華北地區明挖隧道跨冬季混凝土施工技術分析

王偉

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

0 引言

根據《建筑工程冬季施工規程》規定，結合石家莊市本地要求：在室外連續5d晝夜日平均氣溫低于5℃以及每年11月15日后采取冬季施工措施，當室外日平均氣溫連續5d高于5℃，即解除《建筑工程冬季施工規程》約束。

根據往年冬季氣溫統計及施工計劃，冬季施工時間擬定為每年12月1日至次年3月2日，具體根據現場實測溫度為準。該項目采取了一系列的冬季施工措施，為華北寒冷地區明挖隧道跨冬季混凝土施工技術應用積累了經驗。

1 工程概況

白佛隧道位于石家莊市復興大街和平路至裕華路段，起止里K17+395～K18+610。隧道沿現狀復興大街布線，隧道主體為雙向十車道，敞開段采用C45鋼筋混凝土，暗埋段采用C40鋼筋混凝土結構，土方開挖量為56萬m3，混凝土結構達15萬m3。設265m明挖敞開段后，以710m暗埋段下穿中山路后接240m 敞開段，主線隧道全長1215m。白佛隧道采用明挖順做法施工，隧道主體結構均采用分段澆筑方式施工，敞開段分為底板及墻體2部分，暗埋段分為底板、墻體及頂板3部分，每段在施工前需拆除與施工位置干涉的基坑支撐結構，為主體結構施工留出空間。該項目屬于石家莊市政化重點改造項目，為了確保順利完成工期任務，必須進行跨冬季施工，而如何高效高質量地進行混凝土冬季施工，順利完成進度任務是問題的關鍵。

2 隧道主體混凝土施工技術

2.1 混凝土的生產

白佛隧道地處市區，無法自建拌合站，因此整個施工過程均采用商品混凝土澆筑。為了達到預期的施工效果，必須對混凝土的生產采取必要的如下保溫措施[1-2]。

（1）冬季施工中骨料要求沒有冰塊、雪團，還要求清潔，級配良好，質地堅硬，不應含有易凍壞的礦物，骨料不應含有機物質。在冬季施工前將骨料提前運輸至封閉的配料倉內，上料倉應做好防雨雪罩棚，避免雨雪飄落骨料上凍成塊。

（2）商混站采取全封閉料倉保溫砂石料、使用火電廠的熱水拌和混凝土、嚴格控制混凝土水膠比、在混凝土中摻入非氯鹽類混凝土防凍劑、延長攪拌時間、罐車外殼包裹棉被保溫、縮短澆筑時間、控制生產速度保證工地不壓車不斷檔等措施保證混凝土出機、運輸溫度控制。

（3）對混凝土中摻入外加劑要做好保溫措施，避免外加劑上凍，但不得直接對外加劑進行加熱，澆筑前應開啟循環系統進行攪拌，確保外加劑使用濃度一致，外加劑的溫度宜控制在5～10℃以上。

（4）縮短材料進場儲存時間，降低粉料的溫度損失，必要時可采取對儲罐包裹帆布進行保溫，避免因粉料溫度影響混凝土出機溫度。

（5）對骨料采取保暖保溫措施，配料倉內設置蒸汽管線，在混凝土生產前，配料倉堆滿骨料，提前開通蒸汽進行預熱，對骨料進行預熱升溫。

2.2 混凝土的運輸

為滿足混凝土連續澆筑需要，需配備16臺10m3混凝土罐車進行運輸。

（1）罐車應采用保溫材料對罐體進行包裹，保證混凝土在運輸中，不得有表層凍結、混凝土離析、水泥砂漿流失、坍落度損失等現象，降溫速度不得超過5℃/h。

（2）泵送混凝土的管道采取保溫材料包裹，減少熱量的損失，保證混凝土的入模溫度不得低于5℃。

（3）混凝土運輸時，選擇最佳運輸路線，縮短運輸時間，確保混凝土拌合物出機后應及時運到澆筑地點。加強攪拌站與澆筑現場的聯系，避免現場泵車等待時間過長導致的混凝土熱量損失。

2.3 混凝土澆筑

隧道主體結構采用分段澆筑[3]，其中敞開段分為底板、墻體兩部分，底板區至兩側倒角向上80cm高度，80cm以上均為墻體區。而暗埋段均分為底板、墻體、頂板三部分，底板區至兩側倒角向上80cm高度，墻體區上至頂板倒角向下50cm處，見圖1所示。

圖1 澆筑分區圖

混凝土澆筑分層原則按照每層30～50cm厚度布料，各區域分層情況如下：

（1）底板澆筑分層。底板平面面積大，單層澆筑時間長，為防止混凝土分層間出現冷縫，底板分層厚度按30cm控制。10Z4結構底板最大厚度1.8m，敞開段10U2結構底板最小厚度0.6m，故底板分層在2～6層不等，加倒角位置1層，及倒角以上80cm按2層控制，共計5～9層。底板中單層最大方量約為42m×30m×0.3m=468m3，按4臺天泵每小時澆筑150m3計算，單層澆筑時間為3.12h，混凝土初凝時間約在6～8h，可以在下層混凝土初凝前開始上層澆筑。在澆筑過程中應重點注意保證混凝土供應，避免層間澆筑時間過長，導致層間出現冷縫。

（2）墻體澆筑分層。墻體面積及方量均較少，為提高混凝土澆筑效率，分層厚度按50cm控制。墻體最大高度在10U5結構段，為8.1m，分16層。單側墻體層厚最大值為10Z4結構段側墻，方量1.6m×25m×0.5m=20m3。

（3）頂板澆筑分層。暗埋段頂板分為折板結構和平板結構，平板結構分層參照底板，先將墻體及倒角澆筑至與頂板同高后，頂板按30cm層厚控制，共分5層。折板結構在側墻及中墻倒角位置，按50cm層厚控制，共分6層，澆筑至頂板后改為按30cm層厚控制，共分5層。

2.4 混凝土的養護

隧道主體結構不同部位采取綜合蓄熱法進行帶溫養護措施[4]，見表1所示，同時按照相同的保溫條件進行試塊養護，以此檢測混凝土的強度變化。

表1 不同部位保溫措施

在混凝土澆筑完成后立即對混凝土外露面進行保濕保溫覆蓋，利用原材料加熱及水化熱的熱量，延緩混凝土冷卻。

為保證混凝土在上述養護過程中表面保持濕潤，避免出現龜裂情況發生，在混凝土澆筑完成后，在底板、頂板上立即覆蓋一層厚薄膜再鋪設電熱毯和棉被，薄膜鋪設過程中避免出現損壞，若損壞則應更換。安排專人對電熱毯進行控制，溫度過高則適當關閉電熱毯。側墻/中墻混凝土澆筑完成后可覆蓋一層高分子養護膜進行保溫養護[5]。

澆筑完成后采用帶模養護工藝，根據部位不同采取薄膜、棉被、電熱毯、帆布、熱鼓風機等措施進行保溫養護。尤其是注重基坑內縱向迎風方向的遮擋，采用懸掛篷布進行遮擋，防止基坑內縱向冷空氣進入產生過堂風。

對端面等部位，達到拆模強度前采用帶模養護，拆模后立即覆蓋薄膜+土工布+棉被。施工縫、端頭預留鋼筋采用土工布+棉被全覆蓋保溫控制。

根據《建筑工程冬期施工規程》規定：對有抗滲要求的混凝土，其受凍臨界強度不宜小于設計混凝土強度等級值的50%。即底板、側墻/中墻、頂板需保溫養護至強度不小于設計強度的50%（可按70%控制）方可進行正常養護，同時頂板需達到設計強度的100%方可進行滿堂支架拆除。

2.5 混凝土的溫控監測

混凝土冬季施工，按時測量水和骨料、外加劑加入攪拌機時的溫度，以及混凝土攪拌、澆注時的溫度和澆注后混凝土溫度的變化情況，使混凝土內外溫差不超過20℃，混凝土表面溫度與環境溫度同樣不超過20℃，降溫速度不超過2℃/d。尤其要注意加強混凝土養生期的溫度觀測[6]。

外界氣溫和腔內氣溫均用自動溫度記錄儀觀測，混凝土出罐入模溫度用普通溫度計測定，原材料及混凝土內外溫度用電子測溫儀測定，混凝土表面溫度用紅外線測溫儀測定。

在隧道混凝土表面及內部分別布設溫度傳感器。考慮到結構的對稱性，選擇施工節段1/4區域內布設溫測點。不同部位測溫點布置原則如下：

底板選擇節段中間、1/4區段縱向中間及端頭布設三排，每排橫向在底板中心等間距設置3個測溫點，底板混凝土表面同樣設置3個測溫點，溫度傳感器與底板鋼筋連接，見圖2所示。

圖2 底板橫斷面測溫點布置圖

側墻/中墻選擇節段中間、1/4區段縱向中間及端頭布設三排，每排橫向在側墻/中墻中心設置1個測溫點，對應位置的外表面設置1個測溫點。側墻/中墻頂面設置1個測溫點，溫度傳感器與鋼筋連接，見圖3所示。

圖3 側墻/中墻橫斷面測溫點布置圖

頂板同樣選擇節段中間、1/4區段縱向中間及端頭布設三排，頂板上、中、下各布置3排測溫點，左側倒角折點處各設置一列，頂板中心設置一列，右側倒角折點設置一列，但中心測溫點移至板中心位置，橫斷面共9個測溫點，見圖4所示。

圖4 頂板橫斷面測溫點布置圖

3 結束語

石家莊市復興大街白佛隧道施工，屬于石家莊市政化重點改造項目，工期緊、任務重。為了確保順利完成工期任務，必須跨冬季寒冷低溫氣候下施工，這增加了施工的難度，對于混凝土實體強度及外觀質量控制提出了很高要求。采用綜合蓄熱法對主體結構進行帶溫養護，克服了低溫氣候混凝土受凍，實體強度無法滿足設計要求的困難，同時，為整個項目的工期保障提供了極大的支撐。該隧道主體結構冬季施工取得的經驗如下：

（1）按照上述養護措施采用綜合蓄熱法對主體結構進行帶溫養護，混凝土中心溫度與表層溫度差基本可控制在20℃范圍內，有利于控制混凝土質量。

（2）混凝土澆筑完成后，保溫養護約30～35h后溫度達到最高，中心溫度約為60～65℃，表面溫度約為40～60℃。表層混凝土溫度增長速率要高于中心混凝土，但表層溫度仍低于中心溫度。

（3）采用綜合蓄熱法對主體結構進行養護，以隧道底板為例，在帶溫養護55h 后，實測混凝土回彈強度約30MPa，達到設計強度45MPa的66.7%。168h后，回彈強度約為43.8MPa，達到設計強度45MPa的97.3%，且混凝土表面均未發現有凍裂現象發生，養護效果良好。