可靠的第一手资料，并且通过本次试验研究以及在水闸大体积混凝土施工的应用，为在寒冷地区解决大体积混凝土温度裂缝问题，增加混凝土的耐久性，探索出了一条可行之路。
参考文献
[1]《黑龙江省香磨山灌区（2011年度）续建配套与节水改造工程初步设计报告》，黑龙江水利水电勘测设计研究院，2010年12月；
[2]《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）.
[3]《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）.
[4]《水工混凝土配合比设计规程》（DL/T5330-2005）.
[5]《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T5151-2001）.
[6]《水工混凝土掺用粉煤灰技术规程》（DL/T5055-2007）.
[7]《水工混凝土外加剂技术规程》（DL/T5100-1999）.
作者简介
庄桂亮（1975—），男，工程师，主要从事水利水电工程施工、工程管理工作。
关键词 北方；冬季；混凝土；施工
中图分类号 TV544 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0046-02
香磨山灌区位于木兰县境内的松花江一级支流木兰达河中下游。灌区总面积3.13×104hm2，耕地面积2.13×104hm2，设计灌溉面积2.05×104hm2。香磨山灌区属寒温带大陆性季风气候，多年平均降水量646.2 mm，多年平均蒸发量在1040-1400 mm之间，平均无霜期在110-150 d之间，最大冻深1.8 m。香磨山灌区2011年度续建配套与节水改造工程初步设计由黑龙江省水利厅、黑龙江省财政厅以黑水发[2011]652号文件批复。通过招标黑龙江省水利第五工程处负责第三标段的施工，施工内容包括总干二支渠渠道衬砌、路面、节制闸1座、进水闸1座。
哈尔滨地区的气候特点是冬季漫长，长达5个月之久，气温较低，因此无法进行正常的全年施工，为了保证按期竣工，根据总体计划安排，进行了两座水闸的冬季施工。施工期在10月下旬至12月中下旬。根据气象统计资料，哈尔滨市11月份的平均气温为-6.2℃左右，12月中旬平均气温-15℃，因此必须按照水工混凝土低温季节施工的要求，从混凝土保温、配合比设计、防裂等方面做好各项施工措施，确保施工质量。
1 保温
根据现场实际情况和砼施工的特点，施工时采用的是暖棚蓄热、蒸汽锅炉加热的施工方法。具体方法：
1）为保证砼的浇筑温度，搅拌站、砂石料场、水闸基坑处均搭设保温大棚。
2）搅拌站用水采用蒸汽加热，水闸大棚采用暖气排管加热，砂石料加热采用热地垄的方法。
3）砼运输采用泵送的方式，输送泵管道用防寒毡包裹保温。
2 混凝土配合比设计
为了高质量的完成施工任务，结合高寒地区的施工特点，砼标号为C30，我们进行了混凝土配合比设计：根据大体积砼的施工特点及冬季施工环境温度低、砼输送方式采用泵送等实际情况，首先进行原材料选取，并将水泥用量、粉煤灰用量、砂率、缓凝剂掺量四个因素做了水平正交试验，然后进行极差分析，确定了合理的混凝土配合比。为了做到万无一失，施工前进行了大体积砼温度模拟实测，对边长为0.5m、1m、1.5m、2m的立方体试件进行了温升模拟试验，从而确定水闸大体积砼实际施工时的合理方案以及最佳配合比。
2.1 原材料确定
水泥采用哈尔滨水泥厂产天鹅牌P.O32.5水泥。
细集料采用哈尔滨港务局产中砂。
粗集料采用哈尔滨玉泉采石场产碎石。
外掺料采用阿城热电厂产Ⅰ级增钙粉煤灰。
外掺剂采用黑龙江省寒地院产LNC-52型外加剂。
2.2 混凝土配合比设计
原材料确定后，对水泥用量、粉煤灰用量、砂率、缓凝剂掺量四个因素进行水平正交试验，绘制了水平正交试验结果曲线：
根据曲线确定了最佳配合比水泥用量为310kg/m3，粉煤灰掺量为占水泥质量的35%，砂率为36%，缓凝剂掺量为占水泥质量的0.25%。 具体见表1。
2.3 施工前大体积混凝土温度模拟实测
施工前分别对边长为0.5m、1m、1.5m、2m的立方体试件进行了温升模拟试验。通过对模拟试验数据的分析可知，采用此最佳配合比，可有效的推迟水化热温升峰值的出现，同时大大降低了水化热峰值，这对于保证大体积砼不产生温度裂缝是极其有利的。
3 混凝土防裂措施
混凝土施工时，如何控制混凝土的内外温差和温度变形而造成的裂缝是施工控制的关键问题。同时混凝土的防裂问题也是渠道、水工建筑物施工中的一大技术难题，寒冷地区混凝土冬季施工的防裂更是难上加难，为此我们进行了混凝土温度裂缝控制问题试验研究。施工时采取了 “内降外保”的施工技术及先进的温度测控技术。所谓“内降”，就是在保证砼强度及品质的前提下通过降低水泥用量、加入外掺料和外掺剂、降低砼入模温度，分层浇注、布设冷却水管等措施来降低砼的内部温升。
3.1 优化配合比设计、降低砼内部水化热
水化热温升主要取决于水泥品种、水泥用量及散热速度等因素，因此施工中选用了非早强型的低标号普通硅酸盐水泥。同时，为了减少砼中的水泥用量，在确保砼强度的条件下，掺加了外掺材料和外掺剂，尽量降低砼的水化热温升，控制水化热峰值。我们通过优化配合比设计，确定最佳施工配合比充分保证了这一点。
3.2 分层浇注
为了减少砼内部的发热量，降低温升峰值，水闸大体积砼施工时采用分层浇注、设置水平工作缝的施工方法。第一次浇注3m，第二次浇注2m。待第一次砼强度达到10Mpa以上进行凿毛处理。保证第一、二层砼的温差在25℃以内，避免由于温度梯度过大而造成砼衔接部位的裂缝。
3.3 布设冷却水管
在砼浇注前埋置5层φ25mm冷却水管，水平布置在砼不同层面内，层间距1.0m。管间距1.2m。当砼浇筑至冷却水管标高后，立即通入冷却水，利用循环水带走砼内部的部分热量，从而有效降低砼水化热最高峰值，减小砼内外温差造成的拉应力，防止裂缝的形成。循环水要随时调节水温，保证循环过程中与砼内部的温差在20℃～25℃之间，流量控制在10～20升/分，控制降温速率，避免由于温差过大和温降过快而造成砼的内部裂缝。
3.4 “外保”技术
由于水闸施工正值11月份，此时日平均气温已远远低于5℃，早已进入了冬季施工阶段，施工时采用蒸气锅炉加热，暖棚蓄热的方法进行保温。棚内设置蒸气排管，内通蒸气进行加热。在水闸砼浇注完成、收浆后，用一层聚乙烯塑料和一层麻袋片覆盖，进行保水养生，从而保证砼强度的正常增长，降低砼的干缩应力，防止砼表面裂缝的产生。随着砼内部温度的升高，逐渐提高棚温，使砼内外温差始终控制在25℃以内。在大体积砼养生过程中要密切关注砼的温度变化，随时调节棚温，严格控制降温速率在0.9～1.5℃之间，保证大体积砼的内在质量。
3.5 混凝土浇注施工工艺保证
砼浇注时采用斜层浇筑法施工，每层分层厚度为50cm，在下层砼初凝前必须浇筑上层砼。每层砼浇筑时间控制在14小时。振捣用插入式振捣器进行，浇筑上层砼时，振捣器应插入下层砼5～10cm。每一处振动完毕后便振动边徐徐提出振捣棒。对每一振动部位，必须振动到该部位砼密实为止。密实的标志时砼停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆。
在第一层砼浇筑结束后，砼强度达到2.5MPa时开始人工凿毛，凿除砼表面的水泥砂浆和松弱层，然后用水冲洗干净。砼第二次浇筑时间是在第一次砼内部温度低于35℃后进行的。以免造成混凝土层间裂缝。
3.6 采用先进的温控技术
为了得到精确的测温数据，掌握温升与温降规律，更好的指导施工，采用热电偶和高精度的多功能多点温度测试仪进行全过程的温度测控。
实践证明以上各项施工技术措施是行之有效的，经业主、监理、设计、施工单位的共同努力，香磨山灌区2011年度续建配套与节水改造工程水闸大体积砼施工达到了预期效果，未产生温度裂缝，强度达到了设计标号。以上技术的成功采用，为今后类似的工程提供了详实可靠的第一手资料，并且通过本次试验研究以及在水闸大体积混凝土施工的应用，为在寒冷地区解决大体积混凝土温度裂缝问题，增加混凝土的耐久性，探索出了一条可行之路。
参考文献
[1]《黑龙江省香磨山灌区（2011年度）续建配套与节水改造工程初步设计报告》，黑龙江水利水电勘测设计研究院，2010年12月；
[2]《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）.
[3]《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）.
[4]《水工混凝土配合比设计规程》（DL/T5330-2005）.
[5]《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T5151-2001）.
[6]《水工混凝土掺用粉煤灰技术规程》（DL/T5055-2007）.
[7]《水工混凝土外加剂技术规程》（DL/T5100-1999）.
作者简介
庄桂亮（1975—），男，工程师，主要从事水利水电工程施工、工程管理工作。