橋梁簡支拱冬季施工控制技術分析

方 凱 （中交一航局第二工程有限公司，山東 青島266071）

按照《鐵路混凝土工程施工技術指南》的規定，冬季施工期限劃分原則是根據當地多年氣象資料統計，當工地晝夜平均氣溫連續3d低于5℃或最低氣溫低于-3℃時，混凝土與砌體施工應按冬季施工辦理，既進入冬季施工[1]。橋梁冬季施工的技術控制措施非常關鍵，控制不當極易造成質量事故，產生較大經濟損失。

1 工程概況

新建蒙西至華中地區鐵路煤運通道工程跨蘭嘎一級路大橋，全長130.65m，主跨為1～64m簡支拱。冬季施工項目主要有拱肋吊裝焊接、拱肋混凝土澆筑、吊桿索安裝及張拉。工程位于內蒙古自治區鄂爾多斯市烏審旗境內，屬于溫帶大陸性季風氣候，冬季漫長寒冷，盛行西北風，最大風速27m/s。冰凍期為10月下旬至次年4月上旬，凍結時間長達5個多月，最大凍結深度為1.82m。

2 施工技術準備

①冬季施工前，編制冬季施工方案，明確有關人員的崗位職責，組織有關人員學習《鐵路混凝土工程施工技術指南》和《建筑工程冬季施工規程》，對施工程序、防凍、測溫及質量、安全等方面作周密安排。相關管理人員做好各項冬季施工記錄，并妥善歸檔整理。

②冬季施工之前，根據當地冬季施工經驗，提前委托編制冬季施工配合比。

③由試驗室進行日常溫度監測，并及時記錄每天溫度情況，隨時掌握天氣情況和寒流、大風警報和溫度預報，確定進入冬季施工的具體時間。

④冬季施工前，要對現場的技術員、施工員、材料員、試驗員、班組長、測溫人員、電焊工和現場施工人員進行冬季施工技術交底。

⑤認真準備冬施期間混凝土、試塊養護室及同條件養護的器材，保證加熱設備、溫控儀等正常工作，確保在冬季施工期間養護室的溫度控制在20±2℃以內。

3 現場控制措施

3.1 拱肋混凝土壓注

混凝土強度增長主要靠水化作用，混凝土受凍后游離水分結冰，體積膨脹，導致混凝土結構松散，在混凝土拌合和運輸環節必須采取相應的保暖措施，保證混凝土的拌合、入模溫度符合規范要求[2]。

根據冬施期間大氣溫度以及冬施期間原材料溫度，料棚里使用4臺柴油暖風機以及鋪設的地暖將砂石料溫度升高至2℃，拌合用水使用2臺鍋爐將溫度升高至55℃，并對混凝土運輸車覆蓋棉被保溫方能保證混凝土入模溫度不低于5℃。委托冬施拱肋壓注混凝土配合比中加入防凍劑，保證混凝土抗凍性能，鋼管使用外包裹電熱毯+棉被（2cm厚）+防水土工膜的方式對鋼管進行升溫。養護期間混凝土表面與環境溫差不大于15℃，為保證吊桿張拉時拱肋混凝土強度滿足要求，延長蓄熱養護時間直至混凝土達到設計強度的100%。

3.2 鋼結構工程

低溫焊接容易產生缺陷的主要原因是焊后冷卻速度過快，導致焊縫的冷裂紋敏感性增加、焊縫易產生金屬偏析、焊縫冷裂紋延遲效應明顯和低溫脆斷的可能性增加[3]。

拱肋焊接溫度不得低于5℃，拱肋合龍溫度為5～15℃。冬施期間拱肋焊接選擇在溫度較高的下午焊接，施焊的同時跟蹤加熱，在距離施焊位置200～300mm處，采用烘槍加熱，控制此區間的溫度升高至20℃以上，直至焊縫溫度下降至與周圍鋼管溫度相同，冷卻速度不大于10℃/min。合龍時環境溫度低于5℃，采用鋼管整體包裹電熱毯+棉被（2cm厚）+防水土工膜的方式對鋼管進行升溫，采用紅外測溫儀測量鋼管拱溫度，直至鋼管拱管壁溫度達到10℃左右，停止升溫，并每隔半小時測溫，保證鋼管拱管壁溫度不得低于5℃，否則需繼續對鋼管進行升溫，直到合龍段安裝焊接完成。合龍處焊口同時采用烘槍跟蹤加熱，保證鋼管溫度不低于5℃。冬季雨雪大風天氣較多，必須采取防風、防雨措施，在焊道四周焊接施工棚，防雨布包裹擋風。當拱肋鋼管結露或被雨雪淋濕后，須去除水分和浮銹后方可焊接。

4 混凝土入模溫度熱工計算

根據行業標準《建筑工程冬季施工規程》（JGJT104-2011）的要求，入模溫度不得低于5℃。以低溫條件下最不利情況分析，同時根據施工計劃和往年天氣預報情況，施工期間氣溫為-12℃，室外溫度按照-12℃取值。

①混凝土拌和物溫度：

式中：T0——混凝土拌合物的溫度(℃)

mw、mce、msa、mg、ms——拌合水、水泥、砂、石、摻和料的用量（kg）

Tw、Tce、Tsa、Tg、Ts——水、水泥、砂、石、摻合料的溫度（℃）

Wsa——砂含水率（%）；Wg石子的含水率（%）；

Cw——水的比熱容[kJ/(kg·K)]

Ci——冰的溶解熱（kJ/kg）

當骨料溫度大于0℃時；Cw=4.2，Ci=0；

當骨料溫度小于或等于0℃時：Cw=2.1，Ci=335

根據試驗室提供的配合比，每立方米混凝土材料用量：

mw=171kg、mce=320kg、msa=801kg、mg=908kg、ms=218.86kg

對材料采取加熱、覆蓋、保溫措施，使所用材料達到使用要求，考慮冬季溫度較低，部分材料受熱后取值如下：

Tw=55，Tce=2℃，Tsa=5℃，Tg=2℃，Ts=2℃，Wsa=4%，Wg=0，Cw=4.2，Ci=0。

帶入上式，T0=13.9℃。

混凝土拌和物的出機溫度：

T1=T0-0.16（T0-Tp）

式中：T0——混凝土拌合物的溫度(℃)

Tp——混凝土機棚內溫度(℃)

拌和棚溫度取10攝氏度 此工程Tp取10℃，T1=13.3℃。

②混凝土拌和物運輸與輸送至澆筑地點時的溫度

本工程選用混凝土攪拌車從攪拌站出發運輸至現場，現場采用泵車澆筑。

T2=T1-ΔTy-ΔTb

ΔTy=（at+0.032n）×（T1-Ta）

式中：T2——混凝土拌合物運輸與輸送到澆筑地點時溫度（℃）

T1——混凝土出機溫度（℃）

ΔTy——采用裝卸式運輸工具運輸混凝土時的溫度降低（℃）

a——溫度損失系數，混凝土攪拌車取0.2

t——混凝土拌合物運輸的時間（h）

n——混凝土拌合物運轉次數，運輸1次，澆筑1次

Ta——室外環境氣溫（℃），取-12℃

帶入公式，ΔTy罐車運輸損失溫度=（at+0.032n）×（T1-Ta）

=（0.2×1+0.032×1）×（13.3-（-12））=5.87℃

③泵車澆筑溫度損失

ΔTb——采用泵管輸送混凝土時的溫度降低（℃），0.2

ΔT1——泵管內混凝土的溫度與環境氣溫差（℃）

ω——透風系數，大風取1.6

db——泵管外保溫層厚度（m），2.5cm礦棉

λb——泵管外保溫材料導熱系數，0.04w/(m·k)

Dl——混凝土甭管內徑（m），125mm

Dw——混凝土泵管外圍直徑（包括外圍保溫材料）（m），0.185m

ΔTb泵車損失溫度=0.18℃

④結論，T2=T1—ΔTy-ΔTb=7.25℃＞5℃，可滿足要求。

從以上計算分析，混凝土冬季施工入模溫度可滿足規范要求。同時在氣溫0℃以上，泵車使用前用熱水洗管，使泵管升溫，泵管外覆蓋保溫材料更可以提高入模溫度，可以很好的滿足入模溫度高于5℃的要求。

5 結語

通過上述措施，跨蘭嘎一級路大橋冬季施工收到了良好的效果，工程在安全、質量、進度三方面均處于受控狀態，同時也為今后寒冷地區簡支拱橋梁施工積累了寶貴經驗。