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冬季施工方案doc
冬期施工方案
一、工程概况
本标段包括“两站两区间”,两站为西红门站和高米店北站,两区间为南苑西站~西红门站区间和西红门站~高米店北站区间,其中西红门站为高架车站,车站站长121m,宽40m,总建筑面积为10198m2;高米店北站为明挖车站,车站总长462.8m,标准段宽度20.9m,总建筑面积为21803m2,车站主体结构采用明挖法施工,附属结构采用明暗挖施工;南苑西站~西红门站区间包括明挖过渡段和高架段,其中明挖过渡段起止里程为DK3+979.58~DK4+080.44,长度为100.86m,高架段起止里程为DK4+080.44~DK7+289.4,长度为3208.96m;西红门站~高米店北站区间包含高架段、过渡段、明挖段及暗挖施工段,高架段起讫里程为DK7+410.6~DK7+778.41,长度为368.41m,过渡段起讫桩号为DK7+778.41~DK8+080,长度为301.59m,明挖段起讫里程为DK8+080~DK8+250,长度为170m,暗挖段起讫里程为DK8+250~DK8+766.1,长度为516.1m。
具体见图一总平面示意图。
二、冬期施工项目
根据我标段整体施工安排,冬期需要进行施工的项目主要包括:
高米店北站基坑开挖、主体结构及防水、西红门站和高架区间的桩基、承台和墩柱以及暗挖区间竖井施工等。
冬期影响较大的分部分项工程包括:
高米店北站主体结构防水、主体结构混凝土及喷射混凝土,暗挖区间的喷射混凝土,西红门站和高架区间的桩基、承台和墩柱等,要求施工时必须采取切实有效的冬施措施,以保证工程的施工质量。
三、冬期施工的特点和基本要求
冬期施工是指根据当地多年气温资料统计,当室外日平均气温连续5天稳定低于50C即进入冬期施工;但每年的气温不一定完全相同,可能有突然的下降。
因此,根据以往资料制定冬期时间时,应密切注意气温的变化,以便及时采取防冻措施。
3.1冬期施工的时间
根据北京市气温变化的特点和各种气象资料统计情况,每年11月15日至次年3月15日为冬期施工时间。
3.2冬期施工的特点
冬期施工由于施工条件及环境不利,故为工程质量事故的多发季节,其质量事故出现约占全年事故的三分之二以上,尤以混凝土工程居多。
质量事故出现多为隐蔽性、滞后性,即工程是冬天施工的,而事故在春天才暴露,因而给事故处理带来很大难度。
冬期施工的计划性和准备工作时间性要强。
3.3冬期施工的基本要求
针对冬期施工的特殊性,对冬期施工提出如下要求:
1、加强计划安排,加紧施工准备工作。
其中包括材料、专用机具设备、能源、暂设工程等。
2、制定技术方案,确定主要技术措施,规定单项工程施工方案编制原则和主要工程的技术规定。
3、制定单项工程施工方案。
在冬期施工技术措施等文件指导下,针对某单项工程特点,编制单项工程施工方案,内容包括工程进度、施工方法、劳动组织、操作要点、测量监控方法质量要求和试验检测规定等内容。
4、重视技术培训和技术交底工作,保证工程质量,加快工程进度。
四、冬期施工准备
4.1技术准备
在进入冬期施工之前,先编制冬期施工方案。
施工方案应包括以下几方面:
冬期施工生产任务安排及施工部署;冬期施工方法及组织;热源设备计划(包括供热热源和热能转换设备);保温材料、外加剂材料计划;冬期施工人员技术培训、劳动力计划;工程质量管理控制要点;冬期安全生产及消防要点等。
4.2组织准备
1、成立专门的冬期施工领导小组,项目经理担任组长,主抓生产、安全的副经理及总工担任副组长,组员由各部室人员组成,负责安排、落实管理、检查冬施工作。
表4-1冬期施工管理领导小组成员表
姓名
组内职务
项目职务
职责
陈典华
组长
项目经理
全面负责
陈庆章
副组长
项目总工
负责实施情况检查指导
李双贵
副组长
生产经理
负责日常工作
徐长生
副组长
副经理
负责安全工作
张洪凯
成员
副总工
负责方案的编制实施
马长磊
成员
工区长
负责方案的实施
许杨平
成员
工程部长
负责技术交底
姜华龙
成员
质检部长
负责质量监控
刘凤仙
成员
试验室主任
负责各项指标的测试
2、砼测温工作由试验员专职负责。
3、组织参加冬施的工长、施工班组学习施工方案,以提高冬期施工的质量意识。
4.3物资、材料准备
物资部门应按现场需要以及材料计划落实进场材料,冬施期间所需要使用的保温材料应在开工前准备就绪。
其主要物资材料见表4-2冬施物资材料表。
表4-2冬施物资材料表
序号
名称
规格、型号
单位
数量
备注
1
电暖器
1500W
台
20
2
岩棉被
m2
2000
3
塑料布
2mm
m2
2000
4
温度计
支
50
5
草帘子
1m×2m
张
4000
4.4机械准备
施工前应对机械设备全面进行一次检查,机械车辆防止受冻,必要时要安装防滑设备。
对机械传动部位应及时检查,如有缺陷,及时维修、调整。
五、冬施方案
5.1养护方法的选择
选择冬施方案时首先应当避免混凝土早期受冻,用最合理的施工费用,在最合理的施工期内,能获得优良的施工质量,综合施工质量、施工期限、施工费用三个方面考虑,根据本标段的特点,选用综合蓄热法和暖棚法升温养护,外加防冻剂的方法进行施工。
最低气温在零下5℃前采用综合蓄热法养护,最低气温低于零下5℃时采用暖棚法升温养护。
采用综合蓄热法养护的主要为喷射混凝土施工,其他混凝土施工主要采用暖棚法升温养护。
当采用暖棚法施工时,棚内各测点温度不得低于5℃,安排专人检测混凝土及棚内温度,每昼夜测温不小于4次,在养护期间勤测量棚内湿度,保证混凝土不得有失水现象。
5.2冬施方案
1、桩基工程
⑴泥浆护壁的钻孔灌注桩尽量安排在初冬或春融期施工,泥浆温度不低于5℃,并不的掺加氯盐防冻剂。
⑵地基土在冬期处于冻结状态下进行桩基静荷载试验时,先将试桩周围的冻土融化或挖除。
2、混凝土工程
⑴混凝土冬期施工时应优先选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥,最少水泥用量不小于300kg/m3,水灰比不大于0.6。
⑵模板外和混凝土表面覆盖的保温层,不得采用潮湿状态的材料,不得将保温材料直接铺盖在潮湿的混凝土表面,新浇混凝土表面要铺一层塑料薄膜。
⑶热工计算
对于冬季混凝土养护的保温材料,其种类、厚度及构造同时满足大体积混凝土抗裂性以及冬季施工队混凝土保温层的要求,下面先通过蓄热法养护热工计算确定保温层的厚度,然后再用大体积混凝土的热工计算核算该厚度的保温层能否满足大体积混凝土抗裂性的要求。
计算依据:
a建筑工程冬季施工规程(JGJ104-97);b《建筑施工手册》(第四版)
计算思路:
当施工条件确定以后,先初步选定保温材料的种类、厚度和构造,然后计算出混凝土冷却到0℃的延续时间和混凝土在此期间的平均温度。
据此再估算出混凝土温度降为0℃时混凝土可能获得强度,验证此强度是否达到临界强度。
本工程中,设定养护期间大气平均温度为-5℃,混凝土的入模温度为10℃,混凝土采用等级强度为P.O42.5的普通硅酸盐水泥拌制,水泥用量为369kg/m3(包括各种外加剂),水泥中掺入早强剂以及高效减水剂,混凝土质量密度取2500kg/m3。
保温材料选用单层3cm厚阻燃性岩棉被,混凝土表面铺设塑料薄膜。
混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的温度T,计算公式为:
T=η·e-θ·νce·t-ψ·e-νce·t+Tm,a
混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的平均温度Tm计算公式为:
Tm=(vce·t)-1(ψ·e-νce·t-θ-1·η·e-θ·νce·t+θ-1·η-ψ)+Tm,a
其中θ、ψ、η为综合参数,按下式计算:
θ=ω·K·M/(vce·Cc·ρc)
ψ=vce·Qce·mce/(vce·Cc·ρc-ω·K·M)
η=T3-Tm,a+ψ
M=A/V
K=3.6/(0.04+∑(di/Ki)
T3=(CCmcT2+CfmfTf+CsmsTs)/(CCmc+Cfmf+Csms)
上述各公式中,各符号的含义为:
T-混凝土蓄热法养护开始到任一时刻t的温度(℃);
Tm-混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的平均温度(℃);
t-混凝土蓄热养护开始到任一时刻的时间(h);
Tm,a-混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的平均气温(℃);
ρc-混凝土的质量密度(kg/m3);
mf-每立方米混凝土相接触的模板重量(kg),取结构中板67.8kg;
ms-每立方米混凝土相接触的钢筋重量(kg),取结构中板261kg;
Qce-水泥水化累积最终放热量(kJ/kg);
Vce-水泥水化速度系数(h-1);
ω-透风系数;
M-结构表面系数(m-1);
CC-混凝土的比热容(kj/kg.K);
Cs-钢筋的的比热容(kj/kg.K);
Cf-模板的的比热容(kj/kg.K);
K-结构围护层的总传热系数(kj/(m2hK));
e-自然对数底,取2.72;
A-混凝土结构表面积(㎡);
V-混凝土结构体积(m3);
di-第i层围护层的厚度(m);
Ki-第i层围护层的导热系数[w/(m.K)];
T2-混凝土拌和物运输到浇注时的温度(℃),取10℃;
Tf-模板的温度,未预热时采用当时的环境温度,取-5℃;
Ts-钢筋的温度,未预热时采用当时的环境温度,取-5℃;
T3-考虑钢筋和模板吸热影响,混凝土成型完成时的温度(℃)。
水泥水化积累最终放热量Qce和水化速度系数Vce表5-1
水泥品种及强度等级
Qce(kJ/kg)
Vce(h-1)
52.5号硅酸盐水泥
400
0.013
52.5号普通硅酸盐水泥
360
42.5号普通硅酸盐水泥
330
42.5号矿渣、火山灰、粉煤灰硅酸盐水泥
240
透风系数ω表5-2
围护层种类
透风系数ω
小风
中风
大风
围护层由透风材料组成
2.0
2.5
3.0
易透风保温材料外包不易透风材料
1.5
1.8
2.0
围护层由不易透风材料组成
1.3
1.45
1.6
保温材料的导热系数λ表5-3
材料名称
导热系数[W/(m.k)]
材料名称
导热系数[W/(m.k)]
水
0.58
矿棉、岩棉沥青矿棉毡
0.013~0.065
木模板
0.23
泡沫塑料
0.035~0.047
草袋子
0.14
膨胀珍珠岩
0.019~0.065
各种材料的比热容Cc表5-4
材料名称
比热(kJ/kg.k)
新捣实混凝土
1.05
硬化的混凝土
0.84
珍珠岩混凝土
0.84
加气混凝土
0.84
泡沫混凝土
0.84
木材
2.51
钢板
0.63
高米店北站主体结构顶板综合蓄热法养护热工计算(20m一个流水段):
根据以上公式以及设定的施工、养护条件,计算如下:
相关参数:
Ts=Tf=-5℃
Tm,a=-5℃
ρc=mc=2500kg/m3
mce=369kg/m3
Qce=330kj/kg
ω=1.5
Cc=0.97kj/kg.k
Cf=2.51kj/kg.k
Cs=0.63kj/kg.k
e=2.72
d=0.03m
vce=0.013h-1
λ=0.14w/(m.k)
T2=10℃
A=2×20×20.9+20.9×0.8×2=869.44㎡
V=20.9×20×0.8=334.4m3
所以:
M=A/V=869.44/334.4=2.6(m-1)
K=14.16KJ/(m2.h.K)
T3=(CCmcT2+CfmfTf+CsmsTs)/(CCmc+Cfmf+Csms)
=[0.97×2500×10+2.51×67.8×(-5)+0.63×261×(-5)]/(0.97×2500+2.51×67.8+0.63×261)
=22576.96/2759.608=7.89℃
θ=ω·K·M/(vce·Cc·ρc)=1.5×14.16×2.6/0.013×0.97×2500=17.52
ψ=vce·Qce·mce/(vce·Cc·ρc-ω·K·M)=0.013×330×369/(0.013×0.97×2500-1.5×14.16×2.6)=-66.8
η=T3-Tm+ψ=7.89-(-5)-66.8=-53.91
T=η·e-θ·νce·t-ψ·e-νce·t+Tm,a
=-53.91×2.72-17.52×0.013×t+66.8×2.72-0.013×t-5
=-53.91×2.72-0.23t+66.8×2.72-0.013t-5
当T=0时,解得:
t≈160h即:
养护160h后混凝土的温度降为0℃。
此刻为止,混凝土的平均温度Tm为:
Tm=(vce·t)-1(ψ·e-νce·t-θ-1·η·e-θ·νce·t+θ-1·η-ψ)+Tm,a
=(0.013×160)-1×[-66.8×2.72-0.013×160-(-53.91)×(17.51)-1×2.72-17.51×0.013×160+
(-53.91)×(71.51)-1+66.8]-5=6.5(℃)
估计混凝土的强度根据计算,混凝土的温度降至0℃的延续时间为160h(约6.7d),此时混
图二混凝土强度增长曲线图
凝土的平均温度为6.5℃,本工程采用的混凝土为掺入了早强减水剂的混凝土,据强度曲线可知:
当平均温度为5℃时,第3天的混凝土强度约为20%,即为30×20%=6MPa,大于混凝土的临界强度(4.0Mpa),可以确定在综合蓄热法养护条件下养护72h可以满足混凝土冬施要求。
①明挖主体结构700mm厚侧墙采用综合蓄热法养护热工计算(20m一个流水段):
②根据以上公式以及设定的施工、养护条件,计算如下:
相关参数:
Ts=Tf=-5℃
Tm,a=-5℃
ρc=mc=2500kg/m3
mce=369kg/m3
Qce=330kj/kg
ω=1.3
Cc=0.97kj/kg.k
Cf=2.51kj/kg.k
Cs=0.63kj/kg.k
e=2.72
d=0.05m
vce=0.013h-1
λ=0.04w/(m.k)
T2=10℃
A=20×5.65+0.7×5.65×2=120.91㎡
V=20×5.65×0.7=79.1m3
所以:
M=A/V=1.53
K=3.6/(0.04+0.05/0.04)=2.79
T3=7.89
当T=0时,解得:
t≈87h即:
养护87h后混凝土的温度降为0℃。
此刻为止,混凝土的平均温度Tm为:
Tm=(vce·t)-1(ψ·e-νce·t-θ-1·η·e-θ·νce·t+θ-1·η-ψ)+Tm,a
=11.2(℃)
估计混凝土的强度
根据计算,混凝土的温度降至0℃的延续时间为87h(约3.6d),此时混凝土的平均温度为11.2℃,本工程采用的混凝土为掺入了早强减水剂的混凝土,据强度曲线可知:
当平均温度为5℃时,第4天的混凝土强度约为40%,即为30×40%=12MPa,大于混凝土的临界强度(4.0Mpa),可以确定在综合蓄热法养护条件下养护72h可以满足混凝土冬施要求。
大体积混凝土热工计算
取厚度为800mm的顶板计算,验证保护层的厚度能否满足大体积混凝土的抗裂性要求。
①最大绝热温升
Th=mc×Q÷(c×ρ×(1-e-mt)=(369×375)÷(1-2.72-0.318×28)=57.07℃
式中Th-砼的最大绝热温升(℃);
mc-混凝土中水泥(包括膨胀剂)用量(kg/m3)
Q-水泥28d水化热(kJ/kg),取375;查表5-5;
不同品种、强度等级水泥的水化热表5-5
水泥品种
水泥强度等级
水化热Q(kj/kg)
3d
7d
28d
硅酸盐水泥
42.5
314
354
375
32.5
250
271
334
矿渣水泥
32.5
180
256
334
c-混凝土的比热,取0.97[kJ/(kg.k)];
ρ-混凝土密度,取2500kg/m3;
e-为常数,取2.72;
t-混凝土的龄期(d);取28d
m-系数、随浇筑温度改变;查表5-6,取值为0.318。
系数m表5-6
浇筑温度(℃)
5
10
15
20
25
30
m(1/d)
0.295
0.318
0.340
0.362
0.384
0.406
②混凝土中心计算温度
T1(t)=Tj+Th×ξ(t)
式中:
T1(t)-t龄期混凝土中心计算温度(℃);
Tj-混凝土浇筑温度(℃);
-t龄期降温系数,查表5-7
T1(t)=10+57.07×0.36=30.55℃
③混凝土表面温度计算
δ=0.5hλx(T4-Tq)Kb
式中δ-保温材料厚度(m)
λx-保温材料导热系数[w/(m·k)]查表5-8
降温系数表5-7
浇筑层厚度(m)
龄期t(d)
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
1.0
0.36
0.29
0.17
0.09
0.05
0.03
0.01
1.25
0.42
0.31
0.19
0.11
0.07
0.04
0.03
1.50
0.49
0.46
0.38
0.29
0.21
0.15
0.12
0.08
0.05
0.04
2.50
0.65
0.62
0.57
0.48
0.38
0.29
0.23
0.19
0.16
0.15
3.00
0.68
0.67
0.63
0.57
0.45
0.36
0.30
0.25
0.21
0.19
4.00
0.74
0.73
0.72
0.65
0.55
0.46
0.37
0.30
0.25
0.24
几种保温材料导热系数表5-8
材料名称
密度(kg/m3)
导热系数[w/(m·k)]
材料名称
密度(kg/m3)
导热系数[w/(m·k)]
木模板
500-700
0.23
矿棉、岩棉
110-200
0.031-0.065
木屑
0.17
泡沫、塑料
20-50
0.035-0.047
草袋
150
0.14
油毡
0.05
λ-混凝土导热系数,取2.33w/(m·k);
Tmax-计算得混凝土最高温度(℃);
Tq-施工期大气平均温度(℃);
T4-混凝土表面温度(℃);
δ-保温层厚度,取0.05m(岩棉被厚度);
Kb-传热系数的修正值,取1.3~2.0,查表5-9
传热系数的修正值表5-9
保温层种类
K1
K2
1
纯粹由容易透风的材料组成(如:
草袋、稻草板、锯末、砂子)
2.6
3.0
2
由易透风材料组成,但在混凝土面层上再铺一层不透风材料
2.0
2.3
3
在易透风保温材料上铺一层不易透风材料
1.6
1.9
4
在易透风保温材料上下各铺一层不易透风材料
1.3
1.5
5
纯粹由不易透风材料组成(如:
油布、帆布、棉麻毡、胶合板)
1.3
1.5
注:
1、K1值为一般刮风情况(风速﹤4m/s,结构位置﹥25m);
2、K2值为刮大风情况。
所以:
δ=0.05=(0.5×1.0×0.065(T4+10)×1.5)÷(2.33×(30.55-T4))
解得T4=16.5℃
混凝土表面温度与中心温差:
30.55-16.5=14.05℃﹤25℃,满足抗裂性要求。
结论:
以上计算可以得出,冬期施工时采用在混凝土表面覆盖一层5cm厚的阻燃性岩棉被进行蓄热法养护可以满足混凝土冬季施工和大体积混凝土抗裂性对保温层的要求。
⑷混凝土养护辅助措施
为确保混凝土养护效果,在混凝土养护过程中,在混凝土上设置电暖器及时对混凝土进行补给热量,一旦测试混凝土的表面温度低于5cm,立即增加电暖器数量或者调整电暖器位置。
3、钢筋工程
⑴钢筋冷拉温度不低于-20℃,预应力钢筋张拉温度不低于-15℃。
⑵在负温条件下使用的钢筋,施工时要加强检验,钢筋在运输和加工过程中防止撞击和刻痕。
⑶钢筋负温电弧焊采取分层控温施焊,热轧钢筋焊接的层间温度控制在150~350℃。
⑷钢筋负温焊接时,帮条接头或搭接接头的焊缝厚度不小于钢筋直径的0.3倍,焊缝宽度不小于钢筋直径的0.7倍。
六、冬期施工技术措施
6.1测温与保温措施
1、测温与保温措施
混凝土测温以测试混凝土表面温度为主,根据混凝土的表面温度来调整其养护措施。
⑴施工现场在入冬前建立测温组织,每日对大气温度、混凝土温度、砂浆温度进行观测。
项目技术负责人负责本工程的测温工作,并派专人测温。
专职测温人员要认真负责,测试数据真实可靠。
⑵试验人员每天至少测量3次环境气温,棚罩内温度每2小时测一次。
⑶测温时间和所测温度值详细记录,整理归档。
每天、每施工段停止测温后,由技术人员审阅测温记录签字后交技术负责人审查。
技术员定期将测温记录归入档案,以备存查。
⑷测温人员保持与供热、保温人员联系,如发现供热故障或保温措施不当使温度急剧变化或降温过快等情况,立即向技术负责人报告进行处理。
⑸水源及消火栓提前做好保温工作,防止受冻;暂设工程的水管、供热管在入冬前做好保温维持工作,保证冬期施工时能正常供水供热。
⑹搅拌机棚、水泵房、操作棚搭设好暖棚,准备好必要的取暖设备。
2、测温点布置
考虑到混凝土内部温度测试较难,施工不易控制,测温不准。
而混凝土表面温度可以代表混凝土养护温度,也可以用于计算混凝土表面和外界温度之差。
而内部温度主要用于控制大体积混凝土浇筑温度应力,以免产生温度应力裂纹,当内外温差较大时还需采取内部降温措施。
因此,混凝土温度测试以测试混凝土表面温度为主,在混凝土表面插入φ12~φ14PVC管(或者φ12圆钢),插入混凝土10~15cm,作为混凝土测温孔,侧墙、顶板测温孔按照3~6米梅花形布置,承台和墩柱测温孔按照1.5~3米梅花形布置,测温孔必须保护好,不得破坏或者堵塞。
结构板测温孔布置见图三,侧墙、柱的测温孔布置见图四,及承台和墩柱的测温孔布置见图五。
6.2砼试块的留置
1、用于拆模依据的。
2、用于测临界强度的。
冬期浇筑的混凝土其受冻临界强度应符合下列规定:
⑴普通混凝土采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制时应为设计的混凝土强度标准值的30%,采用矿渣硅酸盐水泥配制的混凝土应为设计的混凝土强度标准值的40%。
⑵掺用防冻剂的混凝土当室外最低气温不低于-15℃时不得小于4.0N/mm2,当室外最低气温不低于-30℃时不得小5.0N/mm2。
3、负温转常温的同条件试块,冬季施工同条件下养护到明年常温状态下28天的强度测试。
4、负温转正温的同条件试块,冬季施工同条件下养护到28天后把试块放到标养箱里养护到28后试压而留置的试块。
5、用于结构验收的同条件试块,也就是600°C.d的试块,具体计算为从试块留置那天算起每天的平
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