高寒地區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋冬季保溫措施研究

文 / 楊仕耀

工程簡介

兩河口水電站庫區(qū)哈格達(dá)溝特大橋主橋采用（110+200+110）m 變高度連續(xù)剛構(gòu)，主墩高100m，箱梁為單箱單室直腹板橫斷面，箱梁頂板寬9.0m，兩側(cè)翼緣板懸臂長1.5m，懸臂板端部厚20cm，根部厚78cm；頂板厚0.28m，底板厚度由箱梁根部的1.2m變化至跨中0.3m。順橋向梁高采用拋物線變化，根部梁高12m，跨中及邊跨直線段梁高均為3.5m，變截面段梁底曲線為1.75次拋物線，合龍段及邊跨現(xiàn)澆段均為直線段。箱梁采用直腹板，腹板寬0.50m~0.65m，箱梁底寬6.0m。

主橋節(jié)段施工共分為0~22號節(jié)段、邊跨支架現(xiàn)澆24號段及邊跨合龍23號段、中跨合龍25號段。橋梁跨越鮮水河河谷，懸臂箱梁冬季保溫不具備從平地搭設(shè)暖棚施工的條件。

基本氣象特征

據(jù)當(dāng)?shù)乜h氣象站實測資料統(tǒng)計，當(dāng)?shù)孛磕?1月中旬至次年2月為冬季。1月份溫度最低，平均氣溫-2.0℃，極限最低氣溫-21.7℃（1965年）。每年3月至5月為風(fēng)季，平均風(fēng)速2.4m/s，多西北風(fēng)，最大風(fēng)速可達(dá)30m/s 以上；6~9月為雨季，雨季降雨量為全年降雨量的75%，夏季常有短時大雨或暴雨，最大日降雨量可達(dá) 80mm以上，造成山洪及泥石流爆發(fā)。

現(xiàn)場對施工區(qū)域的環(huán)境溫度進(jìn)行了實測記錄，記錄時間間隔 5min，累計記錄數(shù)據(jù)22570組，測得最低氣溫-8.2℃（1月22日），期間的平均氣溫4℃。負(fù)溫（＜0℃）數(shù)據(jù)共 8062 組，時段比例為 35.72%，正溫（≥0℃）數(shù)據(jù)14508 組，時段比例為64.28%。每天的溫度在7:00~9:00時間段內(nèi)最低，9:00~15:30時間段內(nèi)溫度逐步升高，15:30~7:00 時間段內(nèi)溫度逐步降低。

箱梁節(jié)段封閉及保溫措施

箱梁節(jié)段外模、底模、內(nèi)模及端模采用智能溫控混凝土加熱模板施工裝置進(jìn)行加熱保溫。根據(jù)節(jié)段模板尺寸（兩端各延伸50cm），混凝土智能溫控裝置固定在節(jié)段模板系統(tǒng)上，底板及頂板的頂面裸露混凝土采用智能溫控電毯覆蓋。過渡期梁端采用懸掛保溫棉簾至節(jié)段底部進(jìn)行封閉，利用燃油暖風(fēng)機(jī)加熱保溫。

智能溫控混凝土加熱模板施工裝置

智能溫控混凝土加熱模板施工裝置，是在施工模板背面依次鋪設(shè)“電熱絲—熱反射膜—玻璃絲棉板—木膠板”，形成一個電加熱保溫隔層，將新澆筑混凝土進(jìn)行保溫封閉處理，并通過設(shè)在模板背面以及混凝土表面和內(nèi)部的溫度傳感器采集信息，并將信息通過設(shè)定的程序傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的計算機(jī)終端，實現(xiàn)遠(yuǎn)程對現(xiàn)場施工情況的了解和智能信息化控制。混凝土施工中，混凝土表面在現(xiàn)行施工工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了封閉，對封閉在內(nèi)部的混凝土進(jìn)行加溫、保溫、控溫的處理，從而實現(xiàn)了混凝土在施工中能在與外部環(huán)境隔絕的狀態(tài)下進(jìn)行硬化。

該裝置施工時混凝土能夠在最佳硬化溫度下進(jìn)行硬化，混凝土內(nèi)的水泥水化熱被激發(fā)出來，與加熱熱量共同作用，使混凝土在恒溫下硬化，避免了混凝土表面與內(nèi)部的溫差現(xiàn)象。由于混凝土的集中放熱，當(dāng)密閉系統(tǒng)內(nèi)部溫度達(dá)到設(shè)定控制溫度時，系統(tǒng)自動停止通電，外部加熱停止，整個系統(tǒng)能耗得到最大限度利用，從而實現(xiàn)高效節(jié)能。

底板及頂板頂面混凝土保溫

混凝土澆筑完成后，首先使用塑料薄膜將頂板和底板頂面混凝土表面全封閉，以保證混凝土表面不失水，然后在薄膜頂面鋪設(shè)智能溫控電熱毯，將頂板包裹嚴(yán)實。智能溫控電毯在混凝土表面覆蓋，其加熱溫度可達(dá)90℃，使用時溫度可設(shè)定在20℃~70℃。其發(fā)熱能夠激發(fā)混凝土水化反應(yīng)，使強(qiáng)度迅速提高至超出凍害臨界強(qiáng)度。

梁頂及箱梁內(nèi)部加熱保溫設(shè)施布置

梁頂及梁端封閉完成后，在混凝土澆筑前6小時放置52kw燃油型暖風(fēng)炮對暖棚進(jìn)行預(yù)先加熱升溫，暖風(fēng)炮功率為44000Kcal/h。根據(jù)各節(jié)段構(gòu)造，在節(jié)段兩端分別布置2臺暖風(fēng)炮，兩端加熱設(shè)施布置靠近梁端位置，使暖風(fēng)方向向內(nèi)吹設(shè)。由于暖風(fēng)炮加熱時出口位置有少量明火，為防止火災(zāi)事故發(fā)生，在暖風(fēng)炮出口60cm正對處設(shè)置矩形防火設(shè)施，防火設(shè)施采用2cm鋼板焊接而成，并在現(xiàn)場配置滅火器材，設(shè)專人管理。暖棚內(nèi)氣溫，不得低于5℃。

箱梁節(jié)段保溫附加荷載影響分析

荷載計算

1.保溫材料產(chǎn)生的附加荷載計算。現(xiàn)場實際測量，箱梁節(jié)段掛籃冬期施工措施中使用的發(fā)熱電纜、玻璃綿、固定檁條等全部材料的自重為2.2kg/m,每個節(jié)段需保溫面積為759㎡（按最大內(nèi)外面積總和考慮），故箱梁節(jié)段冬期施工措施保溫材料自重產(chǎn)生的附加荷載為：

2.掛籃模板自重荷載計算。哈格達(dá)溝特大橋連續(xù)剛構(gòu)懸臂節(jié)段施工采用三角掛籃，其主要桿件均為型鋼組焊件，前后吊帶均為16Mn，扁擔(dān)梁錨桿為PSB830級精軋螺紋鋼，其余材質(zhì)均為A3鋼。該掛籃實際總重106噸，與最重節(jié)段混凝土重量比為0.48，小于規(guī)范規(guī)定的0.5，滿足要求。

附加荷載對橋梁結(jié)構(gòu)變形分析

根據(jù)上述計算結(jié)果，節(jié)段冬期施工保溫材料自重產(chǎn)生的附加荷載僅占掛籃模板自重荷載的1.6%，對0#塊模板影響較小，可忽略不計。

冬施期間節(jié)段最大長度3.5m，該部分保溫材料自重產(chǎn)生的附加荷載為原小于結(jié)構(gòu)計算時的施工荷載，對施工掛籃的影響可忽略不計。

監(jiān)測成果分析

混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測成果

哈格達(dá)溝特大橋2#主墩箱梁冬季施工2#~6#節(jié)段，3#主墩箱梁冬季施工3#~7#節(jié)段，每個節(jié)段施工在梁體的頂板、底板、腹板內(nèi)部均埋設(shè)溫度計，每個截面共計10支，箱梁節(jié)段內(nèi)部溫度監(jiān)測截面示意圖見圖4；同時利用智能溫控模板及智能溫控電熱毯采集混凝土表面溫度。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，混凝土澆筑完成后，內(nèi)部溫度增長正常，前三天溫度增長，最高溫達(dá)到45℃，三天以后逐步回落，同時混凝土表面溫度隨混凝土內(nèi)部溫度升高而升高，降低而逐步降低，內(nèi)外溫差控制在20℃以內(nèi)，滿足規(guī)范要求。另外，同條件養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度能夠在10h內(nèi)最低達(dá)到最低25Mpa，滿足混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度40%的抗凍要求。

預(yù)應(yīng)力管道溫度監(jiān)測成果

箱梁0#塊澆筑前提前在預(yù)應(yīng)力管道周邊預(yù)埋測溫電偶，每個箱梁節(jié)段對應(yīng)4條預(yù)應(yīng)力管道。箱梁0#塊預(yù)應(yīng)力管道測溫點見圖2。哈格達(dá)溝特大橋2#主墩箱梁冬季施工2#~6#節(jié)段，3#主墩箱梁冬季施工3#~7#節(jié)段，共計10個節(jié)段，測溫點共計40個。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，預(yù)應(yīng)力管道灌注前管道溫度普遍在8.5℃左右，灌注后溫度有所提升，灌注后3天之內(nèi)，預(yù)應(yīng)力管道周邊溫度最低5.5℃，滿足壓漿過程及壓漿后48h內(nèi)不得低于5℃的規(guī)范要求。

結(jié)語

綜上所述，通過以上措施的實施，兩河口水電站庫區(qū)高原高寒地區(qū)連續(xù)剛構(gòu)特大橋箱梁冬季保溫措施有效，確保了箱梁混凝土施工質(zhì)量。因此本文提供的措施可為相同條件下連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂箱梁冬季保溫施工提供經(jīng)驗。