岳富錦

摘 要：哈爾濱站改造工程是黑龍江省和哈爾濱市政府的重點工程，由于工期需求，北廣場地下交通樞紐主體結構工程面臨著不間斷冬季施工問題。雖然，當前對于冬季施工有著相應的技術規(guī)范和措施，但由于本項目的主體結構工程占地超過3萬平米，高度14m，如此大空間主體結構的冬季施工在國內(nèi)尚屬首例，加之現(xiàn)場周邊環(huán)境復雜，人口密集，如果施工措施不當會帶來無法預知的風險，這無疑給北方地區(qū)冬季城市軌道交通的施工帶來了前所未有的困難。因此，針對寒冷地區(qū)冬季的混凝土連續(xù)澆筑施工問題，有必要選取有效的保溫措施，確保混凝土質(zhì)量。文章結合現(xiàn)場實際情況，提出了采取保溫棚法的施工技術方案，通過熱傳導理論分析了大空間保溫棚的熱量計算及能源消耗，總結出一套“寒冷地區(qū)大空間混凝土結構冬季施工保溫措施”，實現(xiàn)主體結構在冬季的連續(xù)混凝土澆筑施工，并保證工程質(zhì)量，為今后類似工程的開展提供相關依據(jù)。

關鍵詞：大空間主體結構；寒冷地區(qū)；保溫棚

中圖分類號：TU375 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）27-0157-03

1 概述

我國北方寒冷地區(qū)冬季漫長而寒冷，特別在黑龍江省，冬季最低氣溫可達-30℃以下。根據(jù)《建筑工程冬期施工規(guī)程》（JGJ104-2011）的規(guī)定，當室外日平均氣溫連續(xù)5天小于5℃，即進入冬季施工；當室外日平均氣溫連續(xù)5天大于5℃時，解除冬期施工?；炷两Y構工程的施工一般要避免在冬季開展，但是隨著市政建設工程越來越多，北方寒冷地區(qū)的大部分工程都面臨著工期緊問題，迫不得已需要在冬季開展連續(xù)施工，以保證工期?；炷临|(zhì)量是大型建筑結構工程質(zhì)量的重要組成部分，新澆筑的混凝土如果受凍，混凝土中的水將會結冰，不僅體積增大而且不再參與水化作用而導致混凝土各項物理力學性能急劇下降，達不到設計要求，及時能夠達到強度設計要求，但是也會導致混凝土的耐久性不足。因此，對于冬季施工工程而言，在冬季低溫環(huán)境中必須采取必要的保溫措施來防治混凝土遭受凍害，從而保證整個結構工程的質(zhì)量和工期。

保溫棚法是我國逐漸發(fā)展起來的一種冬季施工工藝，隨著冬季施工快速發(fā)展，逐漸在國內(nèi)因地制宜的出現(xiàn)了滿堂紅式保溫棚、懸索式塑料保溫棚等各具特色的方式。但是施工的混凝土結構和建筑物所處的位置、形狀對保溫棚的形式，而且保溫棚的材料消耗、能源消耗和加熱設備等都需要充分論證。本項目由于占地空間大，空間高，因此對保溫棚的結構形式、加熱方式、能源消耗等進行分析。

2 工程概況

本項目為哈爾濱站改造市政配套工程北廣場地下交通樞紐工程上部主體結構建設工程，位于哈爾濱市道里區(qū)哈爾濱市火車站站房北側，建筑層數(shù)：建筑地下2層，地上1層，屬于多層公共建筑；建筑規(guī)模：總用地面積34500m2，總建筑面積61191.66m2，其中地下一層：29535.48m2、地下二層：30613.33m2、地面出入口1042.85m2，混凝土澆筑方量達53000m3。由于工期緊張，哈爾濱站北廣場項目的主體部分全部在冬期施工，由于冬季最低溫度可以達到-30℃，開展如此大規(guī)模的混凝土澆筑在國內(nèi)尚屬首例，加之現(xiàn)場周邊環(huán)境復雜，人口密集，如果施工措施不當有可能導致澆筑后的混凝土品質(zhì)下降，帶來無法預知的風險。

3 方案的選定

經(jīng)研究、比較，本工程施工采用保溫棚全封閉法施工。保溫采用輕型門架式鋼結構房屋對基坑全封閉，使基坑與室外分離，形成一個大的封閉空間，確保室內(nèi)外熱量緩慢流通，施工質(zhì)量、進度及安全都能保證且抗風雪能力強。更為重要的是，材料可以在工廠內(nèi)提前加工，進場后可以快速組裝，能夠滿足施工最快化的要求。

4 保溫棚耗熱量及能源消耗計算

4.1 保溫棚體積

根據(jù)保溫棚和基坑設計資料，保溫棚長為290m，寬為126m，基坑深11.4m，保溫棚側墻高3.5m，脊高6m，雙側為人字坡，由此可以計算得到保溫棚空間的體積為654066m3。

4.2 保溫棚的耗熱能

暖棚內(nèi)平均溫度要求達到10℃以上，按12℃考慮，室外溫度按-30℃。暖棚骨架采用鋼結構沿基坑頂四周搭設，暖棚圍護采用巖棉板，厚度為8cm，風速按5m/s。保溫棚耗熱量按下面的公式計算：

式中：Q0-保溫棚總耗熱量；Q1-通過圍護散熱量；Q2-保溫棚升溫耗熱量；A-保溫棚總表面積，根據(jù)設計方案，總表面積為40373.34m2；K-結構維護層總傳熱系數(shù)；結構維護層總傳熱系數(shù)K通過下面公式計算

公式（2）中：？姿i第i層材料導熱系數(shù)，di-第i層材料厚度。

本次保溫棚的維護層位1層，采用巖棉板材料，其導熱系數(shù)？姿1為0.04，材料厚度d1為0.08m。根據(jù)公式（2）計算得到結構維護層傳熱系數(shù)K=0.49；Tb-保溫棚內(nèi)溫度，不低于10℃，這里取12℃計算；Ta-室外溫度，這里取哈爾濱冬季最低溫度，按-32℃計算；V-保溫棚體積，654066m3；n-每天換氣次數(shù)，這里取2；Ca-空氣比熱容，這里取1kj/kg*K；Pa-空氣容重，這里取1.37kg/m3。

根據(jù)公式（1）可以計算得到通過圍護散熱量，這里假定基坑底板和圍護樁不會散發(fā)熱量，熱量主要通過保溫棚散發(fā)，Q1計算如下：

根據(jù)公式（1）可以計算得到保溫棚升溫所耗熱量，Q2計算如下：

保溫棚總的耗熱量Q0為：

4.3 能源消耗

假設采用燃煤來升溫，則煤用量（燃料采用無煙煤）可以根據(jù)公式（3）計算，如下：

（3）

式中：Gp為所需煤的質(zhì)量；Q0暖棚總耗熱量；？濁熱效率，這里取0.8；R為每千克煤的發(fā)熱量，這里取31000kj/kg。

由公式（3）可以計算得到每小時需要消耗的無煙煤質(zhì)量：

Gp=22774741*3.6*0.8/31000=2116kgendprint

即保溫棚的每小時需要消耗無煙煤2116kg，該保溫棚面積為36540平米，折合保溫棚每100平米每小時耗煤5.79kg。

需要說明的是：這里采用的是冬季最低溫度（-32℃）進行的消耗數(shù)量計算，是為了保證最不利情況下的鍋爐能夠提供相應的熱量需求，實際工程施工過程中天氣變化較為頻繁，因此煤的消耗量會隨著外部氣溫有著較大變化，在本項目的研究中通過布設溫度傳感器對保溫棚內(nèi)部環(huán)境溫度的監(jiān)控來控制加熱數(shù)量，實現(xiàn)了能源消耗的節(jié)約。

5 保溫棚安裝施工工藝

安裝順序如下：柱腳預埋→柱子系統(tǒng)→吊車梁系統(tǒng)→屋面系統(tǒng)→墻架系統(tǒng)→屋面及墻面彩板維護結構。

5.1 柱腳錨栓安裝

需提前預埋在筏板基礎內(nèi)，在筏板混凝土強度等級≥75%后，方可進行柱腳錨栓的預埋工作。安裝流程：測量定位尺寸做好標記-定位板校正→地腳螺栓校正→整體固定校核

5.2 鋼柱安裝與校正

保溫棚的鋼柱吊裝前，必須對保溫棚結構柱的編號、尺寸、螺孔位置及直徑等進行全面檢查復核。保溫棚的鋼柱起吊前，將吊索具、爬梯、溜繩以及防墜器等固定在鋼柱上。

保溫棚鋼柱起吊擬采用單機回轉法起吊，為保證吊裝均衡，首先要保證吊裝點平衡和鋼絲繩的強度，然后鋼柱應橫放在墊木上；起吊時，不得使柱端在地面上有拖拉現(xiàn)象，鋼柱起吊時必須距地面高度兩米以上才開始回轉。保溫棚鋼柱起吊就位誤差要求控制在3mm以內(nèi)。

鋼柱就位后，通過在柱底中心設置砂漿墊塊來調(diào)整垂直度，然后通過經(jīng)緯儀角度測量鋼柱的縱橫兩個軸的偏差，分別通過千斤頂和纜風繩進行內(nèi)外調(diào)整達到設計要求。

5.3 吊車梁安裝

吊車梁牛腿安裝采用25t吊車單機安裝方式進行，因為單個牛腿重量相對較輕，在被吊起后，人工擺正比較容易，按照測量人員預先劃好的線位，先初焊接、檢查位置是否完全吻合，待確認無誤后進行滿焊焊接，焊縫高度和寬度須滿足設計及使用要求。

5.4 屋面鋼梁安裝

鋼梁制作完成后，選擇鋼梁的起吊點加焊吊耳，確保其強度，然后進行吊裝到達預定高度時，開始鋼梁就位，下落速度控制在在3米/分鐘，鋼梁接近就位位置時，兩名安裝工人要分別用手扶住鋼梁，將鋼梁拖至就位位置。通過螺栓將鋼梁與柱體連接。

鋼柱與鋼梁結點的連接采用高強螺栓完成，施工時梁與連接板的貼合方向要一致；高強螺栓的穿入方向要一致；鋼梁安裝時孔位偏差的處理，只能采用機具絞孔擴大，而不得采用氣割擴孔的方式。

鋼梁安裝后應及時拉設安全繩，以便于施工人員行走時掛設安全帶，確保施工安全；鋼梁的臨時固定：梁兩端安上臨時螺栓后塔吊即可脫鉤。

5.5 屋面及墻面彩板安裝

5.5.1 屋面板施工方法

施工時先確定隅撐在檁條到梁邊距離，然后將隅撐拆下，將底板用自攻螺絲固定于檁條上（檁條下折邊），依照量出的尺寸在底板上開孔，再將隅撐依次安裝，在安裝完收邊板后才能安裝下半節(jié)板，依次進行。屋面安裝完成后，應采用淋水實驗的方法，對封閉的建筑物節(jié)點部位進行防水檢測。

5.5.2 墻面彩板的安裝

墻面系統(tǒng)彩鋼板的安裝，應首先對安裝好的墻面檁條進行檢查，包括檁距是否和圖紙一致，垂直度和水平度是否在同一平面，檁條防腐層是否完好，門窗位置是否和圖紙一致，如發(fā)現(xiàn)與圖紙不符，及時調(diào)整或更改。

6 保溫棚的加熱系統(tǒng)布置

根據(jù)前面計算得到的保溫棚熱量消耗和能源消耗，可以得到保溫棚需要設置的鍋爐數(shù)量為4臺4噸的燃煤蒸汽鍋爐實現(xiàn)加熱。

（1）總體熱負荷供暖需求：因建筑物分區(qū)施工，共分8個區(qū)段進行施工，因此可分區(qū)進行供暖，建筑物進行混凝土澆筑養(yǎng)生期間，可進行集中供暖以提高施工溫度，使室內(nèi)施工養(yǎng)生區(qū)域溫度達到15℃以上，縮短養(yǎng)生期。

（2）鍋爐房設置：根據(jù)現(xiàn)場實際情況設置臨時鍋爐房（出于對施工現(xiàn)場的實際情況考慮，如情況允許設置兩個鍋爐房，每個鍋爐房設置兩臺鍋爐），建筑面積約為150m2。內(nèi)設置每組兩臺循環(huán)泵，定壓設備一臺，水箱一座，鍋爐房內(nèi)所有管道加裝鋁箔玻璃棉保溫，厚度為50mm。動力引自臨時變壓器低壓配電柜，設置動力配電柜一面，照明閘箱一個。

（3）外網(wǎng)設置：從鍋爐房分水器按每個施工段引出總干管一路，管網(wǎng)架空設置，設置高度2m，保證施工人員正常通過，施工現(xiàn)場道路設置高度5m，以保證施工車輛正常通過。

（4）施工段內(nèi)采暖系統(tǒng)設置：總干管一路引入后通過集分水器三個回路進行采暖。其中在彩鋼板設置的封閉大棚內(nèi)設置一路，負二層室內(nèi)設置二路，如無法保證室內(nèi)溫度的恒定，則在負二層頂板澆筑完畢后再設置一路進行采暖。室內(nèi)采暖采用自制排管散熱器和暖風機共同散熱采暖，在彩鋼板設置的封閉大棚內(nèi)設置的一路采用大功率暖風機進行采暖。其中每層建筑物內(nèi)共設置8個循環(huán)回路，每個回路安裝排管散熱器10組，每個供暖回路設置10組排管散熱器，在輔以6臺暖風機輔助采暖（共計48臺）。

（5）材質(zhì)選用：熱水管網(wǎng)采用焊接鋼管，分水器前管道需要保溫，采用鋁箔玻璃棉保溫，厚度為50mm。排管散熱器采用89鋼管制作，每根6m，四根一組。

7 結束語

本文結合“哈爾濱站改造市政配套工程北廣場地下交通樞紐工程上部主體結構” 的建設工程，提出了采用輕型鋼結構的保溫棚法對大空間混凝土結構的冬季施工進行保溫的施工方案，完成了保溫棚的熱量計算和能源消耗計算，給出了鋼結構保溫棚的安裝施工工藝流程，并結合施工過程制定了保溫棚內(nèi)的加熱系統(tǒng)和流程，通過施工現(xiàn)場和混凝土質(zhì)量檢測總結出一套大體積混凝土冬季施工保溫棚法的措施及其施工工藝，能夠有效保證混凝土的質(zhì)量，并且簡單、便捷，值得廣泛推廣應用。

參考文獻：

[1]哈爾濱站改造市政配套工程北廣場地下交通樞紐工程上部主體結構施工設計圖[Z].2016，09.

[2]建筑工程冬期施工規(guī)程.JGJ/T104-2011[S].

[3]混凝土結構工程施工規(guī)范.GB50666-2011[S].

[4]混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范.GB50204-2015[S].

[5]建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范.GB50202-2002[S].endprint