通河松花江大橋混凝土冬季施工的防凍措施

楊凱之，崔井奎，郭 鑫

(1.黑龍江公路勘察設計院;2.黑龍江省交通科學研究所;3.哈爾濱工業大學)

1 工程概況

松花江流經木蘭縣入境，通過方正縣、通河縣流入依蘭縣。境內流長123 km。平均水面寬度2 km，水深1.5～3.0 m，最深可達11m，最大流量1 190 m3/s，最小流量130 m3/s，平均流速0.75m3/s。根據以有資料得知歷史最低水位為99.7 m，最高水位為105.6m。每年11月下旬結冰，翌年4月解凍。

黑龍江省雞西至訥河公路通河松花江大橋C8合同段起訖樁號由K265+153至松花江大橋通河岸K266+320.88，全長1 167.88m。灘橋(7×40m)預應力混凝土簡支轉連續T梁+主橋(63 m+4×110 m+63 m)預應力混凝土連續箱梁+通河岸引橋(8×40 m)預應力混凝土簡支轉連續T梁。主橋上部結構采用變截面三向預應力單箱雙室混凝土連續主梁，下部結構采用鋼筋混凝土實體墩共7個，寬14.5 m，厚4 m和5 m，最大墩高22 m;鉆孔灌注樁群樁基礎，主墩12根，過渡墩8根。引橋上部采用先簡支后連續預應力T梁;下部采用橋墩采用三柱式墩身，鉆孔灌注樁基礎;橋臺采用柱式臺，鉆孔灌注樁基礎。橋面鋪裝總厚度為17 cm，其中鋼纖維防水泥混凝土厚度為9 cm，瀝青混凝土厚度8 cm。在瀝青混凝土與鋼纖維防水混凝土間設防水層。灌注樁混凝土為C30，共24 208 m3;墩臺蓋梁、墩柱、防撞護欄混凝土為 C35，共 5935.1 m3;墩身混凝土為 C40，共 9 670.5 m3;預應力箱梁為C60混凝土，共14 005 m3;橋面鋪裝為C55鋼纖維混凝土，抗滲等級 W6，共 2 552.7 m3。

本工程于2006年9月1日開工，于2009年8月31日竣工，總工期為1 096 d。

受工期限制，必須進行冬季施工才能按時完成施工任務。冬季施工主要任務是T梁的預制和混凝土墩柱的澆筑。

2 混凝土的凍害

低溫季節混凝土施工如不采取保溫防凍措施，新澆混凝土中的游離水發生凍結后，體積增加9%將引起混凝土各組分之間發生相對移動，使振搗后的混凝土內部結構遭到破壞。當混凝土解凍后，破壞了的內部結構不再恢復原狀，最終導致混凝土強度、抗凍及抗裂等指標顯著降低。因此，施工中必須防止凍害。

3 混凝土冬季防凍措施的應用及熱工計算

3.1 原材料加熱

為了提高混凝土的出機口溫度，一般先考慮拌合水加熱，如不滿足要求再考慮骨料加熱，水泥不能直接加熱。拌合水加熱是在攪拌站附近設置鋼制儲水罐，混凝土用水由機井抽出沿管道輸送到儲水罐，經加熱處理至攪拌機。試驗儲水罐出口溫度達到50℃左右時，拌合物的溫度可達到5℃，如此即可滿足冬季施工的要求。另外，混凝土拌和前應用熱水將拌合機沖洗，拌和時間應比其他季節延長50%左右。冬季的混凝土運輸也應盡可能減少轉運次數，最好采取一次直接運送。運輸設備要有可靠的保溫措施，各種運輸設備在工作結束時，必須立即用蒸汽或熱水沖洗干凈，恢復工作時要首先用熱水沖洗。

3.2 澆筑現場的保溫

冬季施工現場的混凝土澆筑采用暖棚法。暖棚法可適用于氣溫在-10℃以下。暖棚法主要是在混凝土澆筑倉位四周搭設暖棚，棚內通常用火爐供熱，使棚內溫度保持在5℃左右為宜。為使暖棚內的溫度不低于5℃，暖棚內應均勻布設溫度計，派專人每隔2 h測設暖棚內的溫度，隨時調整爐火。符合設計要求的混凝土澆筑溫度。

3.3 混凝土養護

根據工程實際情況，墩柱養護采用暖棚養護較好，內設火爐增溫，安設溫度計，并設專人根據溫度變化增加或減少火爐數量，使棚內溫度保持在5℃以上;板梁混凝土的養護采用蒸汽養護，鍋爐采用無壓蒸汽鍋爐，鋪設管道到需要養護的板梁，主管道采用DN50鋼管，支管道DN25鋼管，為提高養護的效果，管道上應鉆有0.3 mm的孔眼，用以噴灑蒸汽來養護成品混凝土。據現場測試，鍋爐出口水溫度為100～110℃，末端溫度達到35～40℃，混凝土養護溫度達到35～40℃，在同等養護條件下，按照混凝土24，48，72 h的強度進行試驗，共抽取試塊9組其中:混凝土24，48，72 h各3組，經專業資質實驗室進行混凝土強度試驗，24 h強度達到設計值的50.09%，48 h強度達到設計值的75.07%，72 h強度達到設計值的80.37%，達到了混凝土養護目的，均可提前拆除模板。由于混凝土拆模后還須繼續養護至構件達到28 d強度，但養護方法可隨自然溫度變化而改變，如為薄膜外加草簾覆蓋，四周用土或編織袋灌土壓實等辦法。

3.4 混凝土熱工計算

(1)混凝土拌合物的拌和后溫度可按下式進行計算

式中:Tb為混凝土合成后的溫度，℃;Wc、Ws、Wg為水泥、砂、石的干燥質量，kg;Ww為拌和加水的質量(不包括骨料的含水);tc、ts、tg、tw為水泥、砂、石、水裝入攪拌機時的溫度，℃;Ps、Pg為砂石的含水率;a為水泥及骨料的比熱，kJ/kg·K，可采用0.92;B為水泥的比熱及溶解熱，℃，當骨料溫度＞0 ℃時，b=4.19、B=0;當骨料溫度≤0 ℃ 時，b=2.09、B=335。

(2)混凝土拌合物的出機溫度Tb需滿足下式要求:

式中:Tm為混凝土拌合物在攪拌過程中的熱量損失，℃;由下式求得

Tc為混凝土開始養護時所需溫度，此處取10℃;Td為攪拌棚內溫度，℃;t為混凝土運輸至成型的時間，h;n為混凝土倒運次數;T0為混凝土自攪拌機中傾出時的溫度，℃;Te為室外氣溫，℃;a為每小時溫度損失系數，此處取a=0.10。

4 結語

(1)冬季施工不論利用哪種施工措施，都必須嚴格按照施工規范要求進行，嚴格控制施工現場溫度，混凝土澆筑溫度控制在5℃左右，混凝土養護溫度可根據混凝土標號、施工部位、模板數量等確定，但是最低溫度應在0℃以上。

(2)暖棚法施工必須根據當地的氣候情況，確定暖棚的方向并且保證棚屋四周的保溫，掩蓋嚴實。在暖棚中用明火加熱時必須特別加強防火。

(3)蒸汽養護要嚴格控制混凝土的升、降溫速度，按照混凝土冬季施工規范的規定，養護溫度不宜超過80℃。