淺議客運專線連續(xù)梁冬期現(xiàn)澆施工技術(shù)

羅 利

(中交二航局西寶客專第一項目經(jīng)理部，陜西寶雞722200)

1 工程概況

西寶客專常興渭河特大橋跨渭惠渠(209省道)連續(xù)梁設(shè)計采用(48.75+80+48.75)m連續(xù)箱梁，線路于DK573+287.5跨越寶雞峽下總干渠堤頂?shù)缆?，于DK573+327跨越209省道。該連續(xù)梁全長177.5 m，梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)，箱梁頂寬12 m，箱梁底寬6.7 m，其中0#塊梁高6.65 m，混凝土體積為320 m3。根據(jù)工期安排334#墩0#塊在1月初采用支架現(xiàn)澆施工。施工期間寶雞地區(qū)野外最低氣溫－9℃。

根據(jù)《鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范》規(guī)定，橋梁及混凝土施工當(dāng)環(huán)境晝夜平均氣溫連續(xù)3 d低于5℃或最低氣溫低于－3℃時，混凝土工程應(yīng)按冬期施工規(guī)定進行施工?！犊瓦\專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》第3.3.6.11條規(guī)定:“當(dāng)晝夜平均氣溫低于5℃或最低氣溫低于－3℃，應(yīng)采取保溫措施，并按冬期施工處理”。西寶鐵路客運專線二標(biāo)常興渭河特大橋位于陜西省寶雞地區(qū)，而關(guān)中地區(qū)冬期施工起訖日期大約在11月底～3月初，冬期總天數(shù)約110 d。

2 冬期施工特點

2.1 冬期混凝土特點

冬期氣溫對混凝土的影響是:0～4℃時，凝結(jié)時間比15℃延長3倍，溫度降到0.3～0.5℃時，混凝土開始凍結(jié)后，反應(yīng)停止，－10℃時，水化反應(yīng)完全停止，混凝土強度不再增長。在負(fù)溫條件下混凝土中的游離水結(jié)冰，體積增加9%，已硬化的混凝土結(jié)構(gòu)遭到凍脹破壞。

2.2 冬期施工安全、質(zhì)量風(fēng)險大

天氣寒冷、場地結(jié)冰、升溫取暖等方面易引發(fā)安全事故。防寒保溫稍有疏漏會產(chǎn)生混凝土凍脹、裂縫(紋)、結(jié)構(gòu)疏散、表面泛霜等質(zhì)量問題。路基填筑控制稍有不慎，會形成壓實度不足或軟弱夾層等病害。

2.3 冬期施工成本投入高

冬期施工需要從混凝土原材料開始至預(yù)應(yīng)力張拉完成的全過程實施防寒保溫，需要對已施工的連續(xù)梁段全部實施防寒保溫，需要對路基填料采取防凍措施，這些措施需投入大量的保溫材料、設(shè)施、設(shè)備和能源。

2.4 施工生產(chǎn)效率低下

寒冷氣候條件下勞動生產(chǎn)率大幅下降，防寒保溫消耗工時多，工序間工藝和組織間隙時間多、混凝土強度增長慢等因素造成生產(chǎn)效率低下。

2.5 連續(xù)梁施工難題多

冬期寒冷多風(fēng)，熱量散失快，懸灌段暖棚在防風(fēng)方面穩(wěn)定性要求高，在防寒方面密封要求嚴(yán)。暖棚前移后，已施工的梁段預(yù)應(yīng)力管道保溫困難，難以保證達到孔道壓漿的正溫條件。保溫暖棚對梁體線型監(jiān)控測量的通視條件影響大，需認(rèn)真研究梁體線型監(jiān)控測量方案。保溫暖棚對混凝土、鋼筋、預(yù)應(yīng)力等工程材料進入工作面造成障礙，施工組織干擾大，有些材料必須采用人工二次倒運。

2.6 冬期施工的難點

冬期施工由于氣溫較低，可能達到－5℃以下，常溫的施工方法不適用了，無論在材料、設(shè)備選擇、施工方法確定等方面都需要一些特殊的措施。

冬期施工由于施工條件及環(huán)境不利，是施工事故易發(fā)的多發(fā)季節(jié)，而且質(zhì)量事故具有隱蔽性和滯后性。

3 連續(xù)梁冬期現(xiàn)澆施工的保溫控制措施及施工工藝

3.1 混凝土冬期施工方法的選擇

在冬期混凝土施工中，主要解決三個問題:一是如何確定混凝土最短的養(yǎng)護齡期;二是如何防止混凝土早期凍害;三是如何保證混凝土后期強度和耐久性滿足要求。在實際工程中，要根據(jù)施工時的氣溫情況，工程結(jié)構(gòu)狀況(工程量、結(jié)構(gòu)厚大程度與外露情況)，工期緊迫程度，水泥的品種及價格，早強劑、減水劑、抗凍劑的性能及價格，保溫材料的性能及價格，熱源條件等來選擇合理的施工方法。一般來說，同一個工程，可以有若干個不同的冬期施工方案。一個理想的方案，應(yīng)當(dāng)用最短的工期、最低的施工費用，來獲得最優(yōu)良的工程質(zhì)量，也就是工期、費用、質(zhì)量最佳化。目前，工程中基本上采用以下4種方法。

3.1.1 調(diào)整配合比方法

主要適用于在0℃左右的混凝土施工。

3.1.2 蓄熱法

主要用于氣溫－10℃左右，結(jié)構(gòu)比較厚大的工程。做法是:對原材料(水、砂、石)進行加熱，使混凝土在攪拌、運輸和澆灌以后，還儲備有相當(dāng)?shù)臒崃?，促使水泥水化放熱較快，并加強對混凝土的保溫，以保證在溫度降到0℃以前新澆混凝土具有足夠的抗凍能力。此法工藝簡單，施工費用不多，但要注意內(nèi)部保溫，避免角部與外露表面受凍，且要延長養(yǎng)護齡期。

3.1.3 外部加熱法

主要用于氣溫－10℃以上，而構(gòu)件并不厚大的工程。

3.1.4 抗凍外加劑

在－10℃以上的氣溫中，對混凝土拌和物摻加一種能降低水的冰點的化學(xué)劑，使混凝土中的水份在負(fù)溫下仍處于液相狀態(tài)，水化作用能繼續(xù)進行，從而使混凝土強度繼續(xù)增長。目前常用有氧化鈣、氯化鈉等單抗凍劑及亞硝酸鈉加氯化鈉復(fù)合抗凍劑。

3.2 冬期施工保溫控制措施及工藝

連續(xù)梁冬期施工不同于普通混凝土結(jié)構(gòu)施工，它是一個位于高空而又不斷移動的空間結(jié)構(gòu)，不僅施工難度大，技術(shù)要求高，而且風(fēng)險也很大。根據(jù)寶雞地區(qū)多年的氣溫資料，結(jié)合西寶客專連續(xù)梁結(jié)構(gòu)特點，本工程采用全封閉蓄熱保溫相結(jié)合的辦法施工。

3.2.1 混凝土澆筑前支架全封閉保溫措施

(1)利用支架搭設(shè)鋼管棚架，用保溫棚布包裹形成暖棚。在梁底模背面噴10 cm厚聚氨脂保溫層，棚布將0#塊支架與模板及走道全部包裹，棚布與棚布之間的空隙用鉛絲或纜繩封閉嚴(yán)密。暖棚內(nèi)的空間滿足施工操作要求即可，不宜過高過大，但要具有抵抗風(fēng)雪荷載的強度和穩(wěn)定性，并提高熱效率。頂面做成排水坡面，及時排除積水積雪。

(2)在澆筑混凝土前，在箱梁頂面采用腳手鋼管、帆布和棉被搭設(shè)暖棚。暖棚內(nèi)的空間滿足施工操作要求即可，具有抵抗風(fēng)雪荷載的強度和穩(wěn)定性，并提高熱效率。頂面做成排水坡面，及時排除積水積雪。

(3)根據(jù)施工需要，在暖棚的適當(dāng)位置開設(shè)窗口和門洞，如在暖棚的側(cè)面及頂面開設(shè)部分混凝土進料窗口(汽車泵輸送)，在暖棚的后端開設(shè)混凝土(固定泵輸送)和鋼筋等材料和人員進出門洞，在暖棚前端開設(shè)預(yù)應(yīng)力穿束門洞等。開設(shè)的窗口和門洞應(yīng)開合方便，封閉嚴(yán)密，并設(shè)專人管理。

(4)在暖棚內(nèi)設(shè)矸石電熱爐、大型暖風(fēng)機等取暖設(shè)備進行全面升溫，并設(shè)置小型電熱取暖器，可以在局部區(qū)域進行采暖。在施工時通過向矸石爐內(nèi)的矸石灑水，形成具有一定濕度的水蒸氣，既保證了混凝土周圍有適當(dāng)?shù)臏囟?，也能保證混凝土周圍有適宜的濕度。

(5)在箱梁端面上橋通道處設(shè)置棉被卷簾，在有人進出時可以卷起，無人進出時可以放下，以保證箱梁內(nèi)溫度。

(6)在0#塊墩腳離封閉棚布外3 m位置設(shè)置2臺LSG△0.04—AⅢ系列汽水兩用蒸汽鍋爐，排煙管出口做成彎管，排煙方向背向封閉棚布。鍋爐蒸汽閥連接φ48鋼管，鋼管伸入暖棚內(nèi)連接到334#墩頂離底模30 cm位置處，將排氣管環(huán)繞0#塊底模一圈，并在排氣管上每隔1 m開一小孔，以便蒸氣從每個小孔排出，形成環(huán)繞0#塊四周且具有一定濕度的水蒸氣，如此既保證了箱梁底模板、側(cè)模、頂模及混凝土周圍有適當(dāng)?shù)臏囟龋材鼙ＷC封閉暖棚內(nèi)混凝土有適宜的濕度(圖1)。

圖1 334#、0#塊全封閉保溫措施示意

3.2.2 澆筑時混凝土原材料保溫措施

混凝土原材料使用時的溫度根據(jù)熱工計算和實際試拌情況確定。冬期拌制混凝土，首先用鍋爐將水加熱，加熱水通過管道循環(huán)進入拌合機，利用煤火爐在料斗下部將骨料均勻加熱(不得用火焰直接加熱骨料)。為了防止水泥“假凝”，水泥不得與熱源直接接觸，投料順序為:先投入骨料和加熱的水，然后再投入水泥、摻合料和外加劑。同時應(yīng)將混凝土攪拌時間比常溫延長50%。為確保冬期施工混凝土的和易性和流動性，混凝土攪拌時間應(yīng)不小于2.5 min，但不宜大于3 min。為了提高混凝土的開始養(yǎng)護溫度，要求混凝土的出機溫度達到15℃以上，尤其要適當(dāng)提高混凝土的入模溫度控制在10℃以上。并充分利用預(yù)加熱量和水泥的水化熱量，使混凝土強度在達到抗凍臨界強度之前保持在0℃以上，不受凍害。另外，應(yīng)盡量采用較近的拌合站攪拌混凝土。

對混凝土攪拌站、輸水管、送料帶、混凝土罐車、泵車和管道采取遮蔽、包裹等保溫措施，以盡量減少混凝土熱量散失。

3.2.3 澆筑后箱梁混凝土養(yǎng)護措施

(1)0#塊箱梁澆筑完畢并收面三次后，立即在梁面滿鋪塑料薄膜，以封鎖并減少新澆筑的混凝土水分蒸發(fā)，再在塑料薄膜上鋪滿保溫棉被，棉被上鋪上一定數(shù)量電熱毯，滿足梁面混凝土保溫保濕即可;在底板混凝土面鋪設(shè)塑料薄膜并在薄膜上覆蓋養(yǎng)護土工布，從而保證對底板混凝土保溫保濕養(yǎng)護。

(2)0#塊箱梁澆筑完成后，立即在334#墩腳四周均勻布置12個火爐對暖棚內(nèi)底板上空進行輔助加熱保溫。為了減少燒煤所排出的CO2對混凝土的碳化作用，火爐內(nèi)燃放無煙蜂窩煤，并在每個火爐上放置加滿熱水的熱水壺，保證了底板下方空間既有一定的溫度也有一定的濕度。

(3)派專人24 h輪流值班對0#塊暖棚外2臺蒸汽鍋爐及暖棚內(nèi)12個火爐進行生火和加水，并檢查暖棚內(nèi)外及四周有無明火等安全隱患;同時，值班人員每隔1 h對通電矸石爐內(nèi)澆水，形成高溫水蒸氣散發(fā)在梁體四周。由于全封閉暖棚的原因，鍋爐、火爐及矸石爐所散發(fā)的蒸汽上升到梁頂上部的棚布受阻，遇冷后形成液態(tài)滴落到混凝土表面，從而保證了0#塊混凝土保溫保濕效果。

3.3 冬期施工中溫度監(jiān)控措施及效果

為了有效檢測此次334#墩0#塊全封閉蓄熱保溫相結(jié)合的效果，澆筑前在梁頂兩端上方放置2支干濕溫度計，在箱內(nèi)底板上方西安側(cè)及寶雞側(cè)各放置一支干濕溫度計，同時在墩腳附近及暖棚外各放置一支溫度計，以便對底板下方、箱內(nèi)、梁面及外部環(huán)境進行溫度監(jiān)控。為了測得連續(xù)梁底板下方、箱內(nèi)、梁面及外部環(huán)境的真實溫度，安排施工人員在現(xiàn)場24 h輪流值班，并每隔1～2 h記錄各處溫濕度。

從溫濕度記錄的結(jié)果顯示，此次334#墩0#塊全封閉蓄熱保溫效果顯著，達到了預(yù)期的效果。7 d養(yǎng)護齡期后的混凝土同條件養(yǎng)護的試塊抗壓強度已達到混凝土設(shè)計強度的98.6%，即 49.3 MPa，彈性模量達到設(shè)計彈性模量的124.2%。

4 結(jié)束語

通過采用以上施工控制措施及工藝，渭惠渠連續(xù)梁334#墩0#塊已澆筑完成并已拆除模板，其施工質(zhì)量處于受控狀態(tài)，混凝土未出現(xiàn)開裂及凍壞狀態(tài)。但在全封閉狀態(tài)，部分保溫材料的易燃性給連續(xù)梁冬期施工帶來安全隱患，有待進一步優(yōu)化和改進。

隨著我國高速鐵路建設(shè)的迅猛發(fā)展，冬期施工技術(shù)會不斷健全和完善。在高寒地區(qū)進行冬期施工將越來越多。但是到目前為止，許多低溫施工的工藝還有待進一步改進和完善，措施的可靠性還有待繼續(xù)驗證并逐漸積累經(jīng)驗。

［1］鐵道科學(xué)研究院.鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南［M］.北京:中國鐵道出版社，2005

［2］鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃院.客運專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南［M］.北京:中國鐵道出版社，2010

［3］中鐵三局集團有限公司.鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范［M］.北京:中國鐵道出版社，2001

［4］邱訓(xùn)兵.客運專線連續(xù)梁冬季現(xiàn)澆施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.橋梁建設(shè)，2007(4)