通河松花江大桥混凝土冬季施工的防冻措施

杨凯之，崔井奎，郭 鑫

(1.黑龙江公路勘察设计院;2.黑龙江省交通科学研究所;3.哈尔滨工业大学)

1 工程概况

松花江流经木兰县入境，通过方正县、通河县流入依兰县。境内流长123 km。平均水面宽度2 km，水深1.5～3.0 m，最深可达11m，最大流量1 190 m3/s，最小流量130 m3/s，平均流速0.75m3/s。根据以有资料得知历史最低水位为99.7 m，最高水位为105.6m。每年11月下旬结冰，翌年4月解冻。

黑龙江省鸡西至讷河公路通河松花江大桥C8合同段起讫桩号由K265+153至松花江大桥通河岸K266+320.88，全长1 167.88m。滩桥(7×40m)预应力混凝土简支转连续T梁+主桥(63 m+4×110 m+63 m)预应力混凝土连续箱梁+通河岸引桥(8×40 m)预应力混凝土简支转连续T梁。主桥上部结构采用变截面三向预应力单箱双室混凝土连续主梁，下部结构采用钢筋混凝土实体墩共7个，宽14.5 m，厚4 m和5 m，最大墩高22 m;钻孔灌注桩群桩基础，主墩12根，过渡墩8根。引桥上部采用先简支后连续预应力T梁;下部采用桥墩采用三柱式墩身，钻孔灌注桩基础;桥台采用柱式台，钻孔灌注桩基础。桥面铺装总厚度为17 cm，其中钢纤维防水泥混凝土厚度为9 cm，沥青混凝土厚度8 cm。在沥青混凝土与钢纤维防水混凝土间设防水层。灌注桩混凝土为C30，共24 208 m3;墩台盖梁、墩柱、防撞护栏混凝土为 C35，共 5935.1 m3;墩身混凝土为 C40，共 9 670.5 m3;预应力箱梁为C60混凝土，共14 005 m3;桥面铺装为C55钢纤维混凝土，抗渗等级 W6，共 2 552.7 m3。

本工程于2006年9月1日开工，于2009年8月31日竣工，总工期为1 096 d。

受工期限制，必须进行冬季施工才能按时完成施工任务。冬季施工主要任务是T梁的预制和混凝土墩柱的浇筑。

2 混凝土的冻害

低温季节混凝土施工如不采取保温防冻措施，新浇混凝土中的游离水发生冻结后，体积增加9%将引起混凝土各组分之间发生相对移动，使振捣后的混凝土内部结构遭到破坏。当混凝土解冻后，破坏了的内部结构不再恢复原状，最终导致混凝土强度、抗冻及抗裂等指标显著降低。因此，施工中必须防止冻害。

3 混凝土冬季防冻措施的应用及热工计算

3.1 原材料加热

为了提高混凝土的出机口温度，一般先考虑拌合水加热，如不满足要求再考虑骨料加热，水泥不能直接加热。拌合水加热是在搅拌站附近设置钢制储水罐，混凝土用水由机井抽出沿管道输送到储水罐，经加热处理至搅拌机。试验储水罐出口温度达到50℃左右时，拌合物的温度可达到5℃，如此即可满足冬季施工的要求。另外，混凝土拌和前应用热水将拌合机冲洗，拌和时间应比其他季节延长50%左右。冬季的混凝土运输也应尽可能减少转运次数，最好采取一次直接运送。运输设备要有可靠的保温措施，各种运输设备在工作结束时，必须立即用蒸汽或热水冲洗干净，恢复工作时要首先用热水冲洗。

3.2 浇筑现场的保温

冬季施工现场的混凝土浇筑采用暖棚法。暖棚法可适用于气温在-10℃以下。暖棚法主要是在混凝土浇筑仓位四周搭设暖棚，棚内通常用火炉供热，使棚内温度保持在5℃左右为宜。为使暖棚内的温度不低于5℃，暖棚内应均匀布设温度计，派专人每隔2 h测设暖棚内的温度，随时调整炉火。符合设计要求的混凝土浇筑温度。

3.3 混凝土养护

根据工程实际情况，墩柱养护采用暖棚养护较好，内设火炉增温，安设温度计，并设专人根据温度变化增加或减少火炉数量，使棚内温度保持在5℃以上;板梁混凝土的养护采用蒸汽养护，锅炉采用无压蒸汽锅炉，铺设管道到需要养护的板梁，主管道采用DN50钢管，支管道DN25钢管，为提高养护的效果，管道上应钻有0.3 mm的孔眼，用以喷洒蒸汽来养护成品混凝土。据现场测试，锅炉出口水温度为100～110℃，末端温度达到35～40℃，混凝土养护温度达到35～40℃，在同等养护条件下，按照混凝土24，48，72 h的强度进行试验，共抽取试块9组其中:混凝土24，48，72 h各3组，经专业资质实验室进行混凝土强度试验，24 h强度达到设计值的50.09%，48 h强度达到设计值的75.07%，72 h强度达到设计值的80.37%，达到了混凝土养护目的，均可提前拆除模板。由于混凝土拆模后还须继续养护至构件达到28 d强度，但养护方法可随自然温度变化而改变，如为薄膜外加草帘覆盖，四周用土或编织袋灌土压实等办法。

3.4 混凝土热工计算

(1)混凝土拌合物的拌和后温度可按下式进行计算

式中:Tb为混凝土合成后的温度，℃;Wc、Ws、Wg为水泥、砂、石的干燥质量，kg;Ww为拌和加水的质量(不包括骨料的含水);tc、ts、tg、tw为水泥、砂、石、水装入搅拌机时的温度，℃;Ps、Pg为砂石的含水率;a为水泥及骨料的比热，kJ/kg·K，可采用0.92;B为水泥的比热及溶解热，℃，当骨料温度＞0 ℃时，b=4.19、B=0;当骨料温度≤0 ℃ 时，b=2.09、B=335。

(2)混凝土拌合物的出机温度Tb需满足下式要求:

式中:Tm为混凝土拌合物在搅拌过程中的热量损失，℃;由下式求得

Tc为混凝土开始养护时所需温度，此处取10℃;Td为搅拌棚内温度，℃;t为混凝土运输至成型的时间，h;n为混凝土倒运次数;T0为混凝土自搅拌机中倾出时的温度，℃;Te为室外气温，℃;a为每小时温度损失系数，此处取a=0.10。

4 结语

(1)冬季施工不论利用哪种施工措施，都必须严格按照施工规范要求进行，严格控制施工现场温度，混凝土浇筑温度控制在5℃左右，混凝土养护温度可根据混凝土标号、施工部位、模板数量等确定，但是最低温度应在0℃以上。

(2)暖棚法施工必须根据当地的气候情况，确定暖棚的方向并且保证棚屋四周的保温，掩盖严实。在暖棚中用明火加热时必须特别加强防火。

(3)蒸汽养护要严格控制混凝土的升、降温速度，按照混凝土冬季施工规范的规定，养护温度不宜超过80℃。