黃河峽谷區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋冬季施工技術(shù)探析

張 凱

(山西新世紀(jì)交通建設(shè)工程咨詢有限公司,山西 太原 030006)

1 工程概況

北方中部黃河峽谷區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋由于征地拆遷造成施工進(jìn)度整體滯后,無法滿足整體工期節(jié)點(diǎn)要求。項(xiàng)目部對黃河峽谷區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋0#塊、1#塊進(jìn)行了冬季施工。

0#塊斷面結(jié)構(gòu)尺寸為:長12 m×寬12.5 m×高9 m。

1#塊斷面結(jié)構(gòu)尺寸為:長3 m×寬12.5 m。

2 冬季施工技術(shù)

2.1 0#冬季保溫養(yǎng)護(hù)措施

0#塊冬季施工整體一次澆筑,當(dāng)24 h平均氣溫高于5 ℃時,采用棉篷布覆蓋頂板保溫,平均氣溫低于5 ℃時采取暖棚保溫。

(1)暖棚組裝:在模板兩側(cè)利用模板桁架搭設(shè)暖棚保溫,保溫棚由單張15 m×8 m阻燃棉篷布拼裝為整體,搭接長度300 mm使用8#鐵線綁扎,對模板頂板及四周覆蓋阻燃棉篷布保溫,底模保溫是將阻燃棉篷布綁扎在竹膠板上并與四周棉篷布連接保溫。為保證底模溫度在底模板桁架下安裝定制電熱毯,并在底模竹膠板放置熱風(fēng)炮,當(dāng)暖棚溫度低于10 ℃時開啟熱風(fēng)炮加溫,連接縫隙使用阻燃棉密封。

外模每側(cè)設(shè)置2個熱風(fēng)炮共8臺,內(nèi)模設(shè)置2臺蒸汽養(yǎng)護(hù)機(jī)。0#塊先施工底模保溫措施,頂部以及四周采用阻燃棉被進(jìn)行封閉,封閉段與托架竹膠板處閉合,并將阻燃棉篷布綁扎在托架上,形成保溫系統(tǒng),養(yǎng)護(hù)期間暖棚內(nèi)的溫度不得低于10 ℃,并安排專人每隔1 h檢查暖棚溫度。0#塊暖棚內(nèi)四角分別放置4個水桶,以保持暖棚內(nèi)一定濕度。養(yǎng)護(hù)時間不少于7 d,暖棚內(nèi)應(yīng)有防火安全防護(hù)措施。

(2)供熱系統(tǒng):由2臺蒸汽養(yǎng)護(hù)機(jī)和8臺熱風(fēng)炮提供熱量,熱風(fēng)炮功率為30 kW,蒸汽發(fā)生器使用PDZR-48KW,蒸發(fā)量60 L/h,蒸汽壓力為0.5 MPa,蒸汽溫度140～170 ℃。每臺蒸汽養(yǎng)護(hù)機(jī)設(shè)兩根管道,蒸汽管道用外徑50 mm的膠皮管,每根長11.5 m,管道上打有小氣孔,氣孔每300 mm設(shè)置1個,孔徑5 mm,0#塊內(nèi)模每臺蒸汽發(fā)生器帶兩根管道,管道分上下兩層布置,頂板2道底板2道,管道需用保溫材料進(jìn)行包裹,減少散熱避免燙人。

(3)混凝土澆筑:混凝土澆筑前首先對暖棚預(yù)熱,當(dāng)暖棚內(nèi)溫度高于5 ℃時施工澆筑混凝土。澆筑過程中暖棚處于未完全封閉的狀態(tài),暖棚內(nèi)在已澆筑完成梁段安設(shè)蒸汽發(fā)生器及熱風(fēng)炮,使暖棚內(nèi)溫度保持5 ℃以上。

混凝土澆筑時選擇在上午9點(diǎn)開始澆筑,通過項(xiàng)目之前澆筑經(jīng)驗(yàn)在下午14點(diǎn)前混凝土底板混凝土已澆筑完成,混凝土已進(jìn)入水化熱階段,同時暖棚底模配合熱風(fēng)炮與蒸汽發(fā)生器,以保證已澆筑混凝土的保溫與防凍。

待混凝土澆筑完畢后及時封閉暖棚,利用已按裝的蒸汽發(fā)生器配合管道向新澆筑梁段內(nèi)輸送蒸汽養(yǎng)護(hù),開啟暖風(fēng)炮養(yǎng)護(hù)設(shè)備,并派專人值班進(jìn)行養(yǎng)護(hù)過程盯控。同時頂面收面完成后先鋪塑料薄膜,再覆電熱毯與阻燃棉篷布保溫。箱室內(nèi)部環(huán)境溫度升溫速度應(yīng)控制在10 ℃/h以內(nèi),并在澆筑混凝土?xí)r預(yù)埋測溫線,混凝土內(nèi)部最高溫度不大于60 ℃。

2.2 1#塊冬季保溫養(yǎng)護(hù)措施

1#塊冬季施工整體一次澆筑,施工采用內(nèi)外箱加熱,外箱包裹保溫養(yǎng)護(hù)方法。

(1)暖棚組裝:掛籃前方、左側(cè)、右側(cè)防護(hù)使用10 cm巖棉彩鋼板+輕型骨架搭建。掛籃頂部采用桁架+巖棉彩鋼板+門簾(阻燃棉被),預(yù)留鋼筋及施工材料投放空間組合搭建。側(cè)模桁架后方(靠近0#塊段),搭設(shè)巖棉彩鋼板,0#塊與1#塊內(nèi)模連接處使用篷布封堵避免熱量流失。底模保溫使用阻燃棉篷布與兩側(cè)巖棉彩鋼板閉合連接,底模下部使用8#鐵線與底模桁架綁扎連接。側(cè)模背面噴涂10 cm厚阻燃保溫泡沫膠來實(shí)現(xiàn)模板保溫,翼緣板下加墊電熱毯,對翼緣板加強(qiáng)保溫。

暖棚保溫:兩側(cè)外模設(shè)置4個熱風(fēng)炮、2臺蒸汽養(yǎng)護(hù)機(jī),頂部以及四周采用巖棉彩鋼板進(jìn)行封閉,形成保溫系統(tǒng),暖棚內(nèi)的溫度不得低于10 ℃,并安排專人每隔1 h檢查暖棚溫度。1#塊暖棚內(nèi)四角分別放置4個水桶,以保持暖棚內(nèi)一定濕度。養(yǎng)護(hù)時間不少于7 d,暖棚內(nèi)應(yīng)有防火安全防護(hù)措施,梁體頂面和箱內(nèi)放置滅火器。安排專職安全人員每小時對暖棚進(jìn)行檢測,并在施工前進(jìn)行培訓(xùn)。

(2)供熱系統(tǒng):由2臺蒸汽養(yǎng)護(hù)機(jī)和4臺熱風(fēng)炮提供熱量,熱風(fēng)炮功率為30 kW,蒸汽發(fā)生器使用PDZR-48KW,蒸發(fā)量60 L/h,蒸汽壓力為0.5 MPa,蒸汽溫度140～170 ℃。每臺蒸汽養(yǎng)護(hù)機(jī)設(shè)兩根管道,蒸汽管道用外徑50 mm的膠皮管,每根長3 m,管道上打有小氣孔,氣孔每300 mm設(shè)置1個,孔徑5 mm,1#塊內(nèi)模每臺蒸汽發(fā)生器帶兩根管道,管道分上下兩層布置,頂板2道底板2道,管道需用保溫材料進(jìn)行包裹,減少散熱避免燙人。

(3)混凝土澆筑:混凝土澆筑前首先對暖棚預(yù)熱,當(dāng)暖棚內(nèi)溫度高于5 ℃時施工澆筑混凝土。澆筑過程中暖棚處于未完全封閉的狀態(tài),暖棚內(nèi)在已澆筑完成梁段安設(shè)蒸汽發(fā)生器及熱風(fēng)炮,使暖棚內(nèi)溫度保持5 ℃以上。

混凝土澆筑時選擇在上午9點(diǎn)開始澆筑。通過項(xiàng)目之前澆0#塊經(jīng)驗(yàn),1#塊在下午15點(diǎn)前混凝土可澆筑完成,混凝土已進(jìn)入水化熱階段,同時暖棚配合熱風(fēng)炮與蒸汽發(fā)生器,可保證已澆筑混凝土的保溫與防凍。

待混凝土澆筑完畢后及時封閉暖棚,利用已按裝的蒸汽發(fā)生器配合管道向新澆筑梁段內(nèi)輸送蒸汽養(yǎng)護(hù),開啟暖風(fēng)炮養(yǎng)護(hù)設(shè)備,并派專人值班進(jìn)行養(yǎng)護(hù)過程盯控。同時頂面收面完成后先鋪塑料薄膜,再覆電熱毯與阻燃棉篷布保溫。

2.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

在混凝土澆注完畢后對頂棚進(jìn)行封閉處理,同時通過蒸汽加熱養(yǎng)護(hù)的方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù),確保養(yǎng)護(hù)期間的棚內(nèi)溫度不低于5 ℃,混凝土澆筑完4 h后方可開始升溫,升溫速度嚴(yán)禁超過10～15 ℃/h,以均勻、連續(xù)為原則,并且不得用蒸汽直接噴射混凝土,熱風(fēng)炮不得直接吹模板以避免升溫不均導(dǎo)致混凝土開裂。養(yǎng)護(hù)期間暖棚內(nèi)溫度不得低于10 ℃,如天氣降溫可適當(dāng)增加熱風(fēng)炮,保證暖棚內(nèi)溫度。經(jīng)試驗(yàn)確定混凝土強(qiáng)度滿足要求后,開始降溫,降溫速度控制在5～10 ℃/h;降溫完成后,混凝土表面溫度與外界環(huán)境溫度之差不得大于20 ℃。

混凝土養(yǎng)護(hù)時間必須大于7 d,具體拆模時間待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后。根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3650—2020)的規(guī)定,采用硅酸鹽水泥配制的混凝土抗凍臨界強(qiáng)度為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%前均不得受凍[1]。

2.4 拆模要求

混凝土拆模時的強(qiáng)度要達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60%以上,同時保證構(gòu)件棱角完整時方可拆模,拆模時間由梁體混凝土同條件養(yǎng)護(hù)試塊的強(qiáng)度來判定。

為防止梁體混凝土接觸空氣時溫度降溫過快而導(dǎo)致開裂,拆模時間選擇施工期間一天當(dāng)中兩點(diǎn)或下午兩點(diǎn)室外溫度較高的時間段為宜?；炷羶?nèi)部尚未降溫或者混凝土內(nèi)部溫度最高時不得進(jìn)行拆模作業(yè)。對暖棚內(nèi)溫度以逐漸遞減控制,直至內(nèi)部溫度與外界氣溫差小于20 ℃,方可拆除暖棚,模板拆除后應(yīng)立即在結(jié)構(gòu)外表面涂抹養(yǎng)護(hù)液、包裹養(yǎng)護(hù)膜并覆蓋阻燃棉篷布。

拆模溫度:

(1)為防止梁體混凝土出現(xiàn)早期裂縫的問題,梁體內(nèi)部混凝土與表層混凝土以及與周圍環(huán)境溫度之間的溫差均不大于20 ℃。

(2)大風(fēng)或氣溫急劇變化時不宜脫模。

(3)拆模后應(yīng)立即恢復(fù)保溫棚保溫養(yǎng)護(hù)。

2.5 張拉壓漿措施

張拉鋼絞線在混凝土澆筑前先穿入預(yù)應(yīng)力管道內(nèi),使得鋼絞線在張拉前與暖棚內(nèi)的空氣溫度一致。雨雪天氣及溫度在-15 ℃以下不得進(jìn)行鋼絞線張拉,張拉時盡可能選擇在白天的高溫時間段進(jìn)行。

壓漿前重新覆蓋保溫棚并對保溫棚預(yù)熱,保證環(huán)境溫度不得低于10 ℃,混凝土表面溫度不低于5 ℃。壓漿后采取蒸汽養(yǎng)護(hù)的方式再養(yǎng)護(hù)2 d以上,這期間應(yīng)持續(xù)保持梁體溫度在5 ℃以上。

(1)根據(jù)溫度檢測情況,控制縱向通長預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉及壓漿溫度。0#塊進(jìn)行張拉的前提條件為梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的95%以上,彈性模量為100%且齡期大于5 d。預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉溫度一般不宜低于5 ℃,環(huán)境溫度低于5 ℃時,在箱室內(nèi)通蒸汽及暖風(fēng)炮,頂面覆蓋棉被及電熱墊,保證梁體溫度在5 ℃以上。

(2)壓漿料需具備良好的可灌性、早強(qiáng)、不泌水和塑性微膨脹的-15 ℃壓漿劑,在低溫條件下對上述性能進(jìn)行檢驗(yàn)性試驗(yàn)合格后可開始預(yù)應(yīng)力孔道壓漿。采用高速攪拌機(jī)攪勻預(yù)應(yīng)力孔道壓漿材料,確保漿液達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前梁體的整體溫度大于5 ℃,如梁體溫度達(dá)不到5 ℃禁止壓漿作業(yè)。

(3)張拉后24 h內(nèi),確認(rèn)鋼絞線無滑絲,切割鋼絞線后,即可進(jìn)行壓漿。壓漿時間選在白天溫度較高的時候進(jìn)行,壓漿前2 h在梁體箱室及保溫棚內(nèi)通蒸汽和開啟暖風(fēng)炮進(jìn)行升溫,0#塊頂面采用棉被和電熱毯覆蓋,保證梁體及箱室內(nèi)溫度在5 ℃以上。

(4)在壓漿施工時,用加熱的拌合水,水溫不得超過35°,防止水泥假凝現(xiàn)象,且壓漿時的漿體溫度應(yīng)在10 ℃以上。壓漿前每隔1 h用紅外線測溫儀檢查一次箱室內(nèi)及梁體溫度,若溫度低于5 ℃應(yīng)及時增大通氣量,在壓漿過程中測量每盤料的漿體溫度,保證漿體溫度不低于10 ℃。壓漿后每2 h測量一次箱室內(nèi)及梁體溫度,直至箱室內(nèi)及梁體溫度恒定,保證壓漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前梁體及環(huán)境溫度不得低于5 ℃,保溫棚內(nèi)繼續(xù)使用蒸汽養(yǎng)護(hù)。

(5)張拉設(shè)備應(yīng)采取有效的防寒防凍措施,為確保密封件和液壓油能夠正常工作,應(yīng)將張拉設(shè)備放置于室內(nèi)保溫。

2.6 溫度監(jiān)控措施

(1)施工期間需對周邊環(huán)境溫度、施工原材料溫度、混凝土拌和料溫度、梁體的養(yǎng)護(hù)溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,同時根據(jù)上述溫度的變化情況及時調(diào)整施工防寒保暖措施。

(2)施工期間對每日的兩點(diǎn)、八點(diǎn)、下午兩點(diǎn)、晚上八點(diǎn)的室外氣溫進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,通過計(jì)算平均值得出晝夜平均氣溫,從而確定當(dāng)日的最低氣溫。

(3)對水泥、粉煤灰,粗細(xì)骨料、外加劑的溫度在使用前進(jìn)行測量,測量時間為混凝土拌和前的四小時,混凝土拌和用水溫度測量為混凝土拌和前的1 h,溫度參數(shù)的確定需根據(jù)熱工計(jì)算以及現(xiàn)場試拌來確定,通過采取相關(guān)加溫措施確保水泥、粉煤灰,粗細(xì)骨料、外加劑、水在使用前的初始溫度滿足要求。

(4)混凝土拌和過程中需對混凝土原材料的溫度進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測頻率為每個工作班不得少于4次;對混凝土拌和料出盤溫度監(jiān)測頻率為每1 h測溫1次。

(5)混凝土施工現(xiàn)場需對每車混凝土的出罐溫度進(jìn)行監(jiān)測,出罐溫度應(yīng)與拌和料的出盤溫度對比,通過對比確定混凝土運(yùn)輸溫度損失值。

(6)梁體混凝土澆筑過程中,監(jiān)測施工周邊溫度、施工面溫度和混凝土入模溫度。施工周邊溫度、施工面溫度監(jiān)測頻率為每工作班大于4次,混凝土入模溫度監(jiān)測頻率為每車測溫1次,并與混凝土出罐溫度進(jìn)行對比,通過對比確定混凝土澆筑過程中溫度損失值。

(7)在混凝土養(yǎng)護(hù)期間,每1 h測溫1次。

(8)所有溫度監(jiān)測均需詳細(xì)記錄,按照工序、作業(yè)時間、施工部位整理成冊,連續(xù)梁測溫采用預(yù)埋測溫線,布置為頂板頂面測得混凝土表面溫度、頂板與腹板倒角芯部溫度、底板與腹板倒角混凝土表面溫度、底板與腹板倒角芯部溫度。

(9)通過測溫線觀測溫度,從而作為控制縱向通長預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿時以及漿液達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前的梁體溫度不低于5 ℃的觀測項(xiàng)目。

2.7 預(yù)應(yīng)力管道防凍脹措施

預(yù)應(yīng)力管道防凍脹措施采用防凍液填充預(yù)應(yīng)力管道的方案,在澆筑完混凝土24 h后抽出預(yù)應(yīng)力管道中的橡膠管,在預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)注入防凍液,并在管道兩端進(jìn)行堵頭。

在達(dá)到張拉條件后,用水把管道內(nèi)的防凍液沖洗干凈方可進(jìn)行張拉。

3 施工技術(shù)成果及特點(diǎn)

黃河峽谷區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋通過相關(guān)冬季施工技術(shù)措施的綜合應(yīng)用,連續(xù)剛構(gòu)橋梁體表面未出現(xiàn)受凍融及外觀質(zhì)量較差的情況。次年5月經(jīng)第三方對已施工0#、1#塊混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測,強(qiáng)度損失率低于10%,重量損失率低于3%,綜合判定已施工0#、1#塊混凝土的強(qiáng)度性能和耐久性能滿足設(shè)計(jì)要求。

通過在黃河峽谷區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋采取的相關(guān)冬季施工技術(shù)有效解決了以往在該區(qū)域冬季施工的一些共性問題。

(1)暖棚配合熱風(fēng)炮與蒸汽發(fā)生器的應(yīng)用,避免了以往單純采用蒸汽鍋爐養(yǎng)護(hù)因供氣量有限,造成混凝土養(yǎng)生溫度不達(dá)標(biāo)的問題,確保了項(xiàng)目的整體施工進(jìn)度。

(2)黃河峽谷區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋采取的冬季施工綜合技術(shù)措施,相較以往單純采用的一鐘或幾種保溫措施,解決了黃河峽谷區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋冬季施工溫度過低,沒有妥善的施工保溫環(huán)境,混凝土澆筑只能在白天進(jìn)行,影響梁體施工的進(jìn)度,施工沒有達(dá)到預(yù)期的進(jìn)度的問題。

(3)張拉壓漿采取的綜合保溫措施,有效避免了以往在張拉壓漿后梁體依靠混凝土水化熱提升強(qiáng)度,致使冬季壓漿施工后的部分梁體出現(xiàn)裂縫的問題。

4 安全技術(shù)總結(jié)

為應(yīng)對黃河峽谷區(qū)溫度損失快、冬季施工條件惡劣、工程質(zhì)量問題多發(fā)等難點(diǎn),特制定連續(xù)剛構(gòu)橋上部構(gòu)造在黃河峽谷區(qū)合理的冬季施工技術(shù)措施,同時在連續(xù)剛構(gòu)橋冬季施工技術(shù)實(shí)施過程中加強(qiáng)監(jiān)管,根據(jù)監(jiān)管情況,隨時調(diào)整優(yōu)化技術(shù)措施。從而使連續(xù)剛構(gòu)橋上部構(gòu)造冬季施工過程的溫度得到有效的控制,使連續(xù)剛構(gòu)橋上部梁體混凝土整體物理、化學(xué)反應(yīng)得以正常進(jìn)行。