高速鐵路墩身冬期施工淺析

2019-07-17 02:18:07楊曉芳

價值工程 2019年15期

楊曉芳

摘要：高速鐵路橋梁工程在冬季施工中，采取相應的冬季施工措施，以保證施工質量和施工進度。同時，結合北方地區氣候特點以及目前環保要求嚴格，不允許采用普通燃煤升溫措施進行保溫養護，本文以標段內黃固特大橋墩身施工為例，簡要介紹橋梁墩身冬季施工采用電加熱蒸氧保溫措施，既解決了冬季施工保溫養護，保障混凝土澆筑施工質量及強度達標，又避免造成環境污染。

Abstract： In the winter construction of high-speed railway bridge engineering， corresponding winter construction measures are taken to ensure the construction quality and construction progress. At the same time， combined with the climatic characteristics of the northern region and the current strict environmental protection requirements， it is not allowed to use ordinary coal-fired heating measures for thermal insulation. This paper takes the construction of the Huanggu Super-large Bridge in the standard section as an example， and briefly introduces the winter construction of the bridge pier using electric heating steaming Oxygen insulation measures， which not only solves the winter construction insulation maintenance and ensure the quality and strength of concrete pouring construction， but also avoid environmental pollution.

關鍵詞：高速鐵路;墩身;冬季施工

Key words： high-speed railway;pier body;winter construction

中圖分類號：TU755.8 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）15-0059-04

0 ?引言

近些年來，我國的不斷發展，各行各業也存在著較大的競爭，為了帶動我國整體的經濟和科技發展，高速鐵路的橋梁建設是十分重要的一項工程，隨著目前科技的發展需求，這項工作開展起來已經越來越困難，因此也受到了越來越多人的關注。對于鐵路橋梁建設的質量以及墩身建造，已經成為整個施工的重點。通過以往的經驗得出，要想全面改善鐵路橋梁的建設，需要在建設的各個階段進行質量方面的控制。

1 ?工程概況

京雄城際鐵路黃固特大橋全長28km，根據工程進展情況及調整后指導性施工組織設計架梁工期安排，要求本標段內橋梁部分墩身需進行冬季施工。

2 ?冬施條件及技術要求

2.1 冬施條件

根據《鐵路混凝土工程施工技術規程》[1]規定，當工地晝夜平均氣溫（最高和最低氣溫的平均值或當地時間6時、14時及21時室外氣溫的平均值）連續3d低于5℃或最低氣溫低于0℃時，混凝土施工應按冬期施工辦理。

2.2 氣候條件

本標段所在區域隸屬永定河沖積平原，為暖溫帶半濕潤大陸季風氣候。年極端最高氣溫一般在35～40℃之間，年最低氣溫一般在-4～-17℃之間，冬期干燥少雨，凍土厚度在0.8m左右。

2.3 冬期施工的主要技術要求

①冬期混凝土施工應專門進行配合比選定試驗。選用較小的混凝土水膠比和較小的塌落度。②混凝土攪拌前經過熱工計算和試拌確定水和骨料需要預熱的材料溫度，使混凝土出機溫度不低于10℃，入模溫度不低于5℃。③混凝土澆注前鋼筋及模板溫度不得低于2℃。④混凝土澆筑前，模板及鋼筋上不應有冰雪和污垢。⑤混凝土拆模時表面與環境的溫差不得大于15℃，拆除模板后表面覆蓋保溫。⑥混凝土養護期間，芯部溫度不宜超過60℃、不得大于65℃，混凝土芯部與表面溫度之差、表面與環境溫度之差不宜大于20℃。⑦冬期施工期間，混凝土強度達到設計強度的60%之前不得受凍。⑧混凝土采用外部熱源加熱養護時，養護完畢后的環境氣溫仍在0℃以下時，混凝土冷卻至5℃以下且混凝土與環境之間的溫差不大于15℃后，才能拆除模板;拆除模板后混凝土表面覆蓋保溫。⑨保溫暖棚應配備照明設施、溫度計、溫度記錄表及拆模驗證養護試件2組。

3 ?施工準備

3.1 技術準備

冬施前應根據國家有關冬期施工的規范、規程及其他相關文件，明確施工方案和控制措施，進行技術交底和人員培訓工作;根據當地氣溫情況確定冬季施工配合比;關注天氣預報，提前做好相應預案;按規范要求做好氣溫記錄。

3.2 材料準備

①外加劑、粗細骨料、油料等受溫度影響較大的材料，冬施前儲備存放，盡可能避開冬季儲備。②備足冬施保溫材料：如抗凍性外加劑、帆布、棉被、熱風炮（覆蓋材料采用阻燃材料）等。③對于易燃易爆的材料設專庫存放，并配備足量滅火器。

主要冬施材料見表1所示。

3.3 機械準備

①施工的機械妥善保養，定期檢查，確保性能良好。②每個結構施工前檢查電力設施，防止電線硬化破損導致漏電現像。③做好設備防凍工作，使用冬期專用油、料，作業完畢時檢查、清理放置儲存損壞。

4 ?墩身暖棚總耗熱量分析及養護設備保溫材料的選定

墩身暖棚搭設設置在墩身腳手架外側。

黃固特大橋墩身暖棚以搭設尺寸11.4×7.8×22m=1088.6m3為例。

4.1 墩身暖棚總耗熱量計算

根據簡明施工計算手冊（第四版）17.11混凝土暖棚計算公式[2]如下所述：

總耗熱量Q（KJ/h ）=Q1（暖棚耗熱量）+Q2（透風換氣損失熱量）

暖棚小時耗熱量Q1=3.6ΣA·K·（TB-Ta）

透風換氣熱量損失Q2=V·n·ca·ρa·（TB-Ta）

其中：

A-暖棚傳熱面積（m2）;

V-暖棚體積（m3）;

K-暖棚傳熱系數[W/（m2K）];K=1/（0.04+Σd/λ+0.114）

TB-棚內溫度（℃）; 設定5℃左右

Ta-棚外大氣平均溫度（℃）;查資料在 -10℃左右

d-每一種保溫材料的厚度（m）;

λ-每一種保溫材料的導熱系數[W/（mK）];

n-每小時換氣次數（一般按2次計算）;

pa-空氣表觀密度，取1.37kg/m3;

ca-空氣的比熱重，一般取1 KJ/（kg·K），3.6按等系數，1W=3.6 KJ/h。

暖棚表面積：A=圍（11.4×22+7.8×22+）×2+蓋11.4×7.8=934m2;

暖棚體積：V=11.4×7.8×22=1956.24m3;

圍護結構傳熱系數：

K=1/（0.04+Σd/λ+0.114）=1/（0.04+0.02/0.06+0.114）=2.052 W/（m2K），為確保棚內溫度符合要求，K取值為3。

暖棚每小時耗熱量：

Q1=3.6ΣA·K·（TB-Ta）=3.6×934×3×（5-（-10））=151308KJ/h;

透風換氣熱量損失：

Q2=V·n·ca·ρa·（TB-Ta）=1956.24×2×1×1.37×15=80401.46KJ/h;

暖棚總耗熱量：

Q=Q1+Q2=151308+80401.46=231710KJ/h

4.2 電熱蒸汽鍋爐選擇規格

231710kJ/h÷2500 kJ/kg=92.7kg/h

按室外溫度-10℃，棚內溫控5℃左右條件，小時總耗熱量約需93kg水蒸汽量的電熱蒸汽鍋爐功率;

根據市場調研了解情況：選用電加熱蒸汽鍋爐 LDR0.1—0.4/0.7MPa規格，額定蒸汽發生量0.09t/h，功率72kW，額定蒸汽壓力0.7MPa功率基本滿負荷運行;考慮功率損失、外溫條件變化和加快養護增強速度，可投入兩臺適時同步運行，保障橋梁墩身合適溫控。

4.3 篷布選擇

選定暖棚材料為0.01m厚的防火保溫蓬布，此保溫材料的導熱系數為0.06[W/（mK）]，與承臺暖棚總耗熱量計算中導熱系數一致。

結合暖棚尺寸，考慮篷布便于現場鋪裝覆蓋，篷布規格選定7m長×4m寬。

5 ?墩身冬期施工措施

5.1 墩身施工暖棚搭設

黃固特大橋墩身暖棚利用安裝墩身模板時設置的腳手架，腳手架采用盤扣式支架搭設，并在腳手架頂部搭設鋼管支撐。腳手架內側及頂部采用防火保溫篷布對腳手架進行圍護覆蓋，篷布與篷布連接采用四周卡環搭接扎絲綁扎，卡環需全部綁扎固定，篷布與腳手架桿件采用扎絲綁扎牢固，形成密閉的暖棚。暖棚頂部預留兩處可翻蓋進料口，便于墩身混凝土澆筑。如圖1所示。

①對低于14米以下的墩身，墩身模板一次立模到位，墩身腳手架內側及頂帽上部采用防火保溫篷布進行圍護覆蓋，形成密閉的暖棚，墩身混凝土一次澆筑成型。

②對高于14米以上的墩身，墩身混凝土采用兩次澆筑成型，暖棚分別搭設。墩身第一節混凝土澆筑前，腳手架內側及模板頂部采用防火保溫篷布進行圍護覆蓋，形成密閉的暖棚，滿足規范要求后，澆筑墩身第一節混凝土。

③對高于14米以上的墩身，待墩身第一節混凝土強度達到設計強度的60%之后，拆除第一節暖棚頂部篷布，拆除篷布后的混凝土表面采取覆蓋保溫措施。墩身第二節和頂帽鋼筋及模板安裝完成后，搭設第二節暖棚。暖棚底部由第一節墩身模板頂部以下2m位置開始，沿腳手架內側及頂帽模板頂部采用防火保溫篷布進行圍護覆蓋，形成密閉的暖棚，并對暖棚加熱，滿足規范要求后，澆筑墩身混凝土。

5.2 暖棚蒸汽管道布置

蒸汽管道使用夾布橡膠管。由鍋爐出氣口連入暖棚內，蒸汽管道沿墩身模板螺旋狀安裝，在蒸汽管道上設置蒸汽孔，孔口直徑3mm，蒸汽孔間距為0.6-1m，遠離鍋爐端蒸汽孔間距布置較小。如圖2所示。

5.3 測溫點布置

墩身混凝土內布置兩處測溫點，混凝土芯部和表層各安裝一個測溫元件;暖棚內布置八處測溫點，按兩個截面高度各布置四處，第一個截面高度布置在距暖棚底部以上2m處，在墩身大小里程及左右側的中間位置各安裝一個測溫元件，第二個截面高度布置在距暖棚頂部以下1m處，在墩身大小里程及左右側的中間位置各安裝一個測溫元件，測溫元件距離保溫篷布0.5m，并避開管道蒸汽出口，測溫線伸出暖棚至施工平臺，便于棚內溫度的數據采集。如圖3所示。

5.4 蒸汽養護相關規定

①蒸汽養護期間，混凝土靜停環境溫度不應低于5℃，靜停時間宜為4-6h，混凝土周圍蒸汽的升、降溫速度不宜大于10℃/h。②混凝土芯部開始降溫前不得拆模，大風及氣溫急聚變化時不應拆模。混凝土表面溫度冷卻至5℃以下且混凝土與環境之間的溫差不大于15℃時方可拆除模板。混凝土拆除模后表面采取覆蓋保溫。③冬期施工期間，混凝土強度達到設計強度的60%之前，不得受凍。④混凝土澆筑采用分層連續的方法澆筑，分層厚度不得小于20cm。⑤采用蒸汽養護在升、降溫期間每1h檢測一次，在恒溫期間每2h檢測一次。⑥室外氣溫和施工環境溫度每晝夜定時、定點觀測4次，并及時記錄。當班技術人員負責測溫工作。

6 ?施工安全及質量控制措施

①根據冬季施工措施要求，對墩身四周范圍采用防火、防水篷布（阻燃材料）對腳手架進行圍護覆蓋，用扎絲與腳手架桿件綁扎牢固，頂部用棚布進行封閉，形成保溫暖棚，頂面做成排水坡面，及時排除積水積雪。

②因晚上環境溫度過低，澆筑混凝土過程不能保證施工保溫環境，承臺混凝土澆筑只能在白天進行。混凝土澆筑前測量模板溫度，視情況調整電蒸汽鍋爐的啟用時間。

③混凝土澆筑時在暖棚的頂面開設混凝土進料窗口（汽車泵輸送），在暖棚的側面開設人員進出門洞，開設的門洞位置使用方便，封閉嚴密。保溫棚內設置滅火器，并設專人管理。暖棚盡量減少進料口的設置，盡可能增加暖棚頂覆蓋面積，混凝土澆筑結束后立即封蓋進料口，密封暖棚，縮短混凝土表面外露時間。

④墩身混凝土灌注過程中，暖棚頂部進料口未完全封閉，暖棚內需要采用電熱蒸汽鍋爐生產蒸汽升溫，使暖棚內溫度滿足施工要求。

⑤混凝土灌注完畢后及時封閉暖棚，控制環境溫度升溫速度及最高溫度，升溫速度控制在小于10℃/h以內，并保證混凝土內部最高溫度不大于60℃。

⑥測溫元件應在混凝土澆筑前，在墩身內部及暖棚四周安裝到位，保證數據采集的及時性。在暖棚內底部和頂部各設置4個溫度測點，混凝土芯部和表層各設置1個溫度測點。混凝土澆注完成后每2小時檢測一次，確保暖棚內的溫度均勻。

⑦養護期間及撤除保溫設施時，混凝土芯部與表面、表面與環境溫差不大于15℃，養護期間1h觀測一次;蒸汽養護結束后對墩身及時噴涂養護劑養護。

⑧暖棚上部應搭設安全平臺，便于人員上下，方便觀測記錄溫度數據。

⑨測溫元件線路末端應固定在位置明顯處并做好標記，方便夜間值班人員查找，避免遺漏影響數據收集。

⑩保暖篷布安裝時應將相鄰卡環全部綁扎到位，防止篷布連接縫隙較大，避免蒸汽損失過快。

{11}篷布應與暖棚支架綁扎牢固，并用纜風繩固定牢靠，防止大風將篷布掀開，失去暖棚保溫效果。

{12}設備部定期檢查維護電蒸汽鍋爐，預先準備易損壞配件，防止設備損壞后無法及時維修正常。準備除垢劑，及時清除蒸汽鍋爐內水垢。

{13}值班人員發現異常現象，及時通知相關人員，第一時間解決問題。值班小組交接時，必須將測溫儀器和記錄表親手交于下組人員手中，說明現場情況并簽字確認。

7 ?數據分析

7.1 混凝土養護溫度記錄

2017年11月16日14：00墩身混凝土澆筑完成，大氣溫度6℃，暖棚內平均溫度10.5℃。

15：40暖棚頂部進料口封堵完成，暖棚形成密閉空間，15：50啟動電熱蒸汽鍋爐。16：25大氣溫度6℃，暖棚內平均溫度17.4℃。

17：34大氣溫度4℃，暖棚內平均溫度18.3℃、18：17大氣溫度2℃，暖棚內平均溫度18.8℃。此后室外氣溫及暖棚內溫度每2h檢測一次。

7.2 混凝土強度試驗記錄

33#墩身混凝土設計強度C40。如表2所示。

2017年11月20日20：30距同條件試件制作約106小時，抗壓強度25.1MPa，達到設計強度的62.3%;距混凝土澆筑結束約106小時，回彈墩身頂表面強度代表值24.2MPa，達到設計強度的60.5%。

11月20日21：00關閉蒸汽鍋爐，33#墩身混凝土強度達到設計強度的60%。

因加熱養護完畢后的環境溫度為-2℃，混凝土芯部溫度為51℃，表面溫度為24℃，33#墩身不滿足拆模條件，利用篷布繼續包裹養護，待混凝土與環境溫度小于15℃時拆除模板。

7.3 水電消耗

電熱蒸汽鍋爐規格型號：額定功率72kW，額定蒸汽壓力0.7MPa，額定蒸汽溫度171℃，額定蒸汽發生量90kg/h。

①耗電量：電熱蒸汽鍋爐啟用功率為72kW時，實際每小時耗電量75度;②用水量：電熱蒸汽鍋爐啟用功率為72kW時，實際每小時用水量約150升。

8 ?墩身冬期施工經濟分析

8.1 材料設備成本

33#墩身冬期施工材料設備成本：75×75×8mm角鋼20m，材料費778.30元;Φ48mm鋼管120m，材料費1918.20元;直徑28mm纜繩400米，材料費2800.00元;直徑7.7mm鋼絲繩200米，材料費770.00元;橡膠軟管白色內徑20mm×3m，材料費15.00元;夾布橡膠管黑色（規格：內徑Φ35mm）100m，材料費800.00元;防火保溫篷布1400m2，材料費26600.00元;蓄水桶兩個（材質：塑料規格：1000升），價值1216.00元;三級配電箱一個，價值800.00元;鍋爐（規格：LDR0.1），價值10500元;測溫元件20個，價值960元;測溫線200m，價值400元;測溫儀器2個，價值760元;單個墩身材料設備成本共計48317.5元。

8.2 安裝成本

墩身暖棚搭設一次需10名人工，搭設16小時，費用5600元;暖棚拆除需10名人工，工作8小時，費用2800元。單個墩身暖棚搭拆一次費用共計8400元。

8.3 維護成本

養護期間，電蒸汽鍋爐每次補水需水1t，灑水車1小時，費用約200元，人工0.25個，費用70元，單次補水費用約270元。養護時間3天，共補水12次，費用共約3240元。

電蒸汽鍋爐電費5184元。

單個墩身冬施養護維護成本共計8424元。

8.4 成本合計

①單個墩身材料設備成本共計48317.5元。

②單個墩身暖棚搭拆一次費用共計8400元。

③單個墩身冬施養護維護成本共計8424元。

單個墩身冬施養護成本共計65141.5元，33號墩身混凝土設計方量143m3，墩身冬施每方混凝土455.5元。

9 ?結束語