深基坑大體積混凝土承臺冬季施工質量控制

李曉坤

摘 要：通過海河特大橋深基坑大體積混凝土承臺施工，我們發現大體積混凝土施工過程比較容易引起質量與安全問題，尤其是冬季施工更增加了施工的難度，施工質量得不到很好的保障。所以，我們必須從各個方面進行質量監控，保證大體積混凝土承臺的施工質量。本文主要就大體積混凝土冬季施工技術進行了分析研究。

關鍵詞：深基坑；大體積；混凝土承臺；冬季施工；施工控制

一、引言

大體積混凝土施工質量是整個工程施工的關鍵所在，大體積混凝土施工質量得不到保障，工程施工中的安全與質量隱患將會增多，尤其是在冬季，氣溫原因已經給施工帶來了一定的挑戰，如果大體積混凝土施工質量得不到保證，無疑將會嚴重影響到整個施工的質量與安全問題。本文以海河特大橋為例，介紹了主橋深基坑大體積混凝土承臺施工的成功經驗。

海河特大橋是天津濱海新區西外環高速公路工程11標的跨海河特大橋，主橋采用〈95m+140m+95m〉鋼桁架連續梁跨海河主河槽，1#、2#墩為海河特大橋跨海河主河槽中墩，中墩為樁接承臺接墩柱的形式，墩柱及承臺均分為左右兩幅。每個墩位采用鉆孔灌注樁基礎48根，樁長70m。

承臺頂面高程-7.00m，底面標高-11.00m，承臺高400cm，單幅承臺尺寸為2285cm×1450cm×400cm。主橋1#墩鋼板樁圍堰施工完畢后，承臺需要在冬季進行施工，為了保證深基坑大體積混凝土承臺的施工質量，對混凝土的冬季施工從各個環節進行嚴格控制。

二、混凝土攪拌站控制措施

本工程采用商品砼，所用砼的原材料的質量、配合比設計、攪拌時的上料計量和控制、出機溫度和運輸過程的保溫以及保證砼的入模溫度等問題，都已與商品砼攪拌站提前提出要求，并簽訂協議，我項目部派試驗員到攪拌站進行監控。

1、冬季施工配合比的選用

冬季施工前委托天津市二十九站對混凝土配合比進行重新選定，正式進行冬季施工前對冬季施工配合比進行施配驗證，合格后方可進行混凝土拌和施工。

2、外加劑的選用

根據C35混凝土冬季施工配合比選用的外加劑采用棚內保溫存放。為了不使水化熱過早損失，采取先進骨料及水的方法，攪拌均勻后，再加入水泥進行拌和，嚴禁將水泥與80℃以上的水直接接觸，骨料中不得有冰雪和凍塊，攪拌時間應較常溫時延長50%左右。

3、拌和用水

攪拌站蓄水池用保溫材料覆蓋并密封，熱水采用1T蒸汽鍋爐蒸汽加熱，環境溫度-5℃以上時，加熱溫度控制在60℃以內，當環境溫度低于-10℃，可將水加熱到80℃，但此時混凝土攪拌時應將水和砂石料攪拌均勻后方可投入水泥，避免水泥和熱水直接接觸。

根據冬施配合比每立方混凝土大概用熱水160Kg，按每小時拌合100 m?計算，每小時熱水供應量為16m?。為了保證施工用水供應正常，另設臨時加熱簡易鍋爐， 每小時熱水量不小于16m?，鍋爐用3mm 厚鋼板焊接而成，頂部預留進水口，下部安裝出水口。將簡易鍋爐支墊離地面 60cm 左右，四周留置加煤口，生火使水溫高于 80°C。

4、砂石料

在冬季施工來臨前，備足冬季施工所需的砂石料，砂石料需遮蓋，四周設置排水溝，防止雪水溶化后，侵入砂石堆料中，因氣溫低使砂石料凝結成塊。

砂石料進場后要定期進行翻曬，將里面水分曬干，以防止冬季溫度過低將砂石料凍結成塊。砂石料采取覆蓋措施，防雨雪、防污染，確保使用時砂石料中沒有凍塊

5、攪拌站

用保溫材料對攪拌站進行封閉，棚內利用熱風機配合暖氣進行保溫，棚內溫度控制在10℃左右。技術人員每小時測量并記錄溫度一次。混凝土拌和機開機之前應先用熱水沖洗拌和機，達到預熱效果。拌合時采用二次投料，二次攪拌方法（即先集料和水攪拌，再加入水泥和外加劑攪拌）。

6、其他控制措施

①砂石料在不同部位放置不少于3個溫度計，工地試驗室，拌和站技術人員在施工期間每小時對保溫棚溫度、砂石料溫度、水溫度、混凝土拌和物溫度測量一次，確保混凝土出料溫度符合要求。

②試驗人員每次根據采用蒸氣保溫后砂石料的含水量調整施工配合比。

③為確保冬季施工混凝土的和易性和流動性，混凝土攪拌時間應不小于2.5min，但不宜大于3min。

④為提高混凝土的早期強度，混凝土坍落度控制在14cm～18cm范圍內，并摻配高效減水劑。

三、大體積承臺混凝土澆筑控制措施

1、取暖設備布置

①利用1#墩鋼板樁圍堰設置暖棚一個，暖棚由中間的格構柱作為支撐柱，支撐柱上采用30H型鋼做一道縱梁，在縱梁和圍堰第一道圍囹上架設30Ⅰ型鋼作為橫梁，橫梁間距按間距2m布置，橫梁上覆蓋保溫苫布，共同組成1#墩位的暖棚。暖棚的結構形式如下頁圖。

圖1暖棚結構平面示意圖

圖2暖棚結構立面示意圖

圖3暖棚結構橫斷面示意圖

為了盡量減少吊裝過程中的碰撞事故發生，考慮到承臺鋼筋數量比較多且長度比較大，因此暖棚在承臺鋼筋綁扎完畢后搭設。搭設暖棚時，在暖棚頂預留6個4×7m天窗（設置6道30Ⅰ型鋼橫梁為活動橫梁），以便鋼筋、模板等物資的吊裝以及混凝土的澆筑。

暖棚里在澆筑承臺混凝土前，根據暖棚內實測溫度，調整暖風機數量，實測暖棚內兩天溫度，溫度不低于10℃時才能澆筑混凝土。堅持隨澆筑隨養護的原則，暖棚內溫度不得低于10℃。

②在混凝土澆筑前應保證暖棚內溫度達到10℃以上才能進行混凝土的澆筑。在澆筑前布置6臺15KW暖風機（備用2臺）以防止在溫度達不到要求時采取必要的措施。

15KW暖風機圖

③暖棚供熱計算：

計算公式：Q=3.6MKΔTV

Q：暖棚每小時耗熱量，單位KJ/h

M：表面系數，既冷卻面與外部量度暖棚的體積之比，單位m-1

K：篷布的傳熱系數K=5W/m2·h

ΔT：暖棚內外溫度差，單位℃

V：暖棚的體積，單位m3

根據施工現場暖棚搭設方案，并考慮混凝土散熱，計算暖棚供熱

1#墩暖棚寬15.7m，長47.4m，高13.0m，按室外-10℃，暖棚內10℃計算。

M=暖棚的表面積/暖棚的體積

=0.0899m-1

Q=3.6MKΔTV

=3.6×0.0899×5.0×20×9674

=313089KJ/h

經測算：每臺15KW的暖風機每小時可提供54000KJ的熱量

則布置6臺暖風機。

2、大體積混凝土承臺澆注

混凝土澆筑前，采用溫水清理模板內雜物，對模板、鋼筋、進行預熱，表面溫度在5℃以上。混凝土灌注應分層分段進行，混凝土表面應根據混凝土灌注順序及時進行覆蓋。

已澆筑層的混凝土在未被上一層混凝土覆蓋前不應低于2℃，混凝土溫度控制由質檢工程師和試驗室共同分工負責。

制作與結構同條件養護的試件，用以檢驗受凍前強度及轉入正常溫度養護28天強度。

四、混凝土養護及溫度測定

1、混凝土養生

①承臺混凝土采用暖風機（備用200KW發電機）加熱進行養護和冷卻管循環水進行養護；

②當混凝土強度大于40%設計強度后，方可停止供熱保暖，但暖棚內降溫應滿足《冬季施工規范》的要求，即降溫速度每小時不大于10℃。

③混凝土拆模時，環境溫度與梁體溫度差應小于15℃。當小于15℃時，拆除模板后立即在混凝土表面覆蓋塑料布，進行保溫養護。

2、溫度測試

混凝土冬季施工過程中，由試驗室（負責攪拌站、混凝土）和質檢工程師（負責現場溫度控制）按時測量水、骨料，混凝土出罐、入模測量四周的溫度以及混凝土溫度變化情況，尤其注意混凝土養生期的溫度觀測：

①測溫儀器：外界氣溫和棚內氣溫均采用自動溫度計記錄儀觀測，混凝土出罐、入模溫度采用旁通溫度計測試，結構內各觀測點溫度采用電阻測溫儀或熱電偶測溫儀。

②觀測點設置：在澆筑后的混凝土上設測溫孔，承臺測溫孔位置按每6m 左右在承臺頂面及側面各兩個。各部位溫度應接近，避免各部位間溫度過大。

③測溫時間

暖棚內各觀測點，自混凝土澆筑完畢時間算起，每隔2小時測一次溫度，外界氣溫在每天7時、12時、16時和24時4個時間進行記錄。

④具體做法

A、對測溫孔進行編號，并編制測溫孔布置圖以備查。

B、測溫時，溫度計與外界氣溫隔離，避免冷空氣影響，溫度計在孔內停留時間在3min以上。

C、設專人負責測溫工作，當發現溫度發生異常變化時，立即向有關人員匯報，以便及時采取措施。

五、大體積混凝土冬季施工溫度計算

承臺混凝土采用C35混凝土，混凝土采用商品混凝土，提前按照冬季施工配合比配制混凝土。混凝土施工配合比按照水泥：砂：碎石：水=278：737：1106：160。選用水溫度加熱為80℃，水泥溫度5℃、砂石料溫度分別、3℃、3℃，砂子含水量4%，石子1%。

1、計算混凝土拌和物溫度

根據《公路橋涵施工技術規范》附錄J冬期施工熱工計算：To=[0.9*（Wc*Tc+Ws*Ts+Wg*Tg）+4.2*Tw*（Ww-Ps*Ws-PgWg）+c1*（Ps*Ws*Ts+Pg*Wg*Tg）-c2*（Ps*Ws+Pg*Wg）]/[4.2Ww+0.9*（Wc+Ws+Wg）]

式中：To ——混凝土拌和物的溫度（℃）

Ww、Wc、Ws、Wg ——水、水泥、砂、石的用量（Kg）

Tw、Tc、Ts、Tg ——水、水泥、砂、石的溫度（℃）

Ps、Pg ——砂、石的含水率（%）

c1、c2 ——水的比熱容（kJ/kg*K）及溶解熱（kJ/kg）

當骨料溫度﹥0℃時，c1=4.2，c2=0；

當骨料溫度≤0℃時，c1=2.1，c2=335。

把水泥、砂、石、水的用量和溫度及砂、石含水率代入上式可以得出：

To=18.16℃。

2、計算混凝土拌和物出機溫度

混凝土拌和物的出機溫度按《公路橋涵施工技術規范》附錄J中J-2公式計算。公式J-2：

T1=To-0.16*（To-Tb）

式中：T1 ——混凝土拌和物的出機溫度（℃）

Tb ——攪拌機棚內溫度（℃）

攪拌棚內溫度Tb取用5℃，根據上面公式可以計算出混凝土拌和物的出機溫度為：T1=16.85℃。

3、計算混凝土拌和物入模溫度

混凝土拌和物入模溫度按《公路橋涵施工技術規范》附錄J中J-3公式計算。

公式J-3：

T2=T1-（α*t+0.032n）（T1-Ta）

式中：T2 ——混凝土拌和物經運輸至成型完成時的溫度（℃）

t ——混凝土自運輸至澆筑成型完成的時間（h）

n ——混凝土轉運次數

Ta ——運輸時的環境氣溫（℃）

α ——溫度損失系數（hm-1），當用混凝土攪拌車運輸時，α=0.25

混凝土自運輸至澆筑成型完成的時間t取用1小時，混凝土轉運次數n取1，運輸時的環境氣溫Ta取用5℃，溫度損失系數α取用0.25。根據上式可以計算出：

C35混凝土的入模溫度為：T2=13.51℃。

根據計算，得出砼出機溫度T1=16.85℃>15℃，入模溫度T2=13.51℃>10℃，均能滿足規范要求。

4、計算混凝土各齡期的收縮變形和收縮當量溫差

①混凝土的絕熱溫升

式中： T（t）--混凝土齡期為t時的絕熱溫升（℃）

Q--每千克水泥水化熱量Q（kJ/kg）

W--每立方混凝土的膠凝材料用量（kg/m3）

C--混凝土的比熱，一般為0.92-1.0取0.96（KJ/kg·℃）

ρ--混凝土的重力密度，2400-2500取2400（kg/m3）

m---與水泥品種、澆筑溫度等有關的系數，0.3-0.5取0.4（d-1）

t---混凝土齡期（d）

正常取值t=∝

則Tmax= 52.14

T3= 30.94

T7= 45.75

T14= 51.36

T21= 52.04

②混凝土收縮變形

混凝土收縮變形不同條件影響修正系數

M1 M2 M3 M4 M5 M6

1.0 1.0 0.85 1.0 1.0 1.25

M7 M8 M9 M10 M11 則M積

1.25 1.43 1.3 0.86 1.01 2.14456

εy（t）= 3.24*（1-POWER（2.718，-0.01*t））*H96/10000

εy（3）= 2.05335E-05

εy（7）= 4.69706E-05

εy（14）= 9.0766E-05

εy（21）= 0.000131601

③收縮當量溫差

α--混凝土的線膨脹系數，取 1.0*10-5

Ty（3）= 2.053

Ty（7）= 4.697

Ty（14）= 9.077

Ty（21）= 13.160

④混凝土最大綜合溫差絕對值

△T（t）=T0+T（t）*0.666+Ty（t）-Tq

△t—混凝土最大綜合溫差絕對值

T0—混凝土澆筑入模溫度，取℃ 13.51

Tq—外部環境溫度，因現場養護時間約20d，取℃ 10

則 △T（3）= 26.169

△T（7）= 38.679

△T（14）= 46.791

△T（21）= 51.332

根據計算，混凝土各齡期絕對溫差較大，承臺大體積混凝土需要布置冷卻管。

六、結語

海河特大橋1#墩深基坑大體積混凝土承臺采用冬季施工，我們從混凝土拌合站、現場澆筑、混凝土養護、混凝土內外溫差監控等各個方面進行質量監控，保證了大體積混凝土承臺冬季施工的質量。可供同類型工程參考。

參考文獻

1、《混凝土結構施工及驗收規范》（GB50204-2002）；

2、《建筑工程冬期施工規程》（JGJ104-97）；

3、《公路橋涵施工技術規范》[JTJ041—2011]；

4、《公路工程質量檢驗評定標準》[JTG F80/1—2004]；