寒冷地區(qū)大空間混凝土結(jié)構(gòu)冬季施工保溫措施分析

岳富錦

摘 要：哈爾濱站改造工程是黑龍江省和哈爾濱市政府的重點(diǎn)工程，由于工期需求，北廣場(chǎng)地下交通樞紐主體結(jié)構(gòu)工程面臨著不間斷冬季施工問(wèn)題。雖然，當(dāng)前對(duì)于冬季施工有著相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和措施，但由于本項(xiàng)目的主體結(jié)構(gòu)工程占地超過(guò)3萬(wàn)平米，高度14m，如此大空間主體結(jié)構(gòu)的冬季施工在國(guó)內(nèi)尚屬首例，加之現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境復(fù)雜，人口密集，如果施工措施不當(dāng)會(huì)帶來(lái)無(wú)法預(yù)知的風(fēng)險(xiǎn)，這無(wú)疑給北方地區(qū)冬季城市軌道交通的施工帶來(lái)了前所未有的困難。因此，針對(duì)寒冷地區(qū)冬季的混凝土連續(xù)澆筑施工問(wèn)題，有必要選取有效的保溫措施，確?；炷临|(zhì)量。文章結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出了采取保溫棚法的施工技術(shù)方案，通過(guò)熱傳導(dǎo)理論分析了大空間保溫棚的熱量計(jì)算及能源消耗，總結(jié)出一套“寒冷地區(qū)大空間混凝土結(jié)構(gòu)冬季施工保溫措施”，實(shí)現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)在冬季的連續(xù)混凝土澆筑施工，并保證工程質(zhì)量，為今后類似工程的開展提供相關(guān)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：大空間主體結(jié)構(gòu)；寒冷地區(qū)；保溫棚

中圖分類號(hào)：TU375 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）27-0157-03

1 概述

我國(guó)北方寒冷地區(qū)冬季漫長(zhǎng)而寒冷，特別在黑龍江省，冬季最低氣溫可達(dá)-30℃以下。根據(jù)《建筑工程冬期施工規(guī)程》（JGJ104-2011）的規(guī)定，當(dāng)室外日平均氣溫連續(xù)5天小于5℃，即進(jìn)入冬季施工；當(dāng)室外日平均氣溫連續(xù)5天大于5℃時(shí)，解除冬期施工?；炷两Y(jié)構(gòu)工程的施工一般要避免在冬季開展，但是隨著市政建設(shè)工程越來(lái)越多，北方寒冷地區(qū)的大部分工程都面臨著工期緊問(wèn)題，迫不得已需要在冬季開展連續(xù)施工，以保證工期?；炷临|(zhì)量是大型建筑結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的重要組成部分，新澆筑的混凝土如果受凍，混凝土中的水將會(huì)結(jié)冰，不僅體積增大而且不再參與水化作用而導(dǎo)致混凝土各項(xiàng)物理力學(xué)性能急劇下降，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，及時(shí)能夠達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，但是也會(huì)導(dǎo)致混凝土的耐久性不足。因此，對(duì)于冬季施工工程而言，在冬季低溫環(huán)境中必須采取必要的保溫措施來(lái)防治混凝土遭受凍害，從而保證整個(gè)結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量和工期。

保溫棚法是我國(guó)逐漸發(fā)展起來(lái)的一種冬季施工工藝，隨著冬季施工快速發(fā)展，逐漸在國(guó)內(nèi)因地制宜的出現(xiàn)了滿堂紅式保溫棚、懸索式塑料保溫棚等各具特色的方式。但是施工的混凝土結(jié)構(gòu)和建筑物所處的位置、形狀對(duì)保溫棚的形式，而且保溫棚的材料消耗、能源消耗和加熱設(shè)備等都需要充分論證。本項(xiàng)目由于占地空間大，空間高，因此對(duì)保溫棚的結(jié)構(gòu)形式、加熱方式、能源消耗等進(jìn)行分析。

2 工程概況

本項(xiàng)目為哈爾濱站改造市政配套工程北廣場(chǎng)地下交通樞紐工程上部主體結(jié)構(gòu)建設(shè)工程，位于哈爾濱市道里區(qū)哈爾濱市火車站站房北側(cè)，建筑層數(shù)：建筑地下2層，地上1層，屬于多層公共建筑；建筑規(guī)模：總用地面積34500m2，總建筑面積61191.66m2，其中地下一層：29535.48m2、地下二層：30613.33m2、地面出入口1042.85m2，混凝土澆筑方量達(dá)53000m3。由于工期緊張，哈爾濱站北廣場(chǎng)項(xiàng)目的主體部分全部在冬期施工，由于冬季最低溫度可以達(dá)到-30℃，開展如此大規(guī)模的混凝土澆筑在國(guó)內(nèi)尚屬首例，加之現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境復(fù)雜，人口密集，如果施工措施不當(dāng)有可能導(dǎo)致澆筑后的混凝土品質(zhì)下降，帶來(lái)無(wú)法預(yù)知的風(fēng)險(xiǎn)。

3 方案的選定

經(jīng)研究、比較，本工程施工采用保溫棚全封閉法施工。保溫采用輕型門架式鋼結(jié)構(gòu)房屋對(duì)基坑全封閉，使基坑與室外分離，形成一個(gè)大的封閉空間，確保室內(nèi)外熱量緩慢流通，施工質(zhì)量、進(jìn)度及安全都能保證且抗風(fēng)雪能力強(qiáng)。更為重要的是，材料可以在工廠內(nèi)提前加工，進(jìn)場(chǎng)后可以快速組裝，能夠滿足施工最快化的要求。

4 保溫棚耗熱量及能源消耗計(jì)算

4.1 保溫棚體積

根據(jù)保溫棚和基坑設(shè)計(jì)資料，保溫棚長(zhǎng)為290m，寬為126m，基坑深11.4m，保溫棚側(cè)墻高3.5m，脊高6m，雙側(cè)為人字坡，由此可以計(jì)算得到保溫棚空間的體積為654066m3。

4.2 保溫棚的耗熱能

暖棚內(nèi)平均溫度要求達(dá)到10℃以上，按12℃考慮，室外溫度按-30℃。暖棚骨架采用鋼結(jié)構(gòu)沿基坑頂四周搭設(shè)，暖棚圍護(hù)采用巖棉板，厚度為8cm，風(fēng)速按5m/s。保溫棚耗熱量按下面的公式計(jì)算：

式中：Q0-保溫棚總耗熱量；Q1-通過(guò)圍護(hù)散熱量；Q2-保溫棚升溫耗熱量；A-保溫棚總表面積，根據(jù)設(shè)計(jì)方案，總表面積為40373.34m2；K-結(jié)構(gòu)維護(hù)層總傳熱系數(shù)；結(jié)構(gòu)維護(hù)層總傳熱系數(shù)K通過(guò)下面公式計(jì)算

公式（2）中：？姿i第i層材料導(dǎo)熱系數(shù)，di-第i層材料厚度。

本次保溫棚的維護(hù)層位1層，采用巖棉板材料，其導(dǎo)熱系數(shù)？姿1為0.04，材料厚度d1為0.08m。根據(jù)公式（2）計(jì)算得到結(jié)構(gòu)維護(hù)層傳熱系數(shù)K=0.49；Tb-保溫棚內(nèi)溫度，不低于10℃，這里取12℃計(jì)算；Ta-室外溫度，這里取哈爾濱冬季最低溫度，按-32℃計(jì)算；V-保溫棚體積，654066m3；n-每天換氣次數(shù)，這里取2；Ca-空氣比熱容，這里取1kj/kg*K；Pa-空氣容重，這里取1.37kg/m3。

根據(jù)公式（1）可以計(jì)算得到通過(guò)圍護(hù)散熱量，這里假定基坑底板和圍護(hù)樁不會(huì)散發(fā)熱量，熱量主要通過(guò)保溫棚散發(fā)，Q1計(jì)算如下：

根據(jù)公式（1）可以計(jì)算得到保溫棚升溫所耗熱量，Q2計(jì)算如下：

保溫棚總的耗熱量Q0為：

4.3 能源消耗

假設(shè)采用燃煤來(lái)升溫，則煤用量（燃料采用無(wú)煙煤）可以根據(jù)公式（3）計(jì)算，如下：

（3）

式中：Gp為所需煤的質(zhì)量；Q0暖棚總耗熱量；？濁熱效率，這里取0.8；R為每千克煤的發(fā)熱量，這里取31000kj/kg。

由公式（3）可以計(jì)算得到每小時(shí)需要消耗的無(wú)煙煤質(zhì)量：

Gp=22774741*3.6*0.8/31000=2116kgendprint

即保溫棚的每小時(shí)需要消耗無(wú)煙煤2116kg，該保溫棚面積為36540平米，折合保溫棚每100平米每小時(shí)耗煤5.79kg。

需要說(shuō)明的是：這里采用的是冬季最低溫度（-32℃）進(jìn)行的消耗數(shù)量計(jì)算，是為了保證最不利情況下的鍋爐能夠提供相應(yīng)的熱量需求，實(shí)際工程施工過(guò)程中天氣變化較為頻繁，因此煤的消耗量會(huì)隨著外部氣溫有著較大變化，在本項(xiàng)目的研究中通過(guò)布設(shè)溫度傳感器對(duì)保溫棚內(nèi)部環(huán)境溫度的監(jiān)控來(lái)控制加熱數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了能源消耗的節(jié)約。

5 保溫棚安裝施工工藝

安裝順序如下：柱腳預(yù)埋→柱子系統(tǒng)→吊車梁系統(tǒng)→屋面系統(tǒng)→墻架系統(tǒng)→屋面及墻面彩板維護(hù)結(jié)構(gòu)。

5.1 柱腳錨栓安裝

需提前預(yù)埋在筏板基礎(chǔ)內(nèi)，在筏板混凝土強(qiáng)度等級(jí)≥75%后，方可進(jìn)行柱腳錨栓的預(yù)埋工作。安裝流程：測(cè)量定位尺寸做好標(biāo)記-定位板校正→地腳螺栓校正→整體固定校核

5.2 鋼柱安裝與校正

保溫棚的鋼柱吊裝前，必須對(duì)保溫棚結(jié)構(gòu)柱的編號(hào)、尺寸、螺孔位置及直徑等進(jìn)行全面檢查復(fù)核。保溫棚的鋼柱起吊前，將吊索具、爬梯、溜繩以及防墜器等固定在鋼柱上。

保溫棚鋼柱起吊擬采用單機(jī)回轉(zhuǎn)法起吊，為保證吊裝均衡，首先要保證吊裝點(diǎn)平衡和鋼絲繩的強(qiáng)度，然后鋼柱應(yīng)橫放在墊木上；起吊時(shí)，不得使柱端在地面上有拖拉現(xiàn)象，鋼柱起吊時(shí)必須距地面高度兩米以上才開始回轉(zhuǎn)。保溫棚鋼柱起吊就位誤差要求控制在3mm以內(nèi)。

鋼柱就位后，通過(guò)在柱底中心設(shè)置砂漿墊塊來(lái)調(diào)整垂直度，然后通過(guò)經(jīng)緯儀角度測(cè)量鋼柱的縱橫兩個(gè)軸的偏差，分別通過(guò)千斤頂和纜風(fēng)繩進(jìn)行內(nèi)外調(diào)整達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5.3 吊車梁安裝

吊車梁牛腿安裝采用25t吊車單機(jī)安裝方式進(jìn)行，因?yàn)閱蝹€(gè)牛腿重量相對(duì)較輕，在被吊起后，人工擺正比較容易，按照測(cè)量人員預(yù)先劃好的線位，先初焊接、檢查位置是否完全吻合，待確認(rèn)無(wú)誤后進(jìn)行滿焊焊接，焊縫高度和寬度須滿足設(shè)計(jì)及使用要求。

5.4 屋面鋼梁安裝

鋼梁制作完成后，選擇鋼梁的起吊點(diǎn)加焊吊耳，確保其強(qiáng)度，然后進(jìn)行吊裝到達(dá)預(yù)定高度時(shí)，開始鋼梁就位，下落速度控制在在3米/分鐘，鋼梁接近就位位置時(shí)，兩名安裝工人要分別用手扶住鋼梁，將鋼梁拖至就位位置。通過(guò)螺栓將鋼梁與柱體連接。

鋼柱與鋼梁結(jié)點(diǎn)的連接采用高強(qiáng)螺栓完成，施工時(shí)梁與連接板的貼合方向要一致；高強(qiáng)螺栓的穿入方向要一致；鋼梁安裝時(shí)孔位偏差的處理，只能采用機(jī)具絞孔擴(kuò)大，而不得采用氣割擴(kuò)孔的方式。

鋼梁安裝后應(yīng)及時(shí)拉設(shè)安全繩，以便于施工人員行走時(shí)掛設(shè)安全帶，確保施工安全；鋼梁的臨時(shí)固定：梁兩端安上臨時(shí)螺栓后塔吊即可脫鉤。

5.5 屋面及墻面彩板安裝

5.5.1 屋面板施工方法

施工時(shí)先確定隅撐在檁條到梁邊距離，然后將隅撐拆下，將底板用自攻螺絲固定于檁條上（檁條下折邊），依照量出的尺寸在底板上開孔，再將隅撐依次安裝，在安裝完收邊板后才能安裝下半節(jié)板，依次進(jìn)行。屋面安裝完成后，應(yīng)采用淋水實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)封閉的建筑物節(jié)點(diǎn)部位進(jìn)行防水檢測(cè)。

5.5.2 墻面彩板的安裝

墻面系統(tǒng)彩鋼板的安裝，應(yīng)首先對(duì)安裝好的墻面檁條進(jìn)行檢查，包括檁距是否和圖紙一致，垂直度和水平度是否在同一平面，檁條防腐層是否完好，門窗位置是否和圖紙一致，如發(fā)現(xiàn)與圖紙不符，及時(shí)調(diào)整或更改。

6 保溫棚的加熱系統(tǒng)布置

根據(jù)前面計(jì)算得到的保溫棚熱量消耗和能源消耗，可以得到保溫棚需要設(shè)置的鍋爐數(shù)量為4臺(tái)4噸的燃煤蒸汽鍋爐實(shí)現(xiàn)加熱。

（1）總體熱負(fù)荷供暖需求：因建筑物分區(qū)施工，共分8個(gè)區(qū)段進(jìn)行施工，因此可分區(qū)進(jìn)行供暖，建筑物進(jìn)行混凝土澆筑養(yǎng)生期間，可進(jìn)行集中供暖以提高施工溫度，使室內(nèi)施工養(yǎng)生區(qū)域溫度達(dá)到15℃以上，縮短養(yǎng)生期。

（2）鍋爐房設(shè)置：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)置臨時(shí)鍋爐房（出于對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況考慮，如情況允許設(shè)置兩個(gè)鍋爐房，每個(gè)鍋爐房設(shè)置兩臺(tái)鍋爐），建筑面積約為150m2。內(nèi)設(shè)置每組兩臺(tái)循環(huán)泵，定壓設(shè)備一臺(tái)，水箱一座，鍋爐房?jī)?nèi)所有管道加裝鋁箔玻璃棉保溫，厚度為50mm。動(dòng)力引自臨時(shí)變壓器低壓配電柜，設(shè)置動(dòng)力配電柜一面，照明閘箱一個(gè)。

（3）外網(wǎng)設(shè)置：從鍋爐房分水器按每個(gè)施工段引出總干管一路，管網(wǎng)架空設(shè)置，設(shè)置高度2m，保證施工人員正常通過(guò)，施工現(xiàn)場(chǎng)道路設(shè)置高度5m，以保證施工車輛正常通過(guò)。

（4）施工段內(nèi)采暖系統(tǒng)設(shè)置：總干管一路引入后通過(guò)集分水器三個(gè)回路進(jìn)行采暖。其中在彩鋼板設(shè)置的封閉大棚內(nèi)設(shè)置一路，負(fù)二層室內(nèi)設(shè)置二路，如無(wú)法保證室內(nèi)溫度的恒定，則在負(fù)二層頂板澆筑完畢后再設(shè)置一路進(jìn)行采暖。室內(nèi)采暖采用自制排管散熱器和暖風(fēng)機(jī)共同散熱采暖，在彩鋼板設(shè)置的封閉大棚內(nèi)設(shè)置的一路采用大功率暖風(fēng)機(jī)進(jìn)行采暖。其中每層建筑物內(nèi)共設(shè)置8個(gè)循環(huán)回路，每個(gè)回路安裝排管散熱器10組，每個(gè)供暖回路設(shè)置10組排管散熱器，在輔以6臺(tái)暖風(fēng)機(jī)輔助采暖（共計(jì)48臺(tái)）。

（5）材質(zhì)選用：熱水管網(wǎng)采用焊接鋼管，分水器前管道需要保溫，采用鋁箔玻璃棉保溫，厚度為50mm。排管散熱器采用89鋼管制作，每根6m，四根一組。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合“哈爾濱站改造市政配套工程北廣場(chǎng)地下交通樞紐工程上部主體結(jié)構(gòu)” 的建設(shè)工程，提出了采用輕型鋼結(jié)構(gòu)的保溫棚法對(duì)大空間混凝土結(jié)構(gòu)的冬季施工進(jìn)行保溫的施工方案，完成了保溫棚的熱量計(jì)算和能源消耗計(jì)算，給出了鋼結(jié)構(gòu)保溫棚的安裝施工工藝流程，并結(jié)合施工過(guò)程制定了保溫棚內(nèi)的加熱系統(tǒng)和流程，通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)和混凝土質(zhì)量檢測(cè)總結(jié)出一套大體積混凝土冬季施工保溫棚法的措施及其施工工藝，能夠有效保證混凝土的質(zhì)量，并且簡(jiǎn)單、便捷，值得廣泛推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]哈爾濱站改造市政配套工程北廣場(chǎng)地下交通樞紐工程上部主體結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)圖[Z].2016，09.

[2]建筑工程冬期施工規(guī)程.JGJ/T104-2011[S].

[3]混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范.GB50666-2011[S].

[4]混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范.GB50204-2015[S].

[5]建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范.GB50202-2002[S].endprint