严寒地区连续梁冬施质量控制及BIM技术应用

林 屹

（中铁二十二局集团有限公司 北京 100040）

1 前言

近年来，黑龙江地区开始兴建城市间的铁路客运专线，极大满足了居民的出行活动需求，对于提升人民生活质量、解决区域发展不平衡带来了明显联动效益。但受限于黑龙江严寒地区有效工期短的难题，施工建设者不断地努力寻求解决办法，从拌和站的暖棚料仓到混凝土养护暖棚，增强混凝土冬施期间质量，最大限度减小温度过低对施工质量和工期的影响。

在我国政府的大力倡导下，BIM技术正如火如荼地应用于工程建设中，由于连续梁施工的重要性和复杂性，在施工过程中创建连续梁BIM模型，通过可视化仿真进行虚拟施工、冲突检测和3D技术交底，提高生产效率并减少各方争端，为现场施工提供技术支撑[1]。

本文以新建牡佳铁路客运专线跨佳富铁路1号特大桥连续梁施工为依托，通过总结严寒地区连续梁施工过程及关键工序，并对BIM技术运用成果展开论述，为后续相似项目施工积累经验[2]。

2 工程概况

新建牡佳铁路客运专线由黑龙江省牡丹江站至佳木斯站，线路全长371.62 km[3]。跨佳富铁路1号特大桥连续梁位于黑龙江省双鸭山市丰乐镇，中心里程为DK359+938.9，连续梁孔跨布置为（40+64+40）m。基础采用16根φ1.5 m桩基础，承台尺寸为14.6 m×14.6 m×3.5 m；墩身采用8.5 m高圆端形50∶1变截面实体桥墩；上部梁体长145.2 m，跨中截面梁高2.89 m、边跨梁高7.6 m，梁底为圆弧线形，梁体为单箱单室、变截面预应力混凝土结构，采用悬臂浇筑法施工。

该桥位于中国黑龙江省佳木斯市，北纬48°28′，年平均气温3℃[4]。冬长夏短，无霜期140 d左右。11月和3月最高气温1℃，最低气温-11℃；12月、1月和2月最高气温-13℃，最低气温-23℃。属于典型的严寒地区，冬季漫长且寒冷，施工时面临雪害冻害、工期紧张、条件恶劣等问题，为了解决本工程的施工质量和工期紧张等难题，需在冬期开展施工并做好相应准备。

3 冬施准备

3.1 冬施时间

根据高速铁路桥涵验收标准要求，当气温连续3 d低于5℃或最低气温低于0℃时进入冬季施工。根据施工所在地气候特点，冬期施工时间一般为当年10月15日至第二年3月15日。

3.2 物资准备

按现场冬期施工进度，必须将冬施所需要的相关物资材料准备就绪[5]。

（1）提前购买物品包括钢管、棉被、阻燃保温板、塑料薄膜、取暖用煤等物资，所有物资进场时需检查材料的质量合格证并经试验员检验合格方可进场。

（2）进入冬季施工前，试验人员需提前根据本工程所需要的混凝土标高及适应环境配置冬季施工混凝土，确保施工的混凝土的稳定性。

3.3 机械准备

冬季施工前需要提前经所需使用的机械进行全面检查，并需要更换防冻型低温燃料、机油、防冻液等油料，施工车辆需要更换雪地胎、防滑链等防滑措施，机械运转前需提前预热，避免造成管路断裂。

（1）供热采暖锅炉进行检验和压力试验，保证使用安全。现场保温所需蒸汽发生器、热风幕按设计数量准备就绪。

（2）蒸汽锅炉、蒸汽发生器、热风幕要由专人操控，专人管理，确保设备使用安全，以防发生安全、消防事故。

4 冬施措施

4.1 拌和站设施保温

拌和站保温范围主要包括:砂石料仓、配料机、搅拌主机、输送带、外加剂、搅拌用水等，热源采用1～4 t蒸汽锅炉。

4.1.1 砂石料仓

砂石料仓保温采用搭设暖棚，地面和围墙铺设蒸汽管道进行环境加热保温，保证砂石料为松散状态，料仓的温度保证在5℃以上。暖棚采用钢结构桁架焊接形成框架结构房屋，屋顶和侧墙用厚度为100 mm阻燃保温彩钢板，屋面隔5 m设一道透明采光板。暖棚必须保证严密，并委托具有设计、加工、安装资质的单位完成，充分考虑抗大风、大雪的要求。砂石料仓地热和暖棚详见图1、图2。

图1 料仓地热设施

图2 料仓暖棚

4.1.2 输送带、配料机、搅拌楼

为保证混凝土生产环境温度在严寒恶劣天气符合要求，将配料机、输送带和搅拌楼保温进行整体设计规划为一体暖棚，配料机设置16组暖气片，以保证配料机和输送带正常工作。搅拌楼设置8组暖气片，外墙采用厚100 mm阻燃保温板全封闭，保证搅拌楼内温度控制在10～15℃。

4.1.3 燃煤锅炉和热水池

根据供热面积和施工产能配备燃煤锅炉，锅炉房设置于配料机和搅拌楼的最近位置，尽量减少暖气管道的敷设长度，锅炉每年必须在当地特检所进行强制检定。冬季采用热水拌制混凝土，对热水温度有严格要求，水池为砖混结构，防渗漏处理，冷热水池各40 m3，上口遮盖严密，保证热水池温度能达到50～60℃。

4.2 混凝土拌制

为保证混凝土的入模温度不低于10℃，应通过热工计算和实际试拌结果来确定各种组成材料的加热温度[6]。

混凝土搅拌用水温度不得超过60℃，混凝土生产前，需预热拌和机组使其内部温度不低于3℃，投料顺序为先投入粗骨料、细骨料、加热水后放入粉料，拌和均匀后再投入水泥和外加剂，拌和时间大于180 s，并根据环境温度变化随时调整混凝土出机温度，确保混凝土到达施工现场温度控制在15℃为宜[7]。

4.3 钢筋加工

冬季施工期间为了防止钢筋温度过低，在焊接时出现质量问题，在钢筋加工时需在棚内加工，并增设一定的升温措施，保证棚内温度在0℃以上，并在棚顶安装排风机，将焊接作业产生的烟雾排除。

（1）从事焊接作业的人员需获得相关部门颁发特种作业人员证书及通过项目部安全教育考核后上岗。

（2）钢筋原材料堆放及成品、半成品堆码时需利用方木垫高15 cm并保持钢筋清洁。

（3）焊接作业时施工环境温度低于-5℃时，宜采用多层控温施焊工艺，可根据现场情况增加焊机电流，减慢焊接进度，既要防止接头过热，也要控制冷却速度。钢筋焊接作业时，钢筋加工棚内温度不得低于-20℃。

（4）钢筋焊接头要按照规范要求对其质量进行查验，包含外观检查和拉伸、抗剪、弯曲试验，每300个焊接为一个批次，每个批次取3个焊接钢筋做试验，如出现不合格现象进行双倍取样[8]。

4.4 混凝土灌注及养护

冬季现浇混凝土施工不允许在降雪天气进行，必须安排在每天10:00～17:00。在模板外侧按照蒸汽管道，外边使用100 mm阻燃保温板进行保温，顶板设置移动暖棚架，开设浇筑天窗，以防大“揭盖”降低浇筑环境温度。使用0.5 t无压力锅炉供应蒸汽，或者电蒸汽发生器供应蒸汽。混凝土到达施工现场前，需提前对暖棚进行预热，使得模板、钢筋温度控制在2℃以上。连续梁暖棚详见图3、图4。

图3 连续梁保温墙

图4 连续梁移动暖棚顶

4.5 冬季施工测温

在进入冬季施工前，由项目部试验室主任负责对所有试验人员进行培训，主要内容为测量环境温度和混凝土芯部温度，并对测温工作进行统一安排，设置专职测温人员确保测温数据真实可靠。

（1）专职测温人员每天至少3次对环境气温的测量。

（2）测温时必须详细记录所测温度及测量时间，每天由资料员整理归档。工程部负责及时掌握天气变化情况，并根据气温变化情况启动预先制定的控制预案。

（3）为准确掌握混凝土温度的变化，连续梁施工时，在每个梁段左右侧腹板位置各预埋测温线2根，其中1根埋设在预应力管道旁、1根深埋入混凝土，分别量测预应力管道温度、混凝土芯部温度，并采取保护措施，防止破坏。

（4）在混凝土养护过程中，混凝土芯部温度采用测温片进行测量，且温度控制在60℃以内[9]，并确保混凝土芯部与外表、外表与环境的温差在15℃以内[10]。

5 BIM技术应用

5.1 创建模型

新建牡佳铁路客运专线跨佳富铁路1号特大桥连续梁采用Dassault CATIA软件建立BIM模型，该软件具有操作界面清晰、建模效率高、交互性能好、适用于复杂性部位的建模等优点[11]。根据设计图纸及现场施工组织，对连续梁进行快速、准确建模，为施工阶段的0号块钢筋绑扎、支座防脱空等施工控制手段进行指导。

靠线路侧采用直径1.5 m、间距0.15 m、孔深12 m的混凝土防护桩，钢筋直径20 mm，防护桩顶部设置长30 m混凝土冠梁连接，其上设有2.2 m防护立柱；深基坑设置长9 m的Ⅳ型拉森钢板桩，三面防护，并设置两层围囹进行加固，建模结果表明加固围囹不影响后续混凝土承台施工。

0号段梁体采用钢管支架作为浇筑模板支撑，其余号段梁体采用挂篮悬臂浇筑方案，并在梁体与主墩固接处设有临时支撑，用于平衡挂篮机具所产生的施工荷载，如图5、图6所示。

图5 边墩直线段梁体

图6 0～8号段梁体

5.2 BIM施工可视化

由Dassault CATIA软件建立连续梁精细化模型后，根据现场施工组织及进度要求对施工全过程进行三维动态跟踪，由数字化虚拟技术实现连续梁施工可视化仿真，对关键监控指标进行预测，为实际施工提供参考[12]。针对0号块、临时固结、挂篮安装、合龙段等关键作业进行3D交底，并及时、高效地服务于施工现场，如图7、图8所示。

图7 连续梁0号段及挂篮施工3D交底

图8 合龙段施工3D交底

6 结束语

本文以新建牡佳客专跨佳富铁路1号特大桥连续梁施工为背景，针对严寒地区有效工期短、气温低、质量要求高等特点，利用BIM技术控制连续梁冬期施工质量，通过分析严寒地区连续梁冬季施工采用暖棚法有效保证了混凝土施工质量及张拉压浆作业环境，满足施工规范要求。通过采用BIM模型设计软件建立精细化模型，实现施工过程可视化仿真，达到3D交底的目的，减少施工错误和返工情况。