高寒地區現澆鋼筋混凝土構筑物冬季施工技術措施

龐鳳府

（上海建工集團股份有限公司， 上海 200032）

1 工程概況

1.1 工程簡介

蒙古巴彥洪格爾至巴依扎格橋129.4公里道路項目位于蒙古國中西部的巴彥洪格爾省。該工程道路全長129.4Km,工期僅18個月（含冬歇期）。工程混凝土構筑物多，包括：箱涵602m（39道）、圓管涵2458m（153道）和橋梁3座，混凝土構筑物不可避免的將在冬季條件下施工。

本文以K34+341位置的納林河橋為例。橋梁結構為雙跨2×18m，橋臺基礎埋置深度3.1m，其上部結構采用鋼筋混凝土T梁，下部結構采用重力式橋臺及擴大基礎。橋臺、橋墩基礎、墩身設計混凝土強度分別為B30、B25、B30（英標圓柱體抗壓強度，余同）。

1.2 氣候條件

1.2.1 氣象情況

蒙古國深處內陸，屬大陸性溫帶草原氣候，是世界上最強大的蒙古高氣壓中心，是亞洲季風氣候區冬季“寒潮”的源地之一。工程所在地1月份平均氣溫-18.4℃，7月份平均氣溫15℃，早晚溫差較大。

1.2.2 當地水文

工程所在地降水很少且集中在每年的7～8月份，年平均降水量約120～250mm。該區域水資源匱乏，僅在K34橋處常年有地表徑流，其余橋涵位置僅在四五月份冰雪融化和七八月份降雨時才可能有地表徑流。施工時需考慮河流干枯或接近干枯現象對橋梁地基基礎的凍脹影響。

2 工程特點難點

2.1由于本工程為當地重點工程，政府非常重視，為了更好履行承包合同，需要在高寒地區的冬季施工現澆鋼筋混凝土結構，為此需要研究采取特殊的技術措施確保質量。

2.2氣候資料不足，對現澆鋼筋混凝土結構冬季施工技術措施的采用缺乏足夠的依據，需要補充調查了解或者參考相關資料數據。

2.3冬季施工技術措施的落實和質量監管是關鍵。

3 氣候資料補充以及凍脹對地下構筑物的影響分析

3.1 補充氣候資料

由于當地沒有全面準確的技術資料可供參考，為更加準確的掌握氣候對本項目的影響，避免極限惡劣氣候帶來的凍切力（凍脹力）損壞橋梁基礎。我方經過認真研究，決定采取偏于安全的我國嫩江（同緯度）和蘭州（同經度）地區的一些指標，用內插法確定系數為：日最低≤0℃初日、終日分別為7月10日、次年4月29日；日最低≤5℃初日、終日為10月16日和次年4月12日。季節凍土標準凍深按凍深曲線趨勢推算為2.3m。

3.2 凍脹對地下構筑物的影響分析

根據相關資料分析，有效凍脹區在凍深的上部三分之二左右，即1.5m深以上為強脹區，下部為弱脹區，凍脹在地表處最大；12月～次年3月凍脹量最大，凍切力也最大，即使在 5～6月份，凍脹量仍不能恢復到原始狀態，在開春后，地下深層仍存在向下凍脹現象。

結構物基座地下部分的凍脹力側向產生的荷載對剛剛施工后的混凝土結構物破壞作用非常大，應引起高度重視。

4 冬季施工工藝

4.1 地下結構施工措施

4.1.1 橋墩、橋臺四周置換土（爐渣或蓬松的碎石土），以減小凍脹力對地下建筑物的影響。

已知項目所在地標準凍深Z0=2.30m，地基下為砂石土，K1=1.9。

h=H/K1=230/1.9=121cm，取換土深度和周圍范圍1.40～1.50m。

4.1.2 基礎底板上部保溫，避免低溫造成結構受到凍害。

項目所在地標準凍深為2.30m，可利用當地盛產茅草K1=2.5進行覆蓋。

h=H/K1=2.30/2.5≈0.92m，取覆蓋厚度1.0m。

為方便施工，建議茅草裝袋覆蓋，以便重復利用。

4.1.3 采用暖棚時保溫措施

其次，“百家宴”宴席的舉辦有助于融洽鄰里關系，增進村民間的友誼。盛大的集體宴席需要充足的時間做準備工作，所以通常是宴席開始的前一個月村民們就已經在“福首”（每年元宵節當天搞完活動后，村里人集中開會，用“抓鬮”的方式，抽出下一年度的“福首”）的帶領下開始籌備。宴席使用的桌椅板凳、碗盤杯碟等物品大多由村人提供，不夠的再從專門的租賃公司里租借；宴席費用則主要來自來賓交納的福緣錢，不夠的部分由福首或當地成功人士自愿捐助；至于宴席的工作人員，都是自愿幫忙的，沒有工資，因為在他們看來這是在做善事。近年來雖然“百家宴”活動有了政府方面的介入，但如果沒有村民們團結一致共同出力的話這個活動是辦不成的。

冬期施工時，為防止氣候寒冷而影響結構混凝土施工時可采用搭設暖棚的保溫措施，暖棚原則上將作業部位局部或全覆蓋。暖棚可使用Φ48×3.5鋼管搭設外框，覆蓋棉帳篷，入口處設棉門簾，最好在進口處設置前室，并將門錯開設置。

4.2 土方施工措施

4.2.1 土方工程施工措施

由于結構物部位土層為砂石土，可采用鎬頭機（或挖掘機）和人工配合的方式挖掘土方。施工時應縮短基坑開挖與基礎墊層的施工間隔，避免基坑暴露后基底土層受凍。如土方開挖完畢不能及時上部施工時，可在未凍土上覆蓋草墊等保溫材料或在地基上留一層不小于0.50m厚土層暫不挖除，待基礎施工前再挖除。

4.2.2 回填土施工措施

當橋墩、橋臺結構施工完畢后，應按施工圖要求及時回填，允許含有少量凍土塊，但凍土顆?！椤?cm，含量≤總體積的15%，且均勻分布。回填部位，必須臨時排除積水，清除冰塊等雜物才可回土，每層填鋪厚度應小于夏季回土，以20cm為宜，用工具夯實。

4.3 混凝土施工措施

本工程采用自拌混凝土，必須提前考慮冬期施工措施，如摻加外加劑、提高混凝土出罐溫度、運輸過程控制，澆筑及養護過程的的保溫條件等。

（1）外加劑選擇

外加劑選擇應考慮：改善混凝土和易性、減少用水量、提高其早期強度；降低拌合物的凍結冰點，促使水泥在負溫下快速水化；促進早、中期強度的增長、減少干縮性、提高抗凍融性。

鑒于項目實際情況，選用我國產的MZ-8防凍劑或NOT-F、MN-F混凝土復合防凍劑，其摻量視室外溫度而定，一般為水泥用量的2～4%，不超過的5%。

（2）外加劑試驗

冬期施工所用的外加劑，產品合格證等出廠資料應齊全有效，其技術指標必須符合相應的質量標準。當缺少項目所在地經驗時及對進場的外加劑性能有疑問時，應做試驗確認合格后方可使用。

外加劑成分的檢驗內容包括：成分、含量、純度、濃度等。常用摻量在一般情況下按有關規定和產品說明書使用，遇特殊情況時要根據結構類型、使用要求、氣候情況、養護方法通過試驗確定外加劑摻量。

（3）當采用混凝土固定泵澆筑時，為確保泵送性能、提高強度，可用復合方式，如防凍劑+減水劑，防凍劑+泵送劑，但應注意其相容性。

4.3.2 混凝土的拌制和運輸

混凝土攪制嚴格按照配合比通知單進行，操作前先用熱水沖洗攪拌機10min。攪拌時投料順序為：砂→石子→水→水泥和摻合料→外加劑，攪拌時間為135s。

拌制過程指派專職人員負責骨料倉的下料，及時清除砂石中凍塊，從拌和水重量中扣除骨料和防凍劑溶液中所含水分，并做好水、骨料的溫度控制。

以B30混凝土為例，每1m3混凝土材料用量和攪拌前材料儲存溫度為：425#水泥450kg，5℃；黃砂522kg，40℃；石子1278kg，5℃；水180kg，60℃。

經過實測，按黃砂含水率為2%、石子為1%、室溫大于等于5℃、自卸車上料、混凝土運輸40分鐘（2/3h），室外溫度按照-10℃計算。經計算，混凝土拌制后的溫度T0=24.7℃，混凝土出罐溫度：T1=21.55℃，混凝土運輸到澆筑現場溫度T2=15.28℃。

為確保冬期施工的混凝土在達到臨界強度前不受凍害，應盡量使其入模溫度為15～25℃之間。

4.3.3 混凝土的現場澆筑

冬期施工綁扎鋼筋如遇下雪天時，待綁扎和綁扎完畢的鋼筋應覆蓋保護，澆筑前清除模板內的冰、雪。

應在混凝土罐車、吊斗外側包裹保溫材料，如毛氈、棉被、草簾等。

4.3.4 混凝土成品的養護

考慮各方因素，擬采用負溫養護法。在澆筑混凝土后，其上部覆蓋雙層草袋，并利用模板的固有保溫性能和電暖器供熱來達到需要的混凝土的臨界值。

4.3.5 拆模

（1）冬期混凝土強度增長估算：資料表明采用普通水泥拌制的混凝土要比礦渣水泥拌制的混凝土強度上升的迅速。早期強度隨溫度的變化而升高的速率不同。詳見下圖：

普通水泥拌制的混凝土強度隨溫度和時間變化曲線圖

（2）拆模前，先進行同條件養護試塊試壓，強度達到要求后方可拆模。

4.4 鋼筋施工措施

4.4.1 當現場溫度低于-5℃時，焊接區域應搭設防風、防雨雪的局部保溫措施，避免焊接過程與冰雪接觸和焊接接頭溫度下降過快的情況，造成冷脆等影響焊接質量。

4.4.2 綁扎鋼筋時如遇雨雪天氣，應提前采用塑料薄膜覆蓋模板、鋼筋工程施工操作面。繼續施工時，及時將模板內的冰雪打掃干凈，局部難于清理的雨雪及其它雜物，可采用暖風機、吸塵器及汽油噴燈清理。

5 結語

隨著國家“走出去”戰略和“一帶一路”倡議的不斷深入，越來越多的施工企業跨出國門，在更多的國家承接工程項目。受不同國家和地區自然環境和社會發展水平影響，給“走出去”的企業在境外施工帶來很大的困難。高寒條件下冬季混凝土施工是中亞、東北亞甚至我國東北地區普遍存在的難點，通過本項目的研究和實踐，在有效保障了混凝土施工質量的前提下，結構物的施工期得以延長，為第二年路面結構層的全線拉通和連續施工提供了前提條件。