预制小箱梁冬期施工技术研究

周腾、刘骑瑞

（1.中国雄安集团基础建设有限公司，河北 保定 071000；2.中铁二局集团有限公司，四川 成都 610091）

0 引言

冬季施工生产效率低下，增加了生产和管理成本，延长了施工工期，并且容易发生混凝土质量事故，增加了施工安全质量风险。同时，随着道路中桥梁占比增大，预制梁冬季施工也越来越多。因此，研究预制小箱梁冬期施工技术具有十分重要的意义。

1 工程概况

雄县至白沟连接线（一期）工程共设桥梁两座，其中马庄干渠中桥长42.9m，新盖房分洪道特大桥全长3850.4m。其共需预制小箱梁672 片，每片小箱梁标准长度为35m。

2 气候特点

雄县至白沟连接线（一期）工程位于河北省雄安新区，其所属区域气候条件为温带大陆性气候条件。通过查阅雄县1968—2016 年相关气象资料得知其多年平均气温约12.4℃，各季节气温差异较明显，冬季最低气温为-22.2℃，年均无霜期204 天。

3 预制箱梁冬期施工特点及难点

一是冬期混凝土特点：通过查阅相关资料，当气温降至0～4℃时，其混凝土的凝结时间较15℃时延长约3 倍；当气温降至0.3～0.5℃时，就会导致混凝土的冻结，此时混凝土停止水化反应。当气温降至-10℃时，混凝土的水化反应会彻底停止，混凝土强度不再随时间推移而增长。同时，因在负温条件下混凝土中的游离水结冰，体积将增加约9%，会造成硬化的混凝土结构遭到冻胀破坏。

二是冬期施工安全、质量风险较大。因北方冬季天气寒冷、施工场地容易结冰、取暖设备运行等易引发安全事故。同时冬期保温措施如果不到位则容易发生混凝土冻胀、裂缝（纹）、结构疏散、表面泛霜等质量问题。

三是冬期施工成本较高。为保证冬期施工安全质量可控，需从混凝土原材料开始直到混凝土养护的全过程采取保暖防寒措施，为保证效果，需投入大量保温材料、设施、设备和能源等。

四是冬期施工生产效率低下。寒冷天气、混凝土强度增长缓慢等因素均会导致劳动力大幅下降，生产效率低下。

4 预制箱梁冬期施工措施

根据该工程所处区域气候条件及预制箱梁结构特点，采用外部加热法作为该工程的冬施方法，主要施工工艺为暖棚法蒸汽加热。保温棚根据现场实际情况分为3 个节段，便于吊装拼接，节段间采用泡沫胶进行密封。

4.1 施工准备

4.1.1 技术准备

（1）在进入冬季前，设置专人负责收集与掌握当地气象资料。提前编制冬期施工专项方案，对进入冬施的部位及总体部署作统一安排，以此加强冬期施工管理。

（2）为了确保预制箱梁冬施工作的有序开展，必须事先做好相应的技术准备工作。冬期施工前要按照冬期施工的专项方案向有关管理人员及作业人员做好技术交底工作，主要对冬施措施、温度测量、热工计算、质量控制要点、注意事项等进行培训，使相关人员熟练掌握冬施的各项控制指标，确保冬施质量和安全。

（3）试验室需提前对混凝土冬施配合比进行验证。

4.1.2 原材料准备

（1）对进场原材料进行质量验收，禁止不合格的原材料进场。对进场原材料按照品种规格分类储存，并采取防冻结、防冰雪污染等措施。

（2）为了进一步提高混凝土的抗冻能力，要在原材料上采取相应的措施。应该选择抗冻能力较强的水泥类型，资料表明早强硅酸盐水泥的抗冻效果较好[1]。

（3）掺和料宜选用活性大、早强强度好的品种，控制掺量适宜。

（4）骨料宜采用含水率低、吸水率低的粗、细骨料，不得含有冰块、雪团、冻结块等。

（5）防冻剂或早强剂不得含有影响混凝土质量的有害化学成分，对混凝土施工性能、力学性能、耐久性能不得有负面不良影响。

4.1.3 物资、设备准备

（1）提前组织取暖机械设备及其燃料和其他防寒防冻物资进场，保障现场冬施需要。

（2）为保证原材料质量，需对商品混凝土站砂石料棚进行全封闭，采取保温措施。同时，对混凝土罐车等包裹保温棉，对各种机械设备更换防冻机油，加强维修与保养。

（3）对使用水采取加热措施，水箱容量和水温能满足连续施工要求。

（4）对预制梁场供排水管道用棉毡包裹保温，避免冻结。

4.2 预制箱梁钢筋冬期施工

为了保证冬施期间钢筋加工的质量，钢筋存放在钢筋加工厂内，并按要求采取下垫上盖措施，防止因温度过低造成表面结冰。同时，钢筋加工、焊接等作业均在钢筋加工厂内进行。根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650—2020）等要求，当在负温度条件下进行钢筋工程作业时，其冷脆性将会增大从而加大钢筋断裂的可能性。所以施工时应对钢筋状态加强检查，并采取相关措施，防止钢筋在运输和加工过程中发生撞击、产生划痕。当必须在室外进行钢筋调直、冷拉、焊接作业时，应采取有效的防雪、挡风等措施，并且其最低作业温度不宜低于-20℃，焊接完成后焊接接头严禁立刻接触冰雪。同时，宜采取现场负温条件下的焊接工艺试验，经验收满足要求后方可正式作业。

4.3 预制箱梁模板冬期施工

预制箱梁模板采用钢模板，在拼装前清除冰块冰碴、积雪，并应尽量避免用水对模板进行冲洗。预制梁模板拼装完成后，在浇筑混凝土前2h 对钢模板采用暖风机等设备进行预热，使模板表面温度达到5℃以上，防止混凝土浇筑到模板上后出现失温冻结现象。

4.4 预制箱梁混凝土冬期施工

4.4.1 混凝土拌制

该工程预制箱梁采用商品混凝土，在生产前需对商品混凝土站冬施措施进行验收，在生产过程中项目部需安排专人驻场，对生产过程进行监督。为保证混凝土拌和质量，冬期施工期间混凝土搅拌时间应比常温情况下延长50%，同时混凝土拌和物的出机温度不宜低于10℃。

4.4.2 混凝土运输

为尽量减少混凝土在运输过程中的热量损失，混凝土应快装快卸，运输混凝土时尽可能地缩短运距，在运输过程中对搅拌运输车罐体采用保温篷布进行包裹，对输送泵输送管采用保温棉纱进行包裹，尽可能减少热量损失[2]。应综合考虑运距、施工效率等状况进而安排合理的运输方式，同时安排专人在商品混凝土站驻场，混凝土浇筑过程中一定要保证运输路线通畅，最大限度地缩短运输时间，尽量施工现场不押车，将混凝土在浇筑之前的温度损失降到最低。

4.4.3 混凝土浇筑

在浇筑混凝土前，必须清除钢模板和钢筋上的冰雪和污垢，但不能用水冲洗，也不能使用蒸汽融化冰雪。在浇筑前应采取防风、冻结保护措施，一旦发现混凝土受冻则必须做出退场处理。在浇筑前需提前预埋测温线，便于后期测温。

混凝土出机温度不低于10℃，入模温度不低于5℃，尽可能选择在白天温度较高时浇筑混凝土，预制箱梁混凝土浇筑时选择水平分层、横向分段的浇筑顺序，在浇筑顶板混凝土时，浇筑的同时及时采用棉被和保温棚对浇筑完成部分进行覆盖，减少混凝土先浇筑段热量的损失，混凝土浇筑完成后立即采用保温防冻措施。

4.4.4 混凝土养护

该工程预制箱梁混凝土采用暖棚法蒸汽加热养护，在混凝土浇筑完成后，采取非常小的压力将蒸汽成水雾状覆盖在混凝土表面，从而使混凝土在湿润和蒸汽加热的情况下凝固，这种方法加热温度较好控制，并且湿度较高，有助提高混凝土的质量和外观[3]。采用蒸汽养护时，浇筑完成后开始养护的温度不低于5℃。保温棚实体图，详见图1 所示。

图1 保温棚实体图

混凝土蒸养分为静养、升温、恒温、降温4 个阶段：

静养阶段：静养阶段是指混凝土浇筑完成后到混凝土初凝之前的阶段。此时混凝土中的水泥开始发生水化反应，使得混凝土凝结硬化并获得一定的初始结构强度，有利于其抵抗升温阶段导致的膨胀变形。一般为时长1～3h，该项目控制时间为2h。

升温阶段：静养后逐步增大送气量，使棚内温度逐渐上升。该工程预制箱梁结构表面系数为6.2＞6m−1，升温速度控制为不大于15℃/h。升温至25℃。

恒温阶段：升温后调整送气量，使棚内温度保持在25～30℃。恒温阶段混凝土将发生一系列化学反应，进而影响混凝土硬度及其耐久性，所以这是混凝土蒸养过程至关重要的一环。

降温阶段：降温阶段是指按照一定速率将混凝土从恒温养护温度降低冷却至室温的阶段。根据相关规范要求，降温速度不宜过大，该工程预制箱梁结构表面系数为6.2＞6m−1，降温速度控制为不大于10℃/h。

4.4.5 混凝土测温管理

混凝土浇筑完成后及时吊装保温棚覆盖预制梁，并采用蒸汽发生器输入蒸汽控制棚内梁体周围的湿度和温度。在蒸养过程中，对箱梁进行温度监控，定时测定混凝土芯部温度、表层温度以及环境温度、相对湿度等。混凝土养护过程中温度不宜高于入模温度超过50℃，芯部温度不宜高于表面温度超过20℃，混凝土表面温度不宜高于大气温度超过20℃。测温项目及频次应符合表1 的相关规定。

表1 测温项目及频率表

混凝土表面及模板外侧温度采用测温枪进行快速测量，混凝土芯部及暖棚内温度湿度采用无线测温技术，通过手机APP 实时掌握现场养护情况，详见图2、图3。通过无线测温技术在项目冬施工中的应用，大大提高了温度测量效率和准确性，为混凝土各保温养护阶段的温度调整提供更加可靠的科学数据。

图2 使用无线测温仪自动生成混凝土内部温度曲线

图3 棚内温、湿度自动检测APP 记录

4.4.6 预制箱梁模板拆除冬期施工

冬期施工混凝土的模板与保温棚的拆除需同时满足以下三个条件：

（1）模板和保温棚在混凝土达到要求强度（受冻临界强度、拆模强度、张拉强度等）后方可拆除。

（2）混凝土冷却到5℃后方可拆除模板和保温棚。

（3）拆模时应测量混凝土表面温度，若混凝土表面温度与环境温度温差大于20℃时，应对混凝土表面采取使其缓慢冷却的临时覆盖措施，避免混凝土表面产生裂缝。

5 结语

随着我国对基础建设的不断投入，公路网不断延伸、覆盖，公路桥梁不断增加，预制梁冬期施工将会越来越多。做好预制梁冬期施工过程中各项工序的把控将会是保证预制梁施工质量的关键点。通过对预制箱梁表面温度、保温棚温度、芯部温度和大气温度等进行测量观察可知采用暖棚法蒸汽养护是行之有效的。