山海大道公鐵立交橋現(xiàn)澆箱梁冬期施工

趙培慶 劉 君

1 概述

山海大道公鐵立交橋位于遼寧省營口經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，上跨沈大鐵路。橋梁為 21孔 25m的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁，橋梁全長534.66m，全寬 33m。橋梁上部結(jié)構(gòu)半幅箱梁為單箱三室，梁高1.4 m，混凝土標(biāo)號為C50。營口冬期漫長，年歷史最低氣溫:-22.5℃，最冷月平均氣溫:-8.9℃，凍結(jié)平均天數(shù):135 d。根據(jù)近五年氣象資料統(tǒng)計(jì)，11月上旬到次年 3月下旬屬于冬期施工期。本工程工期非常緊，必須進(jìn)行冬期施工。施工過程中我們采取了多項(xiàng)技術(shù)措施，確保冬期施工混凝土質(zhì)量。

2 冬期施工方案確定

現(xiàn)澆箱梁構(gòu)件最薄處僅20 cm厚，其表面系數(shù)M=6.4m-1＞5m-1，結(jié)構(gòu)自身產(chǎn)生的水化熱小，現(xiàn)澆施工支架高，空間大，難以保溫，結(jié)構(gòu)極易受凍。因此本工程采取暖棚法養(yǎng)護(hù)，暖棚以腳手管為骨架，側(cè)面用加厚棉帆布做圍護(hù)，箱梁頂面先覆蓋一層塑料布起保濕作用，再覆蓋帆布和棉被保溫，加熱源為熱水鍋爐，暖風(fēng)鍋爐，高頻電磁感應(yīng)加熱器。混凝土添加UNF-4防凍劑，并保證混凝土入模溫度不低于 5℃?；炷琉B(yǎng)護(hù)周期為 14 d，保證混凝土在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)強(qiáng)度達(dá)到受凍臨界強(qiáng)度。

3 主要冬施措施

3.1 設(shè)備

3.1.1 攪拌站

外加劑罐、水箱埋入地下，四周用泡沫板保溫，上部蓋彩鋼板房子，房子內(nèi)采用火爐進(jìn)行加熱保溫。水箱內(nèi)設(shè)電熱棒在水溫不能滿足要求時對水加熱。上水管用保溫材料進(jìn)行保溫。混凝土罐車罐體部分套保溫罩保溫，運(yùn)輸中混凝土降溫速度不得超過5℃/h。攪拌機(jī)所有氣路管均用空調(diào)保溫管保溫。攪拌樓主機(jī)部分用彩鋼板圍護(hù)，使其處于密封環(huán)境，用電暖氣供暖。

3.1.2 養(yǎng)護(hù)加熱源

本工程選用多種加熱源搭配使用:

HDR-D高頻電磁感應(yīng)加熱器制熱加熱水。熱水通過管道進(jìn)入暖風(fēng)機(jī)，由暖風(fēng)機(jī)把熱氣吹出。在箱室內(nèi)和箱梁頂面養(yǎng)護(hù)使用此熱源。高效節(jié)能熱水鍋爐，熱水通過φ70mm螺旋翅片管散熱，額定熱水出口溫度為 85℃。螺旋翅片管是一種高效傳熱元件，能強(qiáng)化傳熱。此熱源主要用于梁底養(yǎng)護(hù)。燃煤熱風(fēng)鍋爐具有升溫快，屬無壓力容器等優(yōu)點(diǎn)，以空氣為介質(zhì)傳熱，熱風(fēng)鍋爐通過φ500mm鍍鋅鐵皮風(fēng)道散熱。此熱源主要用于梁底養(yǎng)護(hù)。

3.2 混凝土

3.2.1 原材要求

選用 52.5硅酸鹽水泥，混凝土所用骨料必須清潔，不得含有冰雪等凍結(jié)物，存入料棚備用。選擇UNF-4防凍劑溶液，該外加劑具有抗凍低堿早強(qiáng)作用。拌合用水使用外購地?zé)崴?，水源?jīng)過檢測滿足工程使用要求，運(yùn)至現(xiàn)場溫度不低于 70℃。

3.2.2 混凝土拌制方法

攪拌時投料順序?yàn)槭啊唷饧觿?，以保證水泥不與 60℃以上水直接接觸。

3.2.3 熱工計(jì)算

按氣溫-10℃，拌合C50混凝土進(jìn)行熱工計(jì)算，每立方米混凝土中的材料用量為:水164 kg，水泥497 kg，砂590 kg，石1 199 kg。材料溫度取值:水70℃，水泥10℃，砂-2℃，碎石-5℃。砂含水率1%，石含水率 0%。攪拌棚內(nèi)溫度為-2℃?；炷涟韬衔镉脭嚢柢囘\(yùn)輸，倒運(yùn)共1次，運(yùn)輸和成型共歷時0.67 h，當(dāng)時氣溫-10℃。與每立方米混凝土相接觸的木模板 25 kg，鋼筋重167 kg，按未預(yù)熱計(jì)算。參考《建筑工程冬期施工規(guī)程》附錄B進(jìn)行計(jì)算(計(jì)算過程略)。

1)混凝土拌合物的理論溫度:

2)混凝土拌合物的出機(jī)溫度，按下式計(jì)算:

3)混凝土拌合物經(jīng)運(yùn)輸?shù)綕仓r的溫度，按下式計(jì)算:

4)考慮模板和鋼筋的吸熱影響，混凝土澆筑成型完成時的溫度，可按下式計(jì)算:

通過計(jì)算可知在氣溫-10℃時，鋼筋、模板不進(jìn)行預(yù)熱，骨料不進(jìn)行加熱，僅使用 70℃熱水拌合混凝土能夠滿足施工要求。

在實(shí)際施工過程中，環(huán)境溫度 -10℃條件下測得入模溫度12℃～15℃，分析原因:

1)水泥釋放水化熱所致;

2)混凝土攪拌車加保溫罩減少了熱量損失。

3.3 澆筑時間的選擇

澆筑混凝土前與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T聯(lián)系，在氣溫較高，無大風(fēng)、雨雪、寒流等惡劣天氣時施工。

3.4 施工現(xiàn)場措施

現(xiàn)澆箱梁施工工藝為碗口式滿堂支架，竹膠板模板，混凝土澆筑有一次澆筑和兩次澆筑兩種形式。在箱梁腳手架外側(cè)用加厚棉帆布圍護(hù)形成暖棚，暖棚使用一臺熱水鍋爐，一臺暖風(fēng)鍋爐。暖風(fēng)管道為φ500mm鍍鋅鐵皮管，每隔5m留一出風(fēng)口，出風(fēng)口直徑為 200mm。熱水散熱管道在暖棚內(nèi)共布置兩層，第一層距梁底0.5m，第二層距梁底2.5m，管間距為1.5m，散熱管道為φ70mm螺旋翅片管。每個箱室內(nèi)布置 5個散熱器(見圖 1)。

箱梁頂面用腳手管做支撐覆蓋帆布、棉被，用6臺HDR-D電磁感應(yīng)加熱器向箱室內(nèi)加熱。保證施工過程和養(yǎng)護(hù)期間混凝土不遭受凍害。澆筑前一天在箱梁頂面上覆蓋帆布，對梁底暖棚和箱室內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱。現(xiàn)澆箱梁混凝土澆筑采用汽車泵輸送混凝土入模，泵車管道用棉被包裹，保證泵送過程中不因受凍產(chǎn)生堵管。澆筑收面后先覆蓋一層塑料布，此層塑料布主要是為了防止養(yǎng)護(hù)過程中混凝土失水，起保濕作用;然后覆蓋一層帆布，起封閉作用，保證內(nèi)部熱氣不向外流通，在帆布上覆蓋一層棉被，起保溫作用，棉被上再覆蓋一層帆布起防風(fēng)作用，防止棉被被風(fēng)刮掉(見圖 2)。

為防止覆蓋帆布對梁頂混凝土面平整度造成影響，在澆筑前順腹板方向每隔 1.5m用 Φ20鋼筋做支撐馬凳，馬凳頂距離混凝土面 25 cm，在馬凳上放置腳手板以作為施工操作通道。腳手板上橫放腳手板作為收面工作平臺。另外設(shè)置馬凳筋和腳手板是為了保證保溫層與混凝土面之間有足夠的空間，以便熱氣流通。

4 冬施效果分析

為了監(jiān)測養(yǎng)護(hù)效果，對箱梁表面溫度，梁底暖棚溫度，箱室內(nèi)溫度和大氣溫度進(jìn)行測量。通過測溫驗(yàn)證了我們的養(yǎng)護(hù)措施是行之有效的，根據(jù)同條件試塊強(qiáng)度以及用回彈儀對實(shí)體進(jìn)行檢測可知，混凝土在 3 d時強(qiáng)度已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 50%，超過了受凍臨界強(qiáng)度(設(shè)計(jì)強(qiáng)度的40%)。

5 結(jié)語

實(shí)踐證明采用暖棚法養(yǎng)護(hù)，能夠保證在-10℃以內(nèi)環(huán)境下澆筑現(xiàn)澆箱梁混凝土的質(zhì)量，現(xiàn)澆箱梁混凝土未發(fā)現(xiàn)凍害，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，工程質(zhì)量得到了監(jiān)理和質(zhì)監(jiān)站的認(rèn)可。

[1] JGJ 104-1997，建筑工程冬期施工規(guī)程[S].

[2] 李世勇.既有鐵路跨線立交橋梁施工技術(shù)研究[J].山西建筑，2009，35(22):329-330.