寒冷地區(qū)涵洞冬季施工方法的綜合研究與應(yīng)用

張艷紅

(黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025)

1 研究的意義

公路涵洞工程是整個(gè)公路工程的重要組成部分，涵洞施工速度與質(zhì)量直接關(guān)系著公路的進(jìn)度與質(zhì)量。但是，在我國(guó)北方地區(qū)每年10月份至次年3月份期間都處于冬季，冬期總天數(shù)約140～180d。時(shí)間長(zhǎng)、溫度低、涵洞施工難度大，一旦操作不慎就會(huì)造成嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題。如果能夠總結(jié)出一整套適合于寒冷地區(qū)涵洞冬季施工的方法進(jìn)行冬季施工，就會(huì)使工程整體工期大幅提前。

北方地勢(shì)比較平坦，地下水位比較高，在其他季節(jié)里施工，涵洞在基坑開(kāi)挖時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到地下水，導(dǎo)致基坑出現(xiàn)滲水和涌水，在處理濕軟地基的支護(hù)和防水時(shí)耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，投入人機(jī)料較多，導(dǎo)致費(fèi)用增加。如遇到雨天，基坑開(kāi)挖也必須停止施工。如果我們利用北方氣候寒冷的特點(diǎn)，讓地下水結(jié)冰形成強(qiáng)度后，利用破碎錘進(jìn)行基坑開(kāi)挖，就可以避免基坑出現(xiàn)濕軟現(xiàn)象，對(duì)搶工期很有利。在進(jìn)行涵洞主體施工前，在廠房?jī)?nèi)綁扎鋼筋，然后運(yùn)到施工場(chǎng)地組裝，可以大幅縮短現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間，減少投入現(xiàn)場(chǎng)施工的人工數(shù)量，節(jié)約成本。在基坑上搭建保溫棚，保溫棚的大、小和高度要能夠滿足施工要求?；炷翝仓┕ず?，要用棉被或標(biāo)準(zhǔn)化可拆卸的保溫墻進(jìn)行覆蓋養(yǎng)生。該施工方法主要適用于東北寒冷地區(qū)涵洞施工、西藏和新疆等高原寒冷地區(qū)涵洞施工。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析

現(xiàn)有的涵洞大多是用鋼筋混凝土預(yù)制或現(xiàn)澆的，施工速度慢，工期長(zhǎng)，建筑材料和施工設(shè)備用量大，如果修筑涵洞的位置處于山嶺重丘區(qū)、沼澤地區(qū)或其他的地質(zhì)條件不良地段，大量的施工材料、預(yù)制構(gòu)件和施工設(shè)備運(yùn)輸不便，增加了施工難度和工程成本。

目前國(guó)內(nèi)外的涵洞大多選在溫暖季節(jié)施工，尚沒(méi)有完整的寒冷地區(qū)冬季施工方案。

涵洞基坑開(kāi)挖，必須等到基坑土融化，利用挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖。開(kāi)挖的過(guò)程中還必須對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)、防水和排水，費(fèi)事費(fèi)力，影響工期，也不容易保證涵洞的施工質(zhì)量與施工安全。

如果水泥混凝土拌合溫度比較低，會(huì)影響混凝土的質(zhì)量，也就影響了涵洞的施工質(zhì)量。

3 寒冷地區(qū)涵洞冬季施工方法的工藝原理

冬季施工時(shí)，土被凍結(jié)后不易開(kāi)挖，但凍結(jié)后的土體形成板體，強(qiáng)度高，承載能力大，穩(wěn)定性好，破碎錘可以把板狀土體破碎成塊狀。

冬季混凝土特點(diǎn)：0～4℃時(shí)，凝結(jié)時(shí)間比15℃延長(zhǎng)3倍，溫度降到0.3～0.5℃時(shí)，混凝土開(kāi)始凍結(jié)后，反應(yīng)停止，-10℃時(shí)，水化反應(yīng)完全停止，混凝土強(qiáng)度不再增長(zhǎng)。在負(fù)溫條件下混凝土中的游離水結(jié)冰，體積增加9%，硬化的砼結(jié)構(gòu)遭到凍脹破壞。所以必須保證水泥混凝土在攪拌、澆筑和養(yǎng)生等環(huán)節(jié)保持一定的溫度。

4 寒冷地區(qū)涵洞冬季施工方法

4.1 基坑冬季開(kāi)挖

涵洞在基坑開(kāi)挖時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到地下水，導(dǎo)致基坑出現(xiàn)滲水和涌水，在處理濕軟地基時(shí)耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，投入人機(jī)料較多，間接導(dǎo)致費(fèi)用增加，如遇到雨天，基坑開(kāi)挖也必須停止施工。如果我們能夠利用天氣寒冷的特點(diǎn)，讓地下水結(jié)冰形成強(qiáng)度后，利用破碎錘進(jìn)行基坑開(kāi)挖，就可以避免基坑出現(xiàn)濕軟現(xiàn)象，對(duì)搶工期很有利。土被凍結(jié)后會(huì)形成一定強(qiáng)度，便于施工車輛進(jìn)場(chǎng)，不會(huì)出現(xiàn)濕軟地基?；娱_(kāi)挖過(guò)程中不易發(fā)生塌方事故，成型基坑不用放緩坡，減少占地，基坑壁一般不需要支護(hù)，安全性和穩(wěn)定性提高了。

4.2 鋪設(shè)基底砂礫石墊層

基坑經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行換填砂礫石施工，原材料必須符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，換填采用人工配合機(jī)械進(jìn)行，機(jī)械進(jìn)行大面整平，人工嚴(yán)格按照控制樁標(biāo)高進(jìn)行找平，壓實(shí)度必須符合設(shè)計(jì)要求。必須周密計(jì)劃，組織強(qiáng)有力的施工隊(duì)伍，以便進(jìn)行連續(xù)不斷的施工。

4.3 水泥混凝土的加工攪拌

混凝土生產(chǎn)要在保溫大棚內(nèi)進(jìn)行；混凝土配合比要滿足設(shè)計(jì)和有關(guān)規(guī)范規(guī)定并保證混凝土攪拌物的工作性能；對(duì)原材料進(jìn)行加熱。集料加熱到15℃～25℃；水加熱到55℃～60℃；(4)采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)。先將集料和水泥加入到拌和鼓內(nèi)先攪拌15s，然后加入水后繼續(xù)攪拌。隨后加入外摻劑，再攪拌90s。

4.4 混凝土運(yùn)輸采用混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸

混凝土罐應(yīng)用特制的棉被包裹。在裝第一車混凝土前，先用蒸汽將混凝土罐預(yù)熱，使之內(nèi)溫度大于0℃。裝入混凝土后應(yīng)不停地慢轉(zhuǎn)動(dòng)混凝土罐直至把混凝土全部卸出。

鋼筋綁扎要在廠房?jī)?nèi)基本綁扎成型再到現(xiàn)場(chǎng)組裝，以減少現(xiàn)場(chǎng)綁扎時(shí)間。

模板要盡量用組合式模板，以達(dá)到快速組裝的目的。

水泥混凝土澆筑、養(yǎng)生。

混凝土澆筑前要先在基坑上搭建保溫棚，保溫棚的大、小和高度要能夠滿足施工要求，保溫棚內(nèi)設(shè)置取暖設(shè)施。水泥混凝土澆筑要在保溫棚內(nèi)進(jìn)行。采用混凝土輸送泵運(yùn)輸混凝土?xí)r輸送管要用特制棉被包裹。在輸送混凝土開(kāi)始之前，應(yīng)用蒸汽將混凝土輸送管預(yù)熱。在輸送混凝土過(guò)程中盡可能不間斷。澆筑完成后要做好保護(hù)性覆蓋，在混凝土表面覆蓋標(biāo)準(zhǔn)化可拆卸的保溫墻的方法進(jìn)行保溫。

5 發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用前景

寒冷地區(qū)施工，由于氣溫低、空氣干燥，容易造成工程因凍受損。而且，風(fēng)雪天氣比較多，施工條件及環(huán)境惡劣，是工程質(zhì)量事故的多發(fā)季節(jié)，尤其是混凝土工程。當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)晝夜平均氣溫連續(xù)3d低于5℃或最低氣溫低于-3℃時(shí)，混凝土工程就不能施工。

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)突飛猛進(jìn)的今天，研究出一整套適合于寒冷地區(qū)涵洞冬季施工的方法，不僅可以充分利用冬閑時(shí)間搶工期，還能夠節(jié)約施工成本，保證涵洞的施工質(zhì)量，必將成為今后構(gòu)造物施工的發(fā)展趨勢(shì)，有很大的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

6 結(jié) 語(yǔ)

寒冷地區(qū)涵洞冬季施工方法，以實(shí)際工程項(xiàng)目為依托，通過(guò)科研攻關(guān)總結(jié)出來(lái)的成果。其中涵洞基坑冬季開(kāi)挖方法在幾條公路施工中的實(shí)際應(yīng)用取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，還需要在應(yīng)用中不斷總結(jié)、提高和完善，使其廣泛適用于東北寒冷地區(qū)涵洞施工、西藏和新疆等高原寒冷地區(qū)涵洞施工。