连续箱梁桥混凝土冬季施工技术研究

赵顺波，刘 森，陈记豪，孙永鹏，高宇甲

(华北水利水电大学 土木与交通学院，河南 郑州 450045)

在现代基础设施建设中，混凝土工程的冬季施工是一个技术难点，研究控制混凝土的早期冻伤，保证浇筑后混凝土的温、湿度，确保混凝土生产质量尤为重要［1－2］．笔者以省道S308 焦作至沁阳段改建工程沁河大桥工程为依托，探讨冬季混凝土挂篮悬臂施工的控制技术．

1 工程概况

省道S308 焦作至沁阳段改建工程沁河大桥，全长490 m，上部结构为预应力混凝土变截面连续箱梁．箱梁采用单箱单室断面，顶板宽12．0 m，底板宽6．5 m，顶面设2%单向横坡．利用挂篮机械设备，进行悬臂施工．由于悬臂施工周期时间长，不可避免的要经历冬季施工的阶段．墩顶托架现浇梁段(0 号和1 号)长12．0 m，两个“T 构”的悬臂各分为边跨侧7对梁段，其梁段数及梁段长度从根部至跨中各为3 ×3．0 m 和4 ×3．5 m，累计悬臂总长29 m，悬臂浇筑梁段最大控制重量约为875．0 kN．跨中合拢段为2．0 m，两个边跨现浇梁段各长6．0 m．

沁河大桥所在地属于温带大陆性季风气候，冬冷夏热，春暖秋凉，四季分明，且昼夜温差大．冬季气温一般在－2 ℃左右，最低气温－17．6 ℃，平均风速1．8 m/s，最大风速18．0 m/s．

2 冬季混凝土原材料选择与配合比

2．1 原材料

冬季施工中，混凝土宜选用强度等级不低于42．5 的普通硅酸盐水泥，水泥用量不宜少于300 kg/m3，水灰比应小于0．6［3－4］．该工程选用焦作“坚固牌”P·O52．5 水泥，符合冬季施工混凝土的水泥要求．

在配合比中掺入了适量的粉煤灰，可以延缓水泥水化反应在箱梁结构内外部产生最大温差的出现时间，减小温度拉应力，有利于提高混凝土早期抗裂性能，防止温度裂缝的出现［5］．

粗骨料选用沁阳产碎石(最大粒径19 mm)，细骨料采用信阳黄砂(细度模数2．80)．做好骨料清洗和储备工作，不得含有冰、雪等冻结物及易冻裂的矿物质［4］．骨料存放在地势高、不宜受潮的地方．

外加剂采用焦作“协力”生产的科之杰牌FDN－8000 高效减水剂，可在坍落度相同时减少拌合用水量，使混凝土较早获得抗冻能力［6］．

2．2 配合比

在各项原材料选定后，要为冬季施工进行配合比的计算与实配调整． 该项目采用现浇C50 混凝土，实测28 d 的抗压强度达到了设计值的115%．经过反复试配，最终确定的配合比见表1．

表1 冬季施工混凝土配合比

3 冬季混凝土施工关键技术

3．1 混凝土的搅拌

根据《公路桥涵施工技术规范》(JTG F50—20011)中规定，冬季混凝土入模温度应大于5 ℃［7］．该工程在混凝土搅拌前，先用热水对搅拌机进行预热，保证精确计量，再进行投料搅拌． 为了保证混凝土出仓达到设计温度，均采用拌合用水加热的方法进行温度控制． 保证拌合水温度不超过60 ℃，并防止水泥因与80 ℃的水接触而出现“假凝”现象［8］．

3．2 混凝土的运输

混凝土的运输采用10 m3的罐车，为了减少在运输过程中的热量损失，采取如下措施．

1)罐车的车身采用棉帆布包裹，输送泵的料斗、输送管及阀门用棉被包裹． 在运输过程中，用特制保温盖扣在罐体的进出口处．

2)尽量减少混凝土的转运次数、装卸时间和施工现场停留的时间，使混凝土自出机到浇筑现场后，能够一次倾倒入模，从而最大化地减少温度损失，保证合理的入模温度．

3．3 混凝土的浇筑

冬季混凝土浇筑，要把握好以下几个关键点．

1)浇筑时间的控制．把浇筑时间安排在每天上午9:00 至下午4:00，保证在当天气温较高时浇筑，有利于混凝土入模温度的控制．

2)浇筑前，要有专人负责检查钢筋和模板上的残留物，对污垢和冰雪等残留物做好清扫工作．对于冰雪的处理，切勿直接加热将冰雪融化，因为直接融化的水在低温下会再次冻结．

3)浇筑时温度的控制． 若当日浇筑气温低于0 ℃，要提前对浇筑节段的箱梁进行预热，从而保证达到规定的入模温度．

在浇筑前做好施工准备后，开始分层浇筑，分层厚度以20 ～30 cm 为宜．浇筑阶段的混凝土未被上一层混凝土覆盖时，其温度不应低于2 ℃，并不得低于设计温度．为保证浇筑的混凝土均匀密实，采用机械振捣形式，振动棒使用“快插慢拔”的移动速度［9］．振捣密实后，要立即使用塑料薄膜覆盖已浇筑好的混凝土，从而防止混凝土的脱水且避免保温材料吸水．

3．4 混凝土养护方法

在探究和调研了其他同类工程养护方法后，该工程决定采用综合养护方法，即在混凝土配比的初期考虑掺入外加剂，增强混凝土的早期抗冻能力，并在混凝土的搅拌和运输过程中采取一系列的保温措施;在混凝土浇筑后，为了保证新浇筑混凝土在受冻前具有足够的强度，采取蒸汽加热方法加以养护．

箱梁结构覆盖及安置的保温措施有:在箱梁表面，采用双层覆盖保温形式，即在已经初凝的混凝土上方覆盖一层塑料薄膜后再覆盖棉被，并在箱室洞口处悬挂棉被减少和外界空气的对流，保持箱室蒸汽养护的温度基本恒定(图1);箱梁浇筑节段左右侧面，挂篮侧模背钢间隔内粘贴保温薄膜板(图2);在箱室内，采用煤火炉升温，每台煤炉顶安装一个水桶，起到加湿和升温作用(图3)．

图1 箱梁正截面保温

图2 箱梁侧面保温

图3 箱梁内部升温

在采用蒸汽养护时，应注意切勿用蒸汽直接加热混凝土，防止混凝土局部升温过快，控制箱室内升温速度要小于10 ℃/h，当箱室内温度升至20 ℃左右时，应暂停蒸汽养护，从而使混凝土进入恒温养护状态．混凝土内部最高温度的限值为60 ℃，保证混凝土的温度经历升温、恒温和降温3 个状态． 同时，为了防止煤气中毒和二氧化碳浓度过高加速混凝土的碳化，务必把火炉的排气管引出箱室外．在混凝土终凝后，采用土工布覆盖保温养护．

3．5 混凝土的温度监测

由于外界环境温度多变，为了适时准确地调整养护时间和改进防寒保温措施，建立一套完善的混凝土温度监测体系是十分必要的．

测点的布置:在箱梁箱室中，靠近炉火的两侧内滑梁的位置处，布设两个测点，在箱室外的底纵梁上，布设两个测点．

监测时间和频率如下．

1)对施工环境的温度测量，每天安排在7:00、12:00 和16:00 进行温度数据的采集，了解当日施工温度情况．

2)混凝土生产过程中，控制混凝土拌合物的出机温度，对原材料的测量每工作班不少于3 次，拌合料出机监测每2 h 测温1 次．

3)在混凝土浇筑前，每3 h 测量1 次出罐温度，与出机测量温度对比，计算出运输途中的温度变化值．

4)在混凝土浇筑过程中，对工地环境气温监测、工作面的气温监测每工作班不少于3 次;对混凝土入模温度，每3 h 监测1 次，并与出罐温度对比，计算在浇筑过程中的温度变化值．

5)在浇筑混凝土后，每4 h 测量1 次，保证箱室内的温度和湿度均匀变化．

6)在混凝土养护期间，养护升温前和升降温阶段每4 h 测温1 次，恒温养护阶段每天测温不少于3 次．

4 结 语

该工程项目从原材料入手，并且采用有效合理的养护及温控技术，使得多跨连续预应力箱梁在冬季施工中得以顺利开展．但在后续研究中，仍需研究更加科学、切实可行的温度控制方法与预测理论，对采集的温度数据尚需进行系统的分析总结，并上升至理论计算的高度．

［1］费成效，毕守一，黄百顺． 混凝土施工早期受冻防治技术［J］．华北水利水电学院学报，2011，32(2):64 －66．

［2］赵顺波，郭磊，陈守开，等． 混凝土结构温控防裂分析［M］．北京:中国水利水电出版社，2013．

［3］李建永，李婷婷． 浅谈冬季混凝土施工［J］． 技术研发，2013，20(3):76 －78．

［4］赵福安．桥梁冬季施工方案分析［J］．桥梁与隧道工程，2012(12):85．

［5］莫飞鸣．混凝土冬季施工若干技术问题的综述［J］． 湖南交通科技，2010，36(1):98 －100．

［6］臧华，刘钊，王立波． 混凝土箱梁温度裂缝控制问题的讨论［J］．施工技术，2006(35):113．

［7］中交第一公路工程局有限公司． JTG F50—20011 公路桥涵施工技术规范［S］．北京:人民交通出版社，2011．

［8］千绍玉．预制50．2 m T 梁冬季施工技术研究［J］．西部探矿工程，2011(4):143 －145．

［9］张勇进，李源． 冬季混凝土受冻机理及施工温控技术［J］．中外公路，2007，27(5):125．