华北地区明挖隧道跨冬季混凝土施工技术分析

王伟

（中交四航局第二工程有限公司，广东 广州 510300）

0 引言

根据《建筑工程冬季施工规程》规定，结合石家庄市本地要求：在室外连续5d昼夜日平均气温低于5℃以及每年11月15日后采取冬季施工措施，当室外日平均气温连续5d高于5℃，即解除《建筑工程冬季施工规程》约束。

根据往年冬季气温统计及施工计划，冬季施工时间拟定为每年12月1日至次年3月2日，具体根据现场实测温度为准。该项目采取了一系列的冬季施工措施，为华北寒冷地区明挖隧道跨冬季混凝土施工技术应用积累了经验。

1 工程概况

白佛隧道位于石家庄市复兴大街和平路至裕华路段，起止里K17+395～K18+610。隧道沿现状复兴大街布线，隧道主体为双向十车道，敞开段采用C45钢筋混凝土，暗埋段采用C40钢筋混凝土结构，土方开挖量为56万m3，混凝土结构达15万m3。设265m明挖敞开段后，以710m暗埋段下穿中山路后接240m 敞开段，主线隧道全长1215m。白佛隧道采用明挖顺做法施工，隧道主体结构均采用分段浇筑方式施工，敞开段分为底板及墙体2部分，暗埋段分为底板、墙体及顶板3部分，每段在施工前需拆除与施工位置干涉的基坑支撑结构，为主体结构施工留出空间。该项目属于石家庄市政化重点改造项目，为了确保顺利完成工期任务，必须进行跨冬季施工，而如何高效高质量地进行混凝土冬季施工，顺利完成进度任务是问题的关键。

2 隧道主体混凝土施工技术

2.1 混凝土的生产

白佛隧道地处市区，无法自建拌合站，因此整个施工过程均采用商品混凝土浇筑。为了达到预期的施工效果，必须对混凝土的生产采取必要的如下保温措施[1-2]。

（1）冬季施工中骨料要求没有冰块、雪团，还要求清洁，级配良好，质地坚硬，不应含有易冻坏的矿物，骨料不应含有机物质。在冬季施工前将骨料提前运输至封闭的配料仓内，上料仓应做好防雨雪罩棚，避免雨雪飘落骨料上冻成块。

（2）商混站采取全封闭料仓保温砂石料、使用火电厂的热水拌和混凝土、严格控制混凝土水胶比、在混凝土中掺入非氯盐类混凝土防冻剂、延长搅拌时间、罐车外壳包裹棉被保温、缩短浇筑时间、控制生产速度保证工地不压车不断档等措施保证混凝土出机、运输温度控制。

（3）对混凝土中掺入外加剂要做好保温措施，避免外加剂上冻，但不得直接对外加剂进行加热，浇筑前应开启循环系统进行搅拌，确保外加剂使用浓度一致，外加剂的温度宜控制在5～10℃以上。

（4）缩短材料进场储存时间，降低粉料的温度损失，必要时可采取对储罐包裹帆布进行保温，避免因粉料温度影响混凝土出机温度。

（5）对骨料采取保暖保温措施，配料仓内设置蒸汽管线，在混凝土生产前，配料仓堆满骨料，提前开通蒸汽进行预热，对骨料进行预热升温。

2.2 混凝土的运输

为满足混凝土连续浇筑需要，需配备16台10m³混凝土罐车进行运输。

（1）罐车应采用保温材料对罐体进行包裹，保证混凝土在运输中，不得有表层冻结、混凝土离析、水泥砂浆流失、坍落度损失等现象，降温速度不得超过5℃/h。

（2）泵送混凝土的管道采取保温材料包裹，减少热量的损失，保证混凝土的入模温度不得低于5℃。

（3）混凝土运输时，选择最佳运输路线，缩短运输时间，确保混凝土拌合物出机后应及时运到浇筑地点。加强搅拌站与浇筑现场的联系，避免现场泵车等待时间过长导致的混凝土热量损失。

2.3 混凝土浇筑

隧道主体结构采用分段浇筑[3]，其中敞开段分为底板、墙体两部分，底板区至两侧倒角向上80cm高度，80cm以上均为墙体区。而暗埋段均分为底板、墙体、顶板三部分，底板区至两侧倒角向上80cm高度，墙体区上至顶板倒角向下50cm处，见图1所示。

图1 浇筑分区图

混凝土浇筑分层原则按照每层30～50cm厚度布料，各区域分层情况如下：

（1）底板浇筑分层。底板平面面积大，单层浇筑时间长，为防止混凝土分层间出现冷缝，底板分层厚度按30cm控制。10Z4结构底板最大厚度1.8m，敞开段10U2结构底板最小厚度0.6m，故底板分层在2～6层不等，加倒角位置1层，及倒角以上80cm按2层控制，共计5～9层。底板中单层最大方量约为42m×30m×0.3m=468m³，按4台天泵每小时浇筑150m³计算，单层浇筑时间为3.12h，混凝土初凝时间约在6～8h，可以在下层混凝土初凝前开始上层浇筑。在浇筑过程中应重点注意保证混凝土供应，避免层间浇筑时间过长，导致层间出现冷缝。

（2）墙体浇筑分层。墙体面积及方量均较少，为提高混凝土浇筑效率，分层厚度按50cm控制。墙体最大高度在10U5结构段，为8.1m，分16层。单侧墙体层厚最大值为10Z4结构段侧墙，方量1.6m×25m×0.5m=20m³。

（3）顶板浇筑分层。暗埋段顶板分为折板结构和平板结构，平板结构分层参照底板，先将墙体及倒角浇筑至与顶板同高后，顶板按30cm层厚控制，共分5层。折板结构在侧墙及中墙倒角位置，按50cm层厚控制，共分6层，浇筑至顶板后改为按30cm层厚控制，共分5层。

2.4 混凝土的养护

隧道主体结构不同部位采取综合蓄热法进行带温养护措施[4]，见表1所示，同时按照相同的保温条件进行试块养护，以此检测混凝土的强度变化。

表1 不同部位保温措施

在混凝土浇筑完成后立即对混凝土外露面进行保湿保温覆盖，利用原材料加热及水化热的热量，延缓混凝土冷却。

为保证混凝土在上述养护过程中表面保持湿润，避免出现龟裂情况发生，在混凝土浇筑完成后，在底板、顶板上立即覆盖一层厚薄膜再铺设电热毯和棉被，薄膜铺设过程中避免出现损坏，若损坏则应更换。安排专人对电热毯进行控制，温度过高则适当关闭电热毯。侧墙/中墙混凝土浇筑完成后可覆盖一层高分子养护膜进行保温养护[5]。

浇筑完成后采用带模养护工艺，根据部位不同采取薄膜、棉被、电热毯、帆布、热鼓风机等措施进行保温养护。尤其是注重基坑内纵向迎风方向的遮挡，采用悬挂篷布进行遮挡，防止基坑内纵向冷空气进入产生过堂风。

对端面等部位，达到拆模强度前采用带模养护，拆模后立即覆盖薄膜+土工布+棉被。施工缝、端头预留钢筋采用土工布+棉被全覆盖保温控制。

根据《建筑工程冬期施工规程》规定：对有抗渗要求的混凝土，其受冻临界强度不宜小于设计混凝土强度等级值的50%。即底板、侧墙/中墙、顶板需保温养护至强度不小于设计强度的50%（可按70%控制）方可进行正常养护，同时顶板需达到设计强度的100%方可进行满堂支架拆除。

2.5 混凝土的温控监测

混凝土冬季施工，按时测量水和骨料、外加剂加入搅拌机时的温度，以及混凝土搅拌、浇注时的温度和浇注后混凝土温度的变化情况，使混凝土内外温差不超过20℃，混凝土表面温度与环境温度同样不超过20℃，降温速度不超过2℃/d。尤其要注意加强混凝土养生期的温度观测[6]。

外界气温和腔内气温均用自动温度记录仪观测，混凝土出罐入模温度用普通温度计测定，原材料及混凝土内外温度用电子测温仪测定，混凝土表面温度用红外线测温仪测定。

在隧道混凝土表面及内部分别布设温度传感器。考虑到结构的对称性，选择施工节段1/4区域内布设温测点。不同部位测温点布置原则如下：

底板选择节段中间、1/4区段纵向中间及端头布设三排，每排横向在底板中心等间距设置3个测温点，底板混凝土表面同样设置3个测温点，温度传感器与底板钢筋连接，见图2所示。

图2 底板横断面测温点布置图

侧墙/中墙选择节段中间、1/4区段纵向中间及端头布设三排，每排横向在侧墙/中墙中心设置1个测温点，对应位置的外表面设置1个测温点。侧墙/中墙顶面设置1个测温点，温度传感器与钢筋连接，见图3所示。

图3 侧墙/中墙横断面测温点布置图

顶板同样选择节段中间、1/4区段纵向中间及端头布设三排，顶板上、中、下各布置3排测温点，左侧倒角折点处各设置一列，顶板中心设置一列，右侧倒角折点设置一列，但中心测温点移至板中心位置，横断面共9个测温点，见图4所示。

图4 顶板横断面测温点布置图

3 结束语

石家庄市复兴大街白佛隧道施工，属于石家庄市政化重点改造项目，工期紧、任务重。为了确保顺利完成工期任务，必须跨冬季寒冷低温气候下施工，这增加了施工的难度，对于混凝土实体强度及外观质量控制提出了很高要求。采用综合蓄热法对主体结构进行带温养护，克服了低温气候混凝土受冻，实体强度无法满足设计要求的困难，同时，为整个项目的工期保障提供了极大的支撑。该隧道主体结构冬季施工取得的经验如下：

（1）按照上述养护措施采用综合蓄热法对主体结构进行带温养护，混凝土中心温度与表层温度差基本可控制在20℃范围内，有利于控制混凝土质量。

（2）混凝土浇筑完成后，保温养护约30～35h后温度达到最高，中心温度约为60～65℃，表面温度约为40～60℃。表层混凝土温度增长速率要高于中心混凝土，但表层温度仍低于中心温度。

（3）采用综合蓄热法对主体结构进行养护，以隧道底板为例，在带温养护55h 后，实测混凝土回弹强度约30MPa，达到设计强度45MPa的66.7%。168h后，回弹强度约为43.8MPa，达到设计强度45MPa的97.3%，且混凝土表面均未发现有冻裂现象发生，养护效果良好。