济南市区段暗涵冬期施工技术研究与实践

摘要:济南市区段输水暗涵济洛路至洪家园桥段跨冬季施工,结合工程特点采用暖棚法施工,采取经济有效的暖棚支架和外敷保温材料。根据可施工工作面及热源条件,加热方式采取蒸汽锅炉通过管道向暖棚内供热。同时采取混凝土强度试件与洞身同条件养护,以检验拆模及拆暖棚的时机。为控制混凝土内外温差,同时保证混凝土达到设计强度85%前不受负温,暖棚拆除后对裸露混凝土表面继续保温养护。

关键词:输水暗涵;冬季施工;暖棚;加热;养护;拆模(棚)

中图分类号:TV68;TV521文献标识码:A文章编号:1672-1683(2010)02-0134-05

Construction Technology Study and Practices of Buried Culvert in Ji"nan Urban in Winter

XU Rui-lan1,ZHOU Shao-feng1,MA Qian2,ZHANG Yu-yuan3,LIU Bo4

(1. Construction & Management Bureau of the Ji"nan-to-Water Diversion of "Huanghe-Qingdao" Project; Ji"nan 250013,China;2. Office of the South-to-North Water Diversion Project Construction Committee of the State Council; Beijing 100053,China;3.Shandong Dayu Project Co.; Ltd; Ji"nan 250013,China;4. Shandong Water Project Bureau; Ji"nan 250013,China)

Abstract: In winter construction of water transfer buried culvert in Ji"nan Urban from Jiluo Road to Hongjiayuan, we adopted warm shed construction and outside wrapping heat preservation material. Based on construction working face and heat-fountainhead condition, we apply steam boiler as heating up mode for warm shed. A same curing condition was chosen with concrete intensity test piece and hollow-body to check up time of removing mould (shed). To control difference in temperature of concrete inside and outside, and to ensure no-occurrence of minus temperature before concrete reaches 85% of its design intensity, we should continue a heat preservation and curing concrete surface after remove mould (shed). The practice proves that warm shed construction is successful in Ji"nan urban area.

Key words: water transfer buried culvert; construction in Winter; warm shed; calefaction; curing; remove mould (shed)

0 引言

济南市区段输水暗涵全长23.3 km,共3孔,有两种断面尺寸分别为4.9 m×4.7 m、3.9 m×4.15 m[1],其中济洛路-洪家园桥段暗涵长11.7 km,因与济南市小清河综合治理工程结合实施,已于2008年11月开工建设,共分6个标段[2],根据济南市承办第十一届全运会的总体安排,要求工程必须冬季施工。

为保证冬期混凝土洞身施工质量,在开工前做了充分的准备及研究工作,包括招投标文件编制、开工前制定冬期施工技术要求。工程实施阶段采取了合理施工方法和可靠的技术措施,包括选择暖棚法施工、有效的蒸汽加热方式、混凝土试件同条件养护、确定合理的拆模拆棚时间等,为济南市区段剩余工程冬期施工起借鉴和指导作用。

1 济南市区段暗涵冬期施工特点

①混凝土冬期施工期限的划分原则为:当室外日平均气温连续5 d稳定在5 ℃以下或最低气温稳定在-3 ℃以下时进入冬期施工,济南市的冬季施工期大致从12月初至2月底,最低气温一般在0 ℃~ -5 ℃,-10 ℃时候很少。

②各标段暗涵沿输水线路结构型式及断面尺寸基本相同,两种断面的外轮廓宽分别为16.9 m、18.0 m,高6 m。每节一般为15 m,节与节之间设伸缩缝。

③工程位于市区,混凝土采用C30商品泵送混凝土,各拌和站距离工地现场4～15 km。

④输水暗涵位于地面以下开挖的基坑内施工,基坑设计底宽约20 m,设计边坡1∶1.25～1∶1.5,基坑深6～8 m,局部下卧段深15 m。

2 招标阶段对冬季施工的要求

①招标文件中明确要求冬季施工,且在措施项目清单中增加冬季施工措施费。

②投标文件要求有专门的冬期施工方案和技术措施,把冬期施工作为关键阶段来确定工程技术方案,内容包括工程进度、施工方法、温度控制、质量控制和试验检测等内容,其合理性、先进性作为评标的一项重要因素。

③要求中标后的施工单位抓紧进行冬季施工的准备工作,包括防护材料、热源设备等,避免仓促施工。

3 原材料、混凝土拌和物冬期施工质量控制

3.1 原材料质量

①水泥。要求优先选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,水泥标号不小于42.5 MPa。

②骨料。除要求不得含有冰块、雪团及其他易冻裂物质外,还要求清洁、级配良好、质地坚硬,冻块及其他易冻裂物质。

③拌和水。拌和水中不得含有导致延缓水泥正常凝结硬化及引起钢筋和混凝土腐蚀的离子。

④外加剂。掺入适量外加剂,以改善混凝土的工艺性能,提高混凝土的耐久性并保证其在低温期的早强及负温下的硬化,防止早期受冻。

3.2 原材料储存与加热

①骨料堆放应有足够的高度,并进行覆盖,以防冰雪和冻结。

②拌制混凝土应优先采用加热水的方法,当加热水仍不满足要求时,再对骨料进行加热。拌和水的温度一般不宜超过60 ℃。

③水泥不得直接加热,使用前宜运入暖棚内存放。

3.3 混凝土拌和、运输及浇注

①混凝土配比试验必须由有资质的实验室进行,要严格控制混凝土水胶比。

②混凝土搅拌时间应比常温搅拌适当延长,延长时间由试验确定。

③混凝土拌和物的出机温度不低于10 ℃。

④混凝土拌和物出机后,应及时运到浇注地点。加强运输过程中的保温蓄热,保证混凝土浇注入模温度不低于5℃。

⑤浇筑前应清除模板和钢筋上的冰雪和污垢。

⑥仓面清理应采用热风枪或机械方法,在老混凝土上浇注前应保证其温度正温。

⑦混凝土振捣要采用机械振捣,振捣要快速,注意边角处、止水带处要振捣密实。

3.4 混凝土养护保温

①结合热源条件和使用的材料,各标段确定适宜的保温养护方法。

②模板拆除应根据混凝土已达到的强度及混凝土的内外温差确定。具体拆模时间和拆模后的保护,应满足温控防裂要求。避免在夜间或气温骤降期间拆模,当预计拆模后混凝土表面温降可能超过6 ℃～9 ℃时,应推迟拆模时间。

③混凝土冬期施工期间,要求按照规范规定的方法和频次进行外界气温、混凝土出机口温度、入仓温度、内部温度等内容的观测,并做好记录[3-6]。

4 箱涵暖棚法施工工艺

1标段至6标段均采用暖棚加热法施工,其中下游4标段至6标段可以施工的工作面长且连续,均采用蒸汽锅炉通过管道向暖棚内供热。根据不同浇注工序,以施工5标段、6标段为例。

4.1 5标段暖棚法施工

4.1.1 暖棚结构

施工5标箱涵洞身采用跳仓法施工,每节分两次浇注,先浇注底板,后浇注立墙和顶板。因此底板暖棚与立墙、顶板暖棚需分别搭设,每段暖棚长度按节搭设一般为19 m(根据每节暗涵长度可以调整)。暖棚两端预留施工人员和材料、施工机具的进出口。

暖棚支架采用脚手钢管DN50 mm,与模板脚手架连接,两侧用地龙木固定斜撑。骨架外侧采用帆布覆盖,帆布搭接不小于50 cm,搭接处用胶布密封。暖棚搭好后用揽风绳固定。暖棚结构如图1所示。

图1 5标段暖棚结构示意图

4.1.2 加热方式

底板暖棚高度超出混凝土收仓面为1 m,棚内每个洞身安设5盏碘钨灯供热,每盏灯1 kW。

立墙、顶板暖棚高出混凝土收仓面1.5～2.2 m,根据施工工作面,共安设4台1 t蒸汽锅炉,暖棚内每个洞身安设DN50 mm U型供热管道(管道布眼,间距0.5 m),为提高供热效果,棚外管道长度最长不超过150 m,外设石棉保温。

4.2 6标段暖棚法施工

4.2.1 暖棚结构

施工6标每节箱涵分三次浇注,先浇注底板,后浇注立墙,最后浇注顶板,暖棚需分别搭设。底板跳仓浇注,暖棚按节搭设,每段长度一般为20 m,底板浇筑养护完成后整体拆除暖棚,移至下一工作面;立墙和顶板采用钢模台车连续浇注,每段暖棚长度50 m为一个单元,包括已完成段、施工段、待施工段。施工段完成浇筑后,将已完成段拆除,移至待施工段前一段,循环使用。在暖棚至外侧墙留出1.5～2.0 m的工作面,两端预留施工人员和材料、施工机具的进出口。

暖棚支撑骨架也采用脚手架,DN50 mm钢管间距沿洞身方向3.0 m,支架外侧采用复合土工膜(两布一膜)密封保温,顶部预留混凝土下料口,下料口宽50 cm,浇筑完成后,将下料口封闭。各部分暖棚结构如图2所示。

图2 6标段暖棚结构示意图

4.2.2 加热方式

暖棚高度超出混凝土收仓面为1.8～2.05 m。

根据施工工作面,共安设4台LSF0.5-0.4型蒸汽锅炉,锅炉额定工作压力0.4 MPa,蒸汽出口温度为150 ℃,供热管道采用主管DN80和支管DN50,搭设暖棚后开始供暖,即通过主管将蒸汽送至暖棚用支管连接2个自制暖气片供暖。混凝土浇筑后拆除暖气片,采用带孔钢管(孔间距0.1 m)蒸汽养护,同时暖气片移至待施工段,且支管延伸至待施工段。棚外主管最长150 m左右,外设石棉保温。

4.3 暖棚法施工工艺流程

以6标立墙和顶板暖棚法施工为例,施工流程如下。

5 暖棚法加热养护的拆模(棚)时间

5.1 拆模时规范规定的混凝土强度

根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002的规定,底模拆除时,对>2 m,≤8 m跨度的板,混凝土强度应达到设计的立方体抗压强度标准值的75%。故拆底模时C30混凝土强度应满足22.5 MPa。侧模拆除时,混凝土强度能保证其表面和棱角不因拆除模板而受损伤。本工程招标文件规定混凝土强度满足3.5 MPa即可拆除侧模。

5.2 拆暖棚时规范规定的混凝土允许受冻临界强度

①《水工混凝土施工规范》(SDJ207-82)规定。大体积外部混凝土和钢筋混凝土应不低于10 MPa。

②《建筑工程冬期施工规程》(JGJ104-97)规定。硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制的混凝土,应为设计的混凝土强度标准值的30%。故C30混凝土受冻临界强度应为9 MPa。

③《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476-2008规定。冬季施工中混凝土接触负温时的强度应大于10 MPa。

④《水工建筑物抗冰冻设计规范》(SL211-2006)规定。钢筋混凝土不应低于设计强度级别的85%。设计强度级别C30混凝土受冻前的强度应不低于25.5 MPa[7-9]。

5.3 暖棚内同条件养护试件强度统计[10]

施工5标段、6标段均采用暖棚法养护,为确定拆模(棚)时间,混凝土强度试件采用与洞身同条件养护[11]的办法,以了解混凝土强度的实际增长情况。5标段混凝土试件同条件养护不同龄期抗压强度统计见表1。6标段底板混凝土试件同条件养护7 d龄期抗压强度统计见表2。6标段顶板混凝土试件同条件养护不同龄期抗压强度统计见表3。

①底板养护后第4 d拆除侧模、继续暖棚养护至第7 d拆除暖棚;立墙养护后第7 d拆除侧模,同时拆除洞身暖棚,第14 d拆除顶板底模。

②底板试件第3 d抗压强度、立墙第7 d抗压强度及顶板试件第14 d抗压强度均大于规定的侧模拆除强度3.5 MPa和底模拆除强度22.5 MPa。因此5标底板和洞身拆模时机是满足要求的。

③由表1看出,底板和立墙、顶板试件第7 d的抗压强度均大于规范规定的允许受冻强度,故暖棚拆除时间是适宜的。拆棚后继续覆盖薄膜和棉被(侧墙覆盖棉毡)保温一般为14 d。

5.5 6标段暖棚法养护的拆模(棚)时间

①底板养护后第4 d拆除侧模,继续暖棚养护至第7 d拆除暖棚;立墙养护后第4 d拆除侧模,继续暖棚养护至第7 d拆除暖棚;顶板养护后第7 d拆除底模,继续暖棚养护至第8 d至第9 d拆除暖棚。

②立墙、顶板的养护条件与底板相同,由表2各洞身底板试件的第7 d抗压强度可以看出,强度值均大于规定的侧模拆除强度3.5 MPa、底模拆除强度22.5 MPa,亦大于规范规定的允许受冻强度,故各部位拆模、拆暖棚的时间是适宜的。拆棚后继续覆盖薄膜和棉毡保温一般不小于7 d,避免混凝土接触负温,由表3看出混凝土一般在第8 d至第9 d强度即可满足设计强度等级的85%。

5.6 拆棚后混凝土的保温养护

暖棚养护后期棚内温度缓慢降低,控制混凝土降温速率。当混凝土温度接近棚内温度 、且与外界气温相差不超过10 ℃左右时开始拆除暖棚,拆模时间安排在白天10点至16点之间气温高时进行,并避开气温骤降期。拆棚后立即在裸露混凝土表面覆盖薄膜和棉毡(或棉被)继续进行保温养护,使其缓慢冷却,混凝土继续保温一般为7～14 d,保证混凝土强度达到设计强度等级的85%。

6 暖棚法加热养护的效果

6.1 5标段暖棚法加热养护的效果

5标暖棚采用防雨帆布搭建,将整个洞身密封于暖棚之内,使用蒸汽锅炉供蒸汽加热保湿。实测棚内温度一般稳定在7℃～20 ℃之间,平均12.7 ℃。入仓温度为8℃～11 ℃,混凝土浇筑后大约3 d达到水化热最高升温平均32 ℃,6 d之后混凝土内部温度降至9℃～10 ℃左右,与棚内温度基本相同。5标段典型箱涵温度观测过程线及混凝土内外温差过程线见图3、图4。

图3 5标段典型箱涵温度观测过程线

图45标段典型箱涵混凝土内外温差过程线

从图3、图4看出:棚内温度受外界气温影响较大,其原因是防雨帆布保温性能较差和四周密封不严密所致。最高升温时段的棚内温度正处在上升势头,因此,混凝土最大内外温差为17 ℃,在温控指标范围内,不存在温度裂缝问题。

6.2 6标段暖棚法加热养护的效果

6标暖棚采用两布一膜搭建,四周封闭严密,前3～4 d使用蒸汽锅炉不间断地进行24 h供蒸汽,实测棚内稳定温度可达18 ℃～22 ℃,保温效果较理想;后3～4 d视外界气温情况调整供热蒸汽,棚内温度渐渐降至12 ℃～10 ℃左右。混凝土入仓温度一般为9 ℃～12 ℃,浇筑后2 d左右达到水化热最高升温平均32 ℃,2 d之后混凝土内部温度降至棚内温度。6标段典型箱涵温度观测过程线及混凝土内外温差过程线见图5、图6。

图5 6标段典型箱涵温度观测过程线

图6 6标段典型箱涵混凝土内外温差过程线

从图5、图6看出:暖棚内温度较高,且受外界气温影响较小,使混凝土强度增长较快,缩短模板维护时间,增加模板周转次数。混凝土急速升温时段棚内蓄热温度最高且稳定,最高升温时段的混凝土内外温差仅为14 ℃,不存在温度裂缝问题。

7 结语

①冬季施工采用暖棚法加热养护是项行之有效的保温措施。暖棚可采用脚手架支撑、四周用复合土工膜(两布一膜)密封,购置小型蒸汽锅炉,依据施工作业面及工期安排,合理配置蒸汽锅炉及管道数量。

②连续供热,使混凝土急速升温时段内控制棚内温度稳定在18 ℃～22 ℃,是保证最高升温时刻的内外温差较小、混凝土强度增长快,缩短模板维护时间、增加模板周转的前提。

③采取强度试件与洞身同条件养护,根据不同龄期混凝土强度作为拆模、拆暖棚的依据。

④严格控制混凝土内外温差,预防产生温度裂缝:暖棚养护期混凝土内外温差不大于20 ℃、拆棚后保温养护期混凝土内外温差不大于10 ℃。

⑤混凝土内部温度受外界影响较小降温较慢,而混凝土表面受外界温度影响明显降温较快,为避免混凝土产生过大内外温差,同时保证混凝土达到设计强度85%前不受负温,暖棚拆除后对裸露混凝土表面继续保温养护是必要的。

⑥截止目前5标段、6标段冬季施工的箱涵尚未发现温度裂缝,说明暖棚法施工是成功的。

⑦5标段、6标段冬季暖棚施工方法为济南市区段其他标段冬季施工的箱涵起到较好的指导作用。

参考文献:

[1] 韩凤来.济南市区段输水工程初步设计报告[R].济南:山东省水利勘测设计院,2008.

[2] 田间.济南市区段济洛路─洪家园桥段暗涵施工图设计[R].济南:山东省水利勘测设计院,2008.

[3] 钟庆华.水利工程质量检查与控制[M].合肥:安徽科学技术出版社,2003.

[4] 王安德.南水北调山东段工程战略综合效益的思路探析[J].南水北调与水利科技,2004,2(3):5-7.

[5] 罗辉,周建仁.南水北调济平干渠工程建设与环境协调工作思考[J].南水北调与水利科技,2007,5(1):4-6.

[6] 韩凤来,高德刚.济平干渠渠道衬砌排水减扬压技术研究[J].南水北调与水利科技,2006,4(3):25-27.

[7] 宋克勇,罗顺利,刘保松,等.水工混凝土裂缝控制综合分析[J].南水北调与水利科技,2007,5(4):85-87.

[8] 刘霞,田汉功,董卫军,等.南水北调济南市区段输水工程地基优化设计[J].南水北调与水利科技,2009,7(4):25-27.

[9] 田间,韩凤来,苏丽娟,等.南水北调东线穿济南市区输水方案比选[J].南水北调与水利科技,2008,6(1):253-255.

[10] 姚学健.混凝土试件抗压强度检测报告[R].济南:山东省水利工程试验中心,2009.

[11] 耿福明,余熠,徐雪峰,等.南水北调济平干渠工程混凝土抗裂性能研究[J].南水北调与水利科技,2008,6(1):95-99.

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