淺議客運專線連續梁冬期現澆施工技術

羅 利

(中交二航局西寶客專第一項目經理部，陜西寶雞722200)

1 工程概況

西寶客專常興渭河特大橋跨渭惠渠(209省道)連續梁設計采用(48.75+80+48.75)m連續箱梁，線路于DK573+287.5跨越寶雞峽下總干渠堤頂道路，于DK573+327跨越209省道。該連續梁全長177.5 m，梁體為單箱單室、變高度、變截面結構，箱梁頂寬12 m，箱梁底寬6.7 m，其中0#塊梁高6.65 m，混凝土體積為320 m3。根據工期安排334#墩0#塊在1月初采用支架現澆施工。施工期間寶雞地區野外最低氣溫－9℃。

根據《鐵路混凝土與砌體工程施工規范》規定，橋梁及混凝土施工當環境晝夜平均氣溫連續3 d低于5℃或最低氣溫低于－3℃時，混凝土工程應按冬期施工規定進行施工。《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》第3.3.6.11條規定:“當晝夜平均氣溫低于5℃或最低氣溫低于－3℃，應采取保溫措施，并按冬期施工處理”。西寶鐵路客運專線二標常興渭河特大橋位于陜西省寶雞地區，而關中地區冬期施工起訖日期大約在11月底～3月初，冬期總天數約110 d。

2 冬期施工特點

2.1 冬期混凝土特點

冬期氣溫對混凝土的影響是:0～4℃時，凝結時間比15℃延長3倍，溫度降到0.3～0.5℃時，混凝土開始凍結后，反應停止，－10℃時，水化反應完全停止，混凝土強度不再增長。在負溫條件下混凝土中的游離水結冰，體積增加9%，已硬化的混凝土結構遭到凍脹破壞。

2.2 冬期施工安全、質量風險大

天氣寒冷、場地結冰、升溫取暖等方面易引發安全事故。防寒保溫稍有疏漏會產生混凝土凍脹、裂縫(紋)、結構疏散、表面泛霜等質量問題。路基填筑控制稍有不慎，會形成壓實度不足或軟弱夾層等病害。

2.3 冬期施工成本投入高

冬期施工需要從混凝土原材料開始至預應力張拉完成的全過程實施防寒保溫，需要對已施工的連續梁段全部實施防寒保溫，需要對路基填料采取防凍措施，這些措施需投入大量的保溫材料、設施、設備和能源。

2.4 施工生產效率低下

寒冷氣候條件下勞動生產率大幅下降，防寒保溫消耗工時多，工序間工藝和組織間隙時間多、混凝土強度增長慢等因素造成生產效率低下。

2.5 連續梁施工難題多

冬期寒冷多風，熱量散失快，懸灌段暖棚在防風方面穩定性要求高，在防寒方面密封要求嚴。暖棚前移后，已施工的梁段預應力管道保溫困難，難以保證達到孔道壓漿的正溫條件。保溫暖棚對梁體線型監控測量的通視條件影響大，需認真研究梁體線型監控測量方案。保溫暖棚對混凝土、鋼筋、預應力等工程材料進入工作面造成障礙，施工組織干擾大，有些材料必須采用人工二次倒運。

2.6 冬期施工的難點

冬期施工由于氣溫較低，可能達到－5℃以下，常溫的施工方法不適用了，無論在材料、設備選擇、施工方法確定等方面都需要一些特殊的措施。

冬期施工由于施工條件及環境不利，是施工事故易發的多發季節，而且質量事故具有隱蔽性和滯后性。

3 連續梁冬期現澆施工的保溫控制措施及施工工藝

3.1 混凝土冬期施工方法的選擇

在冬期混凝土施工中，主要解決三個問題:一是如何確定混凝土最短的養護齡期;二是如何防止混凝土早期凍害;三是如何保證混凝土后期強度和耐久性滿足要求。在實際工程中，要根據施工時的氣溫情況，工程結構狀況(工程量、結構厚大程度與外露情況)，工期緊迫程度，水泥的品種及價格，早強劑、減水劑、抗凍劑的性能及價格，保溫材料的性能及價格，熱源條件等來選擇合理的施工方法。一般來說，同一個工程，可以有若干個不同的冬期施工方案。一個理想的方案，應當用最短的工期、最低的施工費用，來獲得最優良的工程質量，也就是工期、費用、質量最佳化。目前，工程中基本上采用以下4種方法。

3.1.1 調整配合比方法

主要適用于在0℃左右的混凝土施工。

3.1.2 蓄熱法

主要用于氣溫－10℃左右，結構比較厚大的工程。做法是:對原材料(水、砂、石)進行加熱，使混凝土在攪拌、運輸和澆灌以后，還儲備有相當的熱量，促使水泥水化放熱較快，并加強對混凝土的保溫，以保證在溫度降到0℃以前新澆混凝土具有足夠的抗凍能力。此法工藝簡單，施工費用不多，但要注意內部保溫，避免角部與外露表面受凍，且要延長養護齡期。

3.1.3 外部加熱法

主要用于氣溫－10℃以上，而構件并不厚大的工程。

3.1.4 抗凍外加劑

在－10℃以上的氣溫中，對混凝土拌和物摻加一種能降低水的冰點的化學劑，使混凝土中的水份在負溫下仍處于液相狀態，水化作用能繼續進行，從而使混凝土強度繼續增長。目前常用有氧化鈣、氯化鈉等單抗凍劑及亞硝酸鈉加氯化鈉復合抗凍劑。

3.2 冬期施工保溫控制措施及工藝

連續梁冬期施工不同于普通混凝土結構施工，它是一個位于高空而又不斷移動的空間結構，不僅施工難度大，技術要求高，而且風險也很大。根據寶雞地區多年的氣溫資料，結合西寶客專連續梁結構特點，本工程采用全封閉蓄熱保溫相結合的辦法施工。

3.2.1 混凝土澆筑前支架全封閉保溫措施

(1)利用支架搭設鋼管棚架，用保溫棚布包裹形成暖棚。在梁底模背面噴10 cm厚聚氨脂保溫層，棚布將0#塊支架與模板及走道全部包裹，棚布與棚布之間的空隙用鉛絲或纜繩封閉嚴密。暖棚內的空間滿足施工操作要求即可，不宜過高過大，但要具有抵抗風雪荷載的強度和穩定性，并提高熱效率。頂面做成排水坡面，及時排除積水積雪。

(2)在澆筑混凝土前，在箱梁頂面采用腳手鋼管、帆布和棉被搭設暖棚。暖棚內的空間滿足施工操作要求即可，具有抵抗風雪荷載的強度和穩定性，并提高熱效率。頂面做成排水坡面，及時排除積水積雪。

(3)根據施工需要，在暖棚的適當位置開設窗口和門洞，如在暖棚的側面及頂面開設部分混凝土進料窗口(汽車泵輸送)，在暖棚的后端開設混凝土(固定泵輸送)和鋼筋等材料和人員進出門洞，在暖棚前端開設預應力穿束門洞等。開設的窗口和門洞應開合方便，封閉嚴密，并設專人管理。

(4)在暖棚內設矸石電熱爐、大型暖風機等取暖設備進行全面升溫，并設置小型電熱取暖器，可以在局部區域進行采暖。在施工時通過向矸石爐內的矸石灑水，形成具有一定濕度的水蒸氣，既保證了混凝土周圍有適當的溫度，也能保證混凝土周圍有適宜的濕度。

(5)在箱梁端面上橋通道處設置棉被卷簾，在有人進出時可以卷起，無人進出時可以放下，以保證箱梁內溫度。

(6)在0#塊墩腳離封閉棚布外3 m位置設置2臺LSG△0.04—AⅢ系列汽水兩用蒸汽鍋爐，排煙管出口做成彎管，排煙方向背向封閉棚布。鍋爐蒸汽閥連接φ48鋼管，鋼管伸入暖棚內連接到334#墩頂離底模30 cm位置處，將排氣管環繞0#塊底模一圈，并在排氣管上每隔1 m開一小孔，以便蒸氣從每個小孔排出，形成環繞0#塊四周且具有一定濕度的水蒸氣，如此既保證了箱梁底模板、側模、頂模及混凝土周圍有適當的溫度，也能保證封閉暖棚內混凝土有適宜的濕度(圖1)。

圖1 334#、0#塊全封閉保溫措施示意

3.2.2 澆筑時混凝土原材料保溫措施

混凝土原材料使用時的溫度根據熱工計算和實際試拌情況確定。冬期拌制混凝土，首先用鍋爐將水加熱，加熱水通過管道循環進入拌合機，利用煤火爐在料斗下部將骨料均勻加熱(不得用火焰直接加熱骨料)。為了防止水泥“假凝”，水泥不得與熱源直接接觸，投料順序為:先投入骨料和加熱的水，然后再投入水泥、摻合料和外加劑。同時應將混凝土攪拌時間比常溫延長50%。為確保冬期施工混凝土的和易性和流動性，混凝土攪拌時間應不小于2.5 min，但不宜大于3 min。為了提高混凝土的開始養護溫度，要求混凝土的出機溫度達到15℃以上，尤其要適當提高混凝土的入模溫度控制在10℃以上。并充分利用預加熱量和水泥的水化熱量，使混凝土強度在達到抗凍臨界強度之前保持在0℃以上，不受凍害。另外，應盡量采用較近的拌合站攪拌混凝土。

對混凝土攪拌站、輸水管、送料帶、混凝土罐車、泵車和管道采取遮蔽、包裹等保溫措施，以盡量減少混凝土熱量散失。

3.2.3 澆筑后箱梁混凝土養護措施

(1)0#塊箱梁澆筑完畢并收面三次后，立即在梁面滿鋪塑料薄膜，以封鎖并減少新澆筑的混凝土水分蒸發，再在塑料薄膜上鋪滿保溫棉被，棉被上鋪上一定數量電熱毯，滿足梁面混凝土保溫保濕即可;在底板混凝土面鋪設塑料薄膜并在薄膜上覆蓋養護土工布，從而保證對底板混凝土保溫保濕養護。

(2)0#塊箱梁澆筑完成后，立即在334#墩腳四周均勻布置12個火爐對暖棚內底板上空進行輔助加熱保溫。為了減少燒煤所排出的CO2對混凝土的碳化作用，火爐內燃放無煙蜂窩煤，并在每個火爐上放置加滿熱水的熱水壺，保證了底板下方空間既有一定的溫度也有一定的濕度。

(3)派專人24 h輪流值班對0#塊暖棚外2臺蒸汽鍋爐及暖棚內12個火爐進行生火和加水，并檢查暖棚內外及四周有無明火等安全隱患;同時，值班人員每隔1 h對通電矸石爐內澆水，形成高溫水蒸氣散發在梁體四周。由于全封閉暖棚的原因，鍋爐、火爐及矸石爐所散發的蒸汽上升到梁頂上部的棚布受阻，遇冷后形成液態滴落到混凝土表面，從而保證了0#塊混凝土保溫保濕效果。

3.3 冬期施工中溫度監控措施及效果

為了有效檢測此次334#墩0#塊全封閉蓄熱保溫相結合的效果，澆筑前在梁頂兩端上方放置2支干濕溫度計，在箱內底板上方西安側及寶雞側各放置一支干濕溫度計，同時在墩腳附近及暖棚外各放置一支溫度計，以便對底板下方、箱內、梁面及外部環境進行溫度監控。為了測得連續梁底板下方、箱內、梁面及外部環境的真實溫度，安排施工人員在現場24 h輪流值班，并每隔1～2 h記錄各處溫濕度。

從溫濕度記錄的結果顯示，此次334#墩0#塊全封閉蓄熱保溫效果顯著，達到了預期的效果。7 d養護齡期后的混凝土同條件養護的試塊抗壓強度已達到混凝土設計強度的98.6%，即 49.3 MPa，彈性模量達到設計彈性模量的124.2%。

4 結束語

通過采用以上施工控制措施及工藝，渭惠渠連續梁334#墩0#塊已澆筑完成并已拆除模板，其施工質量處于受控狀態，混凝土未出現開裂及凍壞狀態。但在全封閉狀態，部分保溫材料的易燃性給連續梁冬期施工帶來安全隱患，有待進一步優化和改進。

隨著我國高速鐵路建設的迅猛發展，冬期施工技術會不斷健全和完善。在高寒地區進行冬期施工將越來越多。但是到目前為止，許多低溫施工的工藝還有待進一步改進和完善，措施的可靠性還有待繼續驗證并逐漸積累經驗。

［1］鐵道科學研究院.鐵路混凝土工程施工技術指南［M］.北京:中國鐵道出版社，2005

［2］鐵道部經濟規劃院.客運專線鐵路橋涵工程施工技術指南［M］.北京:中國鐵道出版社，2010

［3］中鐵三局集團有限公司.鐵路混凝土與砌體工程施工規范［M］.北京:中國鐵道出版社，2001

［4］邱訓兵.客運專線連續梁冬季現澆施工關鍵技術［J］.橋梁建設，2007(4)