高寒地區(qū)地鐵車站主體結構施工保溫技術

王宇聲 李 丹

（中國電建集團鐵路建設有限公司，黑龍江 哈爾濱150076）

1 概述

目前我國正處于經(jīng)濟高速發(fā)展時期，城市化進程加速，城市人口激增，使城市交通面臨前所未有的壓力，各特大城市對以地鐵為代表的城市軌道交通系統(tǒng)的需求迫切。另一方面，城市地鐵的施工工期較長，混凝土工程貫穿主體結構施工始終，在我國冬季寒冷的北方地區(qū)，地鐵明挖車站不可避免地面臨冬期混凝土澆筑的問題，如哈爾濱地鐵2 號線工程，從10 月中旬到次年4 月中旬共6 個月為冬季施工，必須做好保溫措施方能澆筑車站主體結構混凝土。

我國關于地鐵車站施工保溫技術的研究不多，鄧珣和尚新豐[1]依托哈爾濱地鐵煙廠站工程，提出了在鋼支撐上搭設保溫棚、棚頂配珍珠巖加車站內(nèi)設焦炭爐與熱風幕加熱有效解決了東北高寒地區(qū)地鐵車站進行冬季施工的難題。劉成威[2]分析了沈陽地鐵車站冬季施工特點，從鋼筋加工、混凝土的攪拌、澆筑過程、混凝土的養(yǎng)護等多方面就地鐵車站鉆孔灌注樁和冠梁混凝土的澆筑制定了暖棚內(nèi)燒焦炭的冬季保溫措施，保證了混凝土澆筑質量。艾建科[3]以哈爾濱軌道交通3 號線土建工程海河東路站底板、中板為對象，介紹了冬季混凝土施工的保溫及質量控制措施。

哈爾濱地鐵2 號線龍川路站工程采用明挖法施工，澆筑車站主體結構側墻和頂板的時間正好是屬于冬季施工的10 月和11 月，11 月底封頂。因此，必須采取有效的保溫措施，確保車站主體結構混凝土的澆筑質量。本文針對龍川路站側墻和頂板混凝土澆筑和養(yǎng)護提出了相應的保溫措施，并現(xiàn)場布設各種溫度傳感器進行溫度測量，對保溫效果進行驗證。

2 依托工程概況

哈爾濱地鐵2 號線龍川路站位于松北大道西側，跨龍川路路口。車站主體結構長186.6m，寬19.7m，為地下二層島式車站。主體結構采用雙柱三跨雙層箱型現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構形式，頂板厚800mm，中板厚400mm，底板厚1000mm，側墻厚700mm。頂、中、底板及梁、側墻采用C35 級混凝土，框架柱采用C45 級混凝土，頂、中、底板和梁、側墻混凝土抗?jié)B等級均為P8。凍線以下的主體結構環(huán)境類別為IIa 類，即嚴寒和寒冷地區(qū)的冰凍線以下與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境。因此在滿足混凝土和易性、強度等級的前提下，應以混凝土密實性、抗?jié)B透性、抗裂性和抗碳化性為主要控制指標?；炷梁瑲饬繎_到5.5，平均氣泡間距系數(shù)≤250μm，最大含堿量為3.0kg/m3，混凝土原材料引入的水溶氯離子總量應不超過膠凝材料重的0.06%。

龍川路站在11 月份需進行結構主體頂板與側墻施工，擬在11 月底完成車站頂板封頂，11 月的日平均最高氣溫為0℃、日平均最低氣溫為-29℃。頂板施工采用“綜合蓄熱法”，在混凝土配合比中添加綜合外加劑的前提下，在養(yǎng)護期間覆蓋二層塑料布+二層棉氈。側墻混凝土養(yǎng)護采用“電加熱法”，覆蓋塑料布+電熱毯+棉氈的保溫措施，以滿足冬季施工混凝土養(yǎng)護溫度要求。所需要的材料包括保溫棉氈10000m2、棉被5000m2、塑料布10000m2、土工布3000m2、珍珠巖1000m3、電熱毯3000m2、軍用棉被200 套，溫度計50 支、溫度槍3 把、預埋測溫計20 支、大型熱風機2 臺和電暖氣6 臺。

3 混凝土澆筑保溫措施

冬期施工用骨料中不得有凍結團塊、泥塊，砂子中不得有大于20mm 的凍塊。可將骨料置于暖房或暖棚中加熱。對于露天堆放的骨料，可在砂堆或石堆表面覆蓋帆布或彩條布或保溫棉被，采用蒸汽排管加熱骨料。水加熱的溫度值可根據(jù)氣溫及實測入模溫度值進行調節(jié)。一般在-15℃以上的氣溫下，水應加熱至60℃～80℃；氣溫低于-15℃時，可加熱至80℃以上。水泥、礦物摻合料、外加劑不需進行加熱，均置于暖棚內(nèi)即可?；炷翑嚢枨埃瑧獙嚢铏C及運輸機具進行預熱。當攪拌機處于暖棚內(nèi)，且暖棚內(nèi)的溫度在0℃以上時，可不用進行預熱。施工過程中設專人添加外加劑，并對氣溫進行實時監(jiān)測，以確保遇到氣溫變化時，可及時通知技術人員根據(jù)氣溫變化情況按配合比與使用說明書進行摻量調整，并作好記錄。

先將粗、細骨料投入攪拌機中與熱水進行攪拌30s，降低拌合水的溫度，提高骨料的溫度，然后再加入水泥、礦物摻合料與外加劑攪拌90s～120s 左右。摻外加劑混凝土的攪拌時間一般較普通混凝土攪拌時間延長30s～60s，一般為90s～180s。攪拌機宜采用強制式攪拌機。冬期施工的商品混凝土的攪拌時間，應較常溫攪拌時間延長15s～30s，以確保外加劑充分溶解，混凝土攪拌均勻。采用外包保溫措施對運輸車進行保溫，以保證到現(xiàn)場的混凝土溫度不低于10℃?！褒埓氛尽表敯骞こ袒炷翆嶋H到場溫度在12℃～14℃之間，坍落度在180mm～200mm 之間。

車站主體結構所用模板宜放置在暖棚內(nèi)，如擺放在室外，采用塑料布+保溫棉氈進行覆蓋。當采用泵送工藝輸送混凝土時，為防止混凝土在輸送過程中熱量的損失，以及水泥漿體在過冷的輸送管道中產(chǎn)生“掛蠟”現(xiàn)象，采用棉氈或巖棉等保溫材料綁扎泵管進行保溫?；炷凛斔捅脩胖糜谂飪?nèi)或在輸送泵處臨時搭設保溫棚?；炷翝仓埃么蠊β薀犸L機對側墻鋼筋和模板進行加溫，并在澆筑過程中在模板與腳手架之間利用棉被搭設保溫層，形成相對密閉空間，振搗時間不超過10s。

采用商品混凝土遠距離運輸，在運輸過程中會有5℃以上的溫度損失?！褒埓氛尽被炷猎谶\輸過程中的溫度損失在4.4℃～6.91℃之間，泵管輸送的溫度損失在0.99℃～1.56℃之間。因此，為保證混凝土入模溫度控制在8℃～10℃，商品混凝土出機溫度應達到15℃～20℃。最終確定出機溫度需達到20℃以上。經(jīng)系列運輸保溫措施及合理設置出機溫度后，“龍川路站”主體結構混凝土施工時，入模溫度在11℃～15℃之間，滿足不低于5℃的施工要求。

4 混凝土養(yǎng)護保溫技術

混凝土養(yǎng)護過程中的頂板保溫覆蓋材料采用二層塑料薄膜+二層保溫棉氈，側墻保溫覆蓋材料采用一層塑料薄膜+電伴熱帶+一層保溫棉氈，如圖1 所示。對于混凝土結構的迎風面、棱角突出部位、不易蓄熱部位，保溫層厚度應與正常部位提高1～2 倍，加強保溫措施，并加強混凝土內(nèi)部溫度的監(jiān)測。保溫材料在儲存與使用過程中不得受潮，否則會降低或失去保溫的效果，因此在混凝土表面應先鋪設1～2 層塑料薄膜，再鋪設保溫層。混凝土表面的塑料薄膜也有助于防止混凝土表面和內(nèi)部的水分散失。

拆模時，混凝土內(nèi)部的溫度與環(huán)境溫度差超過了20℃，因此需在模板拆除后，立即鋪設保溫層，以防止溫度下降過快或與環(huán)境溫差過大，導致混凝土開裂。對混凝土頂板，需在保溫層上表面采用塑料布或彩條布進行覆蓋，以達到防風防潮的目的，提高保溫效率；對于混凝土側墻，利用側墻預埋鋼筋固定保溫層，確?；炷林苓叚h(huán)境溫度滿足要求。

圖1 車站頂部和側墻現(xiàn)場保溫

冬期施工過程中，為防止出現(xiàn)溫度裂縫，需避免在熱混凝土表面直接澆涼水養(yǎng)護。為防止混凝土表面和內(nèi)部水分的散失，在混凝土澆筑完畢后需及時用防風材料（棉被）進行圍護，或者在混凝土達到受凍臨界強度后，在混凝土表面噴灑養(yǎng)護劑進行養(yǎng)護。采用電熱法養(yǎng)護混凝土時，為防止溫度梯度過大而導致混凝土產(chǎn)生裂縫，控制混凝土的升溫速率不得超過5℃/h；考慮到混凝土中摻入了引氣劑，混凝土養(yǎng)護溫度過高會導致內(nèi)部氣相壓力增大產(chǎn)生膨脹，降低混凝土強度和其它性能，電熱養(yǎng)護混凝土最高溫度不超過40℃?；炷吝_到臨界強度后，降溫速率不宜超過5℃/d，以防止混凝土開裂。

5 混凝土養(yǎng)護過程中溫度測量

混凝土養(yǎng)護過程中需實時監(jiān)測環(huán)境溫度與養(yǎng)護溫度，龍川路站在每50 平方米設置三個測點，成三角布置，每個測點懸掛三支溫度計測量混凝土表面溫度，埋入三支測量混凝土內(nèi)部溫度，測點布置見圖2。

圖2 混凝土養(yǎng)護溫度測點布置

自混凝土入模至澆搗完畢后6～10h 開始測溫，四天內(nèi)每隔2h 測溫檢查一次，以后每隔4h 測溫檢查一次。在混凝土達到受凍臨界強度，并且混凝土表面溫度降為5℃以下后，停止測溫檢查，對于“龍川路”站主體結構，一般為澆筑10d～14d 后。典型施工段（“負一層第七段側墻”、“負二層第八段側墻”、“第六、第七段頂板”、“第八段頂板”）的混凝土溫度測量結果如圖3 所示。混凝土表面溫度采用JDC 型建筑電子測溫儀，儀器測溫范圍-30℃～130℃，使用環(huán)境-20℃～50℃，測量誤差≤±0.5℃。龍川路站“負一層第七段側墻”、“負二層第八段側墻”、“第六、第七段頂板”、“第八段頂板”這四個施工段在10 月28 日～11 月6 日期間進行混凝土澆筑，養(yǎng)護中溫度測量結果見圖3所示，采用了最小二乘法進行擬合。從圖3 可以看出，混凝土在擬定的保溫措施下，在14d 養(yǎng)護時間內(nèi)溫度基本保持在10℃以上。

圖3 典型施工段混凝土在養(yǎng)護過程中的溫度隨時間變化曲線

6 結論

依托龍川路站主體結構施工，頂板混凝土養(yǎng)護采用“綜合蓄熱法”、側墻采用“電加熱法”，混凝土在澆筑后66h 以內(nèi)達到了抗凍臨界強度。保溫養(yǎng)護450h 后再拆除保溫措施，才能保證整個養(yǎng)護過程，且拆除保溫措施時混凝土的溫度在5℃以上。同條件養(yǎng)護的混凝土立方體試塊28d 實測抗壓強度為39.6～44.8MPa，滿足強度要求。建立的高寒地區(qū)地鐵明挖車站主體結構冬季施工保溫技術，經(jīng)現(xiàn)場應用和溫度監(jiān)測，在14d 養(yǎng)護時間內(nèi)溫度基本保持在10°C 以上，應用效果良好，值得推廣應用。