桥梁简支拱冬季施工控制技术分析

方 凯 （中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛266071）

按照《铁路混凝土工程施工技术指南》的规定，冬季施工期限划分原则是根据当地多年气象资料统计，当工地昼夜平均气温连续3d低于5℃或最低气温低于-3℃时，混凝土与砌体施工应按冬季施工办理，既进入冬季施工[1]。桥梁冬季施工的技术控制措施非常关键，控制不当极易造成质量事故，产生较大经济损失。

1 工程概况

新建蒙西至华中地区铁路煤运通道工程跨兰嘎一级路大桥，全长130.65m，主跨为1～64m简支拱。冬季施工项目主要有拱肋吊装焊接、拱肋混凝土浇筑、吊杆索安装及张拉。工程位于内蒙古自治区鄂尔多斯市乌审旗境内，属于温带大陆性季风气候，冬季漫长寒冷，盛行西北风，最大风速27m/s。冰冻期为10月下旬至次年4月上旬，冻结时间长达5个多月，最大冻结深度为1.82m。

2 施工技术准备

①冬季施工前，编制冬季施工方案，明确有关人员的岗位职责，组织有关人员学习《铁路混凝土工程施工技术指南》和《建筑工程冬季施工规程》，对施工程序、防冻、测温及质量、安全等方面作周密安排。相关管理人员做好各项冬季施工记录，并妥善归档整理。

②冬季施工之前，根据当地冬季施工经验，提前委托编制冬季施工配合比。

③由试验室进行日常温度监测，并及时记录每天温度情况，随时掌握天气情况和寒流、大风警报和温度预报，确定进入冬季施工的具体时间。

④冬季施工前，要对现场的技术员、施工员、材料员、试验员、班组长、测温人员、电焊工和现场施工人员进行冬季施工技术交底。

⑤认真准备冬施期间混凝土、试块养护室及同条件养护的器材，保证加热设备、温控仪等正常工作，确保在冬季施工期间养护室的温度控制在20±2℃以内。

3 现场控制措施

3.1 拱肋混凝土压注

混凝土强度增长主要靠水化作用，混凝土受冻后游离水分结冰，体积膨胀，导致混凝土结构松散，在混凝土拌合和运输环节必须采取相应的保暖措施，保证混凝土的拌合、入模温度符合规范要求[2]。

根据冬施期间大气温度以及冬施期间原材料温度，料棚里使用4台柴油暖风机以及铺设的地暖将砂石料温度升高至2℃，拌合用水使用2台锅炉将温度升高至55℃，并对混凝土运输车覆盖棉被保温方能保证混凝土入模温度不低于5℃。委托冬施拱肋压注混凝土配合比中加入防冻剂，保证混凝土抗冻性能，钢管使用外包裹电热毯+棉被（2cm厚）+防水土工膜的方式对钢管进行升温。养护期间混凝土表面与环境温差不大于15℃，为保证吊杆张拉时拱肋混凝土强度满足要求，延长蓄热养护时间直至混凝土达到设计强度的100%。

3.2 钢结构工程

低温焊接容易产生缺陷的主要原因是焊后冷却速度过快，导致焊缝的冷裂纹敏感性增加、焊缝易产生金属偏析、焊缝冷裂纹延迟效应明显和低温脆断的可能性增加[3]。

拱肋焊接温度不得低于5℃，拱肋合龙温度为5～15℃。冬施期间拱肋焊接选择在温度较高的下午焊接，施焊的同时跟踪加热，在距离施焊位置200～300mm处，采用烘枪加热，控制此区间的温度升高至20℃以上，直至焊缝温度下降至与周围钢管温度相同，冷却速度不大于10℃/min。合龙时环境温度低于5℃，采用钢管整体包裹电热毯+棉被（2cm厚）+防水土工膜的方式对钢管进行升温，采用红外测温仪测量钢管拱温度，直至钢管拱管壁温度达到10℃左右，停止升温，并每隔半小时测温，保证钢管拱管壁温度不得低于5℃，否则需继续对钢管进行升温，直到合龙段安装焊接完成。合龙处焊口同时采用烘枪跟踪加热，保证钢管温度不低于5℃。冬季雨雪大风天气较多，必须采取防风、防雨措施，在焊道四周焊接施工棚，防雨布包裹挡风。当拱肋钢管结露或被雨雪淋湿后，须去除水分和浮锈后方可焊接。

4 混凝土入模温度热工计算

根据行业标准《建筑工程冬季施工规程》（JGJT104-2011）的要求，入模温度不得低于5℃。以低温条件下最不利情况分析，同时根据施工计划和往年天气预报情况，施工期间气温为-12℃，室外温度按照-12℃取值。

①混凝土拌和物温度：

式中：T0——混凝土拌合物的温度(℃)

mw、mce、msa、mg、ms——拌合水、水泥、砂、石、掺和料的用量（kg）

Tw、Tce、Tsa、Tg、Ts——水、水泥、砂、石、掺合料的温度（℃）

Wsa——砂含水率（%）；Wg石子的含水率（%）；

Cw——水的比热容[kJ/(kg·K)]

Ci——冰的溶解热（kJ/kg）

当骨料温度大于0℃时；Cw=4.2，Ci=0；

当骨料温度小于或等于0℃时：Cw=2.1，Ci=335

根据试验室提供的配合比，每立方米混凝土材料用量：

mw=171kg、mce=320kg、msa=801kg、mg=908kg、ms=218.86kg

对材料采取加热、覆盖、保温措施，使所用材料达到使用要求，考虑冬季温度较低，部分材料受热后取值如下：

Tw=55，Tce=2℃，Tsa=5℃，Tg=2℃，Ts=2℃，Wsa=4%，Wg=0，Cw=4.2，Ci=0。

带入上式，T0=13.9℃。

混凝土拌和物的出机温度：

T1=T0-0.16（T0-Tp）

式中：T0——混凝土拌合物的温度(℃)

Tp——混凝土机棚内温度(℃)

拌和棚温度取10摄氏度 此工程Tp取10℃，T1=13.3℃。

②混凝土拌和物运输与输送至浇筑地点时的温度

本工程选用混凝土搅拌车从搅拌站出发运输至现场，现场采用泵车浇筑。

T2=T1-ΔTy-ΔTb

ΔTy=（at+0.032n）×（T1-Ta）

式中：T2——混凝土拌合物运输与输送到浇筑地点时温度（℃）

T1——混凝土出机温度（℃）

ΔTy——采用装卸式运输工具运输混凝土时的温度降低（℃）

a——温度损失系数，混凝土搅拌车取0.2

t——混凝土拌合物运输的时间（h）

n——混凝土拌合物运转次数，运输1次，浇筑1次

Ta——室外环境气温（℃），取-12℃

带入公式，ΔTy罐车运输损失温度=（at+0.032n）×（T1-Ta）

=（0.2×1+0.032×1）×（13.3-（-12））=5.87℃

③泵车浇筑温度损失

ΔTb——采用泵管输送混凝土时的温度降低（℃），0.2

ΔT1——泵管内混凝土的温度与环境气温差（℃）

ω——透风系数，大风取1.6

db——泵管外保温层厚度（m），2.5cm矿棉

λb——泵管外保温材料导热系数，0.04w/(m·k)

Dl——混凝土甭管内径（m），125mm

Dw——混凝土泵管外围直径（包括外围保温材料）（m），0.185m

ΔTb泵车损失温度=0.18℃

④结论，T2=T1—ΔTy-ΔTb=7.25℃＞5℃，可满足要求。

从以上计算分析，混凝土冬季施工入模温度可满足规范要求。同时在气温0℃以上，泵车使用前用热水洗管，使泵管升温，泵管外覆盖保温材料更可以提高入模温度，可以很好的满足入模温度高于5℃的要求。

5 结语

通过上述措施，跨兰嘎一级路大桥冬季施工收到了良好的效果，工程在安全、质量、进度三方面均处于受控状态，同时也为今后寒冷地区简支拱桥梁施工积累了宝贵经验。