通河松花江大橋混凝土冬季施工的防凍措施

楊凱之，崔井奎，郭 鑫

(1.黑龍江公路勘察設(shè)計(jì)院;2.黑龍江省交通科學(xué)研究所;3.哈爾濱工業(yè)大學(xué))

1 工程概況

松花江流經(jīng)木蘭縣入境，通過(guò)方正縣、通河縣流入依蘭縣。境內(nèi)流長(zhǎng)123 km。平均水面寬度2 km，水深1.5～3.0 m，最深可達(dá)11m，最大流量1 190 m3/s，最小流量130 m3/s，平均流速0.75m3/s。根據(jù)以有資料得知?dú)v史最低水位為99.7 m，最高水位為105.6m。每年11月下旬結(jié)冰，翌年4月解凍。

黑龍江省雞西至訥河公路通河松花江大橋C8合同段起訖樁號(hào)由K265+153至松花江大橋通河岸K266+320.88，全長(zhǎng)1 167.88m。灘橋(7×40m)預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁+主橋(63 m+4×110 m+63 m)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁+通河岸引橋(8×40 m)預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁。主橋上部結(jié)構(gòu)采用變截面三向預(yù)應(yīng)力單箱雙室混凝土連續(xù)主梁，下部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土實(shí)體墩共7個(gè)，寬14.5 m，厚4 m和5 m，最大墩高22 m;鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)，主墩12根，過(guò)渡墩8根。引橋上部采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力T梁;下部采用橋墩采用三柱式墩身，鉆孔灌注樁基礎(chǔ);橋臺(tái)采用柱式臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋面鋪裝總厚度為17 cm，其中鋼纖維防水泥混凝土厚度為9 cm，瀝青混凝土厚度8 cm。在瀝青混凝土與鋼纖維防水混凝土間設(shè)防水層。灌注樁混凝土為C30，共24 208 m3;墩臺(tái)蓋梁、墩柱、防撞護(hù)欄混凝土為 C35，共 5935.1 m3;墩身混凝土為 C40，共 9 670.5 m3;預(yù)應(yīng)力箱梁為C60混凝土，共14 005 m3;橋面鋪裝為C55鋼纖維混凝土，抗?jié)B等級(jí) W6，共 2 552.7 m3。

本工程于2006年9月1日開(kāi)工，于2009年8月31日竣工，總工期為1 096 d。

受工期限制，必須進(jìn)行冬季施工才能按時(shí)完成施工任務(wù)。冬季施工主要任務(wù)是T梁的預(yù)制和混凝土墩柱的澆筑。

2 混凝土的凍害

低溫季節(jié)混凝土施工如不采取保溫防凍措施，新澆混凝土中的游離水發(fā)生凍結(jié)后，體積增加9%將引起混凝土各組分之間發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，使振搗后的混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞。當(dāng)混凝土解凍后，破壞了的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不再恢復(fù)原狀，最終導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度、抗凍及抗裂等指標(biāo)顯著降低。因此，施工中必須防止凍害。

3 混凝土冬季防凍措施的應(yīng)用及熱工計(jì)算

3.1 原材料加熱

為了提高混凝土的出機(jī)口溫度，一般先考慮拌合水加熱，如不滿足要求再考慮骨料加熱，水泥不能直接加熱。拌合水加熱是在攪拌站附近設(shè)置鋼制儲(chǔ)水罐，混凝土用水由機(jī)井抽出沿管道輸送到儲(chǔ)水罐，經(jīng)加熱處理至攪拌機(jī)。試驗(yàn)儲(chǔ)水罐出口溫度達(dá)到50℃左右時(shí)，拌合物的溫度可達(dá)到5℃，如此即可滿足冬季施工的要求。另外，混凝土拌和前應(yīng)用熱水將拌合機(jī)沖洗，拌和時(shí)間應(yīng)比其他季節(jié)延長(zhǎng)50%左右。冬季的混凝土運(yùn)輸也應(yīng)盡可能減少轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，最好采取一次直接運(yùn)送。運(yùn)輸設(shè)備要有可靠的保溫措施，各種運(yùn)輸設(shè)備在工作結(jié)束時(shí)，必須立即用蒸汽或熱水沖洗干凈，恢復(fù)工作時(shí)要首先用熱水沖洗。

3.2 澆筑現(xiàn)場(chǎng)的保溫

冬季施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土澆筑采用暖棚法。暖棚法可適用于氣溫在-10℃以下。暖棚法主要是在混凝土澆筑倉(cāng)位四周搭設(shè)暖棚，棚內(nèi)通常用火爐供熱，使棚內(nèi)溫度保持在5℃左右為宜。為使暖棚內(nèi)的溫度不低于5℃，暖棚內(nèi)應(yīng)均勻布設(shè)溫度計(jì)，派專人每隔2 h測(cè)設(shè)暖棚內(nèi)的溫度，隨時(shí)調(diào)整爐火。符合設(shè)計(jì)要求的混凝土澆筑溫度。

3.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

根據(jù)工程實(shí)際情況，墩柱養(yǎng)護(hù)采用暖棚養(yǎng)護(hù)較好，內(nèi)設(shè)火爐增溫，安設(shè)溫度計(jì)，并設(shè)專人根據(jù)溫度變化增加或減少火爐數(shù)量，使棚內(nèi)溫度保持在5℃以上;板梁混凝土的養(yǎng)護(hù)采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，鍋爐采用無(wú)壓蒸汽鍋爐，鋪設(shè)管道到需要養(yǎng)護(hù)的板梁，主管道采用DN50鋼管，支管道DN25鋼管，為提高養(yǎng)護(hù)的效果，管道上應(yīng)鉆有0.3 mm的孔眼，用以噴灑蒸汽來(lái)養(yǎng)護(hù)成品混凝土。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，鍋爐出口水溫度為100～110℃，末端溫度達(dá)到35～40℃，混凝土養(yǎng)護(hù)溫度達(dá)到35～40℃，在同等養(yǎng)護(hù)條件下，按照混凝土24，48，72 h的強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，共抽取試塊9組其中:混凝土24，48，72 h各3組，經(jīng)專業(yè)資質(zhì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)，24 h強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的50.09%，48 h強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的75.07%，72 h強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的80.37%，達(dá)到了混凝土養(yǎng)護(hù)目的，均可提前拆除模板。由于混凝土拆模后還須繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至構(gòu)件達(dá)到28 d強(qiáng)度，但養(yǎng)護(hù)方法可隨自然溫度變化而改變，如為薄膜外加草簾覆蓋，四周用土或編織袋灌土壓實(shí)等辦法。

3.4 混凝土熱工計(jì)算

(1)混凝土拌合物的拌和后溫度可按下式進(jìn)行計(jì)算

式中:Tb為混凝土合成后的溫度，℃;Wc、Ws、Wg為水泥、砂、石的干燥質(zhì)量，kg;Ww為拌和加水的質(zhì)量(不包括骨料的含水);tc、ts、tg、tw為水泥、砂、石、水裝入攪拌機(jī)時(shí)的溫度，℃;Ps、Pg為砂石的含水率;a為水泥及骨料的比熱，kJ/kg·K，可采用0.92;B為水泥的比熱及溶解熱，℃，當(dāng)骨料溫度＞0 ℃時(shí)，b=4.19、B=0;當(dāng)骨料溫度≤0 ℃ 時(shí)，b=2.09、B=335。

(2)混凝土拌合物的出機(jī)溫度Tb需滿足下式要求:

式中:Tm為混凝土拌合物在攪拌過(guò)程中的熱量損失，℃;由下式求得

Tc為混凝土開(kāi)始養(yǎng)護(hù)時(shí)所需溫度，此處取10℃;Td為攪拌棚內(nèi)溫度，℃;t為混凝土運(yùn)輸至成型的時(shí)間，h;n為混凝土倒運(yùn)次數(shù);T0為混凝土自攪拌機(jī)中傾出時(shí)的溫度，℃;Te為室外氣溫，℃;a為每小時(shí)溫度損失系數(shù)，此處取a=0.10。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)冬季施工不論利用哪種施工措施，都必須嚴(yán)格按照施工規(guī)范要求進(jìn)行，嚴(yán)格控制施工現(xiàn)場(chǎng)溫度，混凝土澆筑溫度控制在5℃左右，混凝土養(yǎng)護(hù)溫度可根據(jù)混凝土標(biāo)號(hào)、施工部位、模板數(shù)量等確定，但是最低溫度應(yīng)在0℃以上。

(2)暖棚法施工必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚯闆r，確定暖棚的方向并且保證棚屋四周的保溫，掩蓋嚴(yán)實(shí)。在暖棚中用明火加熱時(shí)必須特別加強(qiáng)防火。

(3)蒸汽養(yǎng)護(hù)要嚴(yán)格控制混凝土的升、降溫速度，按照混凝土冬季施工規(guī)范的規(guī)定，養(yǎng)護(hù)溫度不宜超過(guò)80℃。