黄河峡谷区连续刚构桥冬季施工技术探析

张 凯

(山西新世纪交通建设工程咨询有限公司,山西 太原 030006)

1 工程概况

北方中部黄河峡谷区连续刚构桥由于征地拆迁造成施工进度整体滞后,无法满足整体工期节点要求。项目部对黄河峡谷区连续刚构桥0#块、1#块进行了冬季施工。

0#块断面结构尺寸为:长12 m×宽12.5 m×高9 m。

1#块断面结构尺寸为:长3 m×宽12.5 m。

2 冬季施工技术

2.1 0#冬季保温养护措施

0#块冬季施工整体一次浇筑,当24 h平均气温高于5 ℃时,采用棉篷布覆盖顶板保温,平均气温低于5 ℃时采取暖棚保温。

(1)暖棚组装:在模板两侧利用模板桁架搭设暖棚保温,保温棚由单张15 m×8 m阻燃棉篷布拼装为整体,搭接长度300 mm使用8#铁线绑扎,对模板顶板及四周覆盖阻燃棉篷布保温,底模保温是将阻燃棉篷布绑扎在竹胶板上并与四周棉篷布连接保温。为保证底模温度在底模板桁架下安装定制电热毯,并在底模竹胶板放置热风炮,当暖棚温度低于10 ℃时开启热风炮加温,连接缝隙使用阻燃棉密封。

外模每侧设置2个热风炮共8台,内模设置2台蒸汽养护机。0#块先施工底模保温措施,顶部以及四周采用阻燃棉被进行封闭,封闭段与托架竹胶板处闭合,并将阻燃棉篷布绑扎在托架上,形成保温系统,养护期间暖棚内的温度不得低于10 ℃,并安排专人每隔1 h检查暖棚温度。0#块暖棚内四角分别放置4个水桶,以保持暖棚内一定湿度。养护时间不少于7 d,暖棚内应有防火安全防护措施。

(2)供热系统:由2台蒸汽养护机和8台热风炮提供热量,热风炮功率为30 kW,蒸汽发生器使用PDZR-48KW,蒸发量60 L/h,蒸汽压力为0.5 MPa,蒸汽温度140～170 ℃。每台蒸汽养护机设两根管道,蒸汽管道用外径50 mm的胶皮管,每根长11.5 m,管道上打有小气孔,气孔每300 mm设置1个,孔径5 mm,0#块内模每台蒸汽发生器带两根管道,管道分上下两层布置,顶板2道底板2道,管道需用保温材料进行包裹,减少散热避免烫人。

(3)混凝土浇筑:混凝土浇筑前首先对暖棚预热,当暖棚内温度高于5 ℃时施工浇筑混凝土。浇筑过程中暖棚处于未完全封闭的状态,暖棚内在已浇筑完成梁段安设蒸汽发生器及热风炮,使暖棚内温度保持5 ℃以上。

混凝土浇筑时选择在上午9点开始浇筑,通过项目之前浇筑经验在下午14点前混凝土底板混凝土已浇筑完成,混凝土已进入水化热阶段,同时暖棚底模配合热风炮与蒸汽发生器,以保证已浇筑混凝土的保温与防冻。

待混凝土浇筑完毕后及时封闭暖棚,利用已按装的蒸汽发生器配合管道向新浇筑梁段内输送蒸汽养护,开启暖风炮养护设备,并派专人值班进行养护过程盯控。同时顶面收面完成后先铺塑料薄膜,再覆电热毯与阻燃棉篷布保温。箱室内部环境温度升温速度应控制在10 ℃/h以内,并在浇筑混凝土时预埋测温线,混凝土内部最高温度不大于60 ℃。

2.2 1#块冬季保温养护措施

1#块冬季施工整体一次浇筑,施工采用内外箱加热,外箱包裹保温养护方法。

(1)暖棚组装:挂篮前方、左侧、右侧防护使用10 cm岩棉彩钢板+轻型骨架搭建。挂篮顶部采用桁架+岩棉彩钢板+门帘(阻燃棉被),预留钢筋及施工材料投放空间组合搭建。侧模桁架后方(靠近0#块段),搭设岩棉彩钢板,0#块与1#块内模连接处使用篷布封堵避免热量流失。底模保温使用阻燃棉篷布与两侧岩棉彩钢板闭合连接,底模下部使用8#铁线与底模桁架绑扎连接。侧模背面喷涂10 cm厚阻燃保温泡沫胶来实现模板保温,翼缘板下加垫电热毯,对翼缘板加强保温。

暖棚保温:两侧外模设置4个热风炮、2台蒸汽养护机,顶部以及四周采用岩棉彩钢板进行封闭,形成保温系统,暖棚内的温度不得低于10 ℃,并安排专人每隔1 h检查暖棚温度。1#块暖棚内四角分别放置4个水桶,以保持暖棚内一定湿度。养护时间不少于7 d,暖棚内应有防火安全防护措施,梁体顶面和箱内放置灭火器。安排专职安全人员每小时对暖棚进行检测,并在施工前进行培训。

(2)供热系统:由2台蒸汽养护机和4台热风炮提供热量,热风炮功率为30 kW,蒸汽发生器使用PDZR-48KW,蒸发量60 L/h,蒸汽压力为0.5 MPa,蒸汽温度140～170 ℃。每台蒸汽养护机设两根管道,蒸汽管道用外径50 mm的胶皮管,每根长3 m,管道上打有小气孔,气孔每300 mm设置1个,孔径5 mm,1#块内模每台蒸汽发生器带两根管道,管道分上下两层布置,顶板2道底板2道,管道需用保温材料进行包裹,减少散热避免烫人。

(3)混凝土浇筑:混凝土浇筑前首先对暖棚预热,当暖棚内温度高于5 ℃时施工浇筑混凝土。浇筑过程中暖棚处于未完全封闭的状态,暖棚内在已浇筑完成梁段安设蒸汽发生器及热风炮,使暖棚内温度保持5 ℃以上。

混凝土浇筑时选择在上午9点开始浇筑。通过项目之前浇0#块经验,1#块在下午15点前混凝土可浇筑完成,混凝土已进入水化热阶段,同时暖棚配合热风炮与蒸汽发生器,可保证已浇筑混凝土的保温与防冻。

待混凝土浇筑完毕后及时封闭暖棚,利用已按装的蒸汽发生器配合管道向新浇筑梁段内输送蒸汽养护,开启暖风炮养护设备,并派专人值班进行养护过程盯控。同时顶面收面完成后先铺塑料薄膜,再覆电热毯与阻燃棉篷布保温。

2.3 混凝土养护

在混凝土浇注完毕后对顶棚进行封闭处理,同时通过蒸汽加热养护的方法进行养护,确保养护期间的棚内温度不低于5 ℃,混凝土浇筑完4 h后方可开始升温,升温速度严禁超过10～15 ℃/h,以均匀、连续为原则,并且不得用蒸汽直接喷射混凝土,热风炮不得直接吹模板以避免升温不均导致混凝土开裂。养护期间暖棚内温度不得低于10 ℃,如天气降温可适当增加热风炮,保证暖棚内温度。经试验确定混凝土强度满足要求后,开始降温,降温速度控制在5～10 ℃/h;降温完成后,混凝土表面温度与外界环境温度之差不得大于20 ℃。

混凝土养护时间必须大于7 d,具体拆模时间待混凝土达到设计要求强度后。根据《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T 3650—2020)的规定,采用硅酸盐水泥配制的混凝土抗冻临界强度为设计强度的50%前均不得受冻[1]。

2.4 拆模要求

混凝土拆模时的强度要达到设计强度的60%以上,同时保证构件棱角完整时方可拆模,拆模时间由梁体混凝土同条件养护试块的强度来判定。

为防止梁体混凝土接触空气时温度降温过快而导致开裂,拆模时间选择施工期间一天当中两点或下午两点室外温度较高的时间段为宜。混凝土内部尚未降温或者混凝土内部温度最高时不得进行拆模作业。对暖棚内温度以逐渐递减控制,直至内部温度与外界气温差小于20 ℃,方可拆除暖棚,模板拆除后应立即在结构外表面涂抹养护液、包裹养护膜并覆盖阻燃棉篷布。

拆模温度:

(1)为防止梁体混凝土出现早期裂缝的问题,梁体内部混凝土与表层混凝土以及与周围环境温度之间的温差均不大于20 ℃。

(2)大风或气温急剧变化时不宜脱模。

(3)拆模后应立即恢复保温棚保温养护。

2.5 张拉压浆措施

张拉钢绞线在混凝土浇筑前先穿入预应力管道内,使得钢绞线在张拉前与暖棚内的空气温度一致。雨雪天气及温度在-15 ℃以下不得进行钢绞线张拉,张拉时尽可能选择在白天的高温时间段进行。

压浆前重新覆盖保温棚并对保温棚预热,保证环境温度不得低于10 ℃,混凝土表面温度不低于5 ℃。压浆后采取蒸汽养护的方式再养护2 d以上,这期间应持续保持梁体温度在5 ℃以上。

(1)根据温度检测情况,控制纵向通长预应力钢绞线张拉及压浆温度。0#块进行张拉的前提条件为梁体混凝土强度达到设计的95%以上,弹性模量为100%且龄期大于5 d。预应力钢筋张拉温度一般不宜低于5 ℃,环境温度低于5 ℃时,在箱室内通蒸汽及暖风炮,顶面覆盖棉被及电热垫,保证梁体温度在5 ℃以上。

(2)压浆料需具备良好的可灌性、早强、不泌水和塑性微膨胀的-15 ℃压浆剂,在低温条件下对上述性能进行检验性试验合格后可开始预应力孔道压浆。采用高速搅拌机搅匀预应力孔道压浆材料,确保浆液达到设计强度前梁体的整体温度大于5 ℃,如梁体温度达不到5 ℃禁止压浆作业。

(3)张拉后24 h内,确认钢绞线无滑丝,切割钢绞线后,即可进行压浆。压浆时间选在白天温度较高的时候进行,压浆前2 h在梁体箱室及保温棚内通蒸汽和开启暖风炮进行升温,0#块顶面采用棉被和电热毯覆盖,保证梁体及箱室内温度在5 ℃以上。

(4)在压浆施工时,用加热的拌合水,水温不得超过35°,防止水泥假凝现象,且压浆时的浆体温度应在10 ℃以上。压浆前每隔1 h用红外线测温仪检查一次箱室内及梁体温度,若温度低于5 ℃应及时增大通气量,在压浆过程中测量每盘料的浆体温度,保证浆体温度不低于10 ℃。压浆后每2 h测量一次箱室内及梁体温度,直至箱室内及梁体温度恒定,保证压浆达到设计强度前梁体及环境温度不得低于5 ℃,保温棚内继续使用蒸汽养护。

(5)张拉设备应采取有效的防寒防冻措施,为确保密封件和液压油能够正常工作,应将张拉设备放置于室内保温。

2.6 温度监控措施

(1)施工期间需对周边环境温度、施工原材料温度、混凝土拌和料温度、梁体的养护温度进行实时监控,同时根据上述温度的变化情况及时调整施工防寒保暖措施。

(2)施工期间对每日的两点、八点、下午两点、晚上八点的室外气温进行实时监控,通过计算平均值得出昼夜平均气温,从而确定当日的最低气温。

(3)对水泥、粉煤灰,粗细骨料、外加剂的温度在使用前进行测量,测量时间为混凝土拌和前的四小时,混凝土拌和用水温度测量为混凝土拌和前的1 h,温度参数的确定需根据热工计算以及现场试拌来确定,通过采取相关加温措施确保水泥、粉煤灰,粗细骨料、外加剂、水在使用前的初始温度满足要求。

(4)混凝土拌和过程中需对混凝土原材料的温度进行监测。监测频率为每个工作班不得少于4次;对混凝土拌和料出盘温度监测频率为每1 h测温1次。

(5)混凝土施工现场需对每车混凝土的出罐温度进行监测,出罐温度应与拌和料的出盘温度对比,通过对比确定混凝土运输温度损失值。

(6)梁体混凝土浇筑过程中,监测施工周边温度、施工面温度和混凝土入模温度。施工周边温度、施工面温度监测频率为每工作班大于4次,混凝土入模温度监测频率为每车测温1次,并与混凝土出罐温度进行对比,通过对比确定混凝土浇筑过程中温度损失值。

(7)在混凝土养护期间,每1 h测温1次。

(8)所有温度监测均需详细记录,按照工序、作业时间、施工部位整理成册,连续梁测温采用预埋测温线,布置为顶板顶面测得混凝土表面温度、顶板与腹板倒角芯部温度、底板与腹板倒角混凝土表面温度、底板与腹板倒角芯部温度。

(9)通过测温线观测温度,从而作为控制纵向通长预应力张拉、压浆时以及浆液达到设计强度前的梁体温度不低于5 ℃的观测项目。

2.7 预应力管道防冻胀措施

预应力管道防冻胀措施采用防冻液填充预应力管道的方案,在浇筑完混凝土24 h后抽出预应力管道中的橡胶管,在预应力管道内注入防冻液,并在管道两端进行堵头。

在达到张拉条件后,用水把管道内的防冻液冲洗干净方可进行张拉。

3 施工技术成果及特点

黄河峡谷区连续刚构桥通过相关冬季施工技术措施的综合应用,连续刚构桥梁体表面未出现受冻融及外观质量较差的情况。次年5月经第三方对已施工0#、1#块混凝土强度进行检测,强度损失率低于10%,重量损失率低于3%,综合判定已施工0#、1#块混凝土的强度性能和耐久性能满足设计要求。

通过在黄河峡谷区连续刚构桥采取的相关冬季施工技术有效解决了以往在该区域冬季施工的一些共性问题。

(1)暖棚配合热风炮与蒸汽发生器的应用,避免了以往单纯采用蒸汽锅炉养护因供气量有限,造成混凝土养生温度不达标的问题,确保了项目的整体施工进度。

(2)黄河峡谷区连续刚构桥采取的冬季施工综合技术措施,相较以往单纯采用的一钟或几种保温措施,解决了黄河峡谷区连续刚构桥冬季施工温度过低,没有妥善的施工保温环境,混凝土浇筑只能在白天进行,影响梁体施工的进度,施工没有达到预期的进度的问题。

(3)张拉压浆采取的综合保温措施,有效避免了以往在张拉压浆后梁体依靠混凝土水化热提升强度,致使冬季压浆施工后的部分梁体出现裂缝的问题。

4 安全技术总结

为应对黄河峡谷区温度损失快、冬季施工条件恶劣、工程质量问题多发等难点,特制定连续刚构桥上部构造在黄河峡谷区合理的冬季施工技术措施,同时在连续刚构桥冬季施工技术实施过程中加强监管,根据监管情况,随时调整优化技术措施。从而使连续刚构桥上部构造冬季施工过程的温度得到有效的控制,使连续刚构桥上部梁体混凝土整体物理、化学反应得以正常进行。