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冬期施工

/building construction in winter/
条目作者李增辉

李增辉

最后更新 2024-12-03
浏览 181
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建筑工程在冬季等低温环境下进行施工,此时土壤、混凝土、砂浆等建筑材料会受到冻害影响,通常的常温措施难以达到预期目的,为满足质量要求,需要采取特殊措施进行施工。

英文名称
building construction in winter
所属学科
土木工程

因为施工条件恶劣,施工环境不利,在冬期施工中工程质量事故比较容易发生,尤以地基基础工程和混凝土工程居多。冬期施工质量事故具有隐蔽性和滞后性的特点,施工时间是冬季,质量问题常常等到春天气温回暖才暴露出来,给事故处理带来难度,冬期施工出现的质量问题。常常会影响工程使用寿命。根据当地多年气象统计,当室外日均气温连续5天稳定低于5℃,即进入冬期施工,当室外日均气温连续5天高于5℃,即解除冬期施工。中国“三北”(东北、西北、华北)地区冬期施工阶段一般为3~6个月,时间跨度较长。冬期施工需解决低温环境对施工造成的负面影响,要采取一系列措施提高施工环境温度,需要消耗较多的热能,造成工程造价提高。对于不得不在冬期施工的项目,须编制因地制宜的冬期施工方案;方案须兼顾技术可靠,施工方法简单,施工速度快,达到施工周期短、降低成本的目的;所需的热源和材料要充足可靠,经济合理,减少能源消耗和材料消耗;方案中须制定冬期施工管理措施和质量保障措施。

应根据地基土的主要冻土指标,如冻土层厚度、分布、含水量、冻胀性、融沉系数等,制定专项冬期施工措施。

土方工程。一般安排在入冬之前施工较为合理。含水的松散岩石和土体,当其温度处于0℃及以下时,其中的水分会转化为结晶状态且胶结了松散的固体颗粒,形成冻土。在冬期,可利用自然条件就地取材进行土体保温防冻,其防冻方法一般有地面耕松耙平防冻、覆雪防冻、隔热保温材料防冻等。针对冻土施工,常采用的方法是先破碎冻土,再挖掘施工。破碎冻土可采用爆破、机械和人工等方法。人工破碎法常用镐、铁楔子等工具,耗费劳动力较大,是一种较落后的方式;机械法需根据不同厚度的冻土,选择不同的机械,通用机械有松土机、挖掘机和打桩机;对于冻土层较厚,破碎开挖面积较大时,可采用爆破法,将炸药放入爆破孔中进行爆破,冻土破碎后用挖掘机挖出。冻土的融化是依靠外加热来完成的,需耗费大量的能源和资源,通常有循环针法、电热法和烘烤法等。在冬期土方回填施工中,冻结土块,尤其是温度越低的冻土,坚硬不易压实,可夯实性很差,且冻土融化后,会造成不均匀融沉变形,影响地基质量,因此强夯施工中,夹杂的冰块、冻土必须清除。

桩基础。冬期施工中,桩基础湿作业法施工,泥浆易受冻,工艺环节复杂,因而宜采用干作业法进行桩基成孔。

基坑支护。中国冬期基坑支护工程采用的主要方法有排桩和土钉墙,考虑排桩为临时性支护结构,桩身混凝土施工可选加防冻剂。

在冬期施工中,砌体砂浆受温度影响大,砂浆稠度宜较常温条件下适当增大,可通过增加石灰膏和黏土膏的办法解决。在气温高于0℃时,砌体材料仍应进行浇水湿润,当气温等于或低于0℃时,不得浇水湿润,否则水在材料表面有可能结成冰薄膜,反而会降低砂浆的黏结力(图1)。

图1 冬季建筑工地的砌体图1 冬季建筑工地的砌体

砌体工程冬期施工主要方法有外加剂法、暖棚法、蓄热法、电加热法等。外加剂法施工是在拌和水中加入外加剂,如氯化钠、氯化钙或亚硝酸钠,砂浆砌筑在负温条件下硬化,强度可以持续增大,砌体也不会发生冻胀沉降变形。当气温在-15℃以上,砂浆可单掺氯化钠;当气温低于-15℃时,可与氯化钙复合使用,同时,砌体砂浆强度等级应较常温施工提高一级。采用氯盐外加剂砂浆后,氯离子对钢筋表面有腐蚀作用,应对钢筋采取防腐措施,可涂刷樟丹、沥青漆、防锈涂料等。外加剂施工工艺简单,砖石结构工程的冬期施工,应以外加剂法为主。对于地下工程和急需使用的工程,可采用暖棚法。暖棚法利用简易结构和廉价的保温材料,将需要砌筑的砌体和工作面进行临时封闭,在棚内加热,营造正温环境,使其在常温下砌筑和养护。暖棚法成本较高,以及受其搭设条件的限制,适用于地下工程、基础工程以及工期紧体积小的砌体结构。采用暖棚法施工时,砌体和砂浆在砌筑时,温度均要大于或等于5℃。

新浇筑的混凝土在凝结过程中,如遭遇低温,水泥的水化作用会停止进行,同时拌和水开始冻结成冰、体积增大,会使混凝土冻裂而严重影响其质量。即使在恢复常温养护以后,浆体中的孔隙率也显著增加,使混凝土的各项物理力学性能全面下降,而且遭遇冻害的混凝土耐久性会严重退化。混凝土遭冻越早,后期强度的恢复越困难,在冬期施工中,必须防止混凝土在硬化初期遭遇冻害侵袭,尽早提高其强度,在混凝土温度降至0℃前,其抗压强度不得低于抗冻临界强度,在达到此强度前均需采取冬期施工措施。抗冻临界强度是混凝土设计强度的30%(普通硅酸盐水泥)或40%(矿渣硅酸盐水泥),且不低于5.0兆帕。

混凝土工程在冬期施工中,要确保选用合适的养护方法。当室外温度不低于-15℃,结构表面系数(表面积和体积之比)不大于5的地面或地面以下的工程,宜采用蓄热法养护。蓄热法养护是将混凝土材料加热后搅拌,浇筑后的混凝土用保温材料严密覆盖,利用预加的热量和水泥水化热,使混凝土在正温下逐渐硬化(图2)。对边、棱角部位的易受冻混凝土,应加强保温措施,注意防风、防失水。针对地下结构工程和混凝土量比较集中的结构工程,在日平均气温不低于-10℃时,可采用暖棚法养护施工。暖棚常以脚手架材料为骨架,以塑料薄膜或帆布覆盖。采用薄膜搭设暖棚,费用较低,有利于场所日采光和吸收太阳能提高棚内温度。暖棚法养护时应采取防止混凝土表面碳化的措施。结构表面系数大的混凝土,可采用电加热法养护,根据其所用发热元件不同,主要有电极法、电加热法(一般用电热毯)、工频涡流法、线圈感应法、红外线加热法等。有些结构表面系数较大的梁、板、墙等也可利用蒸汽法养护。蒸汽养护包含升温—恒温—降温3个阶段,各阶段加热延续时间应根据养护结束时要求达到的强度确定。

图2 混凝土模表面覆盖图2 混凝土模表面覆盖

混凝土工程冬期施工,应进行热工计算,起始养护温度须满足热工计算的要求,且不低于5℃,及时了解混凝土强度的发展情况,明确混凝土停止加热养护前是否达到预定强度。为缩短养护时间,应优先选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥,水泥强度等级不宜低于42.5级,每立方米混凝土中的最小水泥用量不宜低于280千克,水胶比不宜大于0.55,并优先考虑加入减水剂、引气剂、早强剂等外加剂,提高其抗冻能力,同时要求振捣密实。

可采用热作法或冷作法,并保证墙体基层表面的冰、雪、霜等清理干净。热作法是利用热源,提高和保持操作环境的温度,使装饰施工在不低于5℃的温度下进行,饰面、油漆、裱糊、玻璃工程等应采用热作法施工。当需室外施工时,要求环境温度不低于5℃。抹灰工程的环境温度不低于5℃,室外大面积抹灰应采取热作法,零星室外抹灰工程可采用冷作法施工,在施工砂浆中掺入防冻剂,使砂浆在负温下逐渐硬化。如有饰面涂刷施工,应注意抹灰所使用的防冻剂材质与涂料材质相匹配,避免发生反碱、起皮、变色等问题。

应根据负温施工要求和施工具体情况编制钢结构制作和安装施工组织设计。在冬期低温下钢结构工程施工时,尤其注意因温度变化引起的尺寸偏差,且所用钢材应考虑负温冲击韧性保证值。负温下焊接,比常温焊接更容易产生缺陷,尤其是厚板焊接,要有冬期施工焊接工艺技术措施和相应检测标准。焊条、焊丝在满足设计强度要求下,宜采用低氢性焊条。高强度螺栓在负温环境下使用时,其扭矩系数会产生变化,使用前要进行负温性能试验,构件的摩擦面必须干净,不得有积雪、结冰等。负温下捆绑起吊钢构件时,应采用防滑隔垫,防止吊索打滑。

  • 《建筑施工手册》(第五版)编委会.建筑施工手册.5版.北京:中国建筑工业出版社,2013.

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