刘 其
1 概述
宿迁市市府东路特大桥位于宿邳公路城区段,该桥全长959.7 m,西起宿城区市府东路马陵河东侧,跨运河路,京杭运河、金沙江路,东至宿豫区长江路西侧。整个工程为期15个月,因而施工不可避免地将遭遇冬季施工条件。
冬季施工是对施工质量的一大挑战。随着冬季的到来,温度逐渐降低,混凝土的水化反应趋于缓慢。当温度低于0℃时,混凝土中的水开始结冰,由于结冰引起的冻胀应力和高孔隙率等问题大大降低了混凝土的强度,为确保宿迁市市府东路特大桥施工质量,本文针对冬季施工的特点,对冬季施工措施进行了研究。
2 冬季施工原理
混凝土拌合物浇灌后之所以能逐渐凝结和硬化,直至获得最终强度,是由于水泥水化作用的结果,水泥水化作用的速度主要取决于温度的高低。当温度升高时,水化作用加快,强度增长也较快;而当温度降低到0℃时,存在于混凝土中的水有一部分开始结冰,逐渐由液相变为固相。这时参与水泥水化作用的水减少了,因此,水化作用减慢,强度增长相应较慢。温度继续下降,当存在于混凝土中的水完全变成冰,也就是完全由液相变为固相时,水泥水化作用基本停止,此时强度就不再增长。水变成冰后,体积约增大9%,当混凝土毛细孔含水率超过91.70%界值时,结冰就会产生约2500 kg/cm2的冰胀应力。这个应力值常常大于水泥内部形成的初期强度值,使混凝土受到不同程度的破坏(即早期受冻破坏)而降低强度。此外,当水变成冰后,还会在骨料和钢筋表面上产生颗粒较大的冰凌,减弱水泥浆与骨料和钢筋的粘结力,从而影响混凝土的抗压强度。当冰凌融化后,又会在混凝土内部形成各种各样的空隙,降低混凝土的密实性及耐久性。由此可见,温度的控制是冬季施工的关键。
3 冬季施工措施
当室外昼夜平均气温(每天 6:00,14:00,21:00时所测室外温度的平均值)连续5 d低于+5℃或昼夜最低温度低于-3℃时,进行混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土施工时必须采用冬季施工措施。
3.1 准备工作
根据宿迁市历年的气候特征,自11月20日起,实验室安排专人负责收集室外气温(每天6:00,14:00,21:00时所测室外温度),并进行记录;办公室负责收听和记录当天、第二天及今后几天的气温情况、天气变化趋势、雨雪情况、寒流及大风降温情况,并详细记录和每天公示,为何时采取冬季施工措施提供依据。在此之前,砂石骨料保持干燥与清洁,料场必须采用帆布全部覆盖,防止积水冻结。进入冬季后,盖梁、挡墙等小体积混凝土施工必须安排在连续晴朗的天气施工,施工时间安排在上午9:00～下午3:00气温较高时间段完成。地下结构必须深挖积水井和回水沟,严禁地下水浸泡,严禁70%强度前进行拆模。另外,提供每次混凝土浇筑的施工配合比,特别注意及时测定砂石骨料的实际含水量,并及时测定混凝土的坍落度和混凝土的拌和、浇筑入模温度,控制好混凝土配合比和原材料,选用具有较好抗冻性能的普通水泥;选用半干硬性混凝土,水灰比不大于0.65。
3.2 骨料预热
骨料预热采用蒸汽进行,预热时间根据施工环境安排,一般在混凝土搅拌前1 h左右开始,保证骨料使用前符合施工要求,预热钢管采用普通钢管,下口采用尖头封死,中间开设出气孔。
3.3 混凝土的拌制和运输
混凝土在拌制前,砂、石料及水泥的温度均应保持在0℃以上,砂石料入机温度不得低于+5℃。水泥不加热,应储藏于室内,保持与室内同温。水加热至40℃～60℃。搅拌时按照砂石、水、水泥的顺序进行,不得颠倒,以免发生假凝现象。
混凝土拌和温度(拌和温度系指拌合物从拌和机中卸出时在5 cm深处测量所得温度值)根据天气情况要适时调整,控制混凝土拌和温度不低于10℃～15℃,拌和用水最高温度不得高于60℃,砂石料最高温度不得高于40℃,混凝土卸出拌和机时最高温度不得高于35℃。拌和设备应适当防寒,环境温度宜不低于10℃～15℃。拌制混凝土前,应用热水洗刷拌和机鼓筒。
另外,为保证冬季施工用混凝土的和易性和流动性,采用热拌工艺时,混凝土搅拌时间一般应较常温延长50%。
3.4 混凝土的灌注
冬季混凝土浇筑前,要将模内杂物清理干净,用温水清洗,其灌注温度(灌注温度系指在灌注捣实后并在覆盖次层拌合物前或开始养护前在混凝土表面下5 cm深处测量所得温度值)应在进行热工计算及确定具体保温方法时加以规定,细薄部位的灌注温度不宜低于+10℃,在任何情况下均不得低于+5℃。同时,混凝土应尽量连续灌注,避免中途间断,分层厚度应不少于20 cm,采用机械振捣。混凝土相邻两层的灌注间歇时间,不应超过水泥的初凝时间,一般不宜超过1.5 h。
在负温下旧混凝土接浇新混凝土时,为防止预热不好,在接头产生水膜,降低接头处混凝土强度。同时为避免因新、旧混凝土接触面温差过大,温度应力造成新浇混凝土干裂,要求对旧混凝土采取预热升温措施(采用蒸汽排管加热),确保接头处混凝土温度不低于5℃,加热深度不小于30 cm,预热长度为1 m左右。
3.5 混凝土的养护
养护方法采用覆盖和蒸汽养护同时进行。
在箱梁的顶部采用覆盖。混凝土浇筑完成收光后,表面覆盖一层麻袋片,然后覆盖一层篷布,在篷布和麻袋片之间放置蒸汽热力管,在彩条布上覆盖一层棉被和防水彩条布。同时加强底模和侧模保护:在侧模的钢面板后加贴5 cm厚的隔热泡沫板,泡沫板和钢板之间安置蒸汽热力管,泡沫板之后采用稻草密布进行保温和防风;可以根据现场情况的需要,侧模采用帆布进行防风和防雨。在箱梁室内,在各箱接头处采用悬挂棉被进行隔热,在箱梁洞口,采用悬挂帆布进行隔热。
养生期内,棚内湿度要求维持在96%左右,温度维持在10℃～40℃之间,为使混凝土后期强度不致提高过大,养生温度不得高于50℃。养生过程中,如因进行下道工序必须临时开棚时,可在保证棚内正温和棚内外温差不大于25℃的前提下,选在当天气温较高的10:00～14:00进行,但要尽量减少开棚次数和时间。
为便于确定张拉结束时间,要多制试块,分别置于各不利部位进行相同条件养生,至少要保证底肋板处、翼板处各有一组试块。当混凝土强度达到设计允许的张拉强度时,开始张拉和灌浆,在管道压浆强度达到设计允许值时,停止养生,棚内开始降温,但禁止温度骤然下降,降温速度不大于10℃/h,且第一个24 h内降温速度不超过1℃/h,最大降温值应小于22℃。
3.6 温度监控措施
整个施工过程中的温度控制以观测、记录为主。施工期间室外施工环境温度每2 h观测一次,水和骨料加热温度每小时观测一次,拌和温度每车次观测一次,灌注温度每车次观测一次。
对于蒸汽养护,升、降温期间每小时观测一次箱内、箱外和梁体内温度,恒温期间每2 h观测一次箱内、箱外和梁体内温度,且升、降温期间控制梁体内温速不超过10℃,养护期间控制梁体内外温差不超过35℃。箱内和箱外温度直接采用温度计进行测量,梁体内温度采用预埋小钢管,一端封死,浇筑时埋入梁体内,钢管长30 cm左右,观测时,将温度计放入钢管内,端部采用棉花塞死,等温时间不低于5 min,然后拔出来立即进行读数。每梁段均要对测温孔进行编号,并绘制测温孔布置图以备查。
4 结语
宿迁市市府东路特大桥位于宿邳公路城区段,工期持续15个月,不可避免地将遭遇冬季施工条件,给施工质量带来较大挑战。本文就本工程的冬季施工措施进行了研究,实践表明上述措施有效地确保了施工质量和施工进度。
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