雷亮

[新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊830000]

0 引言

新疆地處我國(guó)西北，晝夜溫差大，非常利于農(nóng)作物的種植與生產(chǎn)。而在工程行業(yè)，建筑物與構(gòu)筑物整體性能與氣溫變化同樣密切相關(guān)。眾所周知，混凝土作為建筑材料之一，其具備強(qiáng)度高、成本低的優(yōu)勢(shì)，這使得其應(yīng)用范圍廣泛[1]。但是，混凝土的強(qiáng)度受溫度影響變化較大。已有研究表明，新疆地區(qū)的混凝土常年受到干濕交替和溫差變化等環(huán)境因素的影響，加之上部荷載反復(fù)作用，導(dǎo)致混凝土損壞嚴(yán)重，后期養(yǎng)護(hù)也產(chǎn)生較大費(fèi)用[2]。因此，新疆高寒地區(qū)作為一種特殊的工程環(huán)境，成為專(zhuān)家和學(xué)者研究的重點(diǎn)。

混凝土發(fā)生破裂，一方面受環(huán)境影響，另一方面也存在設(shè)計(jì)的因素[3]。延長(zhǎng)混凝土在高寒地區(qū)的使用壽命，應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)，既要從施工和材料上加以管控，也要從設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行分析。將以新疆高寒地區(qū)為研究背景，探討預(yù)制橋梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及施工工序。

1 新疆高寒地區(qū)工程特點(diǎn)

為了更好地研究新疆高寒地區(qū)預(yù)制橋梁的設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)，將新疆高寒地區(qū)特殊的工程環(huán)境及存在的關(guān)鍵技術(shù)難題進(jìn)行了整理[4]，如表1所示。

表1 新疆高寒地區(qū)工程特點(diǎn)及技術(shù)難題

在新疆高寒地區(qū)，除了溫度低這個(gè)明顯的特點(diǎn)外，還有另外一個(gè)隱藏的工程隱患——鹽沼澤。極低的氣溫，導(dǎo)致冰雪難以融化，為使交通正常運(yùn)轉(zhuǎn)，技術(shù)人員通常會(huì)采用撒鹽的方式加快冰雪融化，這種方法雖然能快速解決交通問(wèn)題，但長(zhǎng)此以往，會(huì)使得氯離子滲透進(jìn)土層，導(dǎo)致土層鹽漬化嚴(yán)重，見(jiàn)圖1。

圖1 新疆高寒地區(qū)鹽漬土

2 高寒地區(qū)預(yù)制橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 溫度對(duì)橋梁的影響

在自然環(huán)境中，橋梁結(jié)構(gòu)受到多種因素的綜合影響。比如，隨著溫度的晝夜變化，橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能也會(huì)隨之變化。然而，橋梁結(jié)構(gòu)整體性能卻不僅受自然溫度的影響，還與橋梁自身所處的地理位置、氣候變化、光照強(qiáng)度、季節(jié)變換的因素有著密切聯(lián)系。橋梁會(huì)通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流等方式與所處環(huán)境的空氣介質(zhì)時(shí)刻進(jìn)行熱交換。相關(guān)資料顯示，溫度變化對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的荷載可分為三類(lèi)：太陽(yáng)熱輻射作用產(chǎn)生的日照溫度荷載；外界環(huán)境溫度突變導(dǎo)致橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度出現(xiàn)較大起伏的驟降溫差荷載；四季變化產(chǎn)生的年溫差荷載。

在高寒地區(qū)，太陽(yáng)輻射對(duì)橋梁施工的影響較小，而溫度驟降和年溫差對(duì)橋梁施工的影響較大。這是因?yàn)槭┕ぶ芷诳缍却螅瑯蛄涸诓煌氖┕きh(huán)境下所受溫度荷載不同，因此，溫度是橋梁施工時(shí)一個(gè)不容忽視的因素。二十世紀(jì)五六十年代，就已有學(xué)者開(kāi)始研究溫度荷載，與其他應(yīng)力不同的是，溫度應(yīng)力并不服從于常規(guī)的胡克定律。

2.2 高寒地區(qū)橋梁常見(jiàn)的破壞類(lèi)型

2.2.1 鹽溶液遷移造成混凝土腐蝕

考慮到新疆地區(qū)冬季降雪次數(shù)多，氣溫較低，為避免積雪對(duì)路面造成不利影響，多采用撒鹽的方式進(jìn)行除雪處理，這使得鹽分對(duì)橋梁各個(gè)部位結(jié)構(gòu)產(chǎn)生侵蝕、腐蝕和破壞，見(jiàn)圖2。

圖2 某橋梁被腐蝕的樁基

2.2.2 凍融剝蝕破壞

新疆高寒地區(qū)，受凍融作用的影響，混凝土構(gòu)造物會(huì)出現(xiàn)剝蝕破壞，見(jiàn)圖3。具體表現(xiàn)為混凝土表面發(fā)生剝落，使得表層砂漿和骨料暴露于室外，不利于混凝土早期強(qiáng)度的形成。

圖3 橋梁混凝土剝落鋼筋外露

2.3 高寒地區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高寒地區(qū)的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屬于特殊地區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，依據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）（簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》）可知，高寒地區(qū)的環(huán)境類(lèi)別為凍融環(huán)境，環(huán)境作用等級(jí)為Ⅱ類(lèi)。此類(lèi)環(huán)境反復(fù)凍融，會(huì)使混凝土大受損傷，前文提到過(guò)橋梁常見(jiàn)的損壞多數(shù)是因?yàn)閮鋈谘h(huán)?！兑?guī)范》中要求，當(dāng)橋梁處于高寒凍融地區(qū)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

2.3.1 根據(jù)橋梁不同的使用年限，設(shè)計(jì)不同的混凝土強(qiáng)度。

2.3.2 橋墩所處的不同位置氣溫差別較大時(shí)，應(yīng)分段設(shè)計(jì)，以此適應(yīng)不同的氣候環(huán)境。

2.3.3 橋梁表面易積水的位置，應(yīng)盡可能增加排水設(shè)計(jì)，避免雨水腐蝕橋梁。

2.3.4 橋梁連接部位應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)得可靠，并做好防腐措施。

3 高寒地區(qū)預(yù)制橋梁施工

3.1 預(yù)制橋梁施工的特點(diǎn)

3.1.1 在高寒地區(qū)，由于風(fēng)沙大、氣候惡劣、晝夜溫差大且溫度低、所處海拔較高，因而使得施工難度進(jìn)一步加大，導(dǎo)致施工效率低、施工人員積極性不足。

3.1.2 在高寒地區(qū)施工中，首要任務(wù)是確保預(yù)制橋梁混凝土不受凍脹影響過(guò)大，同時(shí)確保施工人員不被凍傷。

3.1.3 在高寒地區(qū)施工中，核心任務(wù)是采用較好的加熱取暖和保溫措施。在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，前期應(yīng)多采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的方式，后期則采用施工棚與燃煤爐相結(jié)合的措施。

3.1.4 溫度測(cè)控在預(yù)制橋梁施工中具有至關(guān)重要的作用，應(yīng)采用多種措施相結(jié)合的方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，從而為橋梁施工提供必要的信息參考依據(jù)，有利于橋梁施工的后續(xù)進(jìn)行，減少問(wèn)題的發(fā)生。

3.1.5 預(yù)制橋梁所使用的混凝土與漿體中，需注入一定劑量的防凍劑，使用劑量隨溫度隨時(shí)調(diào)整。

3.2 高寒地區(qū)預(yù)制橋梁混凝土的制備及養(yǎng)護(hù)

3.2.1 材料的選擇

在材料選擇上，水泥應(yīng)使用低堿含量普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料采用中砂，粗骨料采用粒徑為5～25mm碎石，同時(shí)使用I級(jí)粉煤灰。表2 為新疆某地橋梁混凝土材料組成建議值：

表2 新疆某地橋梁混凝土材料組成建議值

3.2.2 混凝土制備要點(diǎn)

（1）在冬季混凝土施工上料這一環(huán)節(jié)，各項(xiàng)操作應(yīng)按照規(guī)程進(jìn)行，原材料溫度需要控制在一定范圍內(nèi)，具體實(shí)施中應(yīng)做到每小時(shí)對(duì)骨料溫度進(jìn)行一次測(cè)定，且溫度不得高于40℃。

（2）在實(shí)驗(yàn)室對(duì)混凝土配制過(guò)程中，應(yīng)注意將水灰比控制在較小值內(nèi)，禁止攪拌混凝土，確保測(cè)定出的坍落度在設(shè)計(jì)的坍落度范圍內(nèi)。

（3）在混凝土攪拌過(guò)程中，應(yīng)按照溫度控制原則，優(yōu)先確定加熱的水溫?cái)?shù)值。若采用添加熱水這一方式無(wú)法滿(mǎn)足混凝土入模要求，則應(yīng)預(yù)先對(duì)骨料進(jìn)行加熱。

（4）在對(duì)混凝土攪拌前及停止攪拌后，要對(duì)攪拌設(shè)備采用熱水沖洗。為確保原材料可以攪拌均勻，應(yīng)在一般攪拌時(shí)間的基礎(chǔ)上延長(zhǎng)50%，將攪拌時(shí)間控制在2～3min；對(duì)前5 次攪拌后的混凝土，確定每一次的坍落度，之后每5 次確定一次坍落度即可，同時(shí)要保證坍落度在80～120mm 之內(nèi)。

（5）水溫不同，投料順序也不同。當(dāng)水溫小于60℃時(shí)，投料順序?yàn)椋阂淮涡詫⑼饧觿?、I 級(jí)粉煤灰和粗細(xì)骨料混合投入，干拌0.5min 后，再投入水泥和水后攪拌3min；當(dāng)水溫高于60℃時(shí)，投料順序?yàn)椋菏紫韧度氪旨?xì)骨料，并加水?dāng)嚢?.5min 后，再加入水泥和外加劑、I 級(jí)粉煤灰，混合拌制3min 后觀察混凝土狀態(tài)。若在加熱條件下，混凝土出現(xiàn)坍落度較小或速凝的現(xiàn)象，應(yīng)考慮降低拌和過(guò)程中的溫度。

3.2.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

（1）蒸汽養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)多采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的方式，養(yǎng)護(hù)方法與常規(guī)方法一致。橋梁主體澆筑完畢后，橋面板和擋渣墻澆筑則應(yīng)采取蒸汽養(yǎng)護(hù)措施。蒸汽養(yǎng)護(hù)措施結(jié)束后必須及時(shí)覆蓋全部混凝土，并在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中做好溫度監(jiān)控。

（2）自然養(yǎng)護(hù)

自然養(yǎng)護(hù)即混凝土脫模后，不采取其他養(yǎng)護(hù)措施，在混凝土表面涂抹養(yǎng)護(hù)劑即可，以防止混凝土因?yàn)闇囟茸兓_(kāi)裂。

3.3 施工風(fēng)險(xiǎn)分析

高寒地區(qū)施工不同于一般施工環(huán)境，外界環(huán)境復(fù)雜，施工困難，對(duì)工程人員的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)要求極高。除此之外，預(yù)制橋梁在安裝過(guò)程中也存在很多風(fēng)險(xiǎn)，例如橋梁頂推、焊接及吊裝的危險(xiǎn)。下面將逐一探討存在的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題：

3.3.1 為了加強(qiáng)技術(shù)人員的安全意識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，應(yīng)定期開(kāi)展專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)和安全知識(shí)教育，以實(shí)際工程為例，組織學(xué)習(xí)最新的安全規(guī)章制度，強(qiáng)調(diào)高寒地區(qū)工程的特殊性。

3.3.2 橋梁頂推施工一旦偏移過(guò)大，就會(huì)造成失穩(wěn)。因此在施工中要特別注意，橫向偏移量盡量不超過(guò)10mm。應(yīng)在橋梁上安裝導(dǎo)向位移塊，配合橋墩上的千斤頂，以此來(lái)糾偏和導(dǎo)向。

3.3.3 焊接強(qiáng)度對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響。焊工屬于特殊工種，不同工人所焊接的質(zhì)量不同。因此在焊接部位，既要保證焊接材料的統(tǒng)一，也要保證焊接質(zhì)量的統(tǒng)一，嚴(yán)格控制焊接結(jié)果。

3.3.4 在吊裝板梁時(shí)，要注意控制起吊位置和預(yù)制構(gòu)件的重量，保證預(yù)制構(gòu)件在起重機(jī)的吊裝范圍內(nèi)，加強(qiáng)起吊機(jī)周?chē)藛T的安全防護(hù)，安排專(zhuān)人監(jiān)督。

4 結(jié)論

本文以新疆高寒地區(qū)的特殊環(huán)境為背景，分析了這一地區(qū)預(yù)制橋梁施工特點(diǎn)以及所面臨的技術(shù)問(wèn)題?？偨Y(jié)了高寒地區(qū)預(yù)溫度對(duì)預(yù)制橋梁結(jié)構(gòu)的影響，受日照的影響因素較小，主要緣于氣溫低和年溫差大。同時(shí)，還研究了氣溫對(duì)預(yù)制橋梁結(jié)構(gòu)帶來(lái)的損害。溫度荷載直接影響橋梁結(jié)構(gòu)受力，而低氣溫則會(huì)導(dǎo)致冰雪不化，采取撒鹽的措施融化冰雪會(huì)使得氯離子增多，導(dǎo)致土地鹽堿化，對(duì)橋梁基礎(chǔ)和預(yù)制混凝土都將造成破壞性的影響。

此外還從施工角度分析了高寒地區(qū)預(yù)制橋梁混凝土的制備要點(diǎn)和養(yǎng)護(hù)措施，以及高寒地區(qū)預(yù)制橋梁存在的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。

我國(guó)高寒地區(qū)的工程建設(shè)也越來(lái)越成熟，技術(shù)也日漸改善。同時(shí)，隨著標(biāo)準(zhǔn)化施工的逐步推進(jìn)，多個(gè)地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施。預(yù)制構(gòu)件作為標(biāo)準(zhǔn)化施工中的一環(huán)，正在逐步代替現(xiàn)場(chǎng)澆筑，提高施工效率。