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【摘 要】 本文简单阐述了水运工程中大体积混凝土冬季施工技术，并以胶州湾产业新区三河入海口船闸工程为例，介绍该地区混凝土冬季施工技术的实际应用，具体介绍冬季大体积混凝土施工工艺，施工方法。
【关键词】 冬季施工；船闸工程；大体积混凝土
一、工程概况
本工程为胶州湾产业新区三河入海口船闸工程，该船闸形式为一线单级船闸，右邻跃进河挡潮闸，左毗海堤，船闸中心线与堤轴线垂直，船闸主要建筑物包括地基基础，上、下闸首，闸室和上、下游引航道等。船闸有效尺度为109m*10m*3m（有效长度*有效宽度*槛上水深），本工程等别为II等。船闸上闸首为2级建筑物，船闸闸室、下闸首和上、下游导航建筑物确定为3级建筑物，设计挡潮标准为50年一遇，防洪排涝为50年一遇。拟建场地位于抗震设防烈度6度区，设计基本地震加速度值为0.05g。
船闸底板混凝土强度为C30F250，上闸首底板混凝土平均厚3.0m，底板长31.5m，宽20m，混凝土方量越1890方，下闸首底板混凝土平均厚3.0m，长27.5m，宽20m，混凝土方量为1650方，属水运工程大体积混凝土施工，为满足工期要求，上下闸首底板全部在初冬季节施工（根据《建筑工程冬季施工规程》，室外平均气温连续五天低于5℃，则进入冬季施工），根据当地气象部门统计并结合上两个年度施工现场观测，近几年这个时期室外平均气温大约在-5℃.
二、原材料的选定
水泥：水泥采用符合国家质量标准的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，不得低于42.5级。应符合《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）国家标准。
骨料：骨料在进货前必须对选用的各种原材料取样试验，将试验报告报监理工程师，并经批准后使用，混凝土用的骨料最大粒径应符合《水运过程混凝土施工规范》的有关规定。
骨料应按品种、规格分别堆放，堆放场地应清理干净无杂草，且排水良好，骨料要有足够的堆存量，以保证混凝土连续浇注，冬季施工时，粗、细骨料必须置于防雨雪的棚里，保证骨料清洁，不得混有冰雪、冻块及易被冻裂的矿物质，河砂不得结冰，粗、细骨料拌和前根据需要可置于暖棚内或对储料棚升温加热，温度不低于5℃。
水：凡适宜饮用的水均可使用，未经处理的废水不得使用。所用的水中不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，其氯离子含量、硫酸盐含量、PH值均应符合招标文件及规范规定。冬季施工时，可采取拌合用水加热的方法保证混凝土的温度，水的加热温度控制在50±10℃，拌和楼水管均应包裹保温。
外加剂：为改善混凝土性能，提高混凝土質量，合理降低水泥用量，需在混凝土中掺加适量的外加剂。任何外加剂的使用及其掺量必须按《混凝土外加剂》（GB8076-2008）的规定并通过试验确定。使用之前必须将每一种混凝土外加剂的名称、来源、样品和鉴定外加剂品质的其它资料，以及掺量试验成果报告递交监理工程师，征得同意后方可实施。冬季外加剂进场后必须立即卸车，严禁受冻，并不得随处随意放置，必须置5℃以上温度的暖棚内，防止外加剂受冻失效，拌和楼下的外加剂罐须加电热丝外包保温材料保温，若进场的外加剂受冻，必须进行退货处理。
由于混凝土方量较大，施工时间长，混凝土在运输及浇筑过程中可能有意外情况发生，为使浇筑过程中上下层之间混凝土接茬良好，不出现冷缝，通过适配将混凝土的初凝时间调整为6±2小时，终凝时间调整为10±2小时，出罐坍落度控制在160～180mm.
三、施工工艺
1.混凝土生产：严格按监理工程师批准的配合比拌和混凝土，每天应测定粗、细骨料的含水量2次，超过骨料吸收能力的自由水应计入于有效拌和水。混凝土拌和时的水泥、骨料和水均采用自动电子计量系统称量。拌制混凝土时，应严格遵守试验室开出的混凝土配料单进行配料，严禁擅自更改。
混凝土拌和应均匀，出料时无离析现象。当有离析现象时须在浇筑前进行二次搅拌，拌和量按立即使用的需要量拌和，不使用初凝的混凝土或超过规定时间的混凝土。不允许用加水或其他方法重新改变混凝土的稠度。混凝土的拌和速度按拌和机生产厂家的说明牌标定的速度拌和。
搅拌机棚内应有暖气或热风机等加温设备，使内部温度不低于10℃，搅拌楼内温度低于10℃时严禁开盘，搅拌开盘前及结束后使用拌和热水冲洗鼓筒。存在结冰可能的水管、外加剂管道等须用电热丝和保温棉包裹，保证液体材料正常计量。
投料顺序，由原骨料→粉料→水和外加剂的顺序改为骨料→水→粉料和外加剂，因热水直接与水泥接触，可导致速凝并影响混凝土的和易性及后期强度，同时外加剂高温会分解失效，故外加剂严禁加入拌和热水中或与水同时计量，可设置电脑计量程序或将外加剂计量装置出口管道引离水计量装置，为了提高混凝土的入模温度，可按热工计算确定水泥、骨料的加热温度。当拌制的混凝土出现坍落度减小或发生速凝时，应重新调整拌和材料的加热温度。保证混凝土出机温度不得低于15℃，入模温度控制在10～15℃，但最低不得低于5℃。
2.混凝土运输：冬季施工时罐车接料至卸料过程中必须全封闭保温，运输罐车须用保温棉保温，不得直接使用土工布等无填保温棉绿帆布包裹，合理布置运输路线、安排运输时间，冬季施工时运输时间尽可能缩短，运输过程中间不得换车倒运混凝土。
3.混凝土浇筑：混凝土拌和出机后，应及时检查温度、坍落度等是否符合规范要求，并尽快运到浇筑地点，混凝土的运送及装卸过程中不得出现离析、漏浆等现象，运送速度应使浇筑能连续作业，在浇筑时相邻已浇混凝土无初凝现象。
使用泵送浇筑，可通过合适的挡土板和料斗使出料速度达到稳定，防止由于混凝土拌合料冲击引起钢筋、模板和预埋件的变形、位移。
混凝土浇筑前，要提前清除模板、钢筋和垫层上的施工垃圾、冰雪等。混凝土运至施工现场入模前，采用专用的设备测定混凝土的温度、坍落度、含气量等工作性能，保证混凝土入模温度控制在10～15℃，但最低不得低于5℃，底板混凝土浇筑时采用斜面分层法浇筑，分层厚度选取0.5m，合理设置浇筑长度，每层混凝土在初凝前完成上层浇筑，新旧混凝土接茬时间不应超过2小时，最迟不超过4小时，振捣应有专业技术人员操作，快插慢拔，接茬事应插入下层混凝土5cm。 5.保温：由于混凝土一次浇筑的面积及方量较大，采取边收面边覆盖一层薄膜，一层电热毯和3cm棉被，最上层设一层复合土工布，形成一个温度、湿度相对稳定的环境，以减少混凝土表面收缩裂缝、防止混凝土表面受冻和防雨雪，土工布上方应采用木方或钢管进行固定，防止大风将草帘刮起影响保温效果，后浇带和混凝土边缘处应加盖一层棉被保温，防止边缘受冻，在实际施工中效果非常理想。
四、热工计算和测温
1.热工计算：按一层塑料薄膜加一层电热毯和3cm厚棉被外加一层复合土工布进行计算，本工程地板混凝土中水泥用量308kg/m3，粉煤灰用量90kg/m3，混凝土入模温度按5℃计算。
1.1大体积混凝土温度计算：
Th=（mc+K·F）Q/C·ρ
=（308+0.28×90）×375/0.97×2400=53.67℃
式中：Th——混凝土最大绝热升温（℃）；
mc——混凝土中水泥（包括膨胀剂）用量；
F?——混凝土活性掺合料用量（㎏/m3）；
K——掺合料的折减系数，粉煤灰取0.25～0.30；
Q——水泥28天水化热（kj/㎏）查表10-81；
C——混凝土比热，取0.97[kj/（kg·k）]；
ρ——混凝土密度，取2400（㎏/m3）；
e——为常数，取2.718；
t——混凝土的龄期；
1.2混凝土中心计算温度
T1（t）=Tj+Th·ξ（t）=-5+53.67×0.68=41.5℃
式中：T1（t）——t齡期混凝土中心计算温度（℃）；
Tj——混凝土浇筑温度；
ξ（t）——t龄期降温系数、查表10-83；
1.3混凝土中心温度与表面温度差：
T差=41.5-（-5）=46.5℃
根据热工计算得知混凝土中心温度最大值将出现在混凝土成型后的前三天，由于混凝土入模温度较低，内部最大温度为41.5℃，外部温度在-5℃左右，内外温差46.5℃，所以必须覆盖一层塑料薄膜加一层电热毯和一层3cm厚棉被保温，外敷土工布防风，保证混凝土内外温差小于25℃。（《水运工程混凝土施工规范》要求混凝土内外温差必须小于25℃）
2.测温：为及时掌握混凝土内外温度变化，便于调整混凝土养护措施，需对大体积混凝土基础进行测温，分别在混凝土表面、中心设置5组测温点，由专人进行测温记录，测温从混凝土浇筑完成12小时开始，前五天每两小时测一次，第六天至第十二天每6小时测一次，根据混凝土内部温度变化情况可随时增加测温次数，只有当混凝土内外温度不在显著变化，混凝土内外温差降到5℃时结束测温工作，根据规范规定，大体积混凝土内部与表面温差应控制在25℃以内，在混凝土温度升高期间，确保电热毯工作全部正常，尤其是遇到气温骤变时，应密切注意内外温度变化，如遇外界突然降温和混凝土表面温度下降过快，及时增加棉被覆盖层数，以防止混凝土表面降温过快，造成混凝土内外温差过大，并由此产生过大温度应力造成混凝土开裂，混凝土表面温度与大气温差应控制在5℃左右后方可拆除模板和去除棉被。
五、结束语
该工程根据热工计算采取了混凝土表面覆盖一层塑料薄膜，一层电热毯和一层3cm厚棉被保温，外加复合土工布防风、雨、雪等，3m厚基础底板混凝土中心温度经实测最高值出现在第三天，达到43℃，混凝土表面（电热毯下）温度32℃，内外温差达到21℃，达到了冬季大体积混凝土内外温差控制在25℃以内，经后期检测混凝土表观质量和混凝土强度等均满足规范及设计要求。
参考文献：
[1]《建筑施工手册》建筑工业出版社，2013
[2]《港口工程施工手册》.人民交通出版社，1994.9
[3]《水运工程混凝土施工规范》JTS202-2011，人民交通出版社，2011
【关键词】 冬季施工；船闸工程；大体积混凝土
一、工程概况
本工程为胶州湾产业新区三河入海口船闸工程，该船闸形式为一线单级船闸，右邻跃进河挡潮闸，左毗海堤，船闸中心线与堤轴线垂直，船闸主要建筑物包括地基基础，上、下闸首，闸室和上、下游引航道等。船闸有效尺度为109m*10m*3m（有效长度*有效宽度*槛上水深），本工程等别为II等。船闸上闸首为2级建筑物，船闸闸室、下闸首和上、下游导航建筑物确定为3级建筑物，设计挡潮标准为50年一遇，防洪排涝为50年一遇。拟建场地位于抗震设防烈度6度区，设计基本地震加速度值为0.05g。
船闸底板混凝土强度为C30F250，上闸首底板混凝土平均厚3.0m，底板长31.5m，宽20m，混凝土方量越1890方，下闸首底板混凝土平均厚3.0m，长27.5m，宽20m，混凝土方量为1650方，属水运工程大体积混凝土施工，为满足工期要求，上下闸首底板全部在初冬季节施工（根据《建筑工程冬季施工规程》，室外平均气温连续五天低于5℃，则进入冬季施工），根据当地气象部门统计并结合上两个年度施工现场观测，近几年这个时期室外平均气温大约在-5℃.
二、原材料的选定
水泥：水泥采用符合国家质量标准的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，不得低于42.5级。应符合《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）国家标准。
骨料：骨料在进货前必须对选用的各种原材料取样试验，将试验报告报监理工程师，并经批准后使用，混凝土用的骨料最大粒径应符合《水运过程混凝土施工规范》的有关规定。
骨料应按品种、规格分别堆放，堆放场地应清理干净无杂草，且排水良好，骨料要有足够的堆存量，以保证混凝土连续浇注，冬季施工时，粗、细骨料必须置于防雨雪的棚里，保证骨料清洁，不得混有冰雪、冻块及易被冻裂的矿物质，河砂不得结冰，粗、细骨料拌和前根据需要可置于暖棚内或对储料棚升温加热，温度不低于5℃。
水：凡适宜饮用的水均可使用，未经处理的废水不得使用。所用的水中不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，其氯离子含量、硫酸盐含量、PH值均应符合招标文件及规范规定。冬季施工时，可采取拌合用水加热的方法保证混凝土的温度，水的加热温度控制在50±10℃，拌和楼水管均应包裹保温。
外加剂：为改善混凝土性能，提高混凝土質量，合理降低水泥用量，需在混凝土中掺加适量的外加剂。任何外加剂的使用及其掺量必须按《混凝土外加剂》（GB8076-2008）的规定并通过试验确定。使用之前必须将每一种混凝土外加剂的名称、来源、样品和鉴定外加剂品质的其它资料，以及掺量试验成果报告递交监理工程师，征得同意后方可实施。冬季外加剂进场后必须立即卸车，严禁受冻，并不得随处随意放置，必须置5℃以上温度的暖棚内，防止外加剂受冻失效，拌和楼下的外加剂罐须加电热丝外包保温材料保温，若进场的外加剂受冻，必须进行退货处理。
由于混凝土方量较大，施工时间长，混凝土在运输及浇筑过程中可能有意外情况发生，为使浇筑过程中上下层之间混凝土接茬良好，不出现冷缝，通过适配将混凝土的初凝时间调整为6±2小时，终凝时间调整为10±2小时，出罐坍落度控制在160～180mm.
三、施工工艺
1.混凝土生产：严格按监理工程师批准的配合比拌和混凝土，每天应测定粗、细骨料的含水量2次，超过骨料吸收能力的自由水应计入于有效拌和水。混凝土拌和时的水泥、骨料和水均采用自动电子计量系统称量。拌制混凝土时，应严格遵守试验室开出的混凝土配料单进行配料，严禁擅自更改。
混凝土拌和应均匀，出料时无离析现象。当有离析现象时须在浇筑前进行二次搅拌，拌和量按立即使用的需要量拌和，不使用初凝的混凝土或超过规定时间的混凝土。不允许用加水或其他方法重新改变混凝土的稠度。混凝土的拌和速度按拌和机生产厂家的说明牌标定的速度拌和。
搅拌机棚内应有暖气或热风机等加温设备，使内部温度不低于10℃，搅拌楼内温度低于10℃时严禁开盘，搅拌开盘前及结束后使用拌和热水冲洗鼓筒。存在结冰可能的水管、外加剂管道等须用电热丝和保温棉包裹，保证液体材料正常计量。
投料顺序，由原骨料→粉料→水和外加剂的顺序改为骨料→水→粉料和外加剂，因热水直接与水泥接触，可导致速凝并影响混凝土的和易性及后期强度，同时外加剂高温会分解失效，故外加剂严禁加入拌和热水中或与水同时计量，可设置电脑计量程序或将外加剂计量装置出口管道引离水计量装置，为了提高混凝土的入模温度，可按热工计算确定水泥、骨料的加热温度。当拌制的混凝土出现坍落度减小或发生速凝时，应重新调整拌和材料的加热温度。保证混凝土出机温度不得低于15℃，入模温度控制在10～15℃，但最低不得低于5℃。
2.混凝土运输：冬季施工时罐车接料至卸料过程中必须全封闭保温，运输罐车须用保温棉保温，不得直接使用土工布等无填保温棉绿帆布包裹，合理布置运输路线、安排运输时间，冬季施工时运输时间尽可能缩短，运输过程中间不得换车倒运混凝土。
3.混凝土浇筑：混凝土拌和出机后，应及时检查温度、坍落度等是否符合规范要求，并尽快运到浇筑地点，混凝土的运送及装卸过程中不得出现离析、漏浆等现象，运送速度应使浇筑能连续作业，在浇筑时相邻已浇混凝土无初凝现象。
使用泵送浇筑，可通过合适的挡土板和料斗使出料速度达到稳定，防止由于混凝土拌合料冲击引起钢筋、模板和预埋件的变形、位移。
混凝土浇筑前，要提前清除模板、钢筋和垫层上的施工垃圾、冰雪等。混凝土运至施工现场入模前，采用专用的设备测定混凝土的温度、坍落度、含气量等工作性能，保证混凝土入模温度控制在10～15℃，但最低不得低于5℃，底板混凝土浇筑时采用斜面分层法浇筑，分层厚度选取0.5m，合理设置浇筑长度，每层混凝土在初凝前完成上层浇筑，新旧混凝土接茬时间不应超过2小时，最迟不超过4小时，振捣应有专业技术人员操作，快插慢拔，接茬事应插入下层混凝土5cm。 5.保温：由于混凝土一次浇筑的面积及方量较大，采取边收面边覆盖一层薄膜，一层电热毯和3cm棉被，最上层设一层复合土工布，形成一个温度、湿度相对稳定的环境，以减少混凝土表面收缩裂缝、防止混凝土表面受冻和防雨雪，土工布上方应采用木方或钢管进行固定，防止大风将草帘刮起影响保温效果，后浇带和混凝土边缘处应加盖一层棉被保温，防止边缘受冻，在实际施工中效果非常理想。
四、热工计算和测温
1.热工计算：按一层塑料薄膜加一层电热毯和3cm厚棉被外加一层复合土工布进行计算，本工程地板混凝土中水泥用量308kg/m3，粉煤灰用量90kg/m3，混凝土入模温度按5℃计算。
1.1大体积混凝土温度计算：
Th=（mc+K·F）Q/C·ρ
=（308+0.28×90）×375/0.97×2400=53.67℃
式中：Th——混凝土最大绝热升温（℃）；
mc——混凝土中水泥（包括膨胀剂）用量；
F?——混凝土活性掺合料用量（㎏/m3）；
K——掺合料的折减系数，粉煤灰取0.25～0.30；
Q——水泥28天水化热（kj/㎏）查表10-81；
C——混凝土比热，取0.97[kj/（kg·k）]；
ρ——混凝土密度，取2400（㎏/m3）；
e——为常数，取2.718；
t——混凝土的龄期；
1.2混凝土中心计算温度
T1（t）=Tj+Th·ξ（t）=-5+53.67×0.68=41.5℃
式中：T1（t）——t齡期混凝土中心计算温度（℃）；
Tj——混凝土浇筑温度；
ξ（t）——t龄期降温系数、查表10-83；
1.3混凝土中心温度与表面温度差：
T差=41.5-（-5）=46.5℃
根据热工计算得知混凝土中心温度最大值将出现在混凝土成型后的前三天，由于混凝土入模温度较低，内部最大温度为41.5℃，外部温度在-5℃左右，内外温差46.5℃，所以必须覆盖一层塑料薄膜加一层电热毯和一层3cm厚棉被保温，外敷土工布防风，保证混凝土内外温差小于25℃。（《水运工程混凝土施工规范》要求混凝土内外温差必须小于25℃）
2.测温：为及时掌握混凝土内外温度变化，便于调整混凝土养护措施，需对大体积混凝土基础进行测温，分别在混凝土表面、中心设置5组测温点，由专人进行测温记录，测温从混凝土浇筑完成12小时开始，前五天每两小时测一次，第六天至第十二天每6小时测一次，根据混凝土内部温度变化情况可随时增加测温次数，只有当混凝土内外温度不在显著变化，混凝土内外温差降到5℃时结束测温工作，根据规范规定，大体积混凝土内部与表面温差应控制在25℃以内，在混凝土温度升高期间，确保电热毯工作全部正常，尤其是遇到气温骤变时，应密切注意内外温度变化，如遇外界突然降温和混凝土表面温度下降过快，及时增加棉被覆盖层数，以防止混凝土表面降温过快，造成混凝土内外温差过大，并由此产生过大温度应力造成混凝土开裂，混凝土表面温度与大气温差应控制在5℃左右后方可拆除模板和去除棉被。
五、结束语
该工程根据热工计算采取了混凝土表面覆盖一层塑料薄膜，一层电热毯和一层3cm厚棉被保温，外加复合土工布防风、雨、雪等，3m厚基础底板混凝土中心温度经实测最高值出现在第三天，达到43℃，混凝土表面（电热毯下）温度32℃，内外温差达到21℃，达到了冬季大体积混凝土内外温差控制在25℃以内，经后期检测混凝土表观质量和混凝土强度等均满足规范及设计要求。
参考文献：
[1]《建筑施工手册》建筑工业出版社，2013
[2]《港口工程施工手册》.人民交通出版社，1994.9
[3]《水运工程混凝土施工规范》JTS202-2011，人民交通出版社，2011