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摘 要：针对预制箱梁混凝土冬季施工中出现的质量通病，结合安徽省北沿江高速公路马巢段K31+894箱梁冬季混凝土施工工程实践，从施工准备、钢筋加工、原材料加温、混凝土浇筑、养护等方面介绍了预制箱梁混凝土的冬季施工技术保障措施，对确保冬季条件下箱梁施工质量具有积极的作用。
关键词：预制箱梁混凝土 冬季施工 防治措施
中图分类号：TU742文献标识码：A文章编号：
Abstract: According to concrete box girder of prefabricated appeared in the winter construction quality problems with Anhui province with north coastal expressway horse nest section K31 + 894 winter concrete box girder construction engineering practice, and from preparation for construction, steel processing, raw material heating, concrete casting, the maintenance precast concrete box girder introduces the winter construction technical guarantee measures, to ensure that winter conditions box girder construction quality with a positive role.
Key Words: precast box, concrete, winter construction, prevention and control measures
1引言
北沿江高速馬巢段K31+894桥梁跨径布置为12×30m，全长366m，上部结构采用先简支后连续的预制箱梁，下部构造采用三柱式桥墩，下接单排桩基础，墩身采用直径为1.6米的圆柱桥墩，单排桩桩直径为180cm，桥台采用柱式桥台、混凝土桩基础。主要工程量为：下部结构桩基砼6341m3，上部结构砼6733.6m3。根据架梁工期要求，应采取冬季施工才能保证完成任务。冬季寒冷干燥，12月至次年3月平均气温-4℃至-6℃，极端最低气温-10℃。
由于冬季施工气温较低，无论在材料、混凝土浇筑、混凝土养护等都需要一些特殊的措施。针对冬季施工的工程特点和规范要求，文章结合K31+894大桥工程实际，对预制箱梁混凝土的冬季施工技术进行探讨和分析，以期为公路技术人员提供一些借鉴。
2预制箱梁混凝土冬季施工质量通病分析
预制箱梁混凝土冬季施工常见的质量通病有以下几种:
（1）钢筋锈蚀与混凝土早期裂缝。钢筋锈蚀是由于混凝土保护层的碳化和氯离子的侵入而造成的。由于钢筋锈蚀伴随产生体积膨胀，致使混凝土沿主筋方向产生裂缝。混凝土箱梁的早期裂缝是在梁体拆模后张拉前出现的裂缝，是早期温度和收缩引起的裂缝，也就是当冷缩和干缩变性受到约束引起的应力超过混凝土的抗拉强度时引起的裂缝。
（2）温差裂缝。由于混凝土在凝结过程中，产生水化热，散热慢，混凝土外部散热快，产生内外温度差，温差产生温度应力，温度应力产生形变，混凝土在硬强化过程中，其拉应力抵挡不了由于温差而产生的形变，因而产生裂缝。如果内外温差在25℃时就容易产生温差裂缝，其宽度一般在0. 5mm以下,裂缝走向无规律,如果温差过大时,能引起危害很大的纵深贯穿裂缝。
（3）表面起灰。主要是由于混凝土混合物水灰比太大，离析、泌水严重，粘聚性、保水性差，且又未采取覆盖保水措施，混凝土水分向外转移，而导致表面起灰。
（4）表面返霜。混凝土硬化后，外加剂溶液通过毛细管作用渗入到混凝土表面，而混凝土表面水分逐渐蒸干，外加剂溶液过饱和而成结晶状析出，形成白霜。结晶过程如果形成结晶水则体积膨胀，这样产生的内应力对表面造成的损害称结晶腐蚀，此种情况将影响混凝土与饰面层的结合。
3实施方案
箱梁冬季施工必须在确保施工质量及生产安全的条件下，制定具有技术可靠性和经济合理性的专项施工技术方案及对策措施，做好技术准备工作、施工准备工作及资源准备工作，预防预制箱梁混凝土冬季施工质量通病的产生。通过研究设计文件和现场实际情况，借鉴以往冬季施工经验，确定了K31+894大桥箱梁的冬季施工工艺，如图1所示。
图1 预制箱梁混凝土冬季施工工艺
3.1施工准备
（1）混凝土浇筑时，模板温度宜在5-25℃，当模板温度低于0℃时，在混凝土浇筑前对模板进行升温，对模板采用棚布遮盖，当遮盖达不到要求的模板温度时，利用底模下两根蒸汽管通入蒸汽进行加热。
（2）根据其气候特点，考虑现场供水管道的保温防冻、搅拌机棚的保温等措施。
（3）根据混凝土施工量，提前备好足够的粗、细骨料存放到骨料棚内，预防进入冬季后，粗、细骨料无法冲洗，从而影响质量和进度。
（4）根据施工工艺养护方法，准备好覆盖保温材料（塑料膜、毛毯、草帘、暖棚等）、加热设施（大小箱、小型锅炉、煤、砂石、加热钢管等）、外加剂（引起高效减水剂、防冻剂）等。
（5）编制冬季施工方案及技术措施，并对有关人员进行技术交底或培训。
3.2钢筋加工
随着温度的降低，钢筋屈服点强度略有提高，伸长率和冲击韧性下降，存在着冷脆倾向。钢筋调直宜采用机械方法，也可采用冷拉方法，冷拉时，环境温度不得低于-20℃。钢筋焊接前搭设保温棚，所有钢筋焊接工作在保温棚中作业。根据实际情况，现场共搭设保温棚2个，规格为长30m、宽4m、高3m；保温棚周围采用一层保温苫布密封覆盖，棚内安装2台热风炮作为热源，保证棚内温度。钢筋提前运入加工棚，焊接后的钢筋待完全冷却后才运往到加工棚外。
3.3原材料加温
（1）水加热。在搅拌机旁的水箱内接入蒸汽进行加热，其加热温度不宜高于80℃。当骨料不加热时，水可加热至80℃以上。
（2）粗、细骨料加热。当加热水尚不能满足要求时，可将骨料均匀加热，其加热温度不应高于60℃。骨料加热前可用帆布等物进行覆盖，加热时可采用蒸汽或热水管等热源，应避免直接使用蒸汽进行喷射。骨料的温度一定要均匀，否则将直接影响拌和物的质量稳定。
在粗细骨料堆放仓安装火炉加温，保证棚内温度不低于0℃。拌和机料仓外侧牵入6根￠80mm的蒸汽管，贯通3个拌和机料仓，蒸汽管外侧设置排水阀门孔，不通气时将管内的积水排出，防止管道破裂。使用蒸汽管道加温时，骨料温度必须每2m进行一次测量，含有冰雪和冰块的骨料严禁投入搅拌机内。
（3）水泥、粉煤灰、外加剂等可在使用前运入暖棚进行自然预热，但不得直接加热。
3.4混凝土浇筑
混凝土浇筑时，在任何情况下温度均不低于5℃。混凝土分层连续灌注，中途不间断，每层浇筑厚度不大于20cm，并采用机械捣固。
当采用插入式振捣器振捣时，混凝土浇筑分层厚度一般为振捣器作用部分长度的1.25倍。采用振捣器捣实混凝土，每一振点的振捣延续时间，为混凝土捣实至表面出现浮浆和不再明显沉降，移动间距不大于作用半径的1.5倍（一般为30-40cm）。振捣器“快插慢拔”，防止先将混凝土表面捣实与下面混凝土产生分层离析现象。振捣器插点均匀排列，采取“行列式”或“交错式”，防止漏振。振捣器要避免碰撞钢筋、模板、预埋件等，在施工缝和预埋件部分特别注意振捣密实。在振捣上层时应插入下层混凝土的深度不小于5 cm，以消除两层间的接缝，同时，要在下层初凝前进行。
3.5混凝土养护
混凝土的早期养护对砼的防冻保证强度、提高弹性模量、控制收缩变形都有极其重要的作用。混凝土蒸养分为静停、升温、恒温、降温4个阶段。当砼梁浇筑完毕后，将箱梁用保温棚全部罩盖并检查其气密性，使蒸汽不致外出，使冷空气不致进入。
静停阶段：使梁体砼溫度先保持在温度1O～20℃为宜，时间为2～6h。
升温阶段： 逐渐增大送气量，使温度逐渐上升，升温速度不大于15℃/h，防止升温过快，也不许用蒸气直接接触混凝土表面，使混凝土表面急剧凝固而产生裂纹，升温过程直至棚内温度至50℃（最高不超过60℃）。
恒温阶段：调整送气量，每30分钟对蒸养棚内温度进行一次观察记录，保持40～50℃温度至混凝土强度达到规定的降温脱模强度，时间一般控制在10～16h。
自降温阶段：当砼强度达到脱模强度后，逐渐减小送气量，使棚内温度按1 0℃/h降低，直至使梁体与外界温度差不大于20℃时止。降温开始4h速度大至为5℃/h,其后可按10℃/h进行，当砼表面温度与环境的温度之差不大于15℃，内外的温差不大于10℃时，方可吊移保温棚进行拆模工作。蒸养过程中，应随时注意保温棚内温度的变化情况，每1-2h测一次温度，并做好记录，为推断混凝土强度提供依据。
采用集中安装蒸汽压力锅炉和蒸汽管道进行蒸汽养护的办法，安装2台蒸发量为2t/h、蒸汽压力为0.4MPa的锅炉和主蒸汽管道。箱梁采用单独温室养护，即每片箱梁浇筑之前将两侧的蒸汽花管与主蒸汽管道连接安装好，保证能够通过控制花管阀门而控制箱梁温室的温度，待砼浇筑完毕后，及时进行统一覆盖并进行蒸汽养护。
3.6张拉、压浆
张拉作业宜在气温不低于-10℃时进行，当气温低于-10℃时，需停止张拉作业。每个制梁台位对应三个保温棚，梁端压浆封锚完成以后覆盖棉篷布，挂在梁顶两侧预埋钢筋上，保温棚内梁体两侧分别生上火炉，施工中保证棚内温度在5℃以上，确保预应力孔道压浆施工在正温下进行。
压浆前，孔道及两端必须密封，用高压风将压浆孔道吹净，管道内不得存水，然后再进行压浆。压浆后3d内梁体及环境温度不得低于5℃。预应力孔道内的浆液，其强度达到25MPa(留取同条件养护试件)前，不得受冻。压浆结束后，应及时对需封锚的锚具进行封闭。封锚作业在压浆24h后在保温棚内进行。同时应先将锚具周围冲洗干净，并对梁端砼凿毛，然后设置钢筋网浇筑封锚砼。
4 结束语
通过上述措施，K31+894大桥箱梁冬季混凝土施工质量得到保证，从检测和实际情况看，K31+894冬季施工混凝土无一处受到冻害，且桥梁结构物表面无裂纹，28d强度及弹模、实测强度值完全满足设计标准。同时施工进度也达到预定目标。因此，预制箱梁混凝土冬季施工时，只要加强各环节控制措施，落实到位，即可达到预定质量和进度目标，从而为工程顺利完工打下鉴定基础。
参考文献：
[1] 郑玉鹏.预制预应力混凝土箱梁的冬季施工[J].交通标准化，2010，（3）：133-156.
[2] 付忠义. 钢筋混凝土箱梁桥施工质量通病的防止措施[J].白城师范学院学报，2008,22（3）：54-56.
[3] 薛桦. 预制箱梁混凝土冬季施工质量控制措施[J]. 山西水利科技，2011，（1）：28-30.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：预制箱梁混凝土 冬季施工 防治措施
中图分类号：TU742文献标识码：A文章编号：
Abstract: According to concrete box girder of prefabricated appeared in the winter construction quality problems with Anhui province with north coastal expressway horse nest section K31 + 894 winter concrete box girder construction engineering practice, and from preparation for construction, steel processing, raw material heating, concrete casting, the maintenance precast concrete box girder introduces the winter construction technical guarantee measures, to ensure that winter conditions box girder construction quality with a positive role.
Key Words: precast box, concrete, winter construction, prevention and control measures
1引言
北沿江高速馬巢段K31+894桥梁跨径布置为12×30m，全长366m，上部结构采用先简支后连续的预制箱梁，下部构造采用三柱式桥墩，下接单排桩基础，墩身采用直径为1.6米的圆柱桥墩，单排桩桩直径为180cm，桥台采用柱式桥台、混凝土桩基础。主要工程量为：下部结构桩基砼6341m3，上部结构砼6733.6m3。根据架梁工期要求，应采取冬季施工才能保证完成任务。冬季寒冷干燥，12月至次年3月平均气温-4℃至-6℃，极端最低气温-10℃。
由于冬季施工气温较低，无论在材料、混凝土浇筑、混凝土养护等都需要一些特殊的措施。针对冬季施工的工程特点和规范要求，文章结合K31+894大桥工程实际，对预制箱梁混凝土的冬季施工技术进行探讨和分析，以期为公路技术人员提供一些借鉴。
2预制箱梁混凝土冬季施工质量通病分析
预制箱梁混凝土冬季施工常见的质量通病有以下几种:
（1）钢筋锈蚀与混凝土早期裂缝。钢筋锈蚀是由于混凝土保护层的碳化和氯离子的侵入而造成的。由于钢筋锈蚀伴随产生体积膨胀，致使混凝土沿主筋方向产生裂缝。混凝土箱梁的早期裂缝是在梁体拆模后张拉前出现的裂缝，是早期温度和收缩引起的裂缝，也就是当冷缩和干缩变性受到约束引起的应力超过混凝土的抗拉强度时引起的裂缝。
（2）温差裂缝。由于混凝土在凝结过程中，产生水化热，散热慢，混凝土外部散热快，产生内外温度差，温差产生温度应力，温度应力产生形变，混凝土在硬强化过程中，其拉应力抵挡不了由于温差而产生的形变，因而产生裂缝。如果内外温差在25℃时就容易产生温差裂缝，其宽度一般在0. 5mm以下,裂缝走向无规律,如果温差过大时,能引起危害很大的纵深贯穿裂缝。
（3）表面起灰。主要是由于混凝土混合物水灰比太大，离析、泌水严重，粘聚性、保水性差，且又未采取覆盖保水措施，混凝土水分向外转移，而导致表面起灰。
（4）表面返霜。混凝土硬化后，外加剂溶液通过毛细管作用渗入到混凝土表面，而混凝土表面水分逐渐蒸干，外加剂溶液过饱和而成结晶状析出，形成白霜。结晶过程如果形成结晶水则体积膨胀，这样产生的内应力对表面造成的损害称结晶腐蚀，此种情况将影响混凝土与饰面层的结合。
3实施方案
箱梁冬季施工必须在确保施工质量及生产安全的条件下，制定具有技术可靠性和经济合理性的专项施工技术方案及对策措施，做好技术准备工作、施工准备工作及资源准备工作，预防预制箱梁混凝土冬季施工质量通病的产生。通过研究设计文件和现场实际情况，借鉴以往冬季施工经验，确定了K31+894大桥箱梁的冬季施工工艺，如图1所示。
图1 预制箱梁混凝土冬季施工工艺
3.1施工准备
（1）混凝土浇筑时，模板温度宜在5-25℃，当模板温度低于0℃时，在混凝土浇筑前对模板进行升温，对模板采用棚布遮盖，当遮盖达不到要求的模板温度时，利用底模下两根蒸汽管通入蒸汽进行加热。
（2）根据其气候特点，考虑现场供水管道的保温防冻、搅拌机棚的保温等措施。
（3）根据混凝土施工量，提前备好足够的粗、细骨料存放到骨料棚内，预防进入冬季后，粗、细骨料无法冲洗，从而影响质量和进度。
（4）根据施工工艺养护方法，准备好覆盖保温材料（塑料膜、毛毯、草帘、暖棚等）、加热设施（大小箱、小型锅炉、煤、砂石、加热钢管等）、外加剂（引起高效减水剂、防冻剂）等。
（5）编制冬季施工方案及技术措施，并对有关人员进行技术交底或培训。
3.2钢筋加工
随着温度的降低，钢筋屈服点强度略有提高，伸长率和冲击韧性下降，存在着冷脆倾向。钢筋调直宜采用机械方法，也可采用冷拉方法，冷拉时，环境温度不得低于-20℃。钢筋焊接前搭设保温棚，所有钢筋焊接工作在保温棚中作业。根据实际情况，现场共搭设保温棚2个，规格为长30m、宽4m、高3m；保温棚周围采用一层保温苫布密封覆盖，棚内安装2台热风炮作为热源，保证棚内温度。钢筋提前运入加工棚，焊接后的钢筋待完全冷却后才运往到加工棚外。
3.3原材料加温
（1）水加热。在搅拌机旁的水箱内接入蒸汽进行加热，其加热温度不宜高于80℃。当骨料不加热时，水可加热至80℃以上。
（2）粗、细骨料加热。当加热水尚不能满足要求时，可将骨料均匀加热，其加热温度不应高于60℃。骨料加热前可用帆布等物进行覆盖，加热时可采用蒸汽或热水管等热源，应避免直接使用蒸汽进行喷射。骨料的温度一定要均匀，否则将直接影响拌和物的质量稳定。
在粗细骨料堆放仓安装火炉加温，保证棚内温度不低于0℃。拌和机料仓外侧牵入6根￠80mm的蒸汽管，贯通3个拌和机料仓，蒸汽管外侧设置排水阀门孔，不通气时将管内的积水排出，防止管道破裂。使用蒸汽管道加温时，骨料温度必须每2m进行一次测量，含有冰雪和冰块的骨料严禁投入搅拌机内。
（3）水泥、粉煤灰、外加剂等可在使用前运入暖棚进行自然预热，但不得直接加热。
3.4混凝土浇筑
混凝土浇筑时，在任何情况下温度均不低于5℃。混凝土分层连续灌注，中途不间断，每层浇筑厚度不大于20cm，并采用机械捣固。
当采用插入式振捣器振捣时，混凝土浇筑分层厚度一般为振捣器作用部分长度的1.25倍。采用振捣器捣实混凝土，每一振点的振捣延续时间，为混凝土捣实至表面出现浮浆和不再明显沉降，移动间距不大于作用半径的1.5倍（一般为30-40cm）。振捣器“快插慢拔”，防止先将混凝土表面捣实与下面混凝土产生分层离析现象。振捣器插点均匀排列，采取“行列式”或“交错式”，防止漏振。振捣器要避免碰撞钢筋、模板、预埋件等，在施工缝和预埋件部分特别注意振捣密实。在振捣上层时应插入下层混凝土的深度不小于5 cm，以消除两层间的接缝，同时，要在下层初凝前进行。
3.5混凝土养护
混凝土的早期养护对砼的防冻保证强度、提高弹性模量、控制收缩变形都有极其重要的作用。混凝土蒸养分为静停、升温、恒温、降温4个阶段。当砼梁浇筑完毕后，将箱梁用保温棚全部罩盖并检查其气密性，使蒸汽不致外出，使冷空气不致进入。
静停阶段：使梁体砼溫度先保持在温度1O～20℃为宜，时间为2～6h。
升温阶段： 逐渐增大送气量，使温度逐渐上升，升温速度不大于15℃/h，防止升温过快，也不许用蒸气直接接触混凝土表面，使混凝土表面急剧凝固而产生裂纹，升温过程直至棚内温度至50℃（最高不超过60℃）。
恒温阶段：调整送气量，每30分钟对蒸养棚内温度进行一次观察记录，保持40～50℃温度至混凝土强度达到规定的降温脱模强度，时间一般控制在10～16h。
自降温阶段：当砼强度达到脱模强度后，逐渐减小送气量，使棚内温度按1 0℃/h降低，直至使梁体与外界温度差不大于20℃时止。降温开始4h速度大至为5℃/h,其后可按10℃/h进行，当砼表面温度与环境的温度之差不大于15℃，内外的温差不大于10℃时，方可吊移保温棚进行拆模工作。蒸养过程中，应随时注意保温棚内温度的变化情况，每1-2h测一次温度，并做好记录，为推断混凝土强度提供依据。
采用集中安装蒸汽压力锅炉和蒸汽管道进行蒸汽养护的办法，安装2台蒸发量为2t/h、蒸汽压力为0.4MPa的锅炉和主蒸汽管道。箱梁采用单独温室养护，即每片箱梁浇筑之前将两侧的蒸汽花管与主蒸汽管道连接安装好，保证能够通过控制花管阀门而控制箱梁温室的温度，待砼浇筑完毕后，及时进行统一覆盖并进行蒸汽养护。
3.6张拉、压浆
张拉作业宜在气温不低于-10℃时进行，当气温低于-10℃时，需停止张拉作业。每个制梁台位对应三个保温棚，梁端压浆封锚完成以后覆盖棉篷布，挂在梁顶两侧预埋钢筋上，保温棚内梁体两侧分别生上火炉，施工中保证棚内温度在5℃以上，确保预应力孔道压浆施工在正温下进行。
压浆前，孔道及两端必须密封，用高压风将压浆孔道吹净，管道内不得存水，然后再进行压浆。压浆后3d内梁体及环境温度不得低于5℃。预应力孔道内的浆液，其强度达到25MPa(留取同条件养护试件)前，不得受冻。压浆结束后，应及时对需封锚的锚具进行封闭。封锚作业在压浆24h后在保温棚内进行。同时应先将锚具周围冲洗干净，并对梁端砼凿毛，然后设置钢筋网浇筑封锚砼。
4 结束语
通过上述措施，K31+894大桥箱梁冬季混凝土施工质量得到保证，从检测和实际情况看，K31+894冬季施工混凝土无一处受到冻害，且桥梁结构物表面无裂纹，28d强度及弹模、实测强度值完全满足设计标准。同时施工进度也达到预定目标。因此，预制箱梁混凝土冬季施工时，只要加强各环节控制措施，落实到位，即可达到预定质量和进度目标，从而为工程顺利完工打下鉴定基础。
参考文献：
[1] 郑玉鹏.预制预应力混凝土箱梁的冬季施工[J].交通标准化，2010，（3）：133-156.
[2] 付忠义. 钢筋混凝土箱梁桥施工质量通病的防止措施[J].白城师范学院学报，2008,22（3）：54-56.
[3] 薛桦. 预制箱梁混凝土冬季施工质量控制措施[J]. 山西水利科技，2011，（1）：28-30.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。