高寒地区高速铁路箱梁预制冬期施工措施

2011-04-14李熙福

山西建筑 2011年18期

李熙福

1 工程概况

新建兰新铁路第二双线西宁至张掖段站前工程 LXS-6标段，起讫里程为DK 275+182～DK 328+819。本标段位于青海省海北州门源县境内。本段线路位于达坂山和祁连山之间的门源盆地，地势较为平坦，地面高程多介于 2 800m～3 400m之间，呈北高南低。门源制梁场设于DK 288+600线路左侧(新建门源车站)浩门农场中。门源制梁场负责新建兰新铁路第二双线西宁至张掖段站前工程LXS-6标10座桥425孔24m，32m双线整孔简支箱梁的预制架设任务。

2 气候特点

本区属于高原寒冷地区，区内气候具分带性，气温有随海拔上升而显著降低的变化规律，山区寒冷潮湿，盆地区温暖干燥。气温变化大，根据西海北州门源县多年资料，年平均气温 1.8℃，极端最高气温31.7℃，极端最低气温-34.5℃，年平均降雨量530mm，年平均蒸发量为 1 083.9mm，常年昼夜温差在20℃以上。每年 10月至翌年 4月为结冻期和风季，盛吹西北风，且风力较大一般在 5级以上。

概括起来就是:高海拔、低气温、温差大、风力大、冬期施工长。

3 冬期施工措施

3.1 冬期施工时原材料温度控制

1)冬期施工:《铁路混凝土与砌体工程施工规范》规定当环境昼夜平均气温连续 3 d低于 5℃或最低气温低于-3℃时，混凝土工程应按冬期施工规定进行施工。《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》3.3.6.11条规定:“当昼夜平均气温低于 5℃或最低气温低于-3℃，应采取保温措施，并按冬期施工处理”。2)外加剂:选用具有防冻性能的复合减水剂。存放在室内包裹保温，防止液体外加剂结晶。3)采用彩钢板(保温板更好)对拌合站进行全封闭，保证骨料清洁，拌合站内设置暖气进行加热，暖棚内温度不低于 5℃，细骨料仓设置地热系统进行加热，保证骨料不结冻。4)拌合站设置两个水池，冷水池容量为 200m3，热水池容量为 50m3。热水池采用蒸汽加热，加热温度不宜高于 80℃。

3.2 冬期施工时混凝土拌合和运输

1)混凝土搅拌必须在暖棚内进行，棚内温度不低于 10℃。2)混凝土原材料使用时的温度根据热工计算和实际试拌情况确定，确保混凝土入模温度不小于 5℃。3)混凝土拌合物的出机温度:10℃～35℃。4)混凝土浇筑时的模板温度:5℃～35℃。当模板温度低于 5℃时，浇筑混凝土前，台座上通蒸汽，使模板温度升高。5)搅拌时应先投骨料、水，充分搅拌后再投入水泥、矿物掺合料、外加剂等。搅拌时间以最后一种材料投入搅拌机内开始计算。搅拌时间一般较正常温度下延长 50%。6)混凝土拌合物的入模温度:5℃～30℃。7)混凝土运输时尽可能地缩短运距，在运输过程中对搅拌运输车罐体采用保温篷布进行包裹，对输送泵输送管采用保温棉纱进行包裹，尽可能减少热量损失。

3.3 箱梁混凝土养护

1)养护工艺流程。混凝土浇筑完成→静停养护→蒸汽养护到拆模强度→穿预、初张拉钢束→蒸汽养生到预张拉强度→进行预张拉→蒸汽养生到初张拉强度→进行初张拉→移梁→自然养生到终张拉强度→穿束、进行终张拉→压浆封端后自然养护。

2)蒸汽养护。a.蒸汽养护分静停、升温、恒温和降温四个阶段。静停期间应保持棚内温度不低于 5℃，浇筑完成 4 h后方可升温，升温速度控制在 10℃/h之内，恒温时蒸汽温度不宜超过45℃，混凝土芯部温度不宜超过60℃，个别最大不得超过 65℃，降温速度控制在10℃/h之内。b.在蒸汽养护过程中，通气后应定时测温度，并做好记录。温度计的分布应合理布置，温度计的分布宜在跨中、1/4截面、梁端各布置两块，梁端箱内、孔道各布置一块，并在箱梁混凝土芯部埋设温度计。恒温时每 2 h测一次温度，升温、降温时每 1 h测一次，并通过加汽或停汽，将升温幅度控制在10℃/h之内。c.拆除养护罩时，不可立即将养护罩打开，将养护罩的两端打开，进行箱梁室内通风，缓慢的将梁体表面温度降至环境温度之差不大于 15℃时方可拆除养护罩，并立即对顶面、箱内进行覆盖洒水养护，时间不少于 7 d。d.结合本地的气候特点，制梁场全年采用蒸汽养护，所有制梁台座均采用10 cm保温板进行封闭，上部采用养护罩进行封闭保温。用 2台 4 t蒸汽锅炉供气，蒸汽管路的布置要求保证养护罩内每处的温度基本一致，由电磁阀控制管道进气量。

3.4 管道压浆

1)后张法预制箱梁终张拉完成后，宜在 48 h内进行管道压浆。

2)压浆时及压浆后 3 d内，梁体及环境温度不得低于5℃，否则采用压浆前将梁体吊置于存梁台座的蒸汽养护棚中。

3)压浆用水采用直接通入蒸汽的方式进行加热。

4 冬期施工热工计算

4.1 混凝土比热计算

混凝土比热(C):单位重量的混凝土，其温度升高1℃所需要的热量。C50每立方米混凝土热工计算参数见表 1。

混凝土比热C:

4.2 冬期混凝土拌合物温度计算

下面分析 4种不同情况下，各种材料用量及温度(预设气温为-10℃，-5℃，0℃，5℃)，如表2所示。

表1 C 50每立方米混凝土热工计算参数

表2 不同情况下各种材料用量及温度

1)C50混凝土拌合物温度 T0。

其中，mce，msa，mg，mf，mw，mj分别为水泥、砂、碎石、粉煤灰(矿粉)、水、外加剂的用量，kg;Tce，Tsa，Tg，Tf，Tw，Tj分别为水泥、砂、碎石、粉煤灰(矿粉)、水，外加剂的温度，℃;wsa，wg分别为砂、碎石含水率，%;C1，C2分别为水的比热容，及冰的溶解热，k J/(kg◦K)，当骨料温度大于0℃时，C1=4.2，C2=0，当骨料温度不大于 0℃时，C1=2.1，C2=335。

C50混凝土拌合物温度T0=[0.92(mceTce+msaTsa+mgTg+ mfTf)+4.2Tw(mw-wsamsa-wgmg)+C1×(wsamsaTsa+wgmgTg)-C2×(wsamsa+wgmg)]÷[4.2mw+0.92×(mce+msa+mg+mf)]。

在-10℃情况下，T01=3.0℃＜5℃。在 -5℃情况下，T02=7.1℃＞5℃。在0℃情况下，T03=13.6℃＞5℃。在 5℃情况下，T04=17.9℃＞5℃。

2)C50混凝土拌合物出机温度 T1。

其中，Ti为搅拌棚内温度，设定为 10℃。在-10℃情况下，T11=4.1℃＜5℃。在-5℃情况下，T12=7.5℃＞5℃。在 0℃情况下，T13=13.0℃＞5℃。在5℃情况下，T14=16.6℃＞5℃。

3)C50混凝土拌合物经运输到浇筑时的温度T2。

其中，α为温度损失系数(h-1)，混凝土罐车运输时，α= 0.25;t1为混凝土拌合物自运输到浇筑时的时间，设定为10min;n为混凝土拌合物运转次数，根据现场测试，按两次计算;Ta为混凝土拌合物运输时环境温度，℃。

在-10℃情况下，T21=2.6℃＜5℃。在 -5℃情况下，T22=6.2℃＞5℃。在0℃情况下，T23=11.7℃＞5℃。在 5℃情况下，T24=15.4℃＞5℃。

4)C50混凝土浇筑成型完时的温度 T3。

其中，T3为考虑模板和钢筋吸热影响，混凝土成型完成时的温度，℃;Cc为混凝土的比热容，计算Cc=1.08 kJ/(kg◦K);Cf为模板的比热容，kJ/(kg◦K)，资料查找Cf=0.48 kJ/(kg◦K);Cs为钢筋的比热容，kJ/(kg◦K)，资料查找Cs=0.48 kJ/(kg◦K);mc为每立方米混凝土重量，计算mc=2 434.3 kg;mf为每立方米混凝土相接触模板的重量，设定mf=200 kg;ms为每立方米混凝土相接触钢筋的重量，设定mf=100 kg;Tf，Ts分别为模板、钢筋的温度，模板预热到 10℃，钢筋未预热采用环境温度，℃。