高寒大温差地区连续刚构桥悬臂现浇冬期施工技术研究

2021-09-02张小平贾治杰李朋强范宏林

运输经理世界 2021年10期

文/张小平、贾治杰、李朋强、范宏林

1 工程概况

玛曲黄河特大桥位于甘南藏族自治州玛曲县城以南，桥址区主河槽的宽度达到了60m 左右，河漫滩的宽度达到了1400m 左右，两岸阶地的高度要高出河床10～20m，且桥址所在的河段具有稳定的平面走向特点。此桥所在的区域属于百年一遇的洪峰区域。主桥的上部分是由连续组合结构桥构成，引桥的上部分是由预应力混凝土先简支后连续小箱梁与预应力混凝土简支箱梁构成；主桥的桥墩为钢筋混凝土双薄壁墩，引桥桥墩为钢筋混凝土双柱式墩。

2 冬期悬臂施工保温措施

2.1 钢筋工程保温措施

钢筋处于负温环境时会产生力学性能发生变化的现象，主要表现为屈服点与抗拉强度呈现出不断增加的过程，而伸长率与抗冲击韧性方面却表现出逐渐降低的趋势，导致脆性不断增强。因此，如果在冬期施工阶段实施钢筋焊接的工作，应尽可能地在室内开展；若必须在室外进行钢筋焊接，则应保证周围的环境温度在零下20℃以上，且在焊接工作时要注意风力影响，如果风力处于3 级以上则需要采取挡风措施。在钢筋焊接工作完成后，若接头温度还未降自然降温低至合理范围内，应避免焊接接头与冰雪直接接触[1]。

2.2 预应力工程保温措施

预应力工程需要保证施工温度在5℃以上。在预应力工程压浆时，为了保证管道压浆作业的质量，在压浆之前要先利用热风对预应力管道进行预热，随后对管道内杂物进行清理。在压浆时要保证管道周围的混凝土温度处于5℃以上，浆液入孔时的温度要在10℃以上。如果压浆时周围环境的温度低于5℃以下，则需要在梁顶采取保温措施，可采用棉被覆盖。梁的侧面可采取粘贴保温材料的方式，也可采用碘钨灯进行热辐射加热，而箱梁内则要运用蒸汽对梁体进行保温，进而保证预应力管道在压浆工作中及压浆后的三天之内，管道周围的混凝土温度能够处于5℃以上。

2.3 混凝土工程保温措施

在悬臂现浇箱梁冬期施工时，需要做好混凝土工程的保温工作，主要包括在混凝土拌和过程、混凝土运输过程、混凝土泵送过程、混凝土浇筑过程、混凝土养护等重要环节采取有效的保温措施，具体措施如下：

2.3.1 混凝土拌和站保温措施

混凝土拌和站保温措施共由五部分组成：拌和楼保温、蓄水池保温加热、原料储存罐保温、砂石料仓保温加热、上料口与输送带保温。

2.3.1.1 拌和楼保温。此措施主要是利用彩钢复合板全包裹拌和机形成保温棚，使拌和楼实现全面化封闭。在保温棚内给予暖气片以提供热量，保证混凝土搅拌工作时温度处于10℃以上，并运用保温棉和伴热带包裹水箱、水管，防止因低温而结冰冻坏[2]。

2.3.1.2 蓄水池保温。运用彩钢板大棚进行全面封闭后，将电加热棒安置于水池内，并对混凝土拌和用水24h 不间断持续保温加热，保证拌和用水的温度处于60℃左右；同时，在水池内安置长尾温度计，对拌和用水的温度进行监测。

2.3.1.3 原料储存罐保温。应用保温棉严密包裹罐体。

2.3.1.4 砂石料仓保温。同样运用彩钢板进行搭棚，实现料仓封闭的效果，另外还要利用棚布帘子堵住料仓进口避免透风；将蒸汽管道置入料仓内成为地暖设施。在拌和混凝土之前实施将蒸汽通入地暖内的措施，并在地平面上放置热风炮与火炉，对砂石料进行加热。放置好悬挂记录本与棒式温度计，派专人进行每小时测量仓内温度并准确记录的工作，保证在拌和混凝土的过程中，砂石料的实际温度处于5℃以上。

2.3.1.5 上料口与输送带的保温。针对这两个位置的保温措施同样采用彩钢板搭棚封闭及利用棚布覆盖的措施。

2.3.2 混凝土拌制过程的保温

在拌制混凝土时采用二次搅拌，且在二次搅拌开展之前要先运用60℃左右的水拌匀砂石，保证砂石的温度处于40℃左右后开始加入水泥材料与减水剂，其目的是防止因为水与水泥直接接触时会因水温过高而发生假凝问题。在拌制混凝土时要控制拌制时间，且要比以往常温下拌制的时间长1.5 倍，保证混凝土出机的温度要始终在10℃以上，从而使混凝土的拌制质量满足施工建设的需求[3]。

2.3.3 混凝土运输过程采取的保温措施

在运输混凝土时可利用棉被全包裹运输车罐体，还要尽最大限度缩短混凝土运输时间。

2.3.4 混凝土泵送过程采取的保温措施

为了保障混凝土在泵送入模时的温度在5℃以上，冬期施工时要将泵车放置于暖棚内，应用火炉或是运用热风机保证周围的温度在5℃以上。为防堵管，要在竖直方向放置一根输送管，在水平方向要放置两根输送管，其中一根为备用，并利用石棉包裹住所有管道，以达到保温的效果；同时，每次混凝土前，采用热风机对泵管管体进行加热。为了防止发生停电的问题而影响混凝土浇筑质量，可在现场设置一台柴油发电机保证电量供应。

2.3.5 混凝土浇筑与养护过程采取的保温措施

在混凝土浇筑与养护过程中采取的保温措施为暖棚蒸汽养护法，主要是在浇筑梁体混凝土时保证搭建的暖棚处于完全封闭的状态；并在暖棚内放置热风机、碘钨灯达到取暖的效果。在混凝土浇筑工作完成后，应用蒸汽养护法养护混凝土，进而达到既保湿又保温的目的。蒸汽养护措施的具体实施过程为：静停、升温、恒温、降温。静停是指在混凝土浇筑完成至混凝土初凝这段时间，需要保证棚内的温度始终处于5℃以上，且这一过程需要的时间为4～6h。在静停阶段可以为棚内提供少量的蒸汽且维持温度在25℃左右；在升温阶段也就是温度从静停阶段至提升到规定的温度这一过程，要保证这一升温阶段的升温速度要低于10℃/h；在恒温期阶段中需要保证蒸汽的温度要在45℃以内，这一阶段具体的时间可通过试验确定；在降温阶段中要保证降温的速度要在10℃/h 以下。如果梁体表面的温度和周围的温度之差处于15℃以内，则可以撤除安置的保温设施与测试仪表；若两者的温度之差是在10℃与15℃之间，则在完成混凝土拆模工作后应采用面棚布进行临时覆盖保温。

2.4 悬臂浇筑保温棚设计

2.4.1 保温棚的设计

在设计保温棚的结构时应充分考虑挂篮悬臂施工的各种因素，出发点均为方便施工。保证悬臂待浇段的工作环境处于完全封闭的状态中，而要达到这一目标可运用厂制轻型彩钢保温板，此保温板的结构为两层薄钢板中间夹入50mm 厚的泡沫，在悬壁待浇段顶部利用棚布进行覆盖保温。在支架与底模之间存在的空隙处运用棚布封闭，但为了方便人员与材料进出与搬运，需要在顶板两主纵梁之间与挂篮横联下部位置配置活动窗口，且在暖棚的前端位置留出预应力穿束门洞，设置的窗口与门洞应达到开合方便及封闭严密的效果。在已经完成浇筑的箱梁口处采用隔热挡板或保温挂帘封闭保温，能够降低热量向完成浇筑段箱梁内散失的速度，达到新浇段保温的目的。

2.4.2 计算保温棚的受力

为了确保保温棚在使用过程中的安全，相关人员要对保温棚的受力进行计算。底模平台与内外模板等下部结构与上部挂篮的三角结构之间属于吊挂关系，保温棚的侧面承受风压后，会导致外侧模板向内面与梁体之间产生擦挂现象；如遇大风天气，由于棚架与梁体发生擦挂，会导致暖棚面板不能整体变形，进而造成局部变形。因此，相关人员需要利用结构计算软件迈达斯建立模型，将最大的迎风面考虑在内，在确定风力等级时可按照八级等级进行计算，另外在计算时要将最不利的受风面引入计算模型中，进而计算出钢结构的最大应力及钢的强度设计值。只有保温棚骨架结构受力满足规范要求，才能确保设计的保温棚达到预期使用要求。

2.5 设计蒸养供热系统

在设计蒸养供热系统时需要遵循如下原则：在设计时需要根据试验室标准进行连续梁混凝土的试验，在试验时需要保证温度处于20℃且混凝土强度能够达到设计要求的95%。将现场条件存在的差异化考虑在内后，为了保障梁体与预应力张拉条件相符合，在设计蒸养供热系统时要使养护棚内的温度处于10～25℃之间，环境温度则要考虑为零下15℃，棚内与外部环境的最大温差达到40℃。