桩柱一次成型工艺混凝土保温措施研究

张成良，吕 琳，宋 烨，孙益哲，路世平

(中冀建勘集团有限公司，河北 石家庄 050200)

0 引言

我国北方地区冬季严寒时间较长，部分工程项目因受工期限制，不得不在冬季进行混凝土施工。冬季施工对混凝土的强度要求极高，由于气温低下，若混凝土保温措施不到位，会大大降低混凝土的强度。为保证混凝土的施工质量，必须采取必要的施工方法，否则在混凝土浇筑的过程中发生冻裂将会严重影响到混凝土的质量[1]。本文主要研究分析了冬季混凝土的预拌、运输、现场浇筑温度控制以及一次成桩后地面以上短柱混凝土养护，采取相应的措施来保证冬季钻孔灌注桩混凝土质量[2]。

1 桩柱一次成型工艺介绍

工程灌注桩桩柱一次成型的施工方法，涉及所有桩基工程的基桩可靠性试验与检测项目，以往工程试桩桩体与桩头两步成型制作，不可避免地存在两者材料的不均一性和二者人为弱面问题，其试验检测结果受其缺陷因素影响与实际工程基桩工程力学特征具有一定的偏差，不同程度地影响了试验结果的可靠度，其次桩头养护的时间效应和必须投入的材料浪费极大地影响了工程总运营周期，造成的经济损失巨大。桩柱一次成型的施工方法降低了两步法的缺陷影响因素，极大地提高了试验和检测的可靠性，同时由于缩短试验周期提高工程效率，两者的综合效应具有潜在与直接的显著经济效益。

当地面混凝土灌注地面，进行超灌控制，清理上部的浮浆渣物，保证桩头是新鲜混凝土。将混凝土初凝时间控制在6 h以上，确保地面以上混凝土施工时，下部混凝土尚未凝固；支立模板进行地面以上短柱浇筑，确保高承台桩一次浇筑成型，避免施工缝现象发生；本文针对冬季气温低下地面以上成品短柱保温措施进行研究分析，保证桩柱一次成型质量。

2 冬季混凝土施工特点

混凝土强度的增长取决于水泥水化反应的结果。水泥的水化反应和水及温度有关，当温度降低时，水的活性减弱，水化反应减慢，特别是当温度降低到0 ℃以下时，水结冰，水泥的水化反应停止，因此保证水泥水化反应是混凝土冬期施工的关键。当温度低于 5 ℃，与常温比，混凝土强度增长缓慢，在5℃条件下养护28 d，其强度增长仅能达到标养28 d 的60%左右。桩基施工时，混凝土在搅拌站完成搅拌后，及时运输至现场浇筑，保证混凝土入模温度不低于5 ℃，以避免混凝土内部结构可能遭到冻害，根据桩基施工的特点混凝土直接浇筑至孔内，地层温度一般情况下为恒温15 ℃，高于冬季地表气温。

3 冬季混凝土保温措施

3.1 砂石骨料原材保护

为了保证冬季工程顺利开展，进入冬季低温施工期以前对原料进行储备。根据灌注桩混凝土的配合比，计算在进入冬季施工前砂石骨料筛分系统需制备的混凝土浇筑用砂石骨料储备量，备料系数取1.25，小石、中石和砂的储备量必须以此计算好。此外，当日平均气温稳定在-5 ℃以下时，可在砂石骨料仓地面上铺设的水平钢管采用热空气通过管壁进行热交换，加热骨料。搅拌站建设原材料大棚，对原材料起保温作用，避免雨雪对原材料的影响。

3.2 混凝土搅拌

(1)对搅拌站采取密封保温，搭设保温暖棚。对搅拌机、传输皮带、料仓等采取密封，密封后的内部设备架设加温循环水管；现场水箱增加加热棒对搅拌用水进行加热处理，并做好用电防护措施。搅拌站须将后台上料口和室外砂石计量部分一并封闭，且开工前搞好加热水箱计量装置及配外加剂各类溶池、计量等设施。

(2)冬期施工中混凝土搅拌过程中采用热水搅拌。对拌和用水加热，加热最高温不得超过60 ℃，仍不能满足要求时，采取对集料加热，加热最高温不得超过40 ℃，注意水泥只保温不得加热。严禁水泥与80 ℃以上的水直接接触。

(3)搅拌站设专人对大气温度、混凝土原材料温度、混凝土出罐温度等进行测量记录，并随时向项目部技术负责人汇报。

(4)混凝土的搅拌时间应比常温延长 50%，每盘混凝土常温搅拌时间现为90 s，冬期施工搅拌时间应增加至135 s。

(5)搅拌混凝土时，骨料不得带有冰雪或冻结团块，严格控制混凝土的配合比和坍落度。

3.3 混凝土的运输

(1)采用砼运输罐车运输，砼罐车表面用帆布覆盖保温，减少热量损失，并尽量在最短时间内运输至现场。混凝土拌合完成后，应对本车的混凝土温度进行温度测量并进行记录，满足要求后再进行后续混凝土生产[3]。

(2)混凝土运输选用能确保浇筑工作连续进行、运输能力与混凝土搅拌机的搅拌能力相匹配的运输设备。

(3)运输混凝土过程中，保持运输混凝土的道路平坦畅通，保证混凝土在运输过程中保持均匀性，运到浇筑地点时不分层、不离析、不漏浆，并具有要求的坍落度和含气量等工作性能。

(4)混凝土的运输过程快装快卸，不得中途转运或受阻。当拌制的混凝土出现坍落度减小或发生速凝现象时，应进行重新调整拌和料的加热温度。

(5)尽量减少混凝土的转载次数和运输时间。从搅拌机卸出混凝土到混凝土浇筑完毕的延续时间以不影响混凝土的各项性能为限。

(6)罐车运输混凝土过程中宜慢速搅拌混凝土。倒运次数要少，搅拌速度应以2～4转/分钟为宜。当罐车到达浇筑现场时，应使罐车高速旋转20～30 s，再将混凝土拌和物卸入混凝土料斗。保证混凝土的均匀性和坍落度。

(7)混凝土搅制好后，及时运到浇灌地点，运输速度要快，时间要短，在运输过程中应注意防止混凝土热量散失。到达现场后，项目部技术人员对混凝土温度进行测量，合格后继续观察罐内混凝土是否有表层冻结、混凝土离析、水泥砂浆流失、坍落度不满足等现象，对于不符合要求的混凝土做清退处理。

3.4 混凝土的浇筑

(1)浇筑混凝土前检测混凝土温度，观察混凝土中是否有冻块等杂物，合格后方可浇筑，保证混凝土浇筑温度不低于5 ℃(见图1)。

(2)在现场放置电子温度计，并定时记录混凝土温度；在浇筑混凝土时，对混凝土进行测温。

图1 砼浇筑前对混凝土温度监测

(3)桩基灌注中保证混凝土的浇筑连续不间断进行。

(4)灌注混凝土所用的导管，应具有足够的刚度和强度，导管接头密封圈安放牢固、正确，并涂抹黄油保证其不漏水不漏气，导管在灌注前应清洗干净，导管吊装使用吊车进行。

(5)合理安排罐车的到场时间。冬施期间，搅拌站可通过调节罐车的时间，前车出发30 min后继续发车，这样在前一辆车刚刚灌注完毕后，第二车就可以连续灌注，此种措施避免满载罐车在现场停留时间过长导致混凝土温度损失。

3.5 混凝土短柱养护

(1)在短柱浇筑完成后，应在模板外侧与顶部包裹土工布，同时在最外侧包裹塑料薄膜；至少48 h后，方可在温度相对较高的白天进行拆模，拆模后应立即在短柱混凝土表面涂抹养护液，并用塑料薄膜包裹，在短柱的侧面与顶部继续用土工布包裹，同时在最外侧包裹塑料薄膜。根据现场实际情况，对短柱混凝土表面进行温度监测，确保短柱混凝土的养护温度不低于5℃，当温度不合要求时采取加厚土工布包裹的措施(见图2)。

(2)冬期浇筑的混凝土，其受冻临界强度应符合下列规定：对有抗渗要求的混凝土，不宜小于设计混凝土强度等级的50%(见图3)。

图2 桩基浇筑地面以上成品温度监控

图3 桩基施工短柱成品冬季保温措施

4 冬季混凝土施工强度分析

4.1 回弹仪测试现场成桩强度

钻孔灌注桩在冬季施工过程中，对混凝土采取了一系列保温措施后对于桩体成桩后混凝土强度进行分析，现场采用回弹仪对成桩后桩头进行抗压强度检测，检测成桩后短柱抗压承载能力，经过多桩测量。混凝土抗压强度数据如表1所示。

表1 C40混凝土短柱强度测量数值表

图4 灌注桩冬季施工成桩后桩头混凝土强度变化曲线

4.2 桩体混凝土留置试块抗压试验检测

根据现场取样留置试块送到标养室后分别取龄期为7 d、14 d、28 d进行抗压强度检测，检测结果如表2所示，混凝土强度变化曲线见图4。

表2 施工现场混凝土留置试块强度检测数值表

图5 试块标养与同条件下混凝土周期强度变化对比

经过图5数据分析，冬季施工温度对于混凝土的强度有一定的影响，通过冬季混凝土保护措施对于混凝土强度保护有一定的效果，强度情况满足设计要求，所采取混凝土保温措施起到一定的良好效果，对于施工质量有一定的保障。

5 结语

通过对冬季混凝土施工的分析，可以得知冬季施工混凝土工程质量控制较复杂，采取有效的保温措施和实时监测对冬季施工混凝土强度影响至关重要，总结如下：

(1)混凝土原材的储存应考虑到降温及雨雪天气的影响，建设室内仓库进行保温，必要时增加加热系统，保证混凝土原材料的温度；

(2)混凝土搅拌过程中要利用一定温度的热水去进行拌和，保证混凝土的出厂温度，并实时监测；

(3)混凝土在运输过程中，对于运输车辆要进行保温覆盖，运输速度要快，时间要短，在运输过程中应注意防止混凝土热量散失；

(4)混凝土浇筑前进行温度监测，保证浇筑前的混凝土温度热量满足设计要求，浇筑时要连续不间断进行；

(5)对于地面以上砼浇筑，短柱浇筑完成后，应在模板外侧与顶部包裹土工布，同时在最外侧包裹塑料薄膜；根据现场实际情况，对短柱混凝土表面进行温度监测，确保短柱混凝土的养护温度不低于5℃，当温度不合要求时采取加厚土工布包裹的措施；

冬季混凝土施工作业对质量要求极为严格，因此对于桩身混凝土的温度，混凝土浇筑后成桩的强度要实时监测，整理分析数据，以相关规范要求及设计要求为参考，进行强度分析，保证桩柱一次成型灌注桩冬季施工质量。