简介:摘 要:以敦白铁路客专下钻吉图珲客专特大桥现浇箱梁工程为实际案例,介绍在高寒地区低温条件下现浇箱梁冬期施工准备、支架基础地基防冻胀处理、混凝土冬期施工质控、预应力冬期施工质控等方面所采取的具体措施,为同类工程提供参考。 关键词:高寒地区;现浇箱梁;冬期施工 引言 随着我国高速铁路的快速发展,在高速铁路施工中预应力现浇箱梁越来越被广泛采用。由于东北高寒地区年有效施工时间较短,现浇箱梁难免会出现冬期施工的情况,冬季高寒低温环境对现浇箱梁施工质量影响很大。为此,需要对现浇箱梁冬期施工进行深入研究,提出更好的施工措施,才能保证现浇箱梁的质量。 1 概述 敦白铁路地处吉林省东部的延边朝鲜族自治州境内,是我国在高寒地区设计、建造的一条客运专线,基本呈南北走向。沿线冬季周期较长,最冷月平均气温-15.8℃,极端最低气温-35.8℃。沿线土壤最大冻结深度1.98m,每年10月中旬开始冻结,次年5月上旬全部融化。 本工程下钻吉图珲客专特大桥位于敦化市境内,由历年的气温变化规律统计,桥址区10月份平均低温-1℃、平均高温11℃、极端低温-8℃、极端高温22℃;11月份平均低温-9℃、平均高温0℃、极端低温-19℃、极端高温13℃;12月份平均低温-18℃、平均高温-8℃、极端低温-24℃、极端高温1℃。根据敦化地区的气象条件、当前工程施工进度情况及为满足架梁工期安排,下钻吉图珲客专特大桥第1孔现浇简支箱梁开始施工时已进入10月下旬,工程计划11月下旬施工完成。因此需采取各项保障措施,确保现浇箱梁在高寒低温环境下施工的质量满足验标要求。 2 现浇箱梁冬期施工准备 当室外日平均气温连续3d低于5℃或最低气温低于0℃时,现浇箱梁施工按冬期施工要求办理。 2.1 生产准备 根据制定的进度计划、气温变化提前安排好施工任务及现场准备工作。现场供水管道的保温防冻,拌和站及施工现场保温,施工便道的修整及防滑。全面检查施工机械使用状态,确保机械使用状态良好。并为冬期使用的车辆配备雪地胎、防滑链等必要的防护措施。做好冬期施工混凝土试配试验工作,提出适当的施工配合比。 2.2 物资储备 物资储备包括保温防寒物资储备和工程生产物资储备。 (1)保温防寒物资:蒸汽锅炉、大功率热得棒、大功率燃油暖风机、保温阻燃棉被、门帘、保温篷布、保温彩钢板、土工布、煤渣、防滑链、防滑手套、防滑防寒鞋、温度计、湿度计、混凝土测温仪、燃煤等。 (2)工程生产物资:在拌和站提前储备砂子、碎石、水泥、外加剂等原材料;在中心料库提前储备所需钢材、钢绞线、波纹管、锚具等材料,储备施工机械所需-35号柴油、汽油、润滑油、防冻液。2.3 现浇箱梁支架地基处理 桥址跨越耕地,下穿吉图珲客专铁路范围内墩高在3m范围,表层粉质黏土及黏土为季节性冻土。根据桥位地形,地质,水文,气象等实际施工条件17号墩~敦方台共5孔32m单线简支箱梁采取支架法原位现浇施工,支架采用满堂式支架体系。 支架基础具有足够的承载力,并应做好地面防排水处理,严格控制不均匀沉降。为防止支架基础地基在箱梁冬期施工期间由于季节性冻土发生冻胀、融沉等病害地基产生不均匀沉降影响支架结构稳定性。对支架基础冻胀范围内土层采取全部挖除换填弱冻胀AB组填料,基坑开挖完成后加强验槽满足设计地基承载力要求方可进行换填施工。弱冻胀AB组填料由开山块石、天然卵石或砂砾石经破碎筛选而成,填料最大粒径应小于60mm,细颗粒粒径≤0.075mm含量小于5%、压实后小于7%,压实后渗透系数小于5×10-5m/s;粒径大于1.7mm颗粒的洛杉矶磨耗率不大于30%,硫酸钠溶液浸泡损失率不大于6%;粒径小于0.5mm的细颗粒的液限不大于25%,塑性指数小于6;不得含有黏土及其它杂质。换填深度为原地面以下2.23m处,满足地区最大冻结深度要求,并分层碾压夯实,压实标准为压实系数K≥0.95,地基系数K30≥150MPa/m,动态变形模量Evd≥40MPa。地基处理完成后应进行承载检测,合格后施工垫层。垫层结构为C25钢筋混凝土,厚度为15cm,垫层施工完毕后保证混凝土顶面高出原地面10cm,严格控制其顶面标高和平整度。支架基础四周地表修建防渗排水沟,将地表水引排至基础5m以外,防止地表水流入或渗入地基。地基处理和基础施工完成后应检查验收,合格后方可进行支架安装。 2.4 混凝土拌和保温 混凝土拌和保温包括:拌和楼及料仓保温、砂石料及施工用水加热、混凝土运输保温。 2.4.1 拌和楼及料仓保温 拌和楼及料仓采取全封闭式保温方法。拌和楼及料仓四周及顶部采用彩钢泡沫板搭建保温棚。保温棚大门采用全自动开闭卷闸门,最大限度减少棚内热量的散发。拌和楼及料仓供暖设备选用蒸汽锅炉,在封闭拌和楼及料仓内铺设蒸汽管道,通过管道将锅炉蒸气引入到保温棚中,使拌和楼及料仓内环境温度提升。还可根据实际需要在棚内机动布置大功率柴油暖风机辅助升温,数量根据设备功率及试验进行布置,确保棚内温度满足混凝土拌和要求。 2.4.2 砂石料及拌和用水加热 砂石料及拌和用水可通过锅炉蒸汽加热。将料仓内骨料均匀摊铺开后用塑料布覆盖,蒸汽管道插入塑料布内利用蒸汽预热骨料。施工用水可直接用蒸汽锅炉产生的蒸汽通过管道输入水箱,用蒸汽直接对水加热。 2.4.3 混凝土运输保温 采用混凝土罐车运输,在混凝土罐车罐体外层采用电热毯包裹加热保温,罐车装入混凝土前应先对罐体预加热,最大限度减少混凝土热量散失。 2.5 现浇箱梁梁体保温 采取搭设全封闭暖棚对现浇箱梁进行保温。现浇梁模板、钢筋、预应力筋及预埋件安装完成并经验收合格、混凝土浇筑前应完成暖棚的搭设及调试工作。暖棚的搭设长度为固定端梁端外1m、张拉端梁端外3m(单端张拉压浆工作平台);搭设宽度为两侧翼板外2m;搭设高度为基础混凝土垫层顶至高出梁顶面1.8m。保温棚设为人字形屋顶,棚顶及四面支撑结构采用钢管脚手架搭设,暖棚阻燃保温棉被安装顺序从下往上、从两侧向中间、在人字形棚顶中间搭接封闭。浇筑混凝土前,可将棚顶阻燃保温棉被由中间向两侧卷起,利于天泵泵送混凝土。将顺桥向每块阻燃保温棉被覆盖棚顶面区域划分为若干独立混凝土施工单元,混凝土浇筑完一单元后棚顶及时收拢闭合,再卷起另一单元棚顶进行混凝土浇筑,这样既控制了梁体暴露在室外的时间,也减少保温棚内热量流失,利于暖棚保温。暖棚采用保温阻燃被外包不透气塑料篷布组合围成,下沿与地面采用沙袋压实,保证密不透风,在一侧设置一个1. 0×1.8m 出入口,门帘布采用保温阻燃棉被。混凝土浇筑选择在风速小、气温较高的时间段进行,混凝土浇筑完成后及时封闭,为防止保温棚篷布被大风掀起,应及时在保温棚四周外侧及棚顶部背上钢管排架,用缆风绳将棚顶及四面拉紧。暖棚外侧设置两个蒸汽锅炉房(单个锅炉蒸汽保温面积1500㎡),通过加热锅炉生成水蒸汽,将水蒸气通过管道引入到暖棚中,使现浇箱梁暖棚内空气温度提升,达到混凝土入模及养护所需温度。利用水蒸气增加暖棚内湿度,达到保湿养护效果。在暖棚内悬挂干湿温度计,安排专人对暖棚内进行测量温度并做好记录,混凝土浇筑后4h开始观测,升降温阶段每1h观测记录1次,恒温阶段每2h观测记录1次。根据温度及时增减煤炉或电暖炉数量,调整棚内温度。 3 现浇箱梁冬期施工保证措施 3.1 混凝土冬期施工要求 3.1.1 混凝土搅拌 冬期混凝土正式搅拌前,应先经过热工计算,并根据施工配合比进行试拌确定水、骨料需要预热的最高温度,保证混凝土出机温度不低于10℃,入模温度不低于5℃。 水泥、矿物掺合料、外加剂等宜运入保温棚进行自然预热,不得直接加热。 骨料中不得混入冰雪、冻块。当需要对骨料进行加热处理时,骨料的加热温度不宜高于40℃,水的加热温度不宜高于60℃。当骨料不加热时,水可加热至80℃,但搅拌时应先投入骨料和已加热的水,拌匀后温度不高于40℃时再投入水泥。混凝土搅拌时间宜较常温施工延长50%左右,总搅拌时间按3min控制。 3.1.2 混凝土运输 冬季施工运输混凝土时,混凝土的运输容器应有保温措施或加热装置。运输时间应缩短,减少中间倒运环节。尽量减少装卸次数并合理组织装入、运输和卸出混凝土工作,杜绝混凝土运输罐车停靠现场排队等待卸料情况发生。 3.1.3 混凝土浇筑 混凝土冬期施工时,尽量安排在白天气温较高时段(9点~14点)进行,混凝土浇筑前使用暖棚加热法对模板、钢筋进行预热,清除模板及钢筋上的冰雪,梁体混凝土浇筑时,模板温度不低于5℃,混凝土的浇筑温度不低于5℃,细薄截面混凝土结构的浇筑温度不宜低于10℃,混凝土分层连续浇筑,中途不得间断,并应在最先浇筑的混凝土初凝前完成,每层浇筑厚度不大于30cm。 3.1.4 混凝土振捣 底板混凝土振捣应采用插入式振捣器;腹板混凝土振捣宜以插入式振捣器为主,附着式振捣器为辅;顶板混凝土振捣应以插入式振捣器为主,平板振捣器为辅。混凝土振捣完成后,应及时修整、抹平梁面混凝土,待定浆后再抹第二遍并压光。抹面时严禁洒水。 3.1.5 梁体混凝土养护 混凝土养护采用暖棚法。暖棚内采用蒸汽养护,蒸汽养护分为静停、升温、恒温、降温四个阶段,静停期间棚温应不低于5℃,静停4h后方可升温,升温速度不应大于10℃/h。恒温养护期间蒸汽温度不宜超过45℃、梁体芯部混凝土温度不应超过65℃,恒温时间应根据梁体拆模对混凝土强度要求及环境条件等试验确定,降温速度不应大于10℃/h。在梁体每侧腹板顶板处顺桥向间隔5m依次预埋规格0.5m、1m、1.5m、2m长度混凝土测温线测量混凝土芯部温度,横桥向顶板、底板中间位置预埋规格0.5m测温预埋线,同时在梁顶面、中部、距地面 1. 0m 处,每隔 10m 设置一温度计和湿度计来控制暖棚内的温度和湿度。暖棚内底模温度不得低于 5℃ ,测温度、湿度计布设完后绘制布置图并编号,定期测量混凝土芯部温度及暖棚内温度、湿度,并做好记录,实施跟踪养护,使棚温与梁体内水化热相适应。根据实测棚内温度和湿度情况适当对梁体进行洒温水养护,梁体混凝土拆模后,应对混凝土进行保温保湿养护,养护水温与混凝土表面温度之差不得大于15℃,蒸汽养护的梁脱模后的保温保湿养护时间不少于14d。梁体养护期间,混凝土芯部与表层、表层与环境温度之差均不应超过15 ℃,直至混凝土强度、弹性模量、龄期达到规范设计要求。 3.1.6 混凝土拆模 混凝土拆模时的强度应达到规范设计强度的60%以上,并保证梁体棱角完整。松开内模、拆除端模后进行预张拉,预张拉后脱出内模和移开侧模。拆模时梁体混凝土芯部与表层、箱内与向外、表层与环境温度之差不应大于15℃。 3.1.7 混凝土冬期施工质量检验 冬期混凝土施工应定期检测水、外加剂及骨料加入搅拌机的温度和搅拌机的环境温度,以及混凝土拌和、浇筑、养护时环境温度,每一工作班至少检测4次。 冬期施工的混凝土除应按规定制作标准混凝土试件外,还应根据养护、拆模和承受荷载的需要,增加与结构同条件养护的施工试件不少于2组。此种试件应在解冻后方可进行试压。 3.2 梁体预应力冬期施工要求 当梁体混凝土强度等级达到90%时,进行初张拉;混凝土强度、弹性模量达到设计值且龄期不小于10天时,进行终张拉。预应力张拉及管道压浆全过程在暖棚中进行。张拉程序:0→初应力(0.2σcon)→σcon(持续5分钟)→锚固。张拉应力钢绞线时,采用应力和应变双控制,预施应力值以油压表读数为主,以预应力筋伸长值进行校核。预应力筋张拉的环境温度不宜低于0℃。 孔道压浆应在预应力筋张拉完成48h内进行。压浆的施工时间选择在当天中温度较高的时间段进行,采用30℃的温水制浆,确保浆体不受冻。孔道压浆采用真空辅助压浆工艺,使得管道浆体更饱满密实。压浆前应首先进行抽真空,使管道内的真空度稳定在-0.06MPa~-0.08MPa之间。真空度稳定后,应立即开启管道压浆端阀门,同时开启压浆泵进行连续压浆。 梁体纵向压浆的最大压力不宜超过0.6MPa。压浆充盈度应达到管道另一端饱满并于排气孔排出与规定流动度相同的浆体为止。关闭出浆口后,应保持0.5MPa~0.6MPa且不少于3min的稳压期。 压浆时的浆体温度应在5℃~30℃之间,压浆过程中及压浆后3d内,梁体及环境温度不应低于5℃。采取暖棚法养护措施使之满足规定温度。同一管道压浆应连续进行,一次完成。从浆体搅拌到压入梁体的时间不应超过40min。压浆过程中,制作3组标准养护试件和2组同条件养护试件,进行抗压强度和抗折强度试验。 孔道压浆完毕,经检查无不饱满情况,浆体已凝固后,应及时进行封锚(端)作业。封锚(端)混凝土应进行保湿保温养护,养护结束后,应按设计要求进行防水处理。 3.3 支架落架及拆除 梁体预应力施工完成后进行支架落架和拆除。支架落架按照从梁体跨中向梁端的顺序和纵桥向对称均衡、横桥向基本同步的原则分阶段循环进行支架落架。 4 结束语 经过敦白铁路客专现浇箱梁冬期施工实践,在高寒低温条件下采取各项保温防冻措施,支架法现浇箱梁的工程质量得到了保证,为东北高寒地区类似施工提供了宝贵的经验。 参考文献 [1] 中铁三局集团有限公司,中铁城建集团有限公司.Q/CR 9207-2017 铁路混凝土工程施工技术规程[S].北京:中国铁道出版社,2017:126-130. 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