深基坑大體積混凝土承臺(tái)冬季施工質(zhì)量控制

李曉坤

摘 要：通過(guò)海河特大橋深基坑大體積混凝土承臺(tái)施工，我們發(fā)現(xiàn)大體積混凝土施工過(guò)程比較容易引起質(zhì)量與安全問(wèn)題，尤其是冬季施工更增加了施工的難度，施工質(zhì)量得不到很好的保障。所以，我們必須從各個(gè)方面進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，保證大體積混凝土承臺(tái)的施工質(zhì)量。本文主要就大體積混凝土冬季施工技術(shù)進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞：深基坑；大體積；混凝土承臺(tái)；冬季施工；施工控制

一、引言

大體積混凝土施工質(zhì)量是整個(gè)工程施工的關(guān)鍵所在，大體積混凝土施工質(zhì)量得不到保障，工程施工中的安全與質(zhì)量隱患將會(huì)增多，尤其是在冬季，氣溫原因已經(jīng)給施工帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)，如果大體積混凝土施工質(zhì)量得不到保證，無(wú)疑將會(huì)嚴(yán)重影響到整個(gè)施工的質(zhì)量與安全問(wèn)題。本文以海河特大橋?yàn)槔?，介紹了主橋深基坑大體積混凝土承臺(tái)施工的成功經(jīng)驗(yàn)。

海河特大橋是天津?yàn)I海新區(qū)西外環(huán)高速公路工程11標(biāo)的跨海河特大橋，主橋采用〈95m+140m+95m〉鋼桁架連續(xù)梁跨海河主河槽，1#、2#墩為海河特大橋跨海河主河槽中墩，中墩為樁接承臺(tái)接墩柱的形式，墩柱及承臺(tái)均分為左右兩幅。每個(gè)墩位采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)48根，樁長(zhǎng)70m。

承臺(tái)頂面高程-7.00m，底面標(biāo)高-11.00m，承臺(tái)高400cm，單幅承臺(tái)尺寸為2285cm×1450cm×400cm。主橋1#墩鋼板樁圍堰施工完畢后，承臺(tái)需要在冬季進(jìn)行施工，為了保證深基坑大體積混凝土承臺(tái)的施工質(zhì)量，對(duì)混凝土的冬季施工從各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

二、混凝土攪拌站控制措施

本工程采用商品砼，所用砼的原材料的質(zhì)量、配合比設(shè)計(jì)、攪拌時(shí)的上料計(jì)量和控制、出機(jī)溫度和運(yùn)輸過(guò)程的保溫以及保證砼的入模溫度等問(wèn)題，都已與商品砼攪拌站提前提出要求，并簽訂協(xié)議，我項(xiàng)目部派試驗(yàn)員到攪拌站進(jìn)行監(jiān)控。

1、冬季施工配合比的選用

冬季施工前委托天津市二十九站對(duì)混凝土配合比進(jìn)行重新選定，正式進(jìn)行冬季施工前對(duì)冬季施工配合比進(jìn)行施配驗(yàn)證，合格后方可進(jìn)行混凝土拌和施工。

2、外加劑的選用

根據(jù)C35混凝土冬季施工配合比選用的外加劑采用棚內(nèi)保溫存放。為了不使水化熱過(guò)早損失，采取先進(jìn)骨料及水的方法，攪拌均勻后，再加入水泥進(jìn)行拌和，嚴(yán)禁將水泥與80℃以上的水直接接觸，骨料中不得有冰雪和凍塊，攪拌時(shí)間應(yīng)較常溫時(shí)延長(zhǎng)50%左右。

3、拌和用水

攪拌站蓄水池用保溫材料覆蓋并密封，熱水采用1T蒸汽鍋爐蒸汽加熱，環(huán)境溫度-5℃以上時(shí)，加熱溫度控制在60℃以?xún)?nèi)，當(dāng)環(huán)境溫度低于-10℃，可將水加熱到80℃，但此時(shí)混凝土攪拌時(shí)應(yīng)將水和砂石料攪拌均勻后方可投入水泥，避免水泥和熱水直接接觸。

根據(jù)冬施配合比每立方混凝土大概用熱水160Kg，按每小時(shí)拌合100 m?計(jì)算，每小時(shí)熱水供應(yīng)量為16m?。為了保證施工用水供應(yīng)正常，另設(shè)臨時(shí)加熱簡(jiǎn)易鍋爐， 每小時(shí)熱水量不小于16m?，鍋爐用3mm 厚鋼板焊接而成，頂部預(yù)留進(jìn)水口，下部安裝出水口。將簡(jiǎn)易鍋爐支墊離地面 60cm 左右，四周留置加煤口，生火使水溫高于 80°C。

4、砂石料

在冬季施工來(lái)臨前，備足冬季施工所需的砂石料，砂石料需遮蓋，四周設(shè)置排水溝，防止雪水溶化后，侵入砂石堆料中，因氣溫低使砂石料凝結(jié)成塊。

砂石料進(jìn)場(chǎng)后要定期進(jìn)行翻曬，將里面水分曬干，以防止冬季溫度過(guò)低將砂石料凍結(jié)成塊。砂石料采取覆蓋措施，防雨雪、防污染，確保使用時(shí)砂石料中沒(méi)有凍塊

5、攪拌站

用保溫材料對(duì)攪拌站進(jìn)行封閉，棚內(nèi)利用熱風(fēng)機(jī)配合暖氣進(jìn)行保溫，棚內(nèi)溫度控制在10℃左右。技術(shù)人員每小時(shí)測(cè)量并記錄溫度一次?；炷涟韬蜋C(jī)開(kāi)機(jī)之前應(yīng)先用熱水沖洗拌和機(jī)，達(dá)到預(yù)熱效果。拌合時(shí)采用二次投料，二次攪拌方法（即先集料和水?dāng)嚢瑁偌尤胨嗪屯饧觿嚢瑁?/p>

6、其他控制措施

①砂石料在不同部位放置不少于3個(gè)溫度計(jì)，工地試驗(yàn)室，拌和站技術(shù)人員在施工期間每小時(shí)對(duì)保溫棚溫度、砂石料溫度、水溫度、混凝土拌和物溫度測(cè)量一次，確?；炷脸隽蠝囟确弦?。

②試驗(yàn)人員每次根據(jù)采用蒸氣保溫后砂石料的含水量調(diào)整施工配合比。

③為確保冬季施工混凝土的和易性和流動(dòng)性，混凝土攪拌時(shí)間應(yīng)不小于2.5min，但不宜大于3min。

④為提高混凝土的早期強(qiáng)度，混凝土坍落度控制在14cm～18cm范圍內(nèi)，并摻配高效減水劑。

三、大體積承臺(tái)混凝土澆筑控制措施

1、取暖設(shè)備布置

①利用1#墩鋼板樁圍堰設(shè)置暖棚一個(gè)，暖棚由中間的格構(gòu)柱作為支撐柱，支撐柱上采用30H型鋼做一道縱梁，在縱梁和圍堰第一道圍囹上架設(shè)30Ⅰ型鋼作為橫梁，橫梁間距按間距2m布置，橫梁上覆蓋保溫苫布，共同組成1#墩位的暖棚。暖棚的結(jié)構(gòu)形式如下頁(yè)圖。

圖1暖棚結(jié)構(gòu)平面示意圖

圖2暖棚結(jié)構(gòu)立面示意圖

圖3暖棚結(jié)構(gòu)橫斷面示意圖

為了盡量減少吊裝過(guò)程中的碰撞事故發(fā)生，考慮到承臺(tái)鋼筋數(shù)量比較多且長(zhǎng)度比較大，因此暖棚在承臺(tái)鋼筋綁扎完畢后搭設(shè)。搭設(shè)暖棚時(shí)，在暖棚頂預(yù)留6個(gè)4×7m天窗（設(shè)置6道30Ⅰ型鋼橫梁為活動(dòng)橫梁），以便鋼筋、模板等物資的吊裝以及混凝土的澆筑。

暖棚里在澆筑承臺(tái)混凝土前，根據(jù)暖棚內(nèi)實(shí)測(cè)溫度，調(diào)整暖風(fēng)機(jī)數(shù)量，實(shí)測(cè)暖棚內(nèi)兩天溫度，溫度不低于10℃時(shí)才能澆筑混凝土。堅(jiān)持隨澆筑隨養(yǎng)護(hù)的原則，暖棚內(nèi)溫度不得低于10℃。

②在混凝土澆筑前應(yīng)保證暖棚內(nèi)溫度達(dá)到10℃以上才能進(jìn)行混凝土的澆筑。在澆筑前布置6臺(tái)15KW暖風(fēng)機(jī)（備用2臺(tái)）以防止在溫度達(dá)不到要求時(shí)采取必要的措施。

15KW暖風(fēng)機(jī)圖

③暖棚供熱計(jì)算：

計(jì)算公式：Q=3.6MKΔTV

Q：暖棚每小時(shí)耗熱量，單位KJ/h

M：表面系數(shù)，既冷卻面與外部量度暖棚的體積之比，單位m-1

K：篷布的傳熱系數(shù)K=5W/m2·h

ΔT：暖棚內(nèi)外溫度差，單位℃

V：暖棚的體積，單位m3

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)暖棚搭設(shè)方案，并考慮混凝土散熱，計(jì)算暖棚供熱

1#墩暖棚寬15.7m，長(zhǎng)47.4m，高13.0m，按室外-10℃，暖棚內(nèi)10℃計(jì)算。

M=暖棚的表面積/暖棚的體積

=0.0899m-1

Q=3.6MKΔTV

=3.6×0.0899×5.0×20×9674

=313089KJ/h

經(jīng)測(cè)算：每臺(tái)15KW的暖風(fēng)機(jī)每小時(shí)可提供54000KJ的熱量

則布置6臺(tái)暖風(fēng)機(jī)。

2、大體積混凝土承臺(tái)澆注

混凝土澆筑前，采用溫水清理模板內(nèi)雜物，對(duì)模板、鋼筋、進(jìn)行預(yù)熱，表面溫度在5℃以上?；炷凉嘧?yīng)分層分段進(jìn)行，混凝土表面應(yīng)根據(jù)混凝土灌注順序及時(shí)進(jìn)行覆蓋。

已澆筑層的混凝土在未被上一層混凝土覆蓋前不應(yīng)低于2℃，混凝土溫度控制由質(zhì)檢工程師和試驗(yàn)室共同分工負(fù)責(zé)。

制作與結(jié)構(gòu)同條件養(yǎng)護(hù)的試件，用以檢驗(yàn)受凍前強(qiáng)度及轉(zhuǎn)入正常溫度養(yǎng)護(hù)28天強(qiáng)度。

四、混凝土養(yǎng)護(hù)及溫度測(cè)定

1、混凝土養(yǎng)生

①承臺(tái)混凝土采用暖風(fēng)機(jī)（備用200KW發(fā)電機(jī)）加熱進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和冷卻管循環(huán)水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；

②當(dāng)混凝土強(qiáng)度大于40%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可停止供熱保暖，但暖棚內(nèi)降溫應(yīng)滿(mǎn)足《冬季施工規(guī)范》的要求，即降溫速度每小時(shí)不大于10℃。

③混凝土拆模時(shí)，環(huán)境溫度與梁體溫度差應(yīng)小于15℃。當(dāng)小于15℃時(shí)，拆除模板后立即在混凝土表面覆蓋塑料布，進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

2、溫度測(cè)試

混凝土冬季施工過(guò)程中，由試驗(yàn)室（負(fù)責(zé)攪拌站、混凝土）和質(zhì)檢工程師（負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)溫度控制）按時(shí)測(cè)量水、骨料，混凝土出罐、入模測(cè)量四周的溫度以及混凝土溫度變化情況，尤其注意混凝土養(yǎng)生期的溫度觀測(cè)：

①測(cè)溫儀器：外界氣溫和棚內(nèi)氣溫均采用自動(dòng)溫度計(jì)記錄儀觀測(cè)，混凝土出罐、入模溫度采用旁通溫度計(jì)測(cè)試，結(jié)構(gòu)內(nèi)各觀測(cè)點(diǎn)溫度采用電阻測(cè)溫儀或熱電偶測(cè)溫儀。

②觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置：在澆筑后的混凝土上設(shè)測(cè)溫孔，承臺(tái)測(cè)溫孔位置按每6m 左右在承臺(tái)頂面及側(cè)面各兩個(gè)。各部位溫度應(yīng)接近，避免各部位間溫度過(guò)大。

③測(cè)溫時(shí)間

暖棚內(nèi)各觀測(cè)點(diǎn)，自混凝土澆筑完畢時(shí)間算起，每隔2小時(shí)測(cè)一次溫度，外界氣溫在每天7時(shí)、12時(shí)、16時(shí)和24時(shí)4個(gè)時(shí)間進(jìn)行記錄。

④具體做法

A、對(duì)測(cè)溫孔進(jìn)行編號(hào)，并編制測(cè)溫孔布置圖以備查。

B、測(cè)溫時(shí)，溫度計(jì)與外界氣溫隔離，避免冷空氣影響，溫度計(jì)在孔內(nèi)停留時(shí)間在3min以上。

C、設(shè)專(zhuān)人負(fù)責(zé)測(cè)溫工作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度發(fā)生異常變化時(shí)，立即向有關(guān)人員匯報(bào)，以便及時(shí)采取措施。

五、大體積混凝土冬季施工溫度計(jì)算

承臺(tái)混凝土采用C35混凝土，混凝土采用商品混凝土，提前按照冬季施工配合比配制混凝土。混凝土施工配合比按照水泥：砂：碎石：水=278：737：1106：160。選用水溫度加熱為80℃，水泥溫度5℃、砂石料溫度分別、3℃、3℃，砂子含水量4%，石子1%。

1、計(jì)算混凝土拌和物溫度

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》附錄J冬期施工熱工計(jì)算：To=[0.9*（Wc*Tc+Ws*Ts+Wg*Tg）+4.2*Tw*（Ww-Ps*Ws-PgWg）+c1*（Ps*Ws*Ts+Pg*Wg*Tg）-c2*（Ps*Ws+Pg*Wg）]/[4.2Ww+0.9*（Wc+Ws+Wg）]

式中：To ——混凝土拌和物的溫度（℃）

Ww、Wc、Ws、Wg ——水、水泥、砂、石的用量（Kg）

Tw、Tc、Ts、Tg ——水、水泥、砂、石的溫度（℃）

Ps、Pg ——砂、石的含水率（%）

c1、c2 ——水的比熱容（kJ/kg*K）及溶解熱（kJ/kg）

當(dāng)骨料溫度﹥0℃時(shí)，c1=4.2，c2=0；

當(dāng)骨料溫度≤0℃時(shí)，c1=2.1，c2=335。

把水泥、砂、石、水的用量和溫度及砂、石含水率代入上式可以得出：

To=18.16℃。

2、計(jì)算混凝土拌和物出機(jī)溫度

混凝土拌和物的出機(jī)溫度按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》附錄J中J-2公式計(jì)算。公式J-2：

T1=To-0.16*（To-Tb）

式中：T1 ——混凝土拌和物的出機(jī)溫度（℃）

Tb ——攪拌機(jī)棚內(nèi)溫度（℃）

攪拌棚內(nèi)溫度Tb取用5℃，根據(jù)上面公式可以計(jì)算出混凝土拌和物的出機(jī)溫度為：T1=16.85℃。

3、計(jì)算混凝土拌和物入模溫度

混凝土拌和物入模溫度按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》附錄J中J-3公式計(jì)算。

公式J-3：

T2=T1-（α*t+0.032n）（T1-Ta）

式中：T2 ——混凝土拌和物經(jīng)運(yùn)輸至成型完成時(shí)的溫度（℃）

t ——混凝土自運(yùn)輸至澆筑成型完成的時(shí)間（h）

n ——混凝土轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)

Ta ——運(yùn)輸時(shí)的環(huán)境氣溫（℃）

α ——溫度損失系數(shù)（hm-1），當(dāng)用混凝土攪拌車(chē)運(yùn)輸時(shí)，α=0.25

混凝土自運(yùn)輸至澆筑成型完成的時(shí)間t取用1小時(shí)，混凝土轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)n取1，運(yùn)輸時(shí)的環(huán)境氣溫Ta取用5℃，溫度損失系數(shù)α取用0.25。根據(jù)上式可以計(jì)算出：

C35混凝土的入模溫度為：T2=13.51℃。

根據(jù)計(jì)算，得出砼出機(jī)溫度T1=16.85℃>15℃，入模溫度T2=13.51℃>10℃，均能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4、計(jì)算混凝土各齡期的收縮變形和收縮當(dāng)量溫差

①混凝土的絕熱溫升

式中： T（t）--混凝土齡期為t時(shí)的絕熱溫升（℃）

Q--每千克水泥水化熱量Q（kJ/kg）

W--每立方混凝土的膠凝材料用量（kg/m3）

C--混凝土的比熱，一般為0.92-1.0取0.96（KJ/kg·℃）

ρ--混凝土的重力密度，2400-2500取2400（kg/m3）

m---與水泥品種、澆筑溫度等有關(guān)的系數(shù)，0.3-0.5取0.4（d-1）

t---混凝土齡期（d）

正常取值t=∝

則Tmax= 52.14

T3= 30.94

T7= 45.75

T14= 51.36

T21= 52.04

②混凝土收縮變形

混凝土收縮變形不同條件影響修正系數(shù)

M1 M2 M3 M4 M5 M6

1.0 1.0 0.85 1.0 1.0 1.25

M7 M8 M9 M10 M11 則M積

1.25 1.43 1.3 0.86 1.01 2.14456

εy（t）= 3.24*（1-POWER（2.718，-0.01*t））*H96/10000

εy（3）= 2.05335E-05

εy（7）= 4.69706E-05

εy（14）= 9.0766E-05

εy（21）= 0.000131601

③收縮當(dāng)量溫差

α--混凝土的線膨脹系數(shù)，取 1.0*10-5

Ty（3）= 2.053

Ty（7）= 4.697

Ty（14）= 9.077

Ty（21）= 13.160

④混凝土最大綜合溫差絕對(duì)值

△T（t）=T0+T（t）*0.666+Ty（t）-Tq

△t—混凝土最大綜合溫差絕對(duì)值

T0—混凝土澆筑入模溫度，取℃ 13.51

Tq—外部環(huán)境溫度，因現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間約20d，取℃ 10

則 △T（3）= 26.169

△T（7）= 38.679

△T（14）= 46.791

△T（21）= 51.332

根據(jù)計(jì)算，混凝土各齡期絕對(duì)溫差較大，承臺(tái)大體積混凝土需要布置冷卻管。

六、結(jié)語(yǔ)

海河特大橋1#墩深基坑大體積混凝土承臺(tái)采用冬季施工，我們從混凝土拌合站、現(xiàn)場(chǎng)澆筑、混凝土養(yǎng)護(hù)、混凝土內(nèi)外溫差監(jiān)控等各個(gè)方面進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，保證了大體積混凝土承臺(tái)冬季施工的質(zhì)量。可供同類(lèi)型工程參考。

參考文獻(xiàn)

1、《混凝土結(jié)構(gòu)施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204-2002）；

2、《建筑工程冬期施工規(guī)程》（JGJ104-97）；

3、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[JTJ041—2011]；

4、《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[JTG F80/1—2004]；