戈壁干旱地區箱梁養護施工技術研究

文／陳威 中鐵十七局集團第二工程有限公司 陜西西安 710038

引言：

混凝土拌和中80%的水是要在其水化熱過程中揮發掉，只有20%是水泥硬化所必需的，當這80%水分慢慢揮發的同時，水泥等便會收縮，在普通混凝土中，水泥漿的干縮率限制在90%，因而在混凝土內部經常存在著引起干縮裂縫的應力狀態，而一般混凝土的抗拉強度只為整體抗壓強度的1/6-1/7，如果在水化熱的過程中，水分蒸發過快，這種干縮應力超過混凝土的抗拉強度時，便會產生干縮裂縫，同時混凝土內部水分蒸發過快過早，導致混凝土后期水化過程中缺水，也會影響其強度的形成。其混凝土裂縫的產生這將直接影響到箱梁混凝土的強度和耐久性，甚至危及到橋梁結構的安全。因此，箱梁混凝土在凝固養護期間，必須規范混凝土的養生工藝，以確保砼構件的質量，防止混凝土開裂，對養護工藝提出較高的要求。

1、工程概況及特點

1.1 工程概況

京新高速WYTJ-2 標線路總長79km，其中大橋290.48m/4 座、中橋306.16m/5 座、小橋1389m/62 座、橋梁共計1985.64 延米/71 座；預制梁板1192 片；預制數量大，且品種型號較多，給施工養護帶來極大的困難。

項目地處新疆維吾爾自治區哈密市伊吾縣下馬崖鄉，主要地理形式為戈壁與荒灘。該地區常年風沙肆虐，最大風速達到每秒20 米，常年刮風。日照時間長，冬季寒冷，夏季炎熱，空氣干燥，晝夜溫差大，冰凍期長，降雨量小，蒸發量大，極端最高氣溫43.5℃，極端最低氣溫-33.9℃；年平均氣溫3.6℃；年均降水量39.1mm，年蒸發量2800mm，長年干燥少雨，惡劣的自然環境使混凝土很容易產生開裂，成為施工過程質量控制的重中之重。

1.2 主要工程特點

（1）線路長，橋涵多，預制梁體數量較多。

京新高速WYTJ-2 標線路總長79km，其中大橋290.48m/4 座、中橋306.16m/5 座、小橋1389m/62 座、橋梁共計1985.64 延米/71 座；預制梁板1192 片；預制數量大，且品種型號較多，保證預制梁體施工及養護質量，防止裂縫產生成為橋涵施工重難點之一。

（2）大風、高溫、干旱、缺水使得混凝土養護難度增大。

由于大風天氣頻繁、氣候干燥，混凝土水分蒸發量大，造成混凝土施工養護用水的需求量增大，因此為確保養護質量和節約養護用水就必須采取試驗的方法，進一步改進原材料、配合比和施工工藝，對養護方式進行對比研究，確定最佳養護方式[1]。

2、總體研究思路及研究的具體內容

要實現良好的養護效果和經濟效益，需要從兩個方面著手，一是要確保混凝土外觀質量；二是對水資源重復利用，減少用水量，在保證質量的前提下，將效益最大化；結合工程自身特點和施工環境，有針對性的從這兩處內容著手。

通過混凝土配合比設計及研究，和箱梁自動噴淋養護系統，配合組合式移動養護棚，解決了傳統人工灑水不足，提高了養護效率，降低了運營成本，節約了大量水資源。與此同時，經過改進創新，能夠有效解決既有養護設備養護位置不全面，頂板灑水有缺失，無法有效進行腹板、底板養護等問題，在很大程度上提升了箱梁養護質量。

3、戈壁干旱地區箱梁養護技術研究

為了確保戈壁干旱地區箱梁混凝土質量，混凝土的養護成了極其重要的一道工序。在公路建設中，對混凝土箱梁的養護都是采用草袋、土工布覆蓋并反復向混凝土澆水的辦法以達到養生的目的。這種傳統養生方法不僅耗費大量的水資源，而且由于傳統的保水覆蓋物所具有的局限性，造成了砼表面干濕不一致，翼緣板無法得到應有的養護，致使收縮不均勻，最終影響混凝土的施工質量。尤其在缺水干旱的戈壁地區施工，氣候條件惡劣，晝夜溫差大，水資源匱乏，急需一種經濟實用的新型混凝土養護技術來解決砼的養護[2]。

3.1 箱梁養護所采取的措施

根據京新高速WYTJ-2 標特殊的自然環境，經過反復試驗，在戈壁干旱地區采取“箱梁自動噴淋養護系統，配合組合式移動養護棚”的混凝土養護措施效果顯著。

3.2 箱梁噴淋養護系統，配合組合式移動養護棚養護技術

3.2.1 技術特點

（1）噴淋采用自動計時和送水，能夠保證每天箱梁的養護頻率，減緩混凝土的水化熱，提高混凝土的早期強度。

（2）能夠有效保證對箱梁的腹板、底板、翼板外側的養護效果，能夠做到全天候全覆蓋養護。

（3）箱梁箱室內采用濕氣養護，有效減緩混凝土水化熱造成的水分揮發，提高了箱梁的養護質量。

3.2.2 材料選用

箱梁自動噴淋養護系統，配合組合式移動養護棚，按每節8 米設計，寬4.5m，高2.6m，頂部設置起吊環。為節約成本，養護棚選用8x8cm 方鋼做主架，4x6cm 方鋼做支撐架，外部采用隔熱、保溫、防火篷布包裹做簡易移動式防護罩。棚與棚之間連接部位用篷布搭接，搭接寬度50cm，棚內兩側及頂部設置噴淋和蒸汽養護管路設施。噴淋養護主管采用DN25 鍍鋅鋼管，棚與棚之間用軟管連接，噴淋設施每2m布設1 個。蒸汽養護主管采用DN25 鍍鋅鋼管，棚與棚之間用高壓膠管連接，蒸汽孔每50cm 設置1 個，保證噴淋和蒸養輻射整個梁體。具體見下圖1 所示。

圖1 組合式移動養護棚

3.2.3 工藝原理

箱梁噴淋養護系統，配合組合式移動養護棚主要由蒸汽養生管路、噴淋養生管路、供水循環系統、感應控制裝置及移動組合棚等組成。

箱梁噴淋養護系統，配合組合式移動養護棚，項目所處地域風沙天氣頻繁，晝夜溫差大，為減少混凝土表面水分損失快、溫差過大引起的病害，項目部自主設計移動式養護棚對梁體做隔熱、防風保護措施。箱梁澆筑完畢后，采用龍門吊將組合式養護棚分段調運至箱梁處進行覆蓋，養護棚段間設置活動接口，擰緊后即可進行工作，考慮本地區冬季時間長，工期緊張，水資源匱乏等實際情況，在養護棚內設置噴淋養護系統同時，增設蒸汽養生系統和循環用水回收利用系統，根據天氣情況適時調整相應功能，實現全天候養生，全天候預制[3]。

3.2.4 施工工藝流程及操作要點

3.2.4.1 循環水系統

為滿足制梁場養護用水需要，在制梁場東側便道旁修建養護蓄水池1 座，按每天最大養護需水量，即所有臺座同時施工，每個臺座養護一次需水150 公斤，每3 小時養護一次計算，共需水54＊（24/3）＊0.15=64.8 噸，修建長8 米、寬3.5米、深2.5 米的養護蓄水池以保證每天施工需水量，梁場用水采用水車運至養護蓄水池，并在制梁區末端設置沉淀池1座，沉淀池與場區排水系統貫通，匯集場區內養護積水，養護抽水管道埋入沉淀池清水池處，形成循環用水，在做到施工現場不積水、不積泥漿，干凈整潔，文明施工，循環利用水資源，降低施工成本。

圖2 養護蓄水池

圖3 集水溝

圖4 沉淀池

3.2.4.2 箱梁噴淋養護系統

箱梁自動噴淋養護系統包括箱梁外表面養護系統及箱內噴淋系統兩部分。箱梁外表面養護系統包括智能控制面板、噴淋系統、回收儲水箱及自動加水系統等組成，實現混凝土表面噴淋養護的目的，箱內采用智能設備養生。箱梁外表面養護系統主要是結合預制箱梁構造及存放特點，通過自動控制系統，實現自動噴淋完成箱梁頂板、腹板及底板的全方位養護。

自動、手動雙控制系統，其中手動控制是指人工利用總控制箱對噴淋養護系統進行控制，可設置噴淋時間等參數；自動控制是指利用無線網絡將控制系統與手機進行聯網，在手機終端實現對箱梁養護的控制，隨時可根據天氣、溫度等情況對養護系統進行調整，修改自動噴淋參數。

圖5 手動總控制箱

圖6 手機自動控制系統

整套系統由PLC 電路控制、噴灑、補水、供水四大部分組成，整個系統噴灑養護過程中的每個環節控制全部由一臺PLC 進行控制，可實現全自動化智能養護。箱內智能設備包括箱外的噴淋裝置及箱內的感應系統。感應系統主要是實時監測箱內混凝土表面的濕潤程度，然后把信息反饋給噴淋設備。噴淋設備根據反饋的信息以及人工輸入的控制標準自動向箱內輸入霧氣，實現箱內的自動養護的目的。

結語：

應用該成果保證了箱梁的施工質量，特別是針對戈壁干旱地區從混凝土原材料、配合比、拌制 、運輸、澆筑方式、振搗、養護等角度提出了新的思路，為后續類似地域建設提供了寶貴的技術及經驗，提供了整套的技術措施，具有良好的推廣前景。