周騰、劉騎瑞

（1.中國雄安集團基礎(chǔ)建設(shè)有限公司，河北 保定 071000；2.中鐵二局集團有限公司，四川 成都 610091）

0 引言

冬季施工生產(chǎn)效率低下，增加了生產(chǎn)和管理成本，延長了施工工期，并且容易發(fā)生混凝土質(zhì)量事故，增加了施工安全質(zhì)量風險。同時，隨著道路中橋梁占比增大，預(yù)制梁冬季施工也越來越多。因此，研究預(yù)制小箱梁冬期施工技術(shù)具有十分重要的意義。

1 工程概況

雄縣至白溝連接線（一期）工程共設(shè)橋梁兩座，其中馬莊干渠中橋長42.9m，新蓋房分洪道特大橋全長3850.4m。其共需預(yù)制小箱梁672 片，每片小箱梁標準長度為35m。

2 氣候特點

雄縣至白溝連接線（一期）工程位于河北省雄安新區(qū)，其所屬區(qū)域氣候條件為溫帶大陸性氣候條件。通過查閱雄縣1968—2016 年相關(guān)氣象資料得知其多年平均氣溫約12.4℃，各季節(jié)氣溫差異較明顯，冬季最低氣溫為-22.2℃，年均無霜期204 天。

3 預(yù)制箱梁冬期施工特點及難點

一是冬期混凝土特點：通過查閱相關(guān)資料，當氣溫降至0～4℃時，其混凝土的凝結(jié)時間較15℃時延長約3 倍；當氣溫降至0.3～0.5℃時，就會導致混凝土的凍結(jié)，此時混凝土停止水化反應(yīng)。當氣溫降至-10℃時，混凝土的水化反應(yīng)會徹底停止，混凝土強度不再隨時間推移而增長。同時，因在負溫條件下混凝土中的游離水結(jié)冰，體積將增加約9%，會造成硬化的混凝土結(jié)構(gòu)遭到凍脹破壞。

二是冬期施工安全、質(zhì)量風險較大。因北方冬季天氣寒冷、施工場地容易結(jié)冰、取暖設(shè)備運行等易引發(fā)安全事故。同時冬期保溫措施如果不到位則容易發(fā)生混凝土凍脹、裂縫（紋）、結(jié)構(gòu)疏散、表面泛霜等質(zhì)量問題。

三是冬期施工成本較高。為保證冬期施工安全質(zhì)量可控，需從混凝土原材料開始直到混凝土養(yǎng)護的全過程采取保暖防寒措施，為保證效果，需投入大量保溫材料、設(shè)施、設(shè)備和能源等。

四是冬期施工生產(chǎn)效率低下。寒冷天氣、混凝土強度增長緩慢等因素均會導致勞動力大幅下降，生產(chǎn)效率低下。

4 預(yù)制箱梁冬期施工措施

根據(jù)該工程所處區(qū)域氣候條件及預(yù)制箱梁結(jié)構(gòu)特點，采用外部加熱法作為該工程的冬施方法，主要施工工藝為暖棚法蒸汽加熱。保溫棚根據(jù)現(xiàn)場實際情況分為3 個節(jié)段，便于吊裝拼接，節(jié)段間采用泡沫膠進行密封。

4.1 施工準備

4.1.1 技術(shù)準備

（1）在進入冬季前，設(shè)置專人負責收集與掌握當?shù)貧庀筚Y料。提前編制冬期施工專項方案，對進入冬施的部位及總體部署作統(tǒng)一安排，以此加強冬期施工管理。

（2）為了確保預(yù)制箱梁冬施工作的有序開展，必須事先做好相應(yīng)的技術(shù)準備工作。冬期施工前要按照冬期施工的專項方案向有關(guān)管理人員及作業(yè)人員做好技術(shù)交底工作，主要對冬施措施、溫度測量、熱工計算、質(zhì)量控制要點、注意事項等進行培訓，使相關(guān)人員熟練掌握冬施的各項控制指標，確保冬施質(zhì)量和安全。

（3）試驗室需提前對混凝土冬施配合比進行驗證。

4.1.2 原材料準備

（1）對進場原材料進行質(zhì)量驗收，禁止不合格的原材料進場。對進場原材料按照品種規(guī)格分類儲存，并采取防凍結(jié)、防冰雪污染等措施。

（2）為了進一步提高混凝土的抗凍能力，要在原材料上采取相應(yīng)的措施。應(yīng)該選擇抗凍能力較強的水泥類型，資料表明早強硅酸鹽水泥的抗凍效果較好[1]。

（3）摻和料宜選用活性大、早強強度好的品種，控制摻量適宜。

（4）骨料宜采用含水率低、吸水率低的粗、細骨料，不得含有冰塊、雪團、凍結(jié)塊等。

（5）防凍劑或早強劑不得含有影響混凝土質(zhì)量的有害化學成分，對混凝土施工性能、力學性能、耐久性能不得有負面不良影響。

4.1.3 物資、設(shè)備準備

（1）提前組織取暖機械設(shè)備及其燃料和其他防寒防凍物資進場，保障現(xiàn)場冬施需要。

（2）為保證原材料質(zhì)量，需對商品混凝土站砂石料棚進行全封閉，采取保溫措施。同時，對混凝土罐車等包裹保溫棉，對各種機械設(shè)備更換防凍機油，加強維修與保養(yǎng)。

（3）對使用水采取加熱措施，水箱容量和水溫能滿足連續(xù)施工要求。

（4）對預(yù)制梁場供排水管道用棉氈包裹保溫，避免凍結(jié)。

4.2 預(yù)制箱梁鋼筋冬期施工

為了保證冬施期間鋼筋加工的質(zhì)量，鋼筋存放在鋼筋加工廠內(nèi)，并按要求采取下墊上蓋措施，防止因溫度過低造成表面結(jié)冰。同時，鋼筋加工、焊接等作業(yè)均在鋼筋加工廠內(nèi)進行。根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）等要求，當在負溫度條件下進行鋼筋工程作業(yè)時，其冷脆性將會增大從而加大鋼筋斷裂的可能性。所以施工時應(yīng)對鋼筋狀態(tài)加強檢查，并采取相關(guān)措施，防止鋼筋在運輸和加工過程中發(fā)生撞擊、產(chǎn)生劃痕。當必須在室外進行鋼筋調(diào)直、冷拉、焊接作業(yè)時，應(yīng)采取有效的防雪、擋風等措施，并且其最低作業(yè)溫度不宜低于-20℃，焊接完成后焊接接頭嚴禁立刻接觸冰雪。同時，宜采取現(xiàn)場負溫條件下的焊接工藝試驗，經(jīng)驗收滿足要求后方可正式作業(yè)。

4.3 預(yù)制箱梁模板冬期施工

預(yù)制箱梁模板采用鋼模板，在拼裝前清除冰塊冰碴、積雪，并應(yīng)盡量避免用水對模板進行沖洗。預(yù)制梁模板拼裝完成后，在澆筑混凝土前2h 對鋼模板采用暖風機等設(shè)備進行預(yù)熱，使模板表面溫度達到5℃以上，防止混凝土澆筑到模板上后出現(xiàn)失溫凍結(jié)現(xiàn)象。

4.4 預(yù)制箱梁混凝土冬期施工

4.4.1 混凝土拌制

該工程預(yù)制箱梁采用商品混凝土，在生產(chǎn)前需對商品混凝土站冬施措施進行驗收，在生產(chǎn)過程中項目部需安排專人駐場，對生產(chǎn)過程進行監(jiān)督。為保證混凝土拌和質(zhì)量，冬期施工期間混凝土攪拌時間應(yīng)比常溫情況下延長50%，同時混凝土拌和物的出機溫度不宜低于10℃。

4.4.2 混凝土運輸

為盡量減少混凝土在運輸過程中的熱量損失，混凝土應(yīng)快裝快卸，運輸混凝土時盡可能地縮短運距，在運輸過程中對攪拌運輸車罐體采用保溫篷布進行包裹，對輸送泵輸送管采用保溫棉紗進行包裹，盡可能減少熱量損失[2]。應(yīng)綜合考慮運距、施工效率等狀況進而安排合理的運輸方式，同時安排專人在商品混凝土站駐場，混凝土澆筑過程中一定要保證運輸路線通暢，最大限度地縮短運輸時間，盡量施工現(xiàn)場不押車，將混凝土在澆筑之前的溫度損失降到最低。

4.4.3 混凝土澆筑

在澆筑混凝土前，必須清除鋼模板和鋼筋上的冰雪和污垢，但不能用水沖洗，也不能使用蒸汽融化冰雪。在澆筑前應(yīng)采取防風、凍結(jié)保護措施，一旦發(fā)現(xiàn)混凝土受凍則必須做出退場處理。在澆筑前需提前預(yù)埋測溫線，便于后期測溫。

混凝土出機溫度不低于10℃，入模溫度不低于5℃，盡可能選擇在白天溫度較高時澆筑混凝土，預(yù)制箱梁混凝土澆筑時選擇水平分層、橫向分段的澆筑順序，在澆筑頂板混凝土時，澆筑的同時及時采用棉被和保溫棚對澆筑完成部分進行覆蓋，減少混凝土先澆筑段熱量的損失，混凝土澆筑完成后立即采用保溫防凍措施。

4.4.4 混凝土養(yǎng)護

該工程預(yù)制箱梁混凝土采用暖棚法蒸汽加熱養(yǎng)護，在混凝土澆筑完成后，采取非常小的壓力將蒸汽成水霧狀覆蓋在混凝土表面，從而使混凝土在濕潤和蒸汽加熱的情況下凝固，這種方法加熱溫度較好控制，并且濕度較高，有助提高混凝土的質(zhì)量和外觀[3]。采用蒸汽養(yǎng)護時，澆筑完成后開始養(yǎng)護的溫度不低于5℃。保溫棚實體圖，詳見圖1 所示。

圖1 保溫棚實體圖

混凝土蒸養(yǎng)分為靜養(yǎng)、升溫、恒溫、降溫4 個階段：

靜養(yǎng)階段：靜養(yǎng)階段是指混凝土澆筑完成后到混凝土初凝之前的階段。此時混凝土中的水泥開始發(fā)生水化反應(yīng)，使得混凝土凝結(jié)硬化并獲得一定的初始結(jié)構(gòu)強度，有利于其抵抗升溫階段導致的膨脹變形。一般為時長1～3h，該項目控制時間為2h。

升溫階段：靜養(yǎng)后逐步增大送氣量，使棚內(nèi)溫度逐漸上升。該工程預(yù)制箱梁結(jié)構(gòu)表面系數(shù)為6.2＞6m?1，升溫速度控制為不大于15℃/h。升溫至25℃。

恒溫階段：升溫后調(diào)整送氣量，使棚內(nèi)溫度保持在25～30℃。恒溫階段混凝土將發(fā)生一系列化學反應(yīng)，進而影響混凝土硬度及其耐久性，所以這是混凝土蒸養(yǎng)過程至關(guān)重要的一環(huán)。

降溫階段：降溫階段是指按照一定速率將混凝土從恒溫養(yǎng)護溫度降低冷卻至室溫的階段。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，降溫速度不宜過大，該工程預(yù)制箱梁結(jié)構(gòu)表面系數(shù)為6.2＞6m?1，降溫速度控制為不大于10℃/h。

4.4.5 混凝土測溫管理

混凝土澆筑完成后及時吊裝保溫棚覆蓋預(yù)制梁，并采用蒸汽發(fā)生器輸入蒸汽控制棚內(nèi)梁體周圍的濕度和溫度。在蒸養(yǎng)過程中，對箱梁進行溫度監(jiān)控，定時測定混凝土芯部溫度、表層溫度以及環(huán)境溫度、相對濕度等?；炷琉B(yǎng)護過程中溫度不宜高于入模溫度超過50℃，芯部溫度不宜高于表面溫度超過20℃，混凝土表面溫度不宜高于大氣溫度超過20℃。測溫項目及頻次應(yīng)符合表1 的相關(guān)規(guī)定。

表1 測溫項目及頻率表

混凝土表面及模板外側(cè)溫度采用測溫槍進行快速測量，混凝土芯部及暖棚內(nèi)溫度濕度采用無線測溫技術(shù)，通過手機APP 實時掌握現(xiàn)場養(yǎng)護情況，詳見圖2、圖3。通過無線測溫技術(shù)在項目冬施工中的應(yīng)用，大大提高了溫度測量效率和準確性，為混凝土各保溫養(yǎng)護階段的溫度調(diào)整提供更加可靠的科學數(shù)據(jù)。

圖2 使用無線測溫儀自動生成混凝土內(nèi)部溫度曲線

圖3 棚內(nèi)溫、濕度自動檢測APP 記錄

4.4.6 預(yù)制箱梁模板拆除冬期施工

冬期施工混凝土的模板與保溫棚的拆除需同時滿足以下三個條件：

（1）模板和保溫棚在混凝土達到要求強度（受凍臨界強度、拆模強度、張拉強度等）后方可拆除。

（2）混凝土冷卻到5℃后方可拆除模板和保溫棚。

（3）拆模時應(yīng)測量混凝土表面溫度，若混凝土表面溫度與環(huán)境溫度溫差大于20℃時，應(yīng)對混凝土表面采取使其緩慢冷卻的臨時覆蓋措施，避免混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

5 結(jié)語

隨著我國對基礎(chǔ)建設(shè)的不斷投入，公路網(wǎng)不斷延伸、覆蓋，公路橋梁不斷增加，預(yù)制梁冬期施工將會越來越多。做好預(yù)制梁冬期施工過程中各項工序的把控將會是保證預(yù)制梁施工質(zhì)量的關(guān)鍵點。通過對預(yù)制箱梁表面溫度、保溫棚溫度、芯部溫度和大氣溫度等進行測量觀察可知采用暖棚法蒸汽養(yǎng)護是行之有效的。