谈预应力混凝土箱梁的冬季施工

        1 概述

        冬季施工是指根据当地多年气温资料,室外日平均气温连续5 d稳定低于5℃时混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土及砌体工程的施工。（参考《www.jianzhu518.com》）

        本工程项目为上海—武威国家重点公路南阳—豫陕界段高速公路,位于河南西南部,线路全长5. 85 km,其中9座大桥上部均为后张法预应力混凝土箱梁,共计30 m箱梁300片, 25 m箱梁280片。根据历年气象资料: 1月份为最寒冷的月份,月平均气温1℃左右,一般12月中下旬至2月中旬月平均气温在5℃以下,冬季施工期历时两个月左右。正值冬季,桥梁施工进入了上部阶段。为了保证工程按期完工和预制混凝土箱梁的质量对混凝土箱梁的预制采取了调整配合比方法,蒸汽养护等技术措施。

        2 施工前的准备工作

        1)首先做好冬季施工组织计划及准备工作,组织施工人员认真学习冬季施工技术规范,配备足够的防寒保暖材料,对各项设施和材料提前采取防雪、防冻等措施,对所有机械设备做好全面的维修和保养,以保证冬季施工期间的正常使用。

        2)调整混凝土配合比。选择适当的水泥品种是提高混凝土抗冻的重要手段。试验结果表明,应使用早强型硅酸盐水泥。该水泥水化热较大,且早期强度增长较快,一般3 d抗压强度大约相当于普通硅酸盐水泥7 d的强度,效果较明显;选用较小的水灰比和较低的坍落度稍增加水泥用量从而增加水化热量缩短混凝土达到龄期强度的时间;在混凝土中掺入早强外加剂,缩短凝结时间,提高早期强度,应用较普遍的有硫酸钠和MS-F复合早强减水剂;选择颗粒硬度高和缝隙少的集料,使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。

        3)安装锅炉和供汽管道,设置必要的安全设施,对锅炉进行试火试压,并通过有关安全部门的检验。

        4)搭设施工所需的暖棚。

        3 钢筋及钢绞线的加工制作

        1)钢筋焊接尽量在室内进行,为此需加工专门的焊工棚,保证焊接作业都在棚内操作,棚内用灯管或电热器保温,保证温度不低于5℃。当必须在室外进行时,最低温度不宜低于-20℃,并应根据实际情况用彩条布搭设临时棚等措施来防雪挡风,减小焊件温差。

        2)刚焊接好的部位应保证冷却到作业棚气温后,再置于外界气温中,避免刚焊接的部位立刻接触冰雪或极低的气温环境。

        3)避免在0℃以下用水冲洗钢筋,以免钢筋上附着水结冰。

        4)对于后张法施工的箱梁,采用蒸汽养护时不能先将钢绞线穿入梁体中,避免钢绞线生锈。为防止波纹管漏浆堵塞造成穿钢绞线困难,可预先在波纹管内穿入比波纹管直径稍小的塑料管,在混凝土浇筑完成后及时拔出,待张拉前再穿入钢绞线。

        4 混凝土的拌制

        1)在晚上和雨雪天气对砂、石料堆放场用篷布覆盖,使雨雪不进入料堆,确保集料中不积水、不带有冰雪和冻块。白天气温上升时,掀开篷布晾晒,并可用机械对当天所需材料进行翻晒。

        2)拌和后混凝土温度不能满足要求时,应首先考虑对拌和用水加热,仍不能满足时,再考虑对集料加热。水泥只保温,不得加热。

        3)我项目采用加热拌和用水的方法,制作大水箱使用煤火和多根大功率电热棒对施工用水进行加热,水温控制在40℃~60℃之间,最高不超过80℃。根据冬季拌制混凝土热工计算和试验确定,拌和站加热用水采用钢制容积为6 m3的水箱,其储水量就能够确保箱梁施工用水以及拌和后混凝土温度要求。

        4)投料前,先用热水或蒸汽冲洗搅拌机,对混有冰雪、冻结块的集料在拌和前清除干净。投料顺序为:集料→热水→水泥→外加剂,搅拌时间比常温延长50%,使混合料充分搅拌均匀。

        5)指定专人观测拌和用水加热温度、混凝土出料及入模温度,并观测运输、施工等温度损耗。出料时温度不宜低于20℃,入模温度为10℃左右,最小不得低于5℃。若混凝土入模温度达不到要求,拌和站应即时调整水温,确保符合规范要求。

        5 混凝土运输和浇筑

        1)进行精心的组织和合理的安排,使混凝土运输时间尽可能缩短,混凝土罐车包裹保温材料,减少混凝土运输过程中的热量损失。浇筑混凝土应尽量安排在白天气温最高时进行。

        2)混凝土在浇筑前应清除模板、钢筋上的冰雪和污垢,用大篷布把整个预制梁模板覆盖起来,适当的通入一些热蒸汽,使模板和钢筋温度在5℃以上。浇筑从箱梁的一端向另一端推进,分层进行,尽可能缩短混凝土浇筑时间。浇筑完顶板后及时覆盖好保温层,先覆盖一层土工布,中间铺一层塑料布,最外面再覆盖一层篷布,塑料布和篷布应下垂到地面并用砂压住边角,形成一个密闭的空间以减少热量的损失。待混凝土终凝时就可通入蒸汽升温进行养护。

        3)比常温环境下施工至少多留置两组同条件养护试块,用于确定拆模时间和测定混凝土受冻前的强度。

        6 混凝土的蒸汽养护

        1)混凝土采用锅炉生成蒸汽进行养护。经过现场试验确定,每台1 t锅炉可同时供两片箱梁的养护,蒸汽通过管道进入预制箱梁内。每片梁布设三根管道,管道采用塑料软管沿梁两侧边模和内芯模布设。由于离锅炉越远蒸汽压力越小、温度越低,为保证出汽均匀,确保箱梁各部位的温差不超过10℃。管道布置在离锅炉最近处汽眼间距为1m,离锅炉较远处汽眼间距为0. 75m,离锅炉最远处管道汽眼间距为0. 5 m。管道应设置1%左右的纵坡并把汽眼朝下,有利于排出蒸汽的冷凝水,防止阻塞管道。

        2)蒸汽养护施工中必须严格控制升降温梯度,避免升温过程中的膨胀裂缝和降温过程中的收缩裂缝。升温速度不得大于10℃/h,并安排专人观测棚内温度,养护时在箱梁两端悬挂一支温度计,升温过程中每小时观测一次,并做好记录。当升温至40℃左右时应暂停通入热蒸汽,使箱梁温度保持在这个范围内而处于恒温养护阶段。恒温养护阶段每2 h观测一次,并做好记录。

        3)箱梁在温度保持40℃左右的环境下养护6 h后就可拆除内模,拆除内模可在保温棚内进行,但应停止通入蒸汽,防止被蒸汽烫伤。根据现场同条件养护的混凝土试块进行强度试验后确认,梁体混凝土养护12 h~18 h后就可以达到不遭受冻害的最低强度,即临界强度(我国规定混凝土的临界强度为不低于设计标号的30%,也不得低于35 kg/cm2)。这时可拆除边模,拆除外模前应将棚内温度降下来,使箱梁温度与外界温差不大于15℃。降温速度不得大于5℃/h,并做好记录。拆除完模板后应及时盖好保温棚继续养护。经养护48 h后,可以停止通入蒸汽,让梁体混凝土依靠自身的水化热达到设计要求的张拉强度。在张拉前将梁体的温度冷却至与外界温度相近时,方可拆除养护的保温层,防止混凝土表面遇冷发生急剧收缩,而内部混凝土因水化热尚未完全消失而发生较大的内外温差,从而形成一种内胀外缩的现象,导致混凝土表面产生裂缝。

        7 预应力箱梁的张拉和压浆

        1)当混凝土达到设计所要求的张拉强度后就可进行预应力张拉和压浆。预应力张拉设备及仪表应设置在暖棚内,保证油压表工作环境温度不低于10℃,油压仪表采用抗冻油。

        2)压浆前用蒸汽对孔道进行预热,使孔道内温度在5℃以上,拌浆用水为40℃~60℃的热水,以提高水泥浆的入孔温度,压浆完成后用土工布和塑料布包裹进行孔道保温。

        8 冬季施工的质量保证措施

        1)成立冬季施工工程质量专项检查小组,组织制定质量保证措施,并检查、督促全体施工人员贯彻实施。2)做好技术交底和技术培训工作。

        3)设专人及时与气象部门联系,掌握天气动态,为施工提供准确及时的气象信息。

        4)试验室配备足够的检验、测量和试验设备,加大对原材料、半成品抽检频率,保证所用材料符合规范要求。

        5)试验室每天观测室外实际气温,并在施工中定期观测加热水、水泥、砂、石料等的温度,对混凝土各环节的温度进行动态控制,并且做好记录。

        6)做好施工过程责任档案记录、交接检验记录。

        7)完善责任体系,将责任细化、明确到作业班组和作业人身上。

        9 结语

        实践证明,当环境温度降到5℃以下时,只要采用适当的施工方法,避免新浇混凝土早期受冻,使外露混凝土与冬季气温保持较小温差,就会取得像在常温下施工时的效果。蒸汽养护技术不仅可以使混凝土在低温下不受冻害,还可以加快混凝土强度的增长,大大缩短箱梁预制周期,加快工程进度。