談高層住宅樓冬期工程設計與施工應用

楊新杰

(太原市城市建設拆遷中心，山西太原 030009)

1 工程概況

本工程為住宅樓和地下車庫，建筑面積為25 000 m2，地下分為2層，地上34層，為剪力墻結構體系，建筑總高度為99．20 m。建設單位要求冬期施工，現(xiàn)主體進度施工至22層一段頂板，22層二段剪力墻。

2 冬期施工部位及任務情況

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，連續(xù)5 d室外日平均氣溫穩(wěn)定低于5℃時，即進入冬期施工，當連續(xù)5 d室外日平均氣溫穩(wěn)定高于5℃時解除冬期施工。按照施工計劃安排及當前現(xiàn)場實際施工進度情況，本工程將進行冬期施工的分項工程有:鋼筋工程、模板工程、混凝土工程、砌筑工程。因本工程主體樓層較高，冬期施工施工層溫度與現(xiàn)場地面溫度相差較大，為保證施工質量和冬期施工工作的正常進行，如現(xiàn)場日平均氣溫低于-5℃以下或遇異常天氣情況則停止施工。

冬期施工主要項目及預計施工日期如表1所示。

表1 冬期施工主要項目及預計施工日期

3 冬施施工準備

3．1 內業(yè)準備

安排專人進行氣溫觀測并作記錄。測溫范圍:大氣、混凝土出罐、入模、混凝土養(yǎng)護等溫度，試驗部門根據(jù)混凝土的養(yǎng)護測溫數(shù)據(jù)計算成熟度，來推算混凝土強度增長情況，決定同條件試塊的試壓時間、混凝土的拆模時間以及拆模后混凝土外表面的保溫措施。生產(chǎn)部門應根據(jù)冬施特點提前做好進度計劃，組織好生產(chǎn)力，提前做好現(xiàn)場冬施設施的準備工作。材料部門應制定好冬施材料、機具用量計劃，報送公司材料供應站，確保按時進場技術部門做好圖紙準備，凡進行冬期施工的工程項目，必須復核施工圖紙，查對其是否能適應冬期施工要求，冬施小組要組織好冬施準備工作檢查和季度、月度不定期的冬施檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

3．2 外業(yè)準備

對現(xiàn)場周圍的施工道路，在冬施前進行一次徹底的檢查和修整，要求道路通暢、平整、堅實、防滑。辦公區(qū)與生活區(qū)應符合冬施要求，用水、采暖等都要充分考慮，滿足工作與生活的需要。材料庫、水泥庫等做好防潮、防水、防凍工作;機械設備應加強維修、保養(yǎng)工作，機電外露設備應做好防雪、防凍的準備，各種車輛應根據(jù)氣溫變化，注意水箱放水，避免受凍。對現(xiàn)場構件、材料、防護欄架、電氣設備使用、明火使用是否符合規(guī)定。在冬施前進行一次全面檢查，出入口要增設防滑措施。商品混凝土供應公司、試驗室要做好冬期混凝土所摻外加劑的復試試配工作，及時提出不同施工條件的配合比，嚴禁使用不合格的外加劑。

4 冬施主要技術指標計算及具體質量控制措施

4．1 混凝土蓄熱養(yǎng)護過程中的溫度計算

說明:由于墻、柱表面系數(shù)較樓板小，不易受凍，本工程僅取具有代表性的120厚混凝土樓板進行熱工計算。

4．1．1 已知條件

1)樓板厚度:120 mm。2)混凝土強度等級:C30。3)摻粉煤灰混凝土的質量密度:ρc=2 400 kg/m3。4)水泥:P．O42．5。5)混凝土中水泥單方用量:mce=350 kg/m3。

4．1．2 計算公式及各項計算參數(shù)

1)室外大氣平均溫度:Tm．a(chǎn)=-10℃。

2)混凝土入模溫度T3:取10℃計算(控制混凝土出罐溫度不得低于15℃)。

3)保溫材料厚度:0．1 mm厚塑料布，50 mm保溫被(以上材料厚度暫定)。

4)結構圍護層的總傳熱系數(shù):K=3．6/0．04+(0．05/0．06)=4．12 kJ/(m2h·K)。

5)樓板混凝土結構表面系數(shù):M=Ac/Vc=2×(1．0×1．0)/(0．12 ×1．0 ×1．0)=16．7 m-1。

6)覆蓋層透風系數(shù):ω=1．45(圍擋層由不易透風材料組成)。

7)水泥水化累積最終放熱量:Qce=330 kJ/kg。

8)水泥水化速度系數(shù):Vce=0．013 h-1。

9)鋼筋混凝土比熱容:Cc=1．05 kJ/(kg·K)。

10)綜合參數(shù)。

φ =VceQcemce/(VceCcρc-ωKM)=0．013 ×330 ×350/(0．013 ×1．05 ×2 400-1．45 ×4．12 ×16．7)=-22．41。

θ= ωKM/VceCcρc=1．45 × 4．12 × 16．7/(0．013 × 1．05 ×2 400)=3．05。

η =T3-Tm．a(chǎn)+ φ =10-(-10)+(-22．41)=-2．41。

11)計算公式選取。

因以上數(shù)值滿足:φ/Tm．a(chǎn)≥1．5;K ×M≥50。

所以混凝土蓄熱養(yǎng)護冷卻至0℃的時間為:t0=(1/Vce)ln(φ/Tm．a(chǎn))=(1/0．013)ln(-22．41/-10)=62．07 h，取 t0=62 h。

計算混凝土蓄熱養(yǎng)護開始到冷卻到0℃時刻t的平均溫度:

Tm=1/(Vce× t)［φe-Vce．t-(η/θ)e-θVce．t+(η/θ)- φ］+Tm．a(chǎn)=1/(0．013 × 62)［-22．41 × e-0．013×62-(-2．41/3．05)×e-3．05×0．013×62+(-2．41/3．05)+22．41］+(-10)≈4．49 ℃。

計算結果:混凝土冷卻到0℃所需時間為62 h，該時刻混凝土的平均溫度為4．49℃。

4．1．3 結論

根據(jù)國家現(xiàn)行標準給出的溫度、齡期對混凝土強度影響線，查得當t0=62 h，Tm=4．49℃時，樓板混凝土強度應為6 N/mm2大于混凝土的受凍臨界強度4．0 N/mm2。

依據(jù)成熟度線性方程法推算早期強度估算如下:

故 f=0．015 ×(14．49 ×62-200)=10．47 ×0．8=8．4 MPa≥4 MPa。

故綜合蓄熱法施工能夠滿足冬季施工養(yǎng)護要求。

4．1．4 混凝土的出罐溫度

為了保證混凝土入模溫度T3≥10℃，現(xiàn)驗算混凝土的出罐溫度:

T3=(CcMcT2+CfMfTf+CsMsTs)/(CcMc+CfMf+CsMs)。

10=1．05×2 400×T2+2．51×100×(-10)+0．48×300×(-10)/(1．05 ×2 400+2．51 ×100+0．48 ×300)。

得 T2=13．13 ℃。

因此要求混凝土的出罐溫度不小于15℃。

4．2 混凝土工程控制措施

4．2．1 對商品混凝土廠家的要求

配合比、混凝土攪拌站應提供的技術資料、混凝土的攪拌、混凝土的運輸各個環(huán)節(jié)。

4．2．2 現(xiàn)場混凝土的澆筑

根據(jù)現(xiàn)場實際情況本混凝土工程采用綜合蓄熱法施工，以大氣最低溫度-5℃為界，當大氣最低溫度不低于-5℃，并控制在11月底以前，混凝土采用普硅42．5號水泥，摻復合早強型外加劑的熱拌混凝土，頂板采用覆蓋一層棉被來保溫養(yǎng)護;當大氣最低溫度低于-5℃，混凝土采用普硅42．5號水泥，外加劑改摻高效復合防凍型外加劑的熱拌混凝土，墻柱采用覆蓋一層棉被來保溫養(yǎng)護，頂板采用覆蓋1層～2層棉氈或巖棉被來保溫養(yǎng)護，作業(yè)層采取封閉生炭火提高環(huán)境溫度來延長混凝土正溫養(yǎng)護時間的方法施工。大氣氣溫低于-15℃時，停止混凝土作業(yè)施工。

1)墻體混凝土要分層連續(xù)澆筑，每層澆筑厚度不得大于1 000 mm，間隔時間不超過2 h，及時入模振搗，已澆筑層的混凝土在未被上一層混凝土覆蓋前不應低于2℃。如發(fā)生特殊情況不能連續(xù)澆筑時，墻板應留垂直縫。

2)混凝土運到作業(yè)面以后，應快鋪料、快振搗、快抹平，并及時覆蓋塑料布和保溫被。盡量減少作業(yè)面，降低混凝土暴露的時間和面積，將熱量損失降低到最低限度。

4．2．3 現(xiàn)場混凝土的保溫、養(yǎng)護

1)冬施澆筑的混凝土，應嚴格控制混凝土受凍臨界強度?；炷潦褂霉杷猁}或普通硅酸鹽水泥拌制，其臨界強度不低于設計強度標準值的30%。采用礦渣硅酸鹽水泥配置的混凝土，應為設計的混凝土強度標準值的40%，摻用防凍劑的混凝土，當室外最低氣溫不低于-15℃時不得小于4．0 N/mm2。

2)墻、柱模板采用模板背面外掛一層巖棉被保溫，保溫層應嚴密，固定牢固。墻上部插筋部位混凝土保溫，此部位是保溫的薄弱環(huán)節(jié)，保溫使用保溫被卷起填塞在墻頂及鋼筋之間，要求填塞嚴密。墻體須達到4 MPa臨界強度后，且混凝土表面與環(huán)境溫差不得超過20℃，方可拆除模板，若溫差大于20℃，拆除模板后，應立即將混凝土表面覆蓋一層保溫被保溫。

3)頂板混凝土在澆筑完畢后隨即抹平，然后覆蓋一層塑料薄膜，再覆蓋1層～2層棉氈或巖棉被保溫，并用腳手板壓住，不要留下腳印。板四周外側保溫及墻體迎風面是薄弱部位，其保溫厚度應增大，施工層的門窗洞口在冬施時應用彩條布封死。樓板表面的保溫層，在混凝土達到受凍臨界強度后，混凝土表面溫度小于5℃，混凝土表面溫度與大氣溫差小于20℃時，方可取掉。

4)當環(huán)境溫度低于-5℃時，為確?；炷琳郎仞B(yǎng)護時間及保證混凝土受凍前達到臨界強度，采用生火提高養(yǎng)護環(huán)境溫度的措施，具體做法為作業(yè)層空間全封閉后，在房間內部采用生炭火爐升溫的方式提高環(huán)境溫度。使用炭爐加熱保證環(huán)境溫度不低于5℃后，開始澆筑混凝土。焦炭爐的擺放位置應居房間中央或避開易燃保溫材料，下方用紅磚墊高50 cm，上方附加一層現(xiàn)場廢棄的鐵皮覆蓋，防止樓板局部溫度過高，當混凝土達到臨界強度后即可停止，如為加快施工進度，提前拆模則生火養(yǎng)護到頂板達拆模強度后停止。每個流水段炭火設置四個。

5)混凝土試塊留置，冬施期間的混凝土試塊除按常溫施工要求留置外，還應增設不少于2組與結構同條件養(yǎng)護的試塊，用于檢驗受凍前的混凝土強度、用于結構實體檢驗和同條件養(yǎng)護28 d轉入常溫養(yǎng)護28 d的混凝土強度以及推測混凝土各階段的強度。結構實體檢驗用試塊的等效養(yǎng)護齡期可取按日平均溫度逐日累計達到600℃·d時所對應的齡期，0℃以下的齡期不計入;等效養(yǎng)護齡期不應小于14 d，也不宜大于60 d。同條件養(yǎng)護試塊必須有專人負責保養(yǎng)，每澆筑一次混凝土都要留設一定數(shù)量的同條件試塊。

6)測溫孔留設，提前繪制出測溫孔布置圖，根據(jù)測溫孔布置圖布置測溫孔。測溫孔應設在有代表性的結構部位和溫度變化大易冷卻的部位，孔深為構件截面的1/2。

4．3 砌體工程控制措施

本工程±0．000以上采用M5混合砂漿、加氣混凝土砌塊砌筑，在冬期正溫度條件下砌筑時可采用隨砌隨澆水的辦法。

1)冬期施工期間適當增加砂漿的稠度。2)嚴格按砂漿配比單添加防凍劑，并適當延長攪拌時間，保證添加劑、水泥、砂攪拌均勻，不準用加鹽水的方法防凍。3)砂漿攪拌采用熱水的方法，使水溫在80℃左右，投料時先將砂與水攪拌后再加入水泥攪拌，使砂漿出機溫度在10℃以上，使用溫度在正溫度以上。4)每天的砌筑高度不大于1．2 m，每砌完一面墻要及時覆蓋，雙面掛巖棉被，每天下班前，將所砌墻體采用彩條布、巖棉被覆蓋。5)留置砂漿試件要比正常情況下多留置一組，一組為標養(yǎng)試件，一組為同條件試件。

4．4 鋼筋工程

1)鋼筋負溫下加工制作和使用，施工時要加強檢驗，鋼筋在運輸和加工過程中應防止撞擊和刻痕。2)鋼筋安裝，施工前要搭設人行馬道，不得在鋼筋架上行走，防止鋼筋變形，人員摔傷。遇下雪天氣綁扎鋼筋，綁扎好的部分加蓋塑料布，減少積雪清理難度。其次鋼筋連接主要以電渣壓力焊焊接及綁扎搭接為主，焊接連接應注意當環(huán)境溫度低于-20℃時不宜進行施焊。

4．5 模板工程

冬期模板使用之前應徹底清理模板上的冰雪;模板驗收后，如不能及時澆筑混凝土，在下雪前需用塑料薄膜把模板覆蓋，避免冰雪落入模內。立面模板的保溫材料采用鋼模板外掛一層巖棉被保溫，根據(jù)施工的實際情況盡可能延長拆模時間以便增加混凝土正溫養(yǎng)護時間。頂板隨混凝土澆筑隨鋪一層塑料薄膜，上加1層～2層棉氈或1層～2層50mm厚巖棉被保溫覆蓋保溫(依環(huán)境溫度確定保溫厚度)。模板拆除:參照成熟度混凝土強度計算結果，如滿足拆模要求，相應位置留置的臨界強度試塊，達到4．0 MPa以上，且冷卻到5℃以下方可拆模。頂板、梁、懸挑構件拆模時必須遵循下列要求:頂板、梁拆模時混凝土強度達到75%，懸挑結構拆模時混凝土強度達到100%，當溫度與環(huán)境溫度差大于20℃時，拆模后的混凝土表面應及時覆蓋棉氈或50 mm厚巖棉被，使其緩慢冷卻，以防混凝土表面因溫差太大產(chǎn)生裂紋。

5 安全防火措施

冬期施工氣溫較低，引發(fā)安全事故的因素多，在施工前要配備必要的安全防護用品，對施工人員進行安全教育，尤其是高空作業(yè)和特殊工種的教育，并加強現(xiàn)場施工管理工作，確保工程安全施工。

6 結語

冬期施工只有加強了管理人員，測量人員的培訓，并進行了書面交底，采取行之有效的冬期施工質量控制措施，工程則不僅能滿足設計要求，而且保證了業(yè)主的工期進度要求，取得了良好的成效。

［1］JGJ 104-97，建筑工程冬期施工規(guī)程［S］．

［2］崔 霞．冬季建筑施工若干措施的討論［Z］．