懸澆箱梁冬期施工質量控制要點研究

文/王志輝

1 前言

懸臂澆筑箱梁施工進入冬期后，為了保證主橋冬季施工質量，根據《公路橋涵工程施工技術規范》及其他相關資料，特制定主橋懸澆箱梁冬季施工措施，以指導項目懸臂澆筑箱梁順利進行冬期施工。

2 工程概況

邳州龍化特大橋總長和總寬分別為2147m和27m，該橋建設形勢為左、右幅分離式。引橋上部結構后張法為預應力混凝土組合箱梁，主橋上部結構為變截面預應力混凝土連續箱梁，箱梁底寬、兩側懸臂、箱梁全寬分別為6.8m、3m、12.8m，箱梁結構形式均為分離式單箱單室[1]。

3 冬季施工的管理

施工組織全面分析并審查了冬季施工方案，而對于審查合格的施工方案，相關人員應該認真貫徹和執行。另外，在施工現場，施工組織配備了專門的人員，負責實時性的監測混凝土入模溫度以及混凝土養護期間的溫度。混凝土拌和站由專人負責測量拌和水溫和混凝土出機溫度，且測試數據及時記錄歸檔；與此同時，測量養護溫度人員一般需要每三小時檢查一次，一旦發現情況異常，立即將異常情況上報給處理小組進行處理[2]。

4 冬季施工混凝土拌和運輸熱工計算

4.1 計算混凝土拌和溫度

懸澆箱梁C50 砼計算參數如下表：

材料名稱水水泥砂 石用量（Kg）174 485 688 1077計算溫度（℃）50 20 3 3含水率0.063 0.002比熱4.2溶解熱0

計算結果：T0＝[0.89（WcTc＋WsTs+WgTg）+4.3Tw（Ww-PsWs-PgWg）+C1（PsWsTS+PgWgTg）-C2（PsWs+PgWg）]/[4.3Ww+0.89（Wc+Ws+Wg）]=14.9℃＞10℃。

4.2 計算混凝土拌和物出機溫度

計算公式為T1＝T0-0.16(T0-Tb)。其中，為了控制棚內溫度不小于8℃，除了需要應用油布遮擋攪拌機外，還要在圍擋內設置加熱器，促使升溫，在公式中表示即為Tb≥8℃。

根據上述公式計算，混凝土拌和物出機溫度為14.9℃，超過了10℃，符合相應的規范和要求[3]。

4.3 計算混凝土澆筑成型的溫度

T2＝T1-（αt+0.032n）（T1-Ta）。

經計算，混凝土拌和物成型溫度為10.6℃，超過了設定要求的5℃，滿足相應要求。

混凝土成型完成時的溫度T3公式采用T3＝（ccWcT2＋ctWtTf＋cgWgTg）/（ccWc＋ctWt＋cgWg）進行計算。通過觀察該公式，可以得出混凝土成型溫度和模板吸熱以及鋼筋吸熱之間有著關系。

結合設計要求，入模溫度不得低于5℃，利用上述公式進行計算得知，混凝土成型溫度T3＝9.5℃，滿足要求。

5 蒸養熱工計算及鍋爐選擇

5.1 升溫節段熱量消耗

5.1.1 加熱砼制品所消耗的熱量Q1：

5.1.2 應用以下公式可以計算砼制品中蒸發水分所消耗的熱量：

5.1.3 鋼結構所消耗的熱量是熱鋼模、箱梁中鋼筋和其他鋼結構消耗熱量的總和，用Q3表示，可以用下列公式進行計算；而鋼模一般由兩個部分構成：內膜和外模，所以本項目鋼模總質量按60t 計算[4]。

5.1.4 充滿養護設備自由空間的蒸汽耗熱量Q4，用下列公式進行計算：

將本設計中的已知各量的值代入上式，得：

5.1.5 升溫階段。加熱砼制品所消耗的熱量、砼制品中蒸發水分所消耗的熱量以及冷凝水帶走的熱量為總支出熱量的30%，所以升溫階段，熱量總支出可以按以下公式進行計算：Q=（Q1+Q2+Q3+Q4）/70%=31080962(kJ)

5.1.6 水泥水化熱。本項目應用的混凝土中的水泥含量為487kg/m3，整個項目施工需要應用的混凝土制品總數為154 方，由此可以計算出整個項目需要應用到的水泥總含量為487×154=74920kg。升溫期間熱量消耗可以應用以下公式計算：

升溫期的熱量消耗Qs=Q-Q6=8655565（kJ）

5.2 恒溫節段熱量消耗

恒溫階段所消耗的熱量僅僅用來維持梁的養護溫度，所以恒溫階段消耗的熱量比升溫階段消耗的熱量少。計算統計發現，恒溫階段消耗的熱量為升溫階段消耗熱量的15%，主要由兩個部分構成：散失于周圍介質的熱量；漏失蒸汽損失的熱量，即Qh=15%×Qs=1298335（kJ）[5]。

5.3 養護期間單位時間需要供給的最大熱量可以應用以下公式進行計算：

在應用上述公式計算養護期間需要供給的最大熱量，富裕系數1.4，計算過程中忽略了蒸養罩縫隙損失以及管道熱損失等因素，那么由此就可以計算最大每小時熱量支出Qm=0.62×1.4=0.86（t/h）。

本文項目施工中，施工團隊分別在主橋43#墩及44#墩的位置安裝了兩臺LSC 型工業燃煤塊，希望可以滿足主橋箱室蒸汽用量。本項目應用到的鍋爐的燃料為煤，額定蒸發量1t/h，額定壓力0.7Mpa。

5.4 計算邊跨現澆箱梁熱量消耗

本文項目邊跨現澆段砼體積為131.024m3，懸澆箱梁養護總方量為153.036m3。經計算發現，加熱現澆段砼所消耗的熱量較懸澆箱梁所需熱量多一些，這一計算結果足以證明，鍋爐蒸發量滿足現澆段養護需求。

6 冬季施工現場采取的措施

為了保證冬季施工計劃如期完成，提高冬季施工質量，項目部必須做好人力資源、設備資源以及技術資源等充分準備。

6.1 對于即將進入施工現場的施工機械設備，應加強維修和保養，購買和儲存必要的防凍液和-10#柴油，確保機械設備即使在低溫條件下，仍然可以正常運轉；砼拌和前應提前加熱水溫；針對主橋頂板和腹板等重要位置，應采取必要的防火保溫措施[6]。

6.2 準備充足的彩布條，用于捆綁現場施工材料；另外，購置充足的勞保物資，保證施工人員人身安全；運輸車外通常需要包裹篷布，以保證砼入模溫度。

6.3 冬季施工前，組織召開冬季施工技術和安全交底大會，向施工人員細致介紹冬季施工需要注意的內容以及遇到突發類情況可以采取的措施，讓所有人員都可以熟知冬季防護知識，進而保證項目冬季施工順利完成。

6.4 混凝土的配置和攪拌。將采購運輸至施工現場的骨料存放在大棚內部并適當覆蓋，避免出現冰雪凍結現象。澆筑新混凝土之前，務必保證新舊混凝土之間的結合溫度高于5℃。

6.5 焊接鋼筋，張拉預應力筋。冬季焊接施工前，為了保證焊接現場環境的穩定性，需要設置防護板，以動態的方式監測焊接現場的溫度，如果現場溫度低于-20℃，應立即停止焊接施工。冬季施工時，盡量選擇溫度較高的時段進行預應力筋張拉操作，如果環境溫度不足-15℃，嚴禁進行預應力鋼材的張拉施工。

6.6 混凝土養護。本文項目施工所應用的混凝土為普通硅酸鹽水泥配制的混凝土，完成混凝土澆筑后，如果混凝土強度小于設計強度的一半，應注意保護，避免混凝土出現受凍現象。

本文項目應用1t 的蒸汽鍋爐蒸汽養護，養護過程中混凝土升降溫速度控制如表1 所示：

表1 混凝土升降溫控制參數

6.6.1 蒸汽管道布置

施工中，不僅要為頂板設置專門的養護罩架，還要在箱室內、養護架內部、腹板外側設置3 根汽管道、2 根蒸汽管道，1 根蒸汽管道，蒸汽管道布置圖如圖1 所示。在配置管道的時候，需要注意以下內容：嚴格禁止直接將蒸汽噴射到混凝土表面上，避免局部升溫過快，影響養生效果；為了防止管線升溫過快、硬性養生效果，管線通常應該撐離混凝土；施工過程時刻注意觀察，判斷各個部分的管線是否存在漏氣現象，一旦存下漏氣現象，立即處理，避免給最終的養護效果帶來不良影響。

圖1 蒸養管道布置圖

6.6.2 現場養護包裹

懸澆箱梁現場一般需要應用到三種防護材料，由內到外分別是防火保溫被、防火保溫被、三防布。這三類材料均具有良好的保溫性、防水性、防火性、抗拉性及柔韌性。材料的包裹位置分三個部位進行，如圖2 所示。

圖2 材料的包裹位置圖

頂板部分，養護包裹由養護罩架和養護被兩大部分組成。養護罩由普通螺紋鋼筋焊接成的桁架結構組成，在表面鋪設塑料布加覆。防火保溫被，下通蒸汽管道。腹板部分，采用防火保溫被直接包裹在外側模外側，里面再包一層塑料布，有效擋風和避免蒸汽散失，兩側各通上一道蒸汽管道，現場養護溫度經測量能達到10℃左右。底板部分，采用篷布直接包裹在底模下，通上蒸汽管道，現場養護溫度經測量能達到5℃左右。邊跨現澆段養護包裹類似懸澆箱梁包裹方法，在頂板、腹板、底板進行覆蓋包裹并通上蒸汽管道，確保養護溫度達到10℃以上。

7 施工中其他注意事項

7.1 如果工期允許，混泥土澆筑施工盡量安排在溫暖的季節進行，并且盡量安排在一天中溫度較高的時段進行施工。

7.2 砼澆筑應連續進行，澆筑完成后，立即安放養護罩并覆蓋防火保溫棉被，及時通蒸汽進行保溫養生；混凝土澆筑施工前，通過試驗確定養護參數。

7.3 冷天施工應密切注意天氣預報，如果遇到寒流天氣，應該停止施工。

7.4 在冬季施工期間，為施工現場配置負責人員，一旦發現問題，應及時處理和整改，保證冬季施工質量。

8 結語

在冬季施工期間，邳州龍化特大橋懸澆箱梁在保證施工質量的前提下實現了冬季不間斷施工，加快了施工進度，保證了結構安全，為需要搶抓工期、縮短合攏時間、保障結構安全性的類似工程提供了良好的經驗借鑒案例。