晋陕黄河特大桥节段箱梁冬季蒸养方案设计

杨江朋

【摘 要】在我国西北、东北地区，由于冬季气候寒冷，低温持续时间长，造成混凝土强度增长慢、施工周期长、养护质量不易保障、后期养护维修量大等诸多问题，加上高速铁路客运专线节段箱梁的梁体体积大，封闭养护困难等原因，使得此类大体积混凝土的养护成为混凝土冬季施工的关键环节。文章以大同至西安客运专线晋陕黄河特大桥为工程背景，针对当地气候特点和工程实际，提出了节段箱梁冬季蒸汽养护的施工方案。该方案通过系统设计，合理拟定参数，对所需要的锅炉、管道及养护棚等设施的相关数据进行了详细计算，探索出了一套完整的节段箱梁冬季施工蒸汽养护技术，该技术的成功应用，有效地提高了混凝土梁的品质，缩短了施工周期，尽可能地减少了混凝土病害。%The long time and low temperature of cold winter in the northwest and northeast of China cause the problems such as slow growth of concrete strength, long construction period, difficulty in guarantee the quality of maintenance, the large amount of later maintenance repairing, etc. Besides, extra volume of segmental box girder beam body of high speed railway passenger dedicated line and difficulties in closed maintenance make this kind of mass concrete curing be-come a key point in the process of concrete construction in winter. The article takes Jin-Shan Yellow River extra-large bridge on Datong-Xi’an Passenger Dedicated Line as the engineering background, A complete set of steam curing tech-nology for segmental box girder construction in winter is searched out based on system design, reasonable parameters drawing up and detailed calculations of relevant data of the needed

facilities such as boiler, pipeline and curing shed, etc. The successful application of this technology effectively increases the quality of concrete beam, shortens the con-struction period and reduces the concrete diseases.

【期刊名称】《高速铁路技术》 【年(卷),期】2015(000)003 【总页数】4页(P94-96,85) 【关键词】高速铁路;箱梁;蒸养;设计 【作 者】杨江朋

【作者单位】陕西铁路工程职业技术学院铁道工程系，渭南714000 【正文语种】中 文

【中图分类】U445.47+1;TU755.7

晋陕黄河特大桥连接山西省永济市和陕西省合阳县，是大西客运专线“三隧一桥”重点控制工程之一。大桥全长9 969 m，自西向东跨越黄河，是目前我国高速铁路跨越黄河最长、建设规模最大的桥梁，堪称“高速铁路黄河第一桥”。该工程东引桥23孔，西引桥86孔，共计109孔，均使用48 m节段拼装梁。每跨节段梁分11个节段，其中端部节段2节，每节3.2 m，其余段长度3.9 m，桥面宽度12 m，梁高4.628 m，节段拼装采用湿接法，湿接缝宽0.8 m。本区属于温带半湿润大陆性季风气候区。四季分明，春秋适宜，夏热多雨，冬季干燥，年平均气温12～14℃。极端最高气温43℃，极端最低气温－24.6℃。综合考虑节段梁区段分布、工程数量、现场管理及架设要求，该桥梁分别在两岸各设置一座制梁场［1］。

为了保证桥梁的冬季施工质量，加快设备运转，梁场冬季施工采取蒸汽养护施工工艺。

2.1 养护参数的确定

混凝土蒸汽养护分静停、升温、恒温、降温4个阶段。静停期间应保持棚温不低于5℃，灌注完4 h后方可升温，升温速度不得大于10℃/h，恒温养护期间蒸汽温度不宜超过45℃，混凝土芯部温度不宜超过60℃，最大不得超过65℃;降温速度不得大于10℃/h。恒温养护时间应根据梁体拆模(放张)强度要求、混凝土配合比及环境等通过试验确定［2］。 2.1.1 升温时间计算

假设环境温度为t1=－10℃(参考2009年永济市11月～2010年3月气温曲线图)，混凝土养生恒温温度为t0=45℃，升温速度v1=10℃/h，根据相关规定，升温时间为T1=(t0－t1)/v1=(45+10)/10=5.5 h，取6 h。 2.1.2 降温时间计算

拆模允许温度t2=t1+15=5℃，降温速度v2= 10℃/h，根据相关规定，降温时间为T2=(t0－t2)/v2= (45－5)/10=4 h，且梁体芯部温度与表面温度、表面温度与环境温度之差不超过15℃，才可拆除养护罩和测试仪器，暂取降温时间为4 h［3］(具体降温时间由现场试验确定)。 2.1.3 恒温时间确定

根据相关规定，对于采用硅酸盐水泥的混凝土，在60℃恒温时，水灰比等于0.4，蒸养混凝土强度达70%时，恒温时间为9 h，故暂定恒温时间采用9 h。 2.1.4 蒸汽养护制度表达式的确定

具体养护时间根据现场试验数据确定，暂定各工序时间为:4 h(静停)+6 h(升温)+9 h(蒸汽45℃恒温)+4 h(降温)+2 h(拆除蒸养棚)。 2.2 锅炉及主管道选择

2.2.1 一片3.9 m梁养生所需热量计算

升温时间为6 h，钢模起始温度因静停4 h后与混凝土温度相同，根据《预制梁技术条件》及《高性能混凝土技术条件》规定，灌注时预制梁混凝土拌和物入模温度宜在5～30℃，模板温度宜在5～35℃钢模，故按最低温度控制计算，取升温起始温度为5℃［4］。 (1)钢模所需热量

式中:m1——钢模(包括外模、内模、底模)总重，按照50 t进行计算; c1——钢板比热容，查《建筑施工计算手册》，c1=0.63 kJ/kg·h; t模——温度变化值，t模=45－5=40℃; h——升温时间。

故:Q1=m1c1模/h=50×1 000×0.63×(45－5)/6=210 000 kJ/h。 (2)混凝土升温所需热量

式中:m2——混凝土总重，按照60 m3的混凝土质量进行计算; c2——混凝土比热容，查《建筑施工计算手册》， c2=1.05 kJ/kg·h;

t混——温度变化值，t=45－tc－10;

tc——混凝土在28 h内因水化热而使温度升高的数值。

故:Q2=m2c2t混/h=60×2 395×1.05×(45－17.23－10)/6=44 6871kJ/h。 根据《建筑施工计算手册》，tc=mcQ(1－e－mt)/c2ρ计算; 式中:mc——每m3混凝土水泥用量，取345 kg/m3; Q——每千克水泥水化热量，取Q=461 J/kg; e——常数，取2.718;

ρ——混凝土的质量密度，取2 395 kg/m3;

m——与水泥品种比表面、浇筑时温度有关的经验系数，取0.318;

t——龄期，取1 d。

故:tc=mcQ(1－e－mt)/c2ρ=345×461×(1－2.718－0.318×1)/(1.05×2 395)=17.23℃。

(3)蒸养蓬罩内部采暖消耗热量计算 根据《建筑施工计算手册》规定:

式中:F——围护结构的表面积，按439 m2计算;

K——围护结构的传热系数，根据公式因缺少相关参数无法计算，估计按K=1.46计算;

Td——室内计算温度，按45℃计算; Ta——室外计算温度，按－10℃计算; w——透风系数，按1.5计算。 故:1.46×(45+10)×1.5=190 359 kJ/h。

由以上计算得知，一片3.9 m梁养生所需热量为:Q总=Q1+Q2+Q3=847 230 kJ/h

2.2.2 一片3.9 m梁养生蒸汽用量计算根据《建筑施工计算手册》规定:

式中:I——在一定压力下蒸汽所含热量，根据制梁场台座及锅炉房布置，蒸汽输送距离为100 m以内，故蒸汽压力取 0.3 N/mm2，故I=2 724 kJ/kg; H——有效利用系数，一般为0.4～0.5，取0.45;

故:W=Q总/(IH)=847 230/(2 724×0.45)= 691 kg/h，取1 t/h。 2.2.3 锅炉型号及数量选择

根据制梁场生产计划，每个梁场最高日生产箱梁2个节段，考虑混凝土搅拌区供暖，故每个制梁场配置1台蒸汽蒸发量为2 t/h的锅炉即可。 2.2.4 蒸汽管径计算

根据《建筑施工计算手册》规定:

式中:d——蒸汽管道内径，(m); W——蒸汽用(流)量，(kg/h);

μ——蒸汽的密度，取μ=0.908 8 m3/kg; v——蒸汽的速度，取v=50 m/s。

考虑计算时的综合因素及以往施工经验和锅炉厂家建议，场内主管道采用133 mm的供气主管道。 2.3 蒸汽管道布置 2.3.1 管道布置

主蒸汽管DN133 mm，支蒸汽管DN89 mm。制梁台座里的蒸汽管为DN48 mm，蒸养管上每隔30 cm斜向打一直径为2 mm的喷孔，孔眼不得直接对着模板及混凝土面。阀门主管道和各支管道均布置调节阀门，用于调整各管道的蒸汽流量，保证蒸汽的热量支出和实际需要相符合［5］。 2.3.2 管道保温

为了减少蒸汽输送过程中的热损失，主蒸汽管道及支蒸汽管道均加设保温层，为了减少蒸汽输送过程中的热损失，安装在室外的主蒸汽管道以及地沟内的蒸养管应加设保温层。主蒸汽管保温材料选用岩棉，地沟内蒸养管的保温材料选用沥青矿渣棉毡，以减少蒸汽的损失［6］。 2.4 养护棚

养护棚和支架配合使用形成蒸养空间，养护罩选择密封性能好、导热系数小、耐高温、不易吸水的材料，蒸养棚尺寸为5.3 m×15 m×5.7 m。考虑到一套蒸养棚占用时间为25 h，根据梁场生产能力，加工2套蒸养棚。

(1)锅炉安装经自检合格后，须报当地劳动部门检查批准，方可点火运行; (2)锅炉房与箱梁预制区、职工宿舍之间要留出足够的安全距离;

(3)锅炉在运行中，如发生有严重威胁锅炉安全运行等情况时，必须采取紧急停炉

措施;

(4)锅炉房两侧各有1个出口，分别位于锅炉前端3 m和后端1 m处;

(5)锅炉房内设2台1 kW的照明灯，同时备用探照灯2台(电量始终处于饱和状态);

(6)锅炉房内备有防火沙箱1个(500 kg)、推车式ABC干粉灭火器2台、斧头1把、铁锹2把;

(7)锅炉上的安全附件及附属设备由专人负责检查，确保齐全、灵敏、可靠; (8)司炉工持证上岗，能掌握锅炉常见事故的处理方法，如水位事故、汽水共腾等; (9)锅炉房内张贴岗位责任制、安全操作规程、交接班制、巡回检查制等;

(10)锅炉安全运行记录、交接班记录、巡回检查记录、定期检查检修记录，主管领导要定期进行抽查;

(11)项目部制订压力容器爆炸事故应急预案，进行现场演习。

晋陕黄河特大桥作为大西客运专线“三隧一桥”重点控制工程之一，也是我国高速铁路跨越黄河最长、建设规模最大的桥梁，对桥梁的梁体施工及蒸养方案进行了认真设计和充分论证，对相关数据进行了详细计算。以上梁体蒸养施工方案通过了实际施工的检验和验证，表明该蒸养施工方案能够满足冬季施工要求，梁体各项指标达到规范要求，成梁质量得到保障，为我国高速铁路桥梁蒸养施工提供了借鉴。

【相关文献】

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