高寒阴湿地区大体积混凝土冬季施工技术研究

摘 要：卧龙沟3#特大桥承台大体积混凝土冬季施工，从混凝土原材料质量、施工过程采取了严格的温控措施，严格按照规范控制混凝土拌和、运输、浇筑、养生过程中的温度控制，在养生过程采用搭设暖棚方式，提供稳定的混凝土外部环境温度，在控制混凝土水化热方面科学计算冷凝管布置方式及数量，加强温度监控，从养生后期的混凝土质量来看，温控措施及效果良好。

关键词：大体积混凝土；冬季施工；温度控制

中图分类号：TV544 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）08-0138-03

1 工程概况

卧龙沟3#特大桥是临夏双城至达里加公路工程（以下简称双达公路）的控制性工程之一，该桥结构形式为5跨连续刚构桥（跨径组合为：75m+3×140m+75m），梁体为变截面箱梁，纵桥向按1.8次抛物线布置，主墩高155m，承台为分离式承台（承台尺寸：19×12×5），混凝土强度为C40，设计方量为1330m3。该工程地处临夏市临夏县甘肃与青海交界处，为黄土高原向青藏高原的过渡地带，气候属于高寒阴湿，全年降水较多，冬季漫长，春秋短促，且温差变化明显，气候多变，年平均气温在1.5℃～4.8℃，一月平均气温-7.7℃～10.3℃；7月平均气温12.6℃～15.9℃，历年极端最低气温-28.5℃。卧龙沟3#特大桥，如图1所示。

为保证双达公路按计划工期完工投入运营，参建各方倒排工期，研究决定于2017年12月至1月对卧龙沟3#特大桥5#墩承台进行冬季施工，为保证承台冬季施工质量特进行体积混凝土冬季施工技术研究。

2 施工方案

本工程承台冬季施工关键在于混凝土拌和、运输、浇筑、养生全过程的温度控制。为保证混凝土从制拌运输到浇筑養护全过程中其内部结构温度及外部环境温度不低于5℃，本项目通过混凝土对拌和用水、骨料加热搅拌，浇筑成形混凝土采用暖棚加蒸汽养护工艺可有效控制温度及混凝土早期强度达到规范要求。

2.1 原材料保温

（1）拌合用水加热措施。拌合用水采用蒸汽锅炉加热，加热后的水温能达到60℃，搅拌站蓄水池用保温材料覆盖并密封，混凝土搅拌时应先将水和砂石料搅拌均匀，再投入水泥，避免水泥和热水直接接触。水池存量8m×8m×3.5m=224m3>220m3（按最大生产砼1330m3）。

（2）粗、细骨料保温措施。拌和站共设砂石料仓10个，分别存放5～10mm，10～20mm碎石及中粗砂，各个料仓已经搭设全封闭料棚，砂料仓内采用蒸汽管道加热，确保仓内温度10℃以上，砂石料温度在5℃以上。

（3）胶凝材料的防冻措施。胶凝材料采用储存罐进行储存，定期对储存罐的密闭性进行检测，防止雨雪落入罐内使材料发生冻结。外加剂储存罐用电热器加热，保证罐内外加剂不发生冻结。

2.2 混凝土搅拌及运输

（1）砼搅拌前准备。为保证混凝土施工正常，对混凝土施工所需机械的运转情况进行检查，并进行试运转。拌和仓内采用一定措施进行取暖，确保拌合仓的环境温度不低于10℃，保证混凝土拌制温度满足要求。

（2）搅拌。冬期搅拌砼的合理投料顺序应与材料加热条件相适应。拌合用水经过加热后，先投入骨料和加热水进行搅拌，待搅拌一定时间后温度降低至40℃左右时，再投入水泥等胶凝材料，继续搅拌到规定的时间。第一盘砼搅拌前，先用热水预热搅拌机2分钟。搅拌时间以最后一种材料投入搅拌机内开始计算，搅拌时间一般较正常温度下延长50%左右。为保证混凝土施工质量要求，混凝土拌合物的出机温度最低不低于10℃，以确保混凝土入模温度满足要求。当混凝土出现塌落度减小或发生速凝现象时，应重新调整投料顺序、拌制工艺及原材料的加热温度，经试拌合格后方可生产。

（3）混凝土运输。为防止砼在运输过程中，温度急剧下降，混凝土灌车采用保温棉布进行包裹，并在第一次运输前先灌入热水对储料罐进行预热，避免罐车储料罐温度过低使混凝土热量损失过大，并在运输过程中用特制的保温盖扣在罐体的进出口，减少热量散失。合理安排现场运输车行走路线，尽量缩短运输时间，减少混凝土运输过程中的热量散失。合理安排，尽量避免罐车的等待时间。

2.3 混凝土浇筑

为减少混凝土浇筑时间，需采用天泵输送混凝土入模，浇筑前，用热水预热泵管，并用棉布包裹管道，减少混凝土在泵管中热量损失。在罐车出料口与汽车泵接料口处搭设挡风棚，并采用篷布密闭挡风棚，减少砼出料热量损失。

（1）模板温度控制。在钢筋、模板等施工程序完成后，安装全封闭暖棚就位于待浇筑承台处，安装牢固；安装4台暖风机对暖棚进行加热，同时对模板、钢筋进行预热，保证砼入模时模板的温度不低于5℃。

（2）砼入模前指标控制混凝土运至现场后、入模前，对混凝土的温度、塌落度、含气量及泌水率等工作性能进行检测，混凝土各项指标均符合要求后方可入模浇注。混凝土拌合物入模温度不得低于5℃，采用蒸汽养护方式时，混凝土含气量不得超过4%。同时在施工过程中，对温度及含气量测定不少于3次，并详细记录施工过程控制指标。

（3）砼浇注过程控制。砼应分层浇注，每层厚度不得小于30cm，且不超过规范要求，分层浇注时，已浇注层的砼温度不得低于5℃，混凝土浇筑施工安排在一天气温最高时段开始进行。浇注过程在暖棚内完成，暖棚顶设有临时天窗，天泵布料时打开天窗，配合溜槽进行布料，布料结束及时关闭，暖棚内放置温度计，在浇筑全过程棚内环境温度不低于5℃。

（4）砼试块的留设。按规范应较常温至少多留置2组同条件养护试件，一组用来测定砼受冻前的强度即临界强度，另一组用作检验28d的强度，砼试块应在暖棚里面制作完成，并同条件养护。

2.4 混凝土的养护

砼浇注完毕后，采用电蒸汽锅炉通入蒸汽与暖风机共同完成后续养护施工。

采用蒸汽养护时，实施跟踪养护温度，使棚温与承台混凝土水化热相适应，棚温与混凝土表面温差不大于20℃，如果恒温期间温度过高时，可将暖棚的天窗打开适当降温，当温度满足要求后，立即关闭天窗。

随承台养护的砼检查试件经试验达到混凝土80%强度后，并且砼内部温度降至20℃以下，停止供汽降温，降温速度不大于10℃/h。降温至砼表面温度与外界环境温度之差不超过20℃时，方可撤除保温设施。

3 大体积承台养护技术研究

承台冬季施工的关键是对承台的有效养护，确保混凝土在养护过程中不产生冻害，确保混凝土强度增长速度，针对混凝土养生本项目采用了全封闭暖棚养生工艺。

3.1 暖棚养生系统

暖棚主要作用于混凝土的澆筑过程中，为其浇筑提供规范要求的施工环境，暖棚采用钢管骨架，防雨篷布+保温棉覆盖，其尺寸为（长*宽*高=22m*17m*7m）。暖棚内侧安装4个24KW蒸汽发生器+4台Sk30KW型暖风机作为暖棚的供热系统，顶面开设6个60cm*60cm的天窗作为天泵的布料口。

暖棚内配备蒸养系统，由养护罩和蒸汽系统组成，养护罩采用（塑料雨布+保温岩棉被）加工而成，直接覆盖于钢管骨架上，蒸汽利用管道喷头引入养护罩内，养护罩密闭不漏蒸汽。暖棚实体，如图2所示。

3.2 承台温度监测

（1）混凝土水化热控制。为了保证承台不因内外温度差过大而产生温度裂缝，要求混凝土内部与表面温度差不应超过20℃，针对此承台设计了冷凝管进行水循环冷却。

如图3冷凝管根据承台尺寸竖向布置5层，水平面内成回形曲线布设，冷凝管采用一定强度的钢管，外径50mm，壁厚2.5mm，距承台底层、顶层50cm、中间每隔100cm各布设一层冷却水管，冷凝管进出水口在两侧集中布置，以利于集中管理，冷凝管接头采用U型软管接头连接，以保证其牢固，不漏水。冷凝管在冷却混凝土过程中严格控制进出水温度，保证进水温度与混凝土内部最高温度之差不超过20℃。

（2）温度监测。为全面监测承台混凝土浇筑（分层）、养护过程中承台温度场的变化情况，在混凝土养生过程中对外界环境温度、暖棚内温度、混凝土表面温度、承台内部典型断面进行了温度监测。浇筑块混凝土浇筑过程中，每2h测量一次温度；浇筑块混凝土浇筑完毕后至水化热升温阶段，每2h测量一次；水化热降温阶段第一周，每4h测量一次，一周后每天选取气温典型变化时段进行测量，每天测量2～4次。

环境温度、暖棚内温度、混凝土表面温度测量用TAL-2型温湿计测量，承台内部温度测量采用一线式混凝土温控监测系统FTB，根据混凝土浇筑分层数量及有效测量混凝土内部温度，共埋设温度传感器20个，分四层布设，具体位置如图4。

承台养生自承台浇筑之日起共持续14天，表1是具有代表性的温度具体情况。

表1选取了承台纵向第4、5、6号温度传感器和承台竖向第3、6、9、12号传感器的部分温度记录。表中温度自浇筑混凝土开始测量，由于混凝土分层浇筑产生的温度差不进行考虑。由表可以看出在0h（混凝土浇筑时）入模温度大于10℃，混凝土初始温度控制较好，在浇筑完成后混凝土内部温度由于棚内加热养生、水泥水化热，各传感器温度自浇筑后都有上升趋势，养生持续一定时间后温度开始回落。

由图5可知测点4、5、6混凝土入模温度控制在10度以上，控制较好，混凝土浇筑完成后温度迅速上升，在于34-40小时后温度达最大值，主要原因是水泥水化热产生大量的热量，之后在冷凝管冷凝作8用下温度缓慢下降直至接近暖棚内环境温度，各测点温差在5℃以内控制较好。由于测点4、5、6在基坑埋深在同一平面上，所以测点4、5、6在整个养护过程中温度相差不大，同时可以看出暖棚内养护温度保持较好，在20℃左右小范围浮动，在174h时，留样试块强度已达设计强度的82%，本着施工高效节约的目的，降低暖棚内温度，但保证棚内温度在5℃以上，保证混凝土强度持续增长。

由图6可知测点3、6、9、12在于36-40小时后温度达最大值，之后在冷凝管冷凝作用下温度缓慢下降直至接近暖棚内环境温度，各测点温差在10℃以内控制较好。由于测点3、6、9、12在竖直方向不同基坑埋深截面上，各测点温度差较水平方向大，测点12位于距承台顶0.5m处，其受环境温度影响最大，所以在整改养护过程中温度较其他几个测点低。

4 结论

大体积混凝土施工是一个繁杂细致的工程，在交通部倡导“品质工程”建设的大环境下，不仅要注重施工质量的提升，而且要在建设过程中不断推陈出新，借鉴现阶段成熟的技术用于本项来，正真做到用先进的工艺工法提升工程品质。

本项目大体积承台施工由于地域、温度、工期、成本等的影响，选择在冬季施工，具有较大的施工风险，因此严格施工的每一个细节，从原材料质量、混凝土拌和、运输、浇筑、养生、大体积混凝土温度控制等方面均要做好充足的准备，以保证施工质量优质。本承台的施工为同类施工条件下其他项目提供了借鉴，为本项目其他整体式大体积混凝土施工积累了经验，为学习大体积混凝土冬季施工提供了良好的学习机会。

参考文献

[1]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京：中国电力出版社，1999.

[2]孙蔚.大体积混凝土温度场及温度应力有限元分析[J].工程建筑与设计，2005，（10）：25-27.

[3]杨孟刚，文永奎，陈政清.混凝土箱梁的水化热温度监测及裂缝控制[J].铁道科学与工程学报，2001，19（3）：40-44.

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