戈壁干旱地区箱梁养护施工技术研究

文／陈威 中铁十七局集团第二工程有限公司 陕西西安 710038

引言：

混凝土拌和中80%的水是要在其水化热过程中挥发掉，只有20%是水泥硬化所必需的，当这80%水分慢慢挥发的同时，水泥等便会收缩，在普通混凝土中，水泥浆的干缩率限制在90%，因而在混凝土内部经常存在着引起干缩裂缝的应力状态，而一般混凝土的抗拉强度只为整体抗压强度的1/6-1/7，如果在水化热的过程中，水分蒸发过快，这种干缩应力超过混凝土的抗拉强度时，便会产生干缩裂缝，同时混凝土内部水分蒸发过快过早，导致混凝土后期水化过程中缺水，也会影响其强度的形成。其混凝土裂缝的产生这将直接影响到箱梁混凝土的强度和耐久性，甚至危及到桥梁结构的安全。因此，箱梁混凝土在凝固养护期间，必须规范混凝土的养生工艺，以确保砼构件的质量，防止混凝土开裂，对养护工艺提出较高的要求。

1、工程概况及特点

1.1 工程概况

京新高速WYTJ-2 标线路总长79km，其中大桥290.48m/4 座、中桥306.16m/5 座、小桥1389m/62 座、桥梁共计1985.64 延米/71 座；预制梁板1192 片；预制数量大，且品种型号较多，给施工养护带来极大的困难。

项目地处新疆维吾尔自治区哈密市伊吾县下马崖乡，主要地理形式为戈壁与荒滩。该地区常年风沙肆虐，最大风速达到每秒20 米，常年刮风。日照时间长，冬季寒冷，夏季炎热，空气干燥，昼夜温差大，冰冻期长，降雨量小，蒸发量大，极端最高气温43.5℃，极端最低气温-33.9℃；年平均气温3.6℃；年均降水量39.1mm，年蒸发量2800mm，长年干燥少雨，恶劣的自然环境使混凝土很容易产生开裂，成为施工过程质量控制的重中之重。

1.2 主要工程特点

（1）线路长，桥涵多，预制梁体数量较多。

京新高速WYTJ-2 标线路总长79km，其中大桥290.48m/4 座、中桥306.16m/5 座、小桥1389m/62 座、桥梁共计1985.64 延米/71 座；预制梁板1192 片；预制数量大，且品种型号较多，保证预制梁体施工及养护质量，防止裂缝产生成为桥涵施工重难点之一。

（2）大风、高温、干旱、缺水使得混凝土养护难度增大。

由于大风天气频繁、气候干燥，混凝土水分蒸发量大，造成混凝土施工养护用水的需求量增大，因此为确保养护质量和节约养护用水就必须采取试验的方法，进一步改进原材料、配合比和施工工艺，对养护方式进行对比研究，确定最佳养护方式[1]。

2、总体研究思路及研究的具体内容

要实现良好的养护效果和经济效益，需要从两个方面着手，一是要确保混凝土外观质量；二是对水资源重复利用，减少用水量，在保证质量的前提下，将效益最大化；结合工程自身特点和施工环境，有针对性的从这两处内容着手。

通过混凝土配合比设计及研究，和箱梁自动喷淋养护系统，配合组合式移动养护棚，解决了传统人工洒水不足，提高了养护效率，降低了运营成本，节约了大量水资源。与此同时，经过改进创新，能够有效解决既有养护设备养护位置不全面，顶板洒水有缺失，无法有效进行腹板、底板养护等问题，在很大程度上提升了箱梁养护质量。

3、戈壁干旱地区箱梁养护技术研究

为了确保戈壁干旱地区箱梁混凝土质量，混凝土的养护成了极其重要的一道工序。在公路建设中，对混凝土箱梁的养护都是采用草袋、土工布覆盖并反复向混凝土浇水的办法以达到养生的目的。这种传统养生方法不仅耗费大量的水资源，而且由于传统的保水覆盖物所具有的局限性，造成了砼表面干湿不一致，翼缘板无法得到应有的养护，致使收缩不均匀，最终影响混凝土的施工质量。尤其在缺水干旱的戈壁地区施工，气候条件恶劣，昼夜温差大，水资源匮乏，急需一种经济实用的新型混凝土养护技术来解决砼的养护[2]。

3.1 箱梁养护所采取的措施

根据京新高速WYTJ-2 标特殊的自然环境，经过反复试验，在戈壁干旱地区采取“箱梁自动喷淋养护系统，配合组合式移动养护棚”的混凝土养护措施效果显著。

3.2 箱梁喷淋养护系统，配合组合式移动养护棚养护技术

3.2.1 技术特点

（1）喷淋采用自动计时和送水，能够保证每天箱梁的养护频率，减缓混凝土的水化热，提高混凝土的早期强度。

（2）能够有效保证对箱梁的腹板、底板、翼板外侧的养护效果，能够做到全天候全覆盖养护。

（3）箱梁箱室内采用湿气养护，有效减缓混凝土水化热造成的水分挥发，提高了箱梁的养护质量。

3.2.2 材料选用

箱梁自动喷淋养护系统，配合组合式移动养护棚，按每节8 米设计，宽4.5m，高2.6m，顶部设置起吊环。为节约成本，养护棚选用8x8cm 方钢做主架，4x6cm 方钢做支撑架，外部采用隔热、保温、防火篷布包裹做简易移动式防护罩。棚与棚之间连接部位用篷布搭接，搭接宽度50cm，棚内两侧及顶部设置喷淋和蒸汽养护管路设施。喷淋养护主管采用DN25 镀锌钢管，棚与棚之间用软管连接，喷淋设施每2m布设1 个。蒸汽养护主管采用DN25 镀锌钢管，棚与棚之间用高压胶管连接，蒸汽孔每50cm 设置1 个，保证喷淋和蒸养辐射整个梁体。具体见下图1 所示。

图1 组合式移动养护棚

3.2.3 工艺原理

箱梁喷淋养护系统，配合组合式移动养护棚主要由蒸汽养生管路、喷淋养生管路、供水循环系统、感应控制装置及移动组合棚等组成。

箱梁喷淋养护系统，配合组合式移动养护棚，项目所处地域风沙天气频繁，昼夜温差大，为减少混凝土表面水分损失快、温差过大引起的病害，项目部自主设计移动式养护棚对梁体做隔热、防风保护措施。箱梁浇筑完毕后，采用龙门吊将组合式养护棚分段调运至箱梁处进行覆盖，养护棚段间设置活动接口，拧紧后即可进行工作，考虑本地区冬季时间长，工期紧张，水资源匮乏等实际情况，在养护棚内设置喷淋养护系统同时，增设蒸汽养生系统和循环用水回收利用系统，根据天气情况适时调整相应功能，实现全天候养生，全天候预制[3]。

3.2.4 施工工艺流程及操作要点

3.2.4.1 循环水系统

为满足制梁场养护用水需要，在制梁场东侧便道旁修建养护蓄水池1 座，按每天最大养护需水量，即所有台座同时施工，每个台座养护一次需水150 公斤，每3 小时养护一次计算，共需水54＊（24/3）＊0.15=64.8 吨，修建长8 米、宽3.5米、深2.5 米的养护蓄水池以保证每天施工需水量，梁场用水采用水车运至养护蓄水池，并在制梁区末端设置沉淀池1座，沉淀池与场区排水系统贯通，汇集场区内养护积水，养护抽水管道埋入沉淀池清水池处，形成循环用水，在做到施工现场不积水、不积泥浆，干净整洁，文明施工，循环利用水资源，降低施工成本。

图2 养护蓄水池

图3 集水沟

图4 沉淀池

3.2.4.2 箱梁喷淋养护系统

箱梁自动喷淋养护系统包括箱梁外表面养护系统及箱内喷淋系统两部分。箱梁外表面养护系统包括智能控制面板、喷淋系统、回收储水箱及自动加水系统等组成，实现混凝土表面喷淋养护的目的，箱内采用智能设备养生。箱梁外表面养护系统主要是结合预制箱梁构造及存放特点，通过自动控制系统，实现自动喷淋完成箱梁顶板、腹板及底板的全方位养护。

自动、手动双控制系统，其中手动控制是指人工利用总控制箱对喷淋养护系统进行控制，可设置喷淋时间等参数；自动控制是指利用无线网络将控制系统与手机进行联网，在手机终端实现对箱梁养护的控制，随时可根据天气、温度等情况对养护系统进行调整，修改自动喷淋参数。

图5 手动总控制箱

图6 手机自动控制系统

整套系统由PLC 电路控制、喷洒、补水、供水四大部分组成，整个系统喷洒养护过程中的每个环节控制全部由一台PLC 进行控制，可实现全自动化智能养护。箱内智能设备包括箱外的喷淋装置及箱内的感应系统。感应系统主要是实时监测箱内混凝土表面的湿润程度，然后把信息反馈给喷淋设备。喷淋设备根据反馈的信息以及人工输入的控制标准自动向箱内输入雾气，实现箱内的自动养护的目的。

结语：

应用该成果保证了箱梁的施工质量，特别是针对戈壁干旱地区从混凝土原材料、配合比、拌制 、运输、浇筑方式、振捣、养护等角度提出了新的思路，为后续类似地域建设提供了宝贵的技术及经验，提供了整套的技术措施，具有良好的推广前景。