雀兒山隧道不摻防凍劑的低溫混凝土施工技術(shù)研究★

楊 普 新

(四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610000)

·施工技術(shù)·

雀兒山隧道不摻防凍劑的低溫混凝土施工技術(shù)研究★

楊 普 新

(四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610000)

介紹了雀兒山隧道的工程概況與氣候特征，針對高寒地區(qū)隧道工程冬季混凝土施工摻加防凍劑的弊端，從混凝土拌制、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)，闡述了該隧道不摻防凍劑的低溫混凝土施工技術(shù)，有效提高了混凝土的強(qiáng)度及耐久性。

隧道，混凝土，防凍劑，保溫措施

1 工程簡介及氣候特征

雀兒山隧道位于四川省甘孜州德格縣境內(nèi)，為國道G317線(川藏北線)控制性工程。隧道全長7 079 m，進(jìn)口設(shè)計(jì)高程4 377.01 m，出口設(shè)計(jì)高程4 232.83 m,隧道最大埋深700 m，是當(dāng)今世界上海拔最高的公路隧道。隧道設(shè)平行導(dǎo)坑，平導(dǎo)布設(shè)于主洞左側(cè)約33 m，與主洞大致平行，長度7 018 m。線路采用山嶺重丘區(qū)二級公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

雀兒山隧道地處青藏高原東部的川西高原，隧址區(qū)位于青藏高原北東邊緣的沙魯里山脈北部山系雀兒山，屬高山～極高山冰川地貌，高原山嶺高寒氣候。具有海拔高、低氣溫、低含氧量、低氣壓的特點(diǎn)。雀兒山隧道隧址區(qū)氣候條件惡劣，冬季漫長(一般情況下從本年11月初至來年3月31日)，年平均氣溫在-0.7 ℃，年極端最低氣溫為-36.2 ℃；全年平均積雪日數(shù)為174 d，年最大積雪深度為61 cm。

2 高寒地區(qū)隧道工程冬季混凝土施工摻加防凍劑的弊端

在高寒地區(qū)隧道工程冬季混凝土施工中防止混凝土幼齡期受凍是保證混凝土強(qiáng)度及耐久性的關(guān)鍵所在。為防止混凝土凍害的發(fā)生，在實(shí)際的工程中，通常有蓄熱法和摻加防凍劑這兩種方法。隨著研究的深入，國內(nèi)外學(xué)者一致認(rèn)為摻入防凍劑以后對普通混凝土性能影響不大，但是對低溫混凝土耐久性影響很大，防凍劑會使低溫混凝土出現(xiàn)表面吸濕的情況，嚴(yán)重影響低溫混凝土后期的耐久性。

從查閱的資料來看，摻加防凍劑也會嚴(yán)重影響工程進(jìn)度。加入防凍劑之后，混凝土的凝固速度嚴(yán)重變慢。當(dāng)環(huán)境溫度為-10 ℃時(shí)，混凝土的7 d強(qiáng)度只達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的30%，混凝土養(yǎng)護(hù)至拆模的時(shí)間會嚴(yán)重變長，施工速度大大降低。

3 雀兒山隧道采取的低溫混凝土施工措施

雀兒山隧道在冬季混凝土施工中主要采用蓄熱法，通過對混凝土拌和站及原材料加熱、調(diào)整養(yǎng)護(hù)制度等方式來防止混凝土凍害的發(fā)生，提高混凝土的抗凍和抗?jié)B耐久性。

混凝土施工過程分為拌制、運(yùn)輸、澆筑和養(yǎng)生。規(guī)范要求混凝土澆筑時(shí)的入模溫度不小于5 ℃。若要保證入模溫度，需先保證混凝土拌制后的溫度，控制混凝土運(yùn)輸過程中溫降，還需要控制澆筑和養(yǎng)護(hù)過程中的溫度，這樣才能保證混凝土的質(zhì)量。

3.1 混凝土拌制過程控制溫度方案

拌和站、砂石材料倉均采用10 cm厚的彩鋼板包裹，內(nèi)部安裝2臺8 t的燃煤鍋爐，在料場每個(gè)料倉布設(shè)循環(huán)熱水地暖。在彩鋼房靠近砂石料倉的墻壁上安裝散熱片，1臺鍋爐用于對砂石等原材料進(jìn)行地溫加熱和提高棚內(nèi)溫度，使砂子不產(chǎn)生結(jié)塊現(xiàn)象，同時(shí)保持棚內(nèi)溫度在10 ℃以上；另1臺鍋爐用于加熱混凝土的拌和用水，控制水溫在60 ℃左右。拌和站接料斗外側(cè)、砂石料棚后側(cè)均裝有棉簾子，供混凝土運(yùn)輸車、砂石料車及鋼筋運(yùn)輸車進(jìn)出?？傮w平面布置見圖1。

混凝土原材料加熱時(shí)，優(yōu)先加熱水。水的加熱溫度不宜高于60 ℃，當(dāng)骨料不加熱時(shí)，水可加熱至60 ℃以上。當(dāng)加熱水不能滿足要求時(shí)，根據(jù)每天用量集中在室內(nèi)通過地暖對骨料也進(jìn)行加熱。

冬季施工時(shí)嚴(yán)格按以下投料順序進(jìn)行拌和：石→砂→水→水泥→外加劑，這樣可以避免水溫太高后給水泥和外加劑帶來不利影響。

攪拌混凝土前進(jìn)行熱工計(jì)算。

3.1.1 混凝土拌合溫度

T0=[0.92(MceTce+MsaTsa+MgTg)+4.2Tw(Mw-WsaMsa-WgMg)+C1(WsaMsaTsa+WgMgTg)-C2(WsaMsa+WgMg)]÷[4.2Mw+0.9(Mce+Msa+Mg)]。

其中,T0為混凝土拌合物溫度,℃；Mw為水用量，取170 kg；Mce為水泥用量，取315 kg；Msa為砂用量，取678 kg；Mg為碎石用量，取1 185 kg；Tw為水的溫度，取60 ℃；Tce為水泥的溫度，取-30 ℃；Tsa為砂的溫度，取10 ℃；Tg為碎石的溫度，取10 ℃；Wsa為砂的含水率，取2%；Wg為碎石的含水率，取1%；C1為水的比熱容,kJ/(kg·K)，骨料溫度=10 ℃>0 ℃，取4.2；C2為冰的溶解熱,kJ/kg，骨料溫度=10 ℃>0 ℃，取0。

洞內(nèi)C30混凝土，其配合比為1∶2.15∶3.76，W/C=0.54。每立方米含水泥315 kg，砂678 kg，石1 185 kg，水170 kg，估計(jì)砂含水率2%，石含水率1%。

計(jì)算得:T0=17.2 ℃。

3.1.2 混凝土出機(jī)溫度

T1=T0-0.16(T0-Ti)。

其中，T0為混凝土拌合物出機(jī)溫度,℃；Ti為攪拌機(jī)棚內(nèi)溫度，取10 ℃。

計(jì)算得:T1=16.1 ℃>10 ℃。

3.1.3 混凝土經(jīng)運(yùn)輸?shù)綕仓r(shí)溫度

T2=T1-(at1+0.032n)(T1-Tn)。

其中,T2為混凝土拌合物運(yùn)輸?shù)綕仓r(shí)的溫度,℃；t1為混凝土拌合物自運(yùn)輸?shù)綕仓r(shí)的時(shí)間，洞外取0.1 h，洞內(nèi)取0.5 h；n為混凝土拌合物運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)，洞外不攪拌，取0次，洞內(nèi)取5次；Tn為混凝土拌合物運(yùn)輸時(shí)的環(huán)境溫度，洞外取-30 ℃，洞內(nèi)平均取0 ℃；a為溫度損失系數(shù)(h-1)，因采用混凝土攪拌車運(yùn)輸,取a=0.25。

計(jì)算得:T2=10.4 ℃>5 ℃。

由上述計(jì)算可知，在砂、石預(yù)熱溫度為10 ℃，水預(yù)熱溫度為60 ℃，水泥溫度為-30 ℃時(shí)，混凝土拌和后溫度為17.2 ℃，混凝土的出機(jī)溫度為16.1 ℃，混凝土的澆筑溫度為10.4 ℃，完全可以滿足施工的要求。加熱系統(tǒng)原理見圖2。

3.2 混凝土運(yùn)輸?shù)谋卮胧?/p>

雀兒山隧道將拌和站設(shè)置在隧道洞口位置，以縮短混凝土的運(yùn)輸距離；適當(dāng)提高混凝土運(yùn)輸速度以減少運(yùn)輸過程所消耗的時(shí)間；對混凝土輸送罐車的罐體采用5 cm厚的絲棉包裹，在洞外運(yùn)輸過程中罐體不轉(zhuǎn)動，以降低混凝土運(yùn)輸過程中的散熱速度。

3.3 混凝土澆筑的保溫措施

二襯混凝土施工時(shí)，如果現(xiàn)場溫度低于5 ℃，就應(yīng)該對作業(yè)環(huán)境進(jìn)行加熱處理。模板臺車就位后，首先按圖3方式掛設(shè)彩條布作為暖棚，然后在臺車內(nèi)采用電暖氣加熱，待巖壁溫度和內(nèi)部氣溫大于5 ℃時(shí)，再進(jìn)行混凝土的澆筑作業(yè)。

另外，運(yùn)到現(xiàn)場的混凝土也應(yīng)該進(jìn)行測溫，以確?；炷寥肽囟却笥? ℃。

3.4 養(yǎng)護(hù)保溫措施

混凝土在強(qiáng)度形成的早期階段如果遭受凍害會對后期強(qiáng)度和耐久性都有較大的影響，抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B性能指標(biāo)都有大幅度的降低。因此在混凝土強(qiáng)度形成的早期階段做好冬季施工養(yǎng)護(hù)至關(guān)重要。

試驗(yàn)表明混凝土在達(dá)到自身的抗凍臨界強(qiáng)度以后遭受低溫凍害作用，最終的28 d標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度不會產(chǎn)生明顯的降低。養(yǎng)護(hù)時(shí)間長，對于混凝土強(qiáng)度的增長是有好處的，但是不夠經(jīng)濟(jì)，對節(jié)能減排和投資控制不利。所以養(yǎng)護(hù)時(shí)間以混凝土達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度為宜。

一般澆筑完成后，采用電暖氣繼續(xù)進(jìn)行保溫3 d后拆模，具體拆模時(shí)間根據(jù)同等強(qiáng)養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度來確定，當(dāng)同等養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度大于5 MPa后，方可進(jìn)行拆模。

4 結(jié)語

雀兒山隧道不摻防凍劑的低溫混凝土施工技術(shù)不僅可以保證混凝土的質(zhì)量及耐久性，還為確保工期、節(jié)約投資作出了貢獻(xiàn)。隨著我國公路建設(shè)向縱深發(fā)展，在高原高寒地區(qū)建設(shè)的公路項(xiàng)目越來越多，雀兒山隧道不摻加防凍劑的低溫混凝土施工技術(shù)為日后的高原高寒地區(qū)公路隧道低溫混凝土的施工有重要的參考與借鑒意義。

[1] 國道317線雀兒山隧道Q2合同段項(xiàng)目部.雀兒山隧道實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)[Z].

[2] 陳志軍.解析寒區(qū)隧道二襯混凝土冬季施工溫控技術(shù)[J].科技與創(chuàng)新,2015(5)：6-9.

[3] 譚賢君,陳衛(wèi)忠,王 輝，等.寒區(qū)隧道二襯混凝土冬季施工溫控技術(shù)研究[J].巖土力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2013(19)：25-27.

[4] 郭 春,王明年,李海清,等.高寒高海拔隧道冬季混凝土施工材料溫度確定[J].公路隧道,2012(11)：27-28.

Study on the construction technology of low-temperature concrete without antifreeze at Que’ershan tunnel★

Yang Puxin

(SichuanVocationalandTechnicalCollegeofCommunications,Chengdu610000,China)

The paper introduces the engineering survey and climate features of Que’ershan tunnel, and illustrates the low-temperature concrete construction technique of the non-absorbent anti-freezing agent from the concrete mixing, transportation, grouting, and maintenance according to the defects of the anti-freezing agent for the winter concrete in tunnel projects of cold areas, so as to improve the strength and durability of the concrete.

tunnel, concrete, anti-freezing agent, temperature insulation measure

1009-6825(2017)05-0126-03

2016-12-04★：2016年四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院科技教育發(fā)展基金資助項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：2016-580-20)

楊普新(1978- )，女，碩士，高級工程師

TU755

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