悬浇箱梁冬期施工质量控制要点研究

时间：2024-04-24

文/王志辉

1 前言

悬臂浇筑箱梁施工进入冬期后，为了保证主桥冬季施工质量，根据《公路桥涵工程施工技术规范》及其他相关资料，特制定主桥悬浇箱梁冬季施工措施，以指导项目悬臂浇筑箱梁顺利进行冬期施工。

2 工程概况

邳州龙化特大桥总长和总宽分别为2147m和27m，该桥建设形势为左、右幅分离式。引桥上部结构后张法为预应力混凝土组合箱梁，主桥上部结构为变截面预应力混凝土连续箱梁，箱梁底宽、两侧悬臂、箱梁全宽分别为6.8m、3m、12.8m，箱梁结构形式均为分离式单箱单室[1]。

3 冬季施工的管理

施工组织全面分析并审查了冬季施工方案，而对于审查合格的施工方案，相关人员应该认真贯彻和执行。另外，在施工现场，施工组织配备了专门的人员，负责实时性的监测混凝土入模温度以及混凝土养护期间的温度。混凝土拌和站由专人负责测量拌和水温和混凝土出机温度，且测试数据及时记录归档；与此同时，测量养护温度人员一般需要每三小时检查一次，一旦发现情况异常，立即将异常情况上报给处理小组进行处理[2]。

4 冬季施工混凝土拌和运输热工计算

4.1 计算混凝土拌和温度

悬浇箱梁C50 砼计算参数如下表：

材料名称水水泥砂石用量（Kg）174 485 688 1077计算温度（℃）50 20 3 3含水率0.063 0.002比热4.2溶解热0

计算结果：T0＝[0.89（WcTc＋WsTs+WgTg）+4.3Tw（Ww-PsWs-PgWg）+C1（PsWsTS+PgWgTg）-C2（PsWs+PgWg）]/[4.3Ww+0.89（Wc+Ws+Wg）]=14.9℃＞10℃。

4.2 计算混凝土拌和物出机温度

计算公式为T1＝T0-0.16(T0-Tb)。其中，为了控制棚内温度不小于8℃，除了需要应用油布遮挡搅拌机外，还要在围挡内设置加热器，促使升温，在公式中表示即为Tb≥8℃。

根据上述公式计算，混凝土拌和物出机温度为14.9℃，超过了10℃，符合相应的规范和要求[3]。

4.3 计算混凝土浇筑成型的温度

T2＝T1-（αt+0.032n）（T1-Ta）。

经计算，混凝土拌和物成型温度为10.6℃，超过了设定要求的5℃，满足相应要求。

混凝土成型完成时的温度T3公式采用T3＝（ccWcT2＋ctWtTf＋cgWgTg）/（ccWc＋ctWt＋cgWg）进行计算。通过观察该公式，可以得出混凝土成型温度和模板吸热以及钢筋吸热之间有着关系。

结合设计要求，入模温度不得低于5℃，利用上述公式进行计算得知，混凝土成型温度T3＝9.5℃，满足要求。

5 蒸养热工计算及锅炉选择

5.1 升温节段热量消耗

5.1.1 加热砼制品所消耗的热量Q1：

5.1.2 应用以下公式可以计算砼制品中蒸发水分所消耗的热量：

5.1.3 钢结构所消耗的热量是热钢模、箱梁中钢筋和其他钢结构消耗热量的总和，用Q3表示，可以用下列公式进行计算；而钢模一般由两个部分构成：内膜和外模，所以本项目钢模总质量按60t 计算[4]。

5.1.4 充满养护设备自由空间的蒸汽耗热量Q4，用下列公式进行计算：

将本设计中的已知各量的值代入上式，得：

5.1.5 升温阶段。加热砼制品所消耗的热量、砼制品中蒸发水分所消耗的热量以及冷凝水带走的热量为总支出热量的30%，所以升温阶段，热量总支出可以按以下公式进行计算：Q=（Q1+Q2+Q3+Q4）/70%=31080962(kJ)

5.1.6 水泥水化热。本项目应用的混凝土中的水泥含量为487kg/m3，整个项目施工需要应用的混凝土制品总数为154 方，由此可以计算出整个项目需要应用到的水泥总含量为487×154=74920kg。升温期间热量消耗可以应用以下公式计算：

升温期的热量消耗Qs=Q-Q6=8655565（kJ）

5.2 恒温节段热量消耗

恒温阶段所消耗的热量仅仅用来维持梁的养护温度，所以恒温阶段消耗的热量比升温阶段消耗的热量少。计算统计发现，恒温阶段消耗的热量为升温阶段消耗热量的15%，主要由两个部分构成：散失于周围介质的热量；漏失蒸汽损失的热量，即Qh=15%×Qs=1298335（kJ）[5]。

5.3 养护期间单位时间需要供给的最大热量可以应用以下公式进行计算：

在应用上述公式计算养护期间需要供给的最大热量，富裕系数1.4，计算过程中忽略了蒸养罩缝隙损失以及管道热损失等因素，那么由此就可以计算最大每小时热量支出Qm=0.62×1.4=0.86（t/h）。

本文项目施工中，施工团队分别在主桥43#墩及44#墩的位置安装了两台LSC 型工业燃煤块，希望可以满足主桥箱室蒸汽用量。本项目应用到的锅炉的燃料为煤，额定蒸发量1t/h，额定压力0.7Mpa。

5.4 计算边跨现浇箱梁热量消耗

本文项目边跨现浇段砼体积为131.024m3，悬浇箱梁养护总方量为153.036m3。经计算发现，加热现浇段砼所消耗的热量较悬浇箱梁所需热量多一些，这一计算结果足以证明，锅炉蒸发量满足现浇段养护需求。

6 冬季施工现场采取的措施

为了保证冬季施工计划如期完成，提高冬季施工质量，项目部必须做好人力资源、设备资源以及技术资源等充分准备。

6.1 对于即将进入施工现场的施工机械设备，应加强维修和保养，购买和储存必要的防冻液和-10#柴油，确保机械设备即使在低温条件下，仍然可以正常运转；砼拌和前应提前加热水温；针对主桥顶板和腹板等重要位置，应采取必要的防火保温措施[6]。

6.2 准备充足的彩布条，用于捆绑现场施工材料；另外，购置充足的劳保物资，保证施工人员人身安全；运输车外通常需要包裹篷布，以保证砼入模温度。

6.3 冬季施工前，组织召开冬季施工技术和安全交底大会，向施工人员细致介绍冬季施工需要注意的内容以及遇到突发类情况可以采取的措施，让所有人员都可以熟知冬季防护知识，进而保证项目冬季施工顺利完成。

6.4 混凝土的配置和搅拌。将采购运输至施工现场的骨料存放在大棚内部并适当覆盖，避免出现冰雪冻结现象。浇筑新混凝土之前，务必保证新旧混凝土之间的结合温度高于5℃。

6.5 焊接钢筋，张拉预应力筋。冬季焊接施工前，为了保证焊接现场环境的稳定性，需要设置防护板，以动态的方式监测焊接现场的温度，如果现场温度低于-20℃，应立即停止焊接施工。冬季施工时，尽量选择温度较高的时段进行预应力筋张拉操作，如果环境温度不足-15℃，严禁进行预应力钢材的张拉施工。

6.6 混凝土养护。本文项目施工所应用的混凝土为普通硅酸盐水泥配制的混凝土，完成混凝土浇筑后，如果混凝土强度小于设计强度的一半，应注意保护，避免混凝土出现受冻现象。

本文项目应用1t 的蒸汽锅炉蒸汽养护，养护过程中混凝土升降温速度控制如表1 所示：

表1 混凝土升降温控制参数

6.6.1 蒸汽管道布置

施工中，不仅要为顶板设置专门的养护罩架，还要在箱室内、养护架内部、腹板外侧设置3 根汽管道、2 根蒸汽管道，1 根蒸汽管道，蒸汽管道布置图如图1 所示。在配置管道的时候，需要注意以下内容：严格禁止直接将蒸汽喷射到混凝土表面上，避免局部升温过快，影响养生效果；为了防止管线升温过快、硬性养生效果，管线通常应该撑离混凝土；施工过程时刻注意观察，判断各个部分的管线是否存在漏气现象，一旦存下漏气现象，立即处理，避免给最终的养护效果带来不良影响。

图1 蒸养管道布置图

6.6.2 现场养护包裹

悬浇箱梁现场一般需要应用到三种防护材料，由内到外分别是防火保温被、防火保温被、三防布。这三类材料均具有良好的保温性、防水性、防火性、抗拉性及柔韧性。材料的包裹位置分三个部位进行，如图2 所示。

图2 材料的包裹位置图

顶板部分，养护包裹由养护罩架和养护被两大部分组成。养护罩由普通螺纹钢筋焊接成的桁架结构组成，在表面铺设塑料布加覆。防火保温被，下通蒸汽管道。腹板部分，采用防火保温被直接包裹在外侧模外侧，里面再包一层塑料布，有效挡风和避免蒸汽散失，两侧各通上一道蒸汽管道，现场养护温度经测量能达到10℃左右。底板部分，采用篷布直接包裹在底模下，通上蒸汽管道，现场养护温度经测量能达到5℃左右。边跨现浇段养护包裹类似悬浇箱梁包裹方法，在顶板、腹板、底板进行覆盖包裹并通上蒸汽管道，确保养护温度达到10℃以上。