独流减河防空闸除险改建工程冬季混凝土冬季施工技术

独流减河防空闸除险改建工程冬季混凝土冬季施工技术

1桥桥混凝土浇筑技术施工背景独流减少河流的海防港位于天津市大港区减河的入海口。原门建于1968年。随着上海的长期破坏和环境恶化，上部结构发生了严重的老化和钙化。钢结构腐烂。由于支撑桩压力过大，门厅无法稳定。由于开关机的使用不灵活，应消除保险重建。改建工程施工采取筑上、下游围堰,将河道一次截死,在一个枯水期完成主体工程的施工方案。围堰工程施工于1993年8月31日开工,10月25日上游形成基坑,主体工程于10月底开工,比原计划拖后2个月,迫使三桥预制混凝土、灌注桩和底板混凝土浇筑必须在冬季进行。1993年初冬气温反常,11月上旬连降大雪,气温骤降,10月以后工地日最低气温已稳定在-3℃以下,根据规范规定工程已较早进入冬季施工期,因此混凝土浇筑必须采用冬季施工技术。防潮闸交通桥、工作桥和检修桥三桥梁板大部分在1993年11～12月上旬完成,工地没有室内预制条件,必须在现场露天预制;基于工程施工条件和总进度要求,闸底板混凝土在1994年最冷的1月份施工,由于施工战线长,工程量大,时间要求急,常规的搭暖棚综合蓄热法耗资大,准备工作时间长,不能满足本工程施工进度要求,经设计、施工和建设单位研究,三桥预制和底板混凝土冬季施工,确定采用掺防冻剂的综合蓄热法施工。掺防冻剂的冬季施工技术,在建筑工程施工中已得到了广泛的应用,而这种方法运用在水利工程上,尚不多见,因此必须根据水利工程特点和本工程的具体条件,相应解决一系列冬施技术问题。2防冻混凝土配比试验混凝土冬季施工的关键是掺防冻剂冬季施工混凝土的配比。为确保混凝土冬季施工质量,工程指挥部委托天津建筑科学研究院做防冻混凝土的配比试验,试验所用原材料,均为工程实际用的材料。2.1混凝土与管调剂水泥:冀东525#硅酸盐水泥。砂:采用河中砂,含水量为4%,含泥量小于3%。石子:设计为三级配,由于试模尺寸小,试验只用中、小两种石子。UEA膨胀剂:为防止冬季施工混凝土发生裂缝,设计决定在混凝土配比中掺UEA膨胀剂,天津武清县雍阳新型建筑材料公司生产。它的主要膨胀源为明矾石、煅烧明矾石和石膏等,以等量取代水泥的方式掺入,用以补偿混凝土的收缩。一级粉煤灰:在混凝土中掺入粉煤灰,起二次水化反应,它是个吸热过程,可以降低大体积混凝土水化热的峰值,降低混凝土的内外温差。水:当地井水,经水质化验符合拌合混凝土要求。PC-2引气剂:为青岛一航局产品,掺入后可使混凝土中产生无数微小、封闭和分布均匀的气泡,提高混凝土的抗冻性能。防冻剂:为天津雍阳减水剂厂生产产品,三桥预制梁采用YND153特配Ⅰ型,底板混凝土采用YND153特配Ⅱ型。特点是没有引入氯离子,因而,没有促锈作用;没有引入三钠,用亚钙取代亚钠,极大地降低钠离子含量,防止了因掺外加剂而引起的碱骨料反应,保证了混凝土的耐久性。钢筋阻锈剂:用NaNO2阻止钢筋生锈。UNF-5高效减水剂:天津雍阳减水剂厂生产,它能使水泥颗粒充分分散、充分水化,水泥净浆流动性得到改善,从而起到减水作用。2.2土材料用量三桥预制梁板混凝土设计标号C30F150,控制含气量4%～6%,塌落度5～7cm,混凝土防冻最低温度-15℃,三桥混凝土材料用量见表1。闸底板混凝土设计标号C20F150S10,控制含气量4%～6%,控制塌落度5～7cm,掺YND153特配Ⅱ型防冻剂,混凝土防冻最低温度为-15℃,底板混凝土材料用量见表2。表中引气剂掺量为水泥与粉煤灰之和的0.5/10000。冬季混凝土施工规范要求,每立方米混凝土水泥用量应不低于300kg,上表中水泥、粉煤灰与UEA之和为358kg,满足规范要求。2.3测试块和维护试块尺寸为100mm×100mm×100mm,为密切配合和指导施工,试块采取如下多种养护方式。(1)标准的护理将不掺防冻剂的混凝土基准试件成型后,在室内护养1d拆模转标准室内养护28d。(2)自然保护试件成型后在1h之内,送至室外同条件养护地点,用一层塑料膜复盖,分别养护7,28,90d。(3)自然保护7d后转标养28d。在上述养护条件下,试件满令期的抗压强度见表3、表4。2.4结论(1)冷冻混凝土的自然保护7d抗压强度为基准混凝土标养28d强度的76%和77%,表明其早期强度高,抗冻性能好。(2)抗冻混凝土自然保护28d强度比分别为95%和99%,表明后期强度增长较好。(3)在表中，梁为二级，当设计为三级梁时，梁大于试验强度总之从试块的试验强度表明,掺防冻剂的混凝土防冻性能满足设计要求。3防冻剂的适应最低温度防潮闸地处海滨,风大、气温低,对冬季施工不利。由大港地区气象资料可知,防潮闸为-4℃以内的地区分类,虽极端最低气温因受海洋影响比内地稍高,但受海风影响较大,根据当地的气温条件规定工地冬季施工时间一般在11月10日～翌年3月下旬,历时130d。1951—1980年30年平均最低气温为-7.3℃,极端最低温度发生在1953年1月17日为-18.3℃,以后随着时间的推移,气温有上升趋势,低于-15℃的次数不多,据此设计选用防冻剂的适应最低温度为-15℃。结合工程具体条件,工程采用如下冬季施工工程措施。3.1混凝土基础厚度的确定防潮闸基础为淤泥质粘土,土质松软、含水量高,因此必须对基础进行保温,采取方法是基础随开挖,随排水,随即铺碎石垫层10cm,夯实后上部浇防冻素混凝土垫层10cm,覆盖塑料薄膜、草帘子保温。实践证明采用上述办法,保证了基础在混凝土浇筑之前为正温,防止了基础受冻变形。在老混凝土底板上新浇堰体混凝土,在浇筑之前也必须采用上述相同的基础保温措施,保证基础为正温,确保新老混凝土的结合质量。3.2减水剂unf-5材料特性水泥为冀东525,防冻剂为天津雍阳产YND53型,引气剂为青岛一航局产PC-2,减水剂UNF-5为天津雍阳产品,采用山东济宁电厂一级粉煤灰,上述材料均须进行质量鉴定,合格后方可使用。砂、石骨料要求质量符合规范要求,要求有足够的储量和堆高,并用塑料布、苫布覆盖保温,严防冰雪和冻块,必要时要求过筛。3.3冬季施工混凝土材料用量确定主要参照天津建筑科学研究院的防冻混凝土配比,结合工地实际情况,经分析研究确定冬季施工混凝土材料用量如表5、6(水量为参照量,实际是以塌落度控制,控制塌落度4～6mm)。3.4入仓温度和覆盖温度(1)为便于质量控制,要求混凝土在白天浇筑,并避开大风和极低温天气,要求冬季混凝土浇筑的最低气温在-3℃以上,工程所在地风级在5级以下。(2)热水拌和。工地用2台1.5t和2台1.0t高效、快速、节能锅炉烧水,混凝土要求热水拌和,控制水温一般在60～70℃。(3)用同掺法先将部分砂、石料入机,将水泥、粉煤灰和外加剂投入,再将剩余的砂、石料倒入,热水搅拌2～3min。控制混凝土拌和出机温度不低于10℃,入仓温度不低于5℃,抹面后覆盖温度不低于2℃。工地实际拌合出机温度均在11～16℃,入仓温度高於8℃,覆盖温度高于4℃。控制混凝土塌落度5～7cm,含气量4%～6%,若不满足,必须及时调整加水量和PC-2的掺量。(4)严格控制水泥、粉煤灰、防冻剂和其他外加剂的掺量,设专人负责,控制误差为±2%。(5)混凝土在浇筑前和浇筑过程中,应注意清除钢筋、模板及浇筑设施上附着的冰雪和冻块,严禁将其带入仓内。(6)在浇筑过程中,应根据当时的气温及时调节水温,尽量保持混凝土浇筑入仓温度的均匀性。(7)混凝土分层入仓,分层振捣,要保证布料和振捣均匀,为防止混凝土在浇筑过程中受冻,施工采用边浇筑、边覆盖的保水保温措施。(8)墩底板每个浇筑块长5m、宽6m、厚2m,混凝土量60m3,中底板长6m、宽6m、厚1.08m,每浇筑块混凝土量39m3,均属大体积混凝土。为防止混凝土水化热造成内外温差大而产生裂缝,每个浇筑层均布有测温孔,并设专人定时观测内、外温度,确保温差不超过25℃,施工用1层塑料薄膜、3层草帘子复盖保温,实测层面温度19～33℃,内部温度29～54℃,最大温差21℃,低于规范规定数值,保证了工程质量。(9)冬季混凝土施工要求加强温度检测,外界气温要求每4h测1次;水温和骨料每2h测1次;出机和入仓温度每2h测1次;混凝土内外温度每4h测1次。施工均按要求进行了温度测定。3.5暴露面的覆盖养护混凝土浇筑完2～5h完成抹面,并及时对暴露面进行覆盖养护。要求混凝土拆模强度为设计强度的80%,低于上述强度拆模时,仍必须覆盖保水保温。4混凝土浇筑施工按照防冻混凝土要求进行配比和掺防冻剂的综合蓄热法进行三桥梁板预制、底板混凝土冬季施工,依据冬季施工的工程措施进行技术控制,获得了防潮闸混凝土冬季施工的成功,共完成三桥预制梁245件,混凝土量848m3;完成闸底板混凝土浇筑3025m3,除此之外,完成基础灌注桩混凝土1657m3,在1994年3月底之前完成的9个闸墩混凝土1100m3,除未掺防冻剂之外,也均采用上述冬季混凝土施工方式浇筑,未产生任何质量事故。为了有效地检查冬季施工的混凝土质量,在施工中按常规方法进行了混凝土取样,混凝土浇注每班取样3组,每组3个样,在同条件下进行自然养护,令期各为7,28,90d,到期进行抗压强度试验,其强度值见表7。由表内数值可见冬季施工混凝土的强度指标均超过设计要求指标,又经现场检查冬季施工混凝土表面光洁,无裂纹,强度经现场实际测定全部达到设计要求,竣工验收混凝土质量评为优良。5工程管理及施工技术独流减河防潮闸改建工程采用掺防冻剂的综合蓄热法冬季施工,既节省了投资,又节省了时间,取得了明显的效益,在施工工期非常紧的情况下,抢回工期75d,使工程在1994年汛前主体工程如期完工,汛期及时投入运用,保障了天津市的防洪安全,意义十分重大。掺防冻剂的综合蓄热法冬季施工混凝土要求设备少而简单,施工方法简便易行,此法在水利工程上采用并取得成功,独流减河防潮闸改建工程尚属首次,它的成功将对海河流域水利工程的冬季施工提供了不可多得的宝贵经验,具有推广和使用价值。屈家店枢纽新引河进洪闸改建工程于1994年12月上旬开工,它利用了防潮闸改建工程的冬季施工技术完成了基础灌桩和闸底板混凝土的冬季施工任务,施工质量良好,此举再次表明防潮闸改建工程掺防冻剂的综合蓄热法冬季施工方法的可行性和优越性。6混凝土施工方法简单,容易施工水闸工程一般混凝土工程量小,经合理的进度安排或计划调整,可以避开混凝土的冬季施工,以免造成不必要的冬季施工费用的增加。近几年来,国家加大了对水利工程的投资力度,