保神庙隧道冬季二衬混凝土施工质量控制

摘 要 本文对华北地区冬季低温条件下隧道二次衬砌(以下简称二衬)混凝土施工进行了初步探讨，以保证冬季低温条件下隧道二衬混凝土的施工质量。对类似工程施工具有借鉴和参考意义。

关键词 混凝土 冬季施工 质量控制

1 工程概况

保神庙隧道位于河北省承德县境内，该隧道为一座左、右线分离的四车道高速公路隧道。左线起止里程为ZK65+940~ZK67+335，长1395m;右线起止里程为K65+930~K67+335，长1405m。

隧道区域属燕山山地槽与内蒙古高原过渡区，境内地形复杂，山脉交错。隧道区地下水类型主要为潜水和裂隙水。

2 气候因素及施工特点

隧道所在地属半干旱半湿润大陆季风地气候，冬季漫长。最低气温-30℃。最大冻结深度1.3米。此地区冬季是工程质量事故多发季节，尤其是混凝土工程出现质量事故居多。

3 冬季施工原因

鉴于本隧道工期要求十分紧张，加上该地区冬季漫长(一般从本年的10月13日～4月13日结束。)，长达6月。为了满足工期要求，冬季必须进行保神庙隧道二衬混凝土施工。规范规定当施工现场昼夜平均气温(最高和最低气温的平均值或当地时间6时、14时及21时室外气温的平均值)连续3天低于5℃或最低气温低于-3℃时，混凝土必须采取冬季施工措施。

4 施工方案

4.1 施工准备

4.1.1 收集气象资料

收集当地历年气象资料，及时掌握当地天气预报的气象变化趋势及动态，便于提前安排施工，做好冬季施工的各项准备工作。

4.1.2 冬季施工技术、措施交底

根据保神庙隧道具体情况，制定相应的冬季施工措施，在冬季来临前完成队上相关管理和作业人员的冬季施工技术交底，冬季施工措施交底。

4.1.3 冬季混凝土施工准备

在进入冬季施工前准备好足够的保温材料，如无烟煤炭、木材、锅炉、棉被等，为冬季正常施工打下良好的基础;对机械设备、管线等进行全面检修，更换老化元器件，同时备用一定数量的易损、易耗品零配件;结合机械设备的换季保养，及时更换润滑油;对使用防冻液的机械设备确保防冻液符合当地防冻要求，未使用防冻液的机械设备采取停机后排放冷却水，并在机械停放处所设置醒目的提示牌。

4.2 施工方案

4.2.1 保温方法

冬季混凝土施工主要是做好保温工作，而要做好保温工作，则必须确定保温方法。保温分洞外保温和洞内保温两部分。

洞外保温：洞外主要是对混凝土拌合站进行保温。整个拌合站置于暖棚之内，暖棚骨架为钢管结构，棚顶及四周铺设棉被，并覆盖棚布密封，保证透风、不漏气。拌合站混凝土罐车出入口设置保温门帘并安排专人开启。暖棚内采取锅炉加热，保证暖棚内温度不低于10℃。搅拌用水采用锅炉加热。

洞内保温:主要采取在洞口挂保温门帘,洞内生火炉加热的方法，保证洞内温度不低于5℃。为了防止洞内水管受洞外影响导致堵塞，洞外水管均用保温材料包裹。高压水池亦采取修建临时简易房屋用来保温。

4.2.2 混凝土施工过程

拌制:混凝土在拌合站集中拌制,提前做好混凝土配合比试验,尽量选用较小水灰比及坍落度。并延长混凝土拌制时间,严格控制混凝土出搅拌机、进入输送泵车和模板衬砌台车的温度。

运输:采用罐车运输,罐体外用棉被包裹密实。运输过程中尽量缩短混凝土在罐体内存放时间，以减少混凝土的热量散失。

混凝土进入模板衬砌台车及捣固:混凝土采用泵车泵送进入模板衬砌台车,捣固棒分层捣固密实,严格控制每层厚度及振捣间距、时间,并不得漏振和过振。

拆模及养护:当混凝土强度达到8MPa时开始拆模,拆模时做好环境温度与混凝土温度的测量工作,防止温差过大出现收缩裂纹。

4.3 冬季施工技术措施

4.3.1 原材料要求

混凝土选用砂石料符合《铁路混凝土与砌体工程施工规范》(TB10210-2001)规定。骨料温度保证在0℃以上，且不得混有冰雪、冻块及易被冻裂的矿物质。砂石料全部存放在暖棚内。

外加剂选用计量认证合格的生产厂家产品，并有出厂检验合格证。其用量经过试验确认，满足相应的规范规定。水泥选用425号普通硅酸盐水泥。进场的水泥及外加剂存放在相应库房内,做好相应防潮工作。外加剂和水泥必须在暖棚内存放一个星期，使用一定数量后及时将另一批从材料库内转运至暖棚，保证拌制混凝土时水泥及外加剂温度均在5℃以上。

拌合混凝土用水，符合现行行业标准《混凝土拌合用水标准(JGJ63-89)。采用锅炉对水进行加热，温度控制在50℃～80℃之间。

4.3.2 配合比设计及选定

混凝土的配合比设计按现行行业标准《普通混凝土配合比设计》(JGJ55-2000)进行，并遵照《铁路混凝土与砌体工程施工规范》(TB10210-2001)及设计文件中的有关规定。在进行配合比设计前收集以下资料：混凝土结构形式，结构所处环境情况，设计要求(强度等级、抗渗标号)，施工方案、工艺，原材料品质，混凝土从浇筑之日起3天或5天(当使用普通水泥时为3天，使用矿渣水泥时为5天)内的日平均气温。

将试拌、调整好的三个混凝土配合比分别制作抗压强度试件，经标养28天试压后，选取符合试配强度的配合比。

为了减少混凝土冻害，保神庙隧道二衬混凝土将配合比中的用水量降低至最低限度，选用较小的水灰比和较小的坍落度。根据实际情况水灰比选用0.45,坍落度控制在14-16cm。

4.3.3 混凝土拌和及运输

拌合站暖棚内采取锅炉保温，保证棚内温度不低于10℃，迎风面采取防风措施。为满足混凝土拌和温度，原材料加热首先考虑水，然后是砂石骨料，水泥只保温，不加热。拌制混凝土前，用热水洗刷拌和机鼓筒。拌制混凝土时，砂石骨料的温度保持在0℃以上，拌和用水温度不低于5℃。必要时，先将拌和用水加热，当加热水不能满足拌和温度时，可再将骨料均匀加热。砂石骨料的加热温度控制在50℃以内，水的加热温度控制80℃以内。加热后的水和砂石料先拌和均匀，再加水泥，避免水泥与热水直接接触。拌和时间较常温施工延长50%左右。混凝土卸出拌和机时的最高允许温度为35℃。材料加热以满足混凝土灌注初温为前提，根据《建筑工程冬期施工规程》(JGJ104-97)附录B混凝土的热工计算公式结合施工现场实际情况计算步骤如下：

混凝土拌和温度：

T0=【0.9(mceTce+msaTsa+mgTg+4.2Tw(mw-wsamsa-wgmg)+ c1(wsamsaTsa+wgmgTg)-c2(wsamsa+wgmg)】÷【4.2mw+0.9(mce+msa+mg)】

T0——混凝土拌合物温度(℃)

mw——水用量(kg);mce——水泥用量(kg);msa——砂子用量(kg);

mg——石子用量(kg);Tw——水的温度(℃);Tce——水泥的温度(℃);

Tsa——砂子的温度(℃);Tg——石子的温度(℃);wsa——砂子的含水率(%);wg ——石子的含水率(%);c1——水的比热容(KJ/kg.K);

c2——冰的溶解热(KJ/kg)。

骨料温度大于0℃时，c1=4.2，c2=0;

混凝土拌合物出搅拌机温度：

T1=T0-0.16(T0-Ti)

式中T1——混凝土拌合物出搅拌机温度(℃);

Ti——搅拌机棚内温度(℃)。

混凝土拌合物运输到浇注地点时候温度：

T2=T1-(αt1+0.032n)(T1-Ta)

T2——混凝土拌合物运输到浇注地点时候温度;α——温度损失系数/h (混凝土搅拌车运输α=0.25);t1——混凝土搅拌车运输到浇注地点时间;

n——混凝土拌合物运转次数

按照以上计算,确定了如下三个温度指标:混凝土出搅拌机温度须大于10℃,混凝土进入模板衬砌台车温度须大于5℃,浇筑混凝土工作面环境温度须大于5℃。

混凝土罐车罐体外采用棉被包裹,并尽量加快运输速度,以缩短混凝土在罐车内的存放时间。我们的做法是当浇筑工作面罐车内混凝土还剩1/3左右时,现场通知搅拌站开始拌料,等现场混凝土料放完,罐车回到搅拌站时,新的一车混凝土基本拌制完毕,达到罐车随到随装的目的,尽量减少罐车在搅拌站停留时间,最大限度地减少混凝土的热量损失。

4.3.4 混凝土浇筑

⑴混凝土浇筑前,做好现场测温记录。当温度低于5℃时应启动加温设施对作业环境进行加热升温,直至达到要求并维持在这一温度以上后,通知拌合站开始拌制混凝土。

⑵对地泵管道采用棉被包裹保温。混凝土到场后先进行测温,并做好测温记录,然后测坍落度,满足要求后进入输送泵车,否则退回搅拌站重新进行处理。由质检工程师和试验员现场跟班作业,要求对到场的每车混凝土都进行测温,以确保混凝土进入模板衬砌台车温度。

⑶加强混凝土振捣,振捣棒应垂直插入,快插慢拔,每层混凝土控制在30cm左右,振捣棒移动间距控制在25-30cm左右,做到不漏振、不过振,确保混凝土密实。混凝土密实的标志是混凝土不再下沉,表面变得平坦并泛浆。

4.3.5 混凝土养护与拆模

⑴隧道洞门挂设保温门帘,只有当车辆进出时才打开,其它时间封闭保温。

⑵混凝土浇筑完毕后派专人进行环境温度测量,要求环境温度不得低于5℃。当环境温度低于5℃时,在洞内采用无烟煤火炉使环境升温，任何情况下，混凝土的浇注温度均不得低于5℃。

⑶当混凝土初期强度达到8MPa以上时可以拆除二衬模板衬砌台车,拆模后及时检查混凝土表面,无质量缺陷时立即进行蒸汽养护,同时做好测温记录,防止混凝土表面出现收缩裂纹。

5 施工注意事项

5.1 经常检查暖棚的密封情况，施工设备的运转情况，发现问题及时处理。

5.2 切实做好测温工作,确保混凝土进入模板衬砌台车温度及环境养护温度达到规范要求。

5.3 搅拌用水不宜加热太高,当水温加热超过40℃时,投料搅拌必须分段进行,先搅拌砂石料(50s),再加入水搅拌，最后加入水泥及外加剂再进行搅拌。如一次性投料搅拌对外加剂性能将产生影响,拌制的混凝土保水性差,振捣后在混凝土表面易出现渗水沟泛砂现象,应引起重视。

5.4安排专人负责热源、火源的管理。暖棚内、锅炉房、隧道内模板衬砌台车范围内均禁止用明火取暖。上述施工场所必须配备足够数量的消防灭火器材。

6 质量保证措施

6.1 成立精干、高效、责权明确的冬季施工领导小组,负责冬季施工的组织和管理，制定奖惩办法。明确各部门各岗位职责和权限，做好协调配合管理和考核工作。密切配合,制定考核奖惩办法，确保冬季隧道混凝土施工顺利实施。

6.2 做好人员详细安排,明确各工序负责人,尤其是保温控制及测温记录人。如搅拌站暖棚进料口、罐车进出口的及时开关,砂石料测温记录,混凝土出搅拌机、进入模板衬砌台车及现场环境测温记录,锅炉水测温记录控制。现场所有测温数据必须记录在册,测温记录人必须签字,并将测温记录装订成册备查,对混凝土进入车模板衬砌台温度必须每车测量。出现问题立即采取处理措施。

6.3 加强混凝土养护工作，保证混凝土养护环境有足够的湿度，保持混凝土表面湿润，防止混凝土失水过快引起混凝土表面裂纹。

6.4 控制外加剂的掺量、外加剂充分溶解后必须与混凝土投料搅拌均匀，防止外加剂因溶解、搅拌的问题而在混凝土表面形成的泛霜。

6.5加强施工设备的维护保养，确保施工各环节顺利进行。施工前对搅拌设备、运输罐车、混凝土泵及管道用热水进行预热，施工完毕后，进行认真清洗并将余水排放干净。

6.6经常检查暖棚的密封情况，检查供暖设备的完好情况，检查施工设备的防寒保温情况，发现问题及时处理。

6.7开春后，随着气温的回升，根据工地气温监测情况，必须达到连续七昼夜最低气温超过0℃时，方可解除冬季施工措施。

7 安全保证措施

7.1 制定详细的冬季施工安全措施，明确各岗位安全职责，并配齐冬季施工安全防护用品以及防寒、防冻、防滑等劳动保护用品。

7.2 对参加冬季施工的全队职工进行冬季施工安全知识培训，做好安全技术交底。施工期间，坚持定期安全学习，做到工前安全讲话，工中安全巡视，工后安全总结。

7.3 加强用电管理，用电设备由专业电工安装和管理，禁止非专业人员随意拆改。经常检查维护用电线路和用电设备。冬季取暖严禁私拉乱接电线,防止出现短路导致火灾或人身触电伤亡事故。

7.4 下雪后，及时清除施工场地和道路上的冰雪，人员活动多的地方要保持干燥，设置必要的防滑设施，防止溜滑发生安全事故。

7.5 冬季车辆启动发动机前，严禁用明火对既有燃油系统进行预热，以防止发生火灾。

7.6冰雪天行车，轮胎要设置防滑链;司机在出车前检查确认车辆的制动装置是否达到良好状态，不满足要求时不得出车;遇有大风、大雪大雾不良气候时停止运行。

8 结束语

施工期间现场平均气温达到-22℃,最低温度达到-30℃,但通过严格执行各项保温措施,从人、机、料、法、环等方面进行全面、充分的准备和严格控制,保神庙隧道二衬混凝土质量符合设计、规范规定要求。由此证明以上施工质量控制措施完全能够满足承德地区冬季低温条件下隧道二衬混凝土的施工要求。对于工期紧张的其它隧道二衬混凝土工程在冬季进行施工时具有一定的借鉴价值和参考意义。

参考文献

《铁路混凝土与砌体工程施工规范》(TB10210-2001)　 中国铁道出版社

《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000) 中国建筑工业出版社

《建筑工程冬期施工规程》(JGJ104-97)

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