談高層住宅樓冬期工程設計與施工應用

楊新杰

(太原市城市建設拆遷中心，山西太原 030009)

1 工程概況

本工程為住宅樓和地下車庫，建筑面積為25 000 m2，地下分為2層，地上34層，為剪力墻結構體系，建筑總高度為99．20 m。建設單位要求冬期施工，現主體進度施工至22層一段頂板，22層二段剪力墻。

2 冬期施工部位及任務情況

根據規范規定，連續5 d室外日平均氣溫穩定低于5℃時，即進入冬期施工，當連續5 d室外日平均氣溫穩定高于5℃時解除冬期施工。按照施工計劃安排及當前現場實際施工進度情況，本工程將進行冬期施工的分項工程有:鋼筋工程、模板工程、混凝土工程、砌筑工程。因本工程主體樓層較高，冬期施工施工層溫度與現場地面溫度相差較大，為保證施工質量和冬期施工工作的正常進行，如現場日平均氣溫低于-5℃以下或遇異常天氣情況則停止施工。

冬期施工主要項目及預計施工日期如表1所示。

表1 冬期施工主要項目及預計施工日期

3 冬施施工準備

3．1 內業準備

安排專人進行氣溫觀測并作記錄。測溫范圍:大氣、混凝土出罐、入模、混凝土養護等溫度，試驗部門根據混凝土的養護測溫數據計算成熟度，來推算混凝土強度增長情況，決定同條件試塊的試壓時間、混凝土的拆模時間以及拆模后混凝土外表面的保溫措施。生產部門應根據冬施特點提前做好進度計劃，組織好生產力，提前做好現場冬施設施的準備工作。材料部門應制定好冬施材料、機具用量計劃，報送公司材料供應站，確保按時進場技術部門做好圖紙準備，凡進行冬期施工的工程項目，必須復核施工圖紙，查對其是否能適應冬期施工要求，冬施小組要組織好冬施準備工作檢查和季度、月度不定期的冬施檢查，發現問題及時解決。

3．2 外業準備

對現場周圍的施工道路，在冬施前進行一次徹底的檢查和修整，要求道路通暢、平整、堅實、防滑。辦公區與生活區應符合冬施要求，用水、采暖等都要充分考慮，滿足工作與生活的需要。材料庫、水泥庫等做好防潮、防水、防凍工作;機械設備應加強維修、保養工作，機電外露設備應做好防雪、防凍的準備，各種車輛應根據氣溫變化，注意水箱放水，避免受凍。對現場構件、材料、防護欄架、電氣設備使用、明火使用是否符合規定。在冬施前進行一次全面檢查，出入口要增設防滑措施。商品混凝土供應公司、試驗室要做好冬期混凝土所摻外加劑的復試試配工作，及時提出不同施工條件的配合比，嚴禁使用不合格的外加劑。

4 冬施主要技術指標計算及具體質量控制措施

4．1 混凝土蓄熱養護過程中的溫度計算

說明:由于墻、柱表面系數較樓板小，不易受凍，本工程僅取具有代表性的120厚混凝土樓板進行熱工計算。

4．1．1 已知條件

1)樓板厚度:120 mm。2)混凝土強度等級:C30。3)摻粉煤灰混凝土的質量密度:ρc=2 400 kg/m3。4)水泥:P．O42．5。5)混凝土中水泥單方用量:mce=350 kg/m3。

4．1．2 計算公式及各項計算參數

1)室外大氣平均溫度:Tm．a=-10℃。

2)混凝土入模溫度T3:取10℃計算(控制混凝土出罐溫度不得低于15℃)。

3)保溫材料厚度:0．1 mm厚塑料布，50 mm保溫被(以上材料厚度暫定)。

4)結構圍護層的總傳熱系數:K=3．6/0．04+(0．05/0．06)=4．12 kJ/(m2h·K)。

5)樓板混凝土結構表面系數:M=Ac/Vc=2×(1．0×1．0)/(0．12 ×1．0 ×1．0)=16．7 m-1。

6)覆蓋層透風系數:ω=1．45(圍擋層由不易透風材料組成)。

7)水泥水化累積最終放熱量:Qce=330 kJ/kg。

8)水泥水化速度系數:Vce=0．013 h-1。

9)鋼筋混凝土比熱容:Cc=1．05 kJ/(kg·K)。

10)綜合參數。

φ =VceQcemce/(VceCcρc-ωKM)=0．013 ×330 ×350/(0．013 ×1．05 ×2 400-1．45 ×4．12 ×16．7)=-22．41。

θ= ωKM/VceCcρc=1．45 × 4．12 × 16．7/(0．013 × 1．05 ×2 400)=3．05。

η =T3-Tm．a+ φ =10-(-10)+(-22．41)=-2．41。

11)計算公式選取。

因以上數值滿足:φ/Tm．a≥1．5;K ×M≥50。

所以混凝土蓄熱養護冷卻至0℃的時間為:t0=(1/Vce)ln(φ/Tm．a)=(1/0．013)ln(-22．41/-10)=62．07 h，取 t0=62 h。

計算混凝土蓄熱養護開始到冷卻到0℃時刻t的平均溫度:

Tm=1/(Vce× t)［φe-Vce．t-(η/θ)e-θVce．t+(η/θ)- φ］+Tm．a=1/(0．013 × 62)［-22．41 × e-0．013×62-(-2．41/3．05)×e-3．05×0．013×62+(-2．41/3．05)+22．41］+(-10)≈4．49 ℃。

計算結果:混凝土冷卻到0℃所需時間為62 h，該時刻混凝土的平均溫度為4．49℃。

4．1．3 結論

根據國家現行標準給出的溫度、齡期對混凝土強度影響線，查得當t0=62 h，Tm=4．49℃時，樓板混凝土強度應為6 N/mm2大于混凝土的受凍臨界強度4．0 N/mm2。

依據成熟度線性方程法推算早期強度估算如下:

故 f=0．015 ×(14．49 ×62-200)=10．47 ×0．8=8．4 MPa≥4 MPa。

故綜合蓄熱法施工能夠滿足冬季施工養護要求。

4．1．4 混凝土的出罐溫度

為了保證混凝土入模溫度T3≥10℃，現驗算混凝土的出罐溫度:

T3=(CcMcT2+CfMfTf+CsMsTs)/(CcMc+CfMf+CsMs)。

10=1．05×2 400×T2+2．51×100×(-10)+0．48×300×(-10)/(1．05 ×2 400+2．51 ×100+0．48 ×300)。

得 T2=13．13 ℃。

因此要求混凝土的出罐溫度不小于15℃。

4．2 混凝土工程控制措施

4．2．1 對商品混凝土廠家的要求

配合比、混凝土攪拌站應提供的技術資料、混凝土的攪拌、混凝土的運輸各個環節。

4．2．2 現場混凝土的澆筑

根據現場實際情況本混凝土工程采用綜合蓄熱法施工，以大氣最低溫度-5℃為界，當大氣最低溫度不低于-5℃，并控制在11月底以前，混凝土采用普硅42．5號水泥，摻復合早強型外加劑的熱拌混凝土，頂板采用覆蓋一層棉被來保溫養護;當大氣最低溫度低于-5℃，混凝土采用普硅42．5號水泥，外加劑改摻高效復合防凍型外加劑的熱拌混凝土，墻柱采用覆蓋一層棉被來保溫養護，頂板采用覆蓋1層～2層棉氈或巖棉被來保溫養護，作業層采取封閉生炭火提高環境溫度來延長混凝土正溫養護時間的方法施工。大氣氣溫低于-15℃時，停止混凝土作業施工。

1)墻體混凝土要分層連續澆筑，每層澆筑厚度不得大于1 000 mm，間隔時間不超過2 h，及時入模振搗，已澆筑層的混凝土在未被上一層混凝土覆蓋前不應低于2℃。如發生特殊情況不能連續澆筑時，墻板應留垂直縫。

2)混凝土運到作業面以后，應快鋪料、快振搗、快抹平，并及時覆蓋塑料布和保溫被。盡量減少作業面，降低混凝土暴露的時間和面積，將熱量損失降低到最低限度。

4．2．3 現場混凝土的保溫、養護

1)冬施澆筑的混凝土，應嚴格控制混凝土受凍臨界強度。混凝土使用硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥拌制，其臨界強度不低于設計強度標準值的30%。采用礦渣硅酸鹽水泥配置的混凝土，應為設計的混凝土強度標準值的40%，摻用防凍劑的混凝土，當室外最低氣溫不低于-15℃時不得小于4．0 N/mm2。

2)墻、柱模板采用模板背面外掛一層巖棉被保溫，保溫層應嚴密，固定牢固。墻上部插筋部位混凝土保溫，此部位是保溫的薄弱環節，保溫使用保溫被卷起填塞在墻頂及鋼筋之間，要求填塞嚴密。墻體須達到4 MPa臨界強度后，且混凝土表面與環境溫差不得超過20℃，方可拆除模板，若溫差大于20℃，拆除模板后，應立即將混凝土表面覆蓋一層保溫被保溫。

3)頂板混凝土在澆筑完畢后隨即抹平，然后覆蓋一層塑料薄膜，再覆蓋1層～2層棉氈或巖棉被保溫，并用腳手板壓住，不要留下腳印。板四周外側保溫及墻體迎風面是薄弱部位，其保溫厚度應增大，施工層的門窗洞口在冬施時應用彩條布封死。樓板表面的保溫層，在混凝土達到受凍臨界強度后，混凝土表面溫度小于5℃，混凝土表面溫度與大氣溫差小于20℃時，方可取掉。

4)當環境溫度低于-5℃時，為確保混凝土正溫養護時間及保證混凝土受凍前達到臨界強度，采用生火提高養護環境溫度的措施，具體做法為作業層空間全封閉后，在房間內部采用生炭火爐升溫的方式提高環境溫度。使用炭爐加熱保證環境溫度不低于5℃后，開始澆筑混凝土。焦炭爐的擺放位置應居房間中央或避開易燃保溫材料，下方用紅磚墊高50 cm，上方附加一層現場廢棄的鐵皮覆蓋，防止樓板局部溫度過高，當混凝土達到臨界強度后即可停止，如為加快施工進度，提前拆模則生火養護到頂板達拆模強度后停止。每個流水段炭火設置四個。

5)混凝土試塊留置，冬施期間的混凝土試塊除按常溫施工要求留置外，還應增設不少于2組與結構同條件養護的試塊，用于檢驗受凍前的混凝土強度、用于結構實體檢驗和同條件養護28 d轉入常溫養護28 d的混凝土強度以及推測混凝土各階段的強度。結構實體檢驗用試塊的等效養護齡期可取按日平均溫度逐日累計達到600℃·d時所對應的齡期，0℃以下的齡期不計入;等效養護齡期不應小于14 d，也不宜大于60 d。同條件養護試塊必須有專人負責保養，每澆筑一次混凝土都要留設一定數量的同條件試塊。

6)測溫孔留設，提前繪制出測溫孔布置圖，根據測溫孔布置圖布置測溫孔。測溫孔應設在有代表性的結構部位和溫度變化大易冷卻的部位，孔深為構件截面的1/2。

4．3 砌體工程控制措施

本工程±0．000以上采用M5混合砂漿、加氣混凝土砌塊砌筑，在冬期正溫度條件下砌筑時可采用隨砌隨澆水的辦法。

1)冬期施工期間適當增加砂漿的稠度。2)嚴格按砂漿配比單添加防凍劑，并適當延長攪拌時間，保證添加劑、水泥、砂攪拌均勻，不準用加鹽水的方法防凍。3)砂漿攪拌采用熱水的方法，使水溫在80℃左右，投料時先將砂與水攪拌后再加入水泥攪拌，使砂漿出機溫度在10℃以上，使用溫度在正溫度以上。4)每天的砌筑高度不大于1．2 m，每砌完一面墻要及時覆蓋，雙面掛巖棉被，每天下班前，將所砌墻體采用彩條布、巖棉被覆蓋。5)留置砂漿試件要比正常情況下多留置一組，一組為標養試件，一組為同條件試件。

4．4 鋼筋工程

1)鋼筋負溫下加工制作和使用，施工時要加強檢驗，鋼筋在運輸和加工過程中應防止撞擊和刻痕。2)鋼筋安裝，施工前要搭設人行馬道，不得在鋼筋架上行走，防止鋼筋變形，人員摔傷。遇下雪天氣綁扎鋼筋，綁扎好的部分加蓋塑料布，減少積雪清理難度。其次鋼筋連接主要以電渣壓力焊焊接及綁扎搭接為主，焊接連接應注意當環境溫度低于-20℃時不宜進行施焊。

4．5 模板工程

冬期模板使用之前應徹底清理模板上的冰雪;模板驗收后，如不能及時澆筑混凝土，在下雪前需用塑料薄膜把模板覆蓋，避免冰雪落入模內。立面模板的保溫材料采用鋼模板外掛一層巖棉被保溫，根據施工的實際情況盡可能延長拆模時間以便增加混凝土正溫養護時間。頂板隨混凝土澆筑隨鋪一層塑料薄膜，上加1層～2層棉氈或1層～2層50mm厚巖棉被保溫覆蓋保溫(依環境溫度確定保溫厚度)。模板拆除:參照成熟度混凝土強度計算結果，如滿足拆模要求，相應位置留置的臨界強度試塊，達到4．0 MPa以上，且冷卻到5℃以下方可拆模。頂板、梁、懸挑構件拆模時必須遵循下列要求:頂板、梁拆模時混凝土強度達到75%，懸挑結構拆模時混凝土強度達到100%，當溫度與環境溫度差大于20℃時，拆模后的混凝土表面應及時覆蓋棉氈或50 mm厚巖棉被，使其緩慢冷卻，以防混凝土表面因溫差太大產生裂紋。

5 安全防火措施

冬期施工氣溫較低，引發安全事故的因素多，在施工前要配備必要的安全防護用品，對施工人員進行安全教育，尤其是高空作業和特殊工種的教育，并加強現場施工管理工作，確保工程安全施工。

6 結語

冬期施工只有加強了管理人員，測量人員的培訓，并進行了書面交底，采取行之有效的冬期施工質量控制措施，工程則不僅能滿足設計要求，而且保證了業主的工期進度要求，取得了良好的成效。

［1］JGJ 104-97，建筑工程冬期施工規程［S］．

［2］崔 霞．冬季建筑施工若干措施的討論［Z］．