高寒地区隧道冬季混凝土施工措施

摘要：结合高寒地区隧道冬季混凝土施工方法，从拌和站保温方案的选择、混凝土运输、洞内保温措施等方面，较为详细的阐述了高寒地区冬季施工的问题。本文主要通过绥阳隧道冬季施工保温效果的研究，为高寒地区隧道冬季的混凝土施工提供理论和实践上的参考依据。

关键词：高寒地区 隧道冬季施工 保温措施

1、概述

绥阳隧道位于黑龙江省东宁县与绥芬河市交界处，为双线隧道，起讫里程为DK491+549～DK497+710，总长6161m。

本区属中温带湿润气候区，四季分明，冬季干旱漫长，夏季湿热短暂，春季多风。按对铁路工程影响的气候分区，属严寒地区。土壤最大冻结深度达2.41m。

根据当地气象站气象资料显示：本隧道所处地区最低气温-35.6℃，年平均气温6.1℃、最冷月平均气温-15.6℃、最热月平均气温17.3℃，土壤最大冻结深度241cm。

2、高寒地区冬季施工的基本要求

2.1 混凝土工程的冬期施工，要从施工期间的气温情况、工程特点和施工条件出发，在保证质量、加快进度、节约能源、降低成本的前提下，选择适宜的冬期施工措施。

2.2 新浇筑的混凝土如果遭冻，拌合水冻结成冰，水结成冰后的体积增加约9%，同时水泥的水化作用也停止进行。在恢复正温养护以后，会使水泥浆体中的孔隙率比正常凝结的混凝土显著增加，从而使混凝土的各项物理力学性能全面下降。如抗压强度约损失50％，抗渗等级降低为零，混凝土与钢筋的粘结力也有大幅度的降低。因此遭受过冻害的混凝土不仅力学强度降低，而且耐久性能严重劣化。如在施工时增加混凝土中的水泥用量提高混凝土的强度等级，虽然抗压强度可以相应增加，但耐久性仍得不到改善。因此从保证混凝土工程全面质量出发，在冬期施工中必须防止混凝土在硬化初期遭受冻害，并尽早获得强度。

2.3 混凝土的温度降至0℃前，其抗压强度不得低于抗冻临界强度。

抗冻临界强度规定如下：

硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制的混凝土，为设计的混凝土强度标准值的30%；

矿渣硅酸盐水泥配制的混凝土，为设计的混凝土强度标准值的40％，但C10及C10以下的混凝土，不得低于5.0N/mm2。

如施工需要提高混凝土强度等级时，应按提高后的强度等级确定。

2.4 冬期施工的混凝土，为了缩短养护时间，一般应选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，用蒸汽直接养护混凝土时，应选用矿渣硅酸盐水泥。水泥的强度等级不宜低于42.5，每立方米混凝土中的水泥用量不宜少于300kg，水灰比不应大于0.60。

2.5 为了减少冻害，应将配合比中的用水量降低至最低限度。办法是：控制坍落度，加入减水剂，优先选用高效减水剂。

2.6 模板和保温层，应在混凝土冷却到5℃后方可拆除。当混凝土与外界温差大于20℃时，拆模后的混凝土表面，应临时覆盖，使其缓慢冷却。

2.7 未完全冷却的混凝土有较高的脆性，所以结构在冷却前不得遭受冲击荷载或动力荷载的作用。

2.8 冬期施工期间，施工单位应与气象部门保持密切联系，随时掌握天气预报和寒潮、大风警报，以便及时采取防护措施。

3、施工方案的理论依据与实际情况

3.1混凝土原材料的保温与加热

3.1.1混凝土原材料加热应优先采用加热水的方法，当加热水仍不能满足要求时，再对骨料进行加热。水、骨料加热的温度一般不得超过表3-1的规定。若达到规定温度后仍不能满足要求时，水的加热温度可提高到100℃，但水泥不得与80℃以上热水直接接触。投料时应先投入骨料和水，最后才投入水泥。

3.1.2水和骨料可根据工地具体情况选择加热方法，但骨料不得在钢板上灼炒。水泥应储存在暖棚内，不得直接加热。

3.1.3骨料必须清洁，不得含有冰雪和冻块，以及易冻裂的物质。在掺有含钾、钠离子的外加剂时，不得使用活性骨料或混有活性材料的骨料。

3.1.4拌制掺外加剂的混凝土时，如外加剂为粉剂，可按要求掺量直接撒在水泥上面和水泥同时投入。如外加剂为液体，使用时应先配制成规定浓度溶液，然后根据使用要求，用规定浓度溶液再配制成施工溶液。各溶液要分别置于有明显标志的容器内，不得混淆。每班使用的外加剂溶液应一次配成。

3.1.5严格控制混凝土水灰比，由骨料带入的水分及外加剂溶液中的水分均应从拌合水中扣除。

3.1.6拌制掺有外加剂的混凝土时，搅拌时间应取常温搅拌时间的1.5倍。

3.1.7混凝土拌合物的出机温度不宜低于10℃，入模温度不得低于5℃。

3.1.8混凝土拌合物的理论温度，可按下式计算：

T0＝[0.9（mce Tce＋msa Tsa＋mg Tg）＋4.2Tw（mw－wsamsa－wg mg）

＋c1（wsamsa Tsa＋wg mg Tg）－c2（wsamsa＋wg mg）」

÷[4.2mw＋0.9（mce＋msa＋mg）]（3-1）

式中T0——混凝土拌合物温度（℃）；

mw、mce、msa、mg——水、水泥、砂、石的用量（kg）；

Tw、Tce、Tsa、Tg——水、水泥、砂、石的温度（℃）；

wsa、wg——砂、石的含水率（％）；

c1、c2——水的比热容[kJ/（kg·K）]及冰的溶解热（kJ/kg）。

当骨料温度＞0℃时，c1＝4.2，c2＝0；

≤0℃时，c1＝2.1，c2＝335。

3.1.9混凝土拌合物的出机温度，可按下式计算：

T1＝T0－0.16（T0－Ti）（3-2）

式中T1——混凝土拌合物出机温度（℃）；

Ti——搅拌机棚内温度（℃）。

3.2混凝土的运输和浇筑

3.2.1冬期施工运输混凝土拌合物，应使热量损失尽量减少，可采取下列措施：

（1）正确选择放置搅拌机的地点，尽量缩短运距，选择最佳的运输路线；

（2）正确选择运输容器的形式、大小和保温材料；

（3）尽量减少装卸次数并合理组织装入、运输和卸出混凝土的工作。

3.2.2混凝土在浇筑前，应清除模板和钢筋上的冰雪和污垢，装运拌合物的容器应有保温措施。

3.2.3混凝土拌合物经运输到浇筑时的温度，可按下式计算：

T2＝T1－（αtt＋0.032n）（T1－Ta）（3-3）

式中T2——混凝土拌合物经运输到浇筑时温度（℃）；

tt——混凝土拌合物自运输到浇筑时的时间（h）;

n——混凝土拌合物转运次数；

Ta——混凝土拌合物运输时环境温度（℃）；

α——温度损失系数（h-1）：

当用混凝土搅拌车输送时，α＝0.25；

当用开敞式大型自卸汽车时，α=0.20；

当用开敞式小型自卸汽车时，α=0.30；

当用封闭式自卸汽车时，α=0.1；

当用手推车时，α＝0.500

3.3混凝土理论温度的计算

实际施工中每立方米混凝土中的材料用量为：水150kg，水泥300kg，砂600kg，石1350kg。材料温度为：水70℃，水泥10℃，砂5℃，石5℃。砂含水率5%，石含水率2%。暖棚内温度为8℃。混凝土拌合物用混凝土运输车运输，倒运共2次，运输和成型共历时0.5h，当时外界气温-20℃，隧道内温度为5℃。与每立方米混凝土相接触的钢模板和钢筋共重450kg，并未预热。试计算混凝土浇筑完毕后的温度。

混凝土拌合物的理论温度：

T0＝[0.9（300×10＋600×5+1350×5）＋4.2×70

×（150－0.05×600－0.02×1350）＋4.2×0.05

×600×5+2.1×0.02×1350×5]÷[4.2×150＋0.9（300＋600＋1350）]

＝14.96℃

混凝土从搅拌机中倾出时的温度：

T1＝14.96－0.16（14.96－8）＝13.84℃

混凝土经运输成型后的温度：

T2＝13.84－（0.5×0.25＋0.032×2）（13.84＋20）＝7.44℃

混凝土浇筑时的温度为7.44℃。

3.4现场实际测温的记录

混凝土运至浇筑现场后，技术人员每车都进行现场温度的测量，经过多次的现场温度测量，得出实际施工的温度数据如下：混凝土出机平均温度12℃，入模平均温度6.5℃。

4、保温技术措施

4.1工艺特点

在拌合站搭设暖棚，通过人工加热使棚内空气保持正温，原材料的加热、混凝土的拌合在棚内进行。本法的优点是：施工操作与常温无异，劳动条件较好，工作效率较高。同时混凝土拌合质量有可靠保证。缺点是：暖棚搭设需大量材料和人工，供热需大量能源，费用较高。

4.2暖棚构造

暖棚通常以脚手材料（钢管或木杆）为骨架，周围用彩钢板围护，棚顶用聚乙烯板覆盖。聚乙烯板不仅重量轻，而且透光，白天不需要人工照明，吸收太阳能后还能提高棚内温度。

加热设备采用1T蒸汽锅炉，燃料采用无烟煤。

4.4能耗计算

暖棚内的热量消耗，可根据暖棚尺寸、围护构造、地面的导热系数和室内换气次数（一般按每小时2次计算）等来计算确定。也可从表4-1中查出。

4.5施工注意事项

（1）暖棚出入口应设专人管理，以防封闭不严造成棚内温度下降或混凝土局部受冻。

（2）棚内各点温度均不得低于5℃。

（3）将烟或燃烧气排出棚外，注意防火防毒。

5、采取的其他配套保温措施

高寒地区的冬季施工过程中混凝土的保温是很重要的环节，除了拌合站采用暖棚外，在混凝土的运输和现场的浇筑也需要采取必要的措施，以保证混凝土的施工质量。在运输车上增加罐被，同时混凝土灌保持缓慢的转动，以保证运输过程中混凝土的性能。

在浇筑现场同样采取保温的措施，首先隧道的洞口搭设两道洞门，运输车进洞后快速关上大门，尽量减少热量的损失。同时在二衬台车两端用塑料薄膜封闭，并设置通风口。台车下面生火炉加热。加热材料采用焦炭，因为焦炭热量大，而且不产生煤烟，对施工现场的空气质量影响小，保证了工人的安全。

6.保温效果的评价

通过混凝土拌合、运输及浇筑现场的保温措施，使混凝土的性能得到了很好的保证，完全满足了施工的需要，符合规范及标准的要求，保证了混凝土结构的施工质量。

7、建议

在冬季施工的过程中，除了采取保温措施外，现场施工人员要保持高度的责任心，在混凝土拌合、运输及浇筑的过程中要随时检验混凝土的质量，以保证合格的混凝土结构的施工质量。

8、结论

本地区地处高寒地区，冬季施工是一个系统的工程，我们经过科学的论证，严密的组织，并以严谨的态度来对待这个问题，终于克服了严寒的气候，圆满的解决了高寒地区的冬季施工问题，使整体的施工的进度得到了保证。

参考文献：

关柯刘长滨罗兆烈等主编·中国建筑工业出版社·2003

铁道部第二工程局主编·《隧道》·中国铁道出版社·1998

中铁十九局局集团有限公司 孟祥展

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