李熙福

1 工程概況

新建蘭新鐵路第二雙線西寧至張掖段站前工程 LXS-6標(biāo)段，起訖里程為DK 275+182～DK 328+819。本標(biāo)段位于青海省海北州門(mén)源縣境內(nèi)。本段線路位于達(dá)坂山和祁連山之間的門(mén)源盆地，地勢(shì)較為平坦，地面高程多介于 2 800m～3 400m之間，呈北高南低。門(mén)源制梁場(chǎng)設(shè)于DK 288+600線路左側(cè)(新建門(mén)源車站)浩門(mén)農(nóng)場(chǎng)中。門(mén)源制梁場(chǎng)負(fù)責(zé)新建蘭新鐵路第二雙線西寧至張掖段站前工程LXS-6標(biāo)10座橋425孔24m，32m雙線整孔簡(jiǎn)支箱梁的預(yù)制架設(shè)任務(wù)。

2 氣候特點(diǎn)

本區(qū)屬于高原寒冷地區(qū)，區(qū)內(nèi)氣候具分帶性，氣溫有隨海拔上升而顯著降低的變化規(guī)律，山區(qū)寒冷潮濕，盆地區(qū)溫暖干燥。氣溫變化大，根據(jù)西海北州門(mén)源縣多年資料，年平均氣溫 1.8℃，極端最高氣溫31.7℃，極端最低氣溫-34.5℃，年平均降雨量530mm，年平均蒸發(fā)量為 1 083.9mm，常年晝夜溫差在20℃以上。每年 10月至翌年 4月為結(jié)凍期和風(fēng)季，盛吹西北風(fēng)，且風(fēng)力較大一般在 5級(jí)以上。

概括起來(lái)就是:高海拔、低氣溫、溫差大、風(fēng)力大、冬期施工長(zhǎng)。

3 冬期施工措施

3.1 冬期施工時(shí)原材料溫度控制

1)冬期施工:《鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范》規(guī)定當(dāng)環(huán)境晝夜平均氣溫連續(xù) 3 d低于 5℃或最低氣溫低于-3℃時(shí)，混凝土工程應(yīng)按冬期施工規(guī)定進(jìn)行施工。《客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》3.3.6.11條規(guī)定:“當(dāng)晝夜平均氣溫低于 5℃或最低氣溫低于-3℃，應(yīng)采取保溫措施，并按冬期施工處理”。2)外加劑:選用具有防凍性能的復(fù)合減水劑。存放在室內(nèi)包裹保溫，防止液體外加劑結(jié)晶。3)采用彩鋼板(保溫板更好)對(duì)拌合站進(jìn)行全封閉，保證骨料清潔，拌合站內(nèi)設(shè)置暖氣進(jìn)行加熱，暖棚內(nèi)溫度不低于 5℃，細(xì)骨料倉(cāng)設(shè)置地?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行加熱，保證骨料不結(jié)凍。4)拌合站設(shè)置兩個(gè)水池，冷水池容量為 200m3，熱水池容量為 50m3。熱水池采用蒸汽加熱，加熱溫度不宜高于 80℃。

3.2 冬期施工時(shí)混凝土拌合和運(yùn)輸

1)混凝土攪拌必須在暖棚內(nèi)進(jìn)行，棚內(nèi)溫度不低于 10℃。2)混凝土原材料使用時(shí)的溫度根據(jù)熱工計(jì)算和實(shí)際試拌情況確定，確?；炷寥肽囟炔恍∮?5℃。3)混凝土拌合物的出機(jī)溫度:10℃～35℃。4)混凝土澆筑時(shí)的模板溫度:5℃～35℃。當(dāng)模板溫度低于 5℃時(shí)，澆筑混凝土前，臺(tái)座上通蒸汽，使模板溫度升高。5)攪拌時(shí)應(yīng)先投骨料、水，充分?jǐn)嚢韬笤偻度胨?、礦物摻合料、外加劑等。攪拌時(shí)間以最后一種材料投入攪拌機(jī)內(nèi)開(kāi)始計(jì)算。攪拌時(shí)間一般較正常溫度下延長(zhǎng) 50%。6)混凝土拌合物的入模溫度:5℃～30℃。7)混凝土運(yùn)輸時(shí)盡可能地縮短運(yùn)距，在運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)攪拌運(yùn)輸車罐體采用保溫篷布進(jìn)行包裹，對(duì)輸送泵輸送管采用保溫棉紗進(jìn)行包裹，盡可能減少熱量損失。

3.3 箱梁混凝土養(yǎng)護(hù)

1)養(yǎng)護(hù)工藝流程?；炷翝仓瓿伞o停養(yǎng)護(hù)→蒸汽養(yǎng)護(hù)到拆模強(qiáng)度→穿預(yù)、初張拉鋼束→蒸汽養(yǎng)生到預(yù)張拉強(qiáng)度→進(jìn)行預(yù)張拉→蒸汽養(yǎng)生到初張拉強(qiáng)度→進(jìn)行初張拉→移梁→自然養(yǎng)生到終張拉強(qiáng)度→穿束、進(jìn)行終張拉→壓漿封端后自然養(yǎng)護(hù)。

2)蒸汽養(yǎng)護(hù)。a.蒸汽養(yǎng)護(hù)分靜停、升溫、恒溫和降溫四個(gè)階段。靜停期間應(yīng)保持棚內(nèi)溫度不低于 5℃，澆筑完成 4 h后方可升溫，升溫速度控制在 10℃/h之內(nèi)，恒溫時(shí)蒸汽溫度不宜超過(guò)45℃，混凝土芯部溫度不宜超過(guò)60℃，個(gè)別最大不得超過(guò) 65℃，降溫速度控制在10℃/h之內(nèi)。b.在蒸汽養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，通氣后應(yīng)定時(shí)測(cè)溫度，并做好記錄。溫度計(jì)的分布應(yīng)合理布置，溫度計(jì)的分布宜在跨中、1/4截面、梁端各布置兩塊，梁端箱內(nèi)、孔道各布置一塊，并在箱梁混凝土芯部埋設(shè)溫度計(jì)。恒溫時(shí)每 2 h測(cè)一次溫度，升溫、降溫時(shí)每 1 h測(cè)一次，并通過(guò)加汽或停汽，將升溫幅度控制在10℃/h之內(nèi)。c.拆除養(yǎng)護(hù)罩時(shí)，不可立即將養(yǎng)護(hù)罩打開(kāi)，將養(yǎng)護(hù)罩的兩端打開(kāi)，進(jìn)行箱梁室內(nèi)通風(fēng)，緩慢的將梁體表面溫度降至環(huán)境溫度之差不大于 15℃時(shí)方可拆除養(yǎng)護(hù)罩，并立即對(duì)頂面、箱內(nèi)進(jìn)行覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不少于 7 d。d.結(jié)合本地的氣候特點(diǎn)，制梁場(chǎng)全年采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，所有制梁臺(tái)座均采用10 cm保溫板進(jìn)行封閉，上部采用養(yǎng)護(hù)罩進(jìn)行封閉保溫。用 2臺(tái) 4 t蒸汽鍋爐供氣，蒸汽管路的布置要求保證養(yǎng)護(hù)罩內(nèi)每處的溫度基本一致，由電磁閥控制管道進(jìn)氣量。

3.4 管道壓漿

1)后張法預(yù)制箱梁終張拉完成后，宜在 48 h內(nèi)進(jìn)行管道壓漿。

2)壓漿時(shí)及壓漿后 3 d內(nèi)，梁體及環(huán)境溫度不得低于5℃，否則采用壓漿前將梁體吊置于存梁臺(tái)座的蒸汽養(yǎng)護(hù)棚中。

3)壓漿用水采用直接通入蒸汽的方式進(jìn)行加熱。

4 冬期施工熱工計(jì)算

4.1 混凝土比熱計(jì)算

混凝土比熱(C):單位重量的混凝土，其溫度升高1℃所需要的熱量。C50每立方米混凝土熱工計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表 1。

混凝土比熱C:

4.2 冬期混凝土拌合物溫度計(jì)算

下面分析 4種不同情況下，各種材料用量及溫度(預(yù)設(shè)氣溫為-10℃，-5℃，0℃，5℃)，如表2所示。

表1 C 50每立方米混凝土熱工計(jì)算參數(shù)

表2 不同情況下各種材料用量及溫度

1)C50混凝土拌合物溫度 T0。

其中，mce，msa，mg，mf，mw，mj分別為水泥、砂、碎石、粉煤灰(礦粉)、水、外加劑的用量，kg;Tce，Tsa，Tg，Tf，Tw，Tj分別為水泥、砂、碎石、粉煤灰(礦粉)、水，外加劑的溫度，℃;wsa，wg分別為砂、碎石含水率，%;C1，C2分別為水的比熱容，及冰的溶解熱，k J/(kg?K)，當(dāng)骨料溫度大于0℃時(shí)，C1=4.2，C2=0，當(dāng)骨料溫度不大于 0℃時(shí)，C1=2.1，C2=335。

C50混凝土拌合物溫度T0=[0.92(mceTce+msaTsa+mgTg+ mfTf)+4.2Tw(mw-wsamsa-wgmg)+C1×(wsamsaTsa+wgmgTg)-C2×(wsamsa+wgmg)]÷[4.2mw+0.92×(mce+msa+mg+mf)]。

在-10℃情況下，T01=3.0℃＜5℃。在 -5℃情況下，T02=7.1℃＞5℃。在0℃情況下，T03=13.6℃＞5℃。在 5℃情況下，T04=17.9℃＞5℃。

2)C50混凝土拌合物出機(jī)溫度 T1。

其中，Ti為攪拌棚內(nèi)溫度，設(shè)定為 10℃。在-10℃情況下，T11=4.1℃＜5℃。在-5℃情況下，T12=7.5℃＞5℃。在 0℃情況下，T13=13.0℃＞5℃。在5℃情況下，T14=16.6℃＞5℃。

3)C50混凝土拌合物經(jīng)運(yùn)輸?shù)綕仓r(shí)的溫度T2。

其中，α為溫度損失系數(shù)(h-1)，混凝土罐車運(yùn)輸時(shí)，α= 0.25;t1為混凝土拌合物自運(yùn)輸?shù)綕仓r(shí)的時(shí)間，設(shè)定為10min;n為混凝土拌合物運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，按兩次計(jì)算;Ta為混凝土拌合物運(yùn)輸時(shí)環(huán)境溫度，℃。

在-10℃情況下，T21=2.6℃＜5℃。在 -5℃情況下，T22=6.2℃＞5℃。在0℃情況下，T23=11.7℃＞5℃。在 5℃情況下，T24=15.4℃＞5℃。

4)C50混凝土澆筑成型完時(shí)的溫度 T3。

其中，T3為考慮模板和鋼筋吸熱影響，混凝土成型完成時(shí)的溫度，℃;Cc為混凝土的比熱容，計(jì)算Cc=1.08 kJ/(kg?K);Cf為模板的比熱容，kJ/(kg?K)，資料查找Cf=0.48 kJ/(kg?K);Cs為鋼筋的比熱容，kJ/(kg?K)，資料查找Cs=0.48 kJ/(kg?K);mc為每立方米混凝土重量，計(jì)算mc=2 434.3 kg;mf為每立方米混凝土相接觸模板的重量，設(shè)定mf=200 kg;ms為每立方米混凝土相接觸鋼筋的重量，設(shè)定mf=100 kg;Tf，Ts分別為模板、鋼筋的溫度，模板預(yù)熱到 10℃，鋼筋未預(yù)熱采用環(huán)境溫度，℃。

在-10℃情況下，T31=2.6℃＜5℃(不滿足要求)。在-5℃情況下，T32=6.1℃＞5℃。在0℃情況下，T33=11.4℃＞5℃。在 5℃情況下，T34=15.0℃＞5℃。

4.3 合理的混凝土冬期溫控措施

經(jīng)上述計(jì)算，當(dāng)氣溫進(jìn)入 -10℃低溫時(shí)，混凝土拌合物的各項(xiàng)溫度都低于 5℃，不符合混凝土入模溫度的要求，施工時(shí)應(yīng)對(duì)骨料進(jìn)行加熱。當(dāng)氣溫進(jìn)入-5℃低溫時(shí)，應(yīng)對(duì)混凝土骨料進(jìn)行保溫措施和拌合用水進(jìn)行加熱措施，經(jīng)拌合用水加熱升溫至 60℃的混凝土熱工計(jì)算后，上述各項(xiàng)溫度都滿足混凝土入模溫度的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

冬期施工最重要的就是保證混凝土的各種溫度滿足施工規(guī)范要求，要保證這點(diǎn)需要在混凝土原材料存放、混凝土拌和、混凝土運(yùn)輸、混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)生等各方面予以加熱或保溫。水的比熱最大，各種措施中對(duì)水進(jìn)行加熱的措施最簡(jiǎn)單有效。

[1] 李巧玲.混凝土冬期施工要點(diǎn)[J].山西建筑，2010，36(8): 168-169.