严寒地区地下结构防冻胀施工工法

严寒地区地下结构防冻胀施工工法
1.前言
严寒地区地下结构防冻胀施工工法是一种通过提高混凝土自身抗冻性、用预制混凝土定型化盖板及防水保温措施对后浇带处加强处理、严格控制地下室外侧外侧的回填用土质量、针对汽车坡道的入口、塔吊、楼梯洞口、其它预留洞口采用隔离隔离防风保温防护施工方法。

该工法具有成本低，防冻胀效果，对严寒地区跨年度施工建筑越冬期间结构防冻胀效果良好的特点，适用性强的特点。

华建建设发展有限公司承建的保利·和院一、二期工程针对地下室结构越冬期防冻胀关键技术进行攻关，通过优化混凝土原材料的配比、把控防冻剂的掺入、生产搅拌棚的封闭、混凝土拌和过程中加入热水、混凝土罐车包裹等措施，严控混凝土浇筑后振捣时间，混凝土浇筑完成后的多层级的防寒蓄热。

对外墙后浇带采用预制混凝土定型化盖板及防水保温措施后完成地下车库结构外侧土方回填，地下车库顶板采用多层保温覆盖措施，汽车坡道的入口处采用内外两侧多层保温防护措施、针对于塔吊预留洞口采用专用保温材料封堵、楼梯洞口、其它预留洞口采用隔离防风保温封堵的施工方法。

杜绝了东北严寒地区跨年度施工建筑的越冬期结构出现冻胀而引发的质量问题。

为今后的在类似严寒地区的防冻胀管理施工提供了可参考的施工技术、施工工序上的新思路。

通过对成功施工经验进行总结提炼，形成此工法，为今后类似项目施工提供借鉴，推广应用前景广阔。

2.工法特点
2.0.1砼原材料和配合比的符合防冻要求：保证混凝土在负温下不受冻的特点。

2.0.2 在地下室外墙外侧土方回填之前，外墙后浇带采用预制混凝土定型化盖板及防水保温措施处理。

2.0.3检验回填土的质量，严格测定回填土的含水率，每层填土夯实后，按规范规定进行环刀取样，测出干土的质量密度，达到要求后方可进行上一层铺土；
2.0.4 通往地下室楼梯及采光井、天井以及车库入口均采取不同形式的越冬防护。

2.0.5 对清理干净的钢筋表面涂刷素水泥浆。

涂刷完成干燥后使用塑料薄膜缠绕封闭。

3.适用范围
适用于严寒地区情一般公建、民用建筑，地下车库及地下室结构的防冻胀施工技术管理。

适用于浇筑完成未达到龄期、未达到设计强度的混凝土的施工部位。

4.工艺原理
通过采取对混凝土原材料的外加剂的质量管控、对混凝土搅拌过程中混凝土的升温、搅拌和运输中的保温措施的管控、砼原材料和配合比的要求、对混凝土运输过程中的保温控制（罐体覆盖保温棉被）、混凝土中按规定掺早强剂和防冻剂等、检查外加剂质量及掺量；通过外加剂进入施工现场后应进行抽样检验、通过检查混凝土从入模到拆除保温层或保温模板期间的温度、应检查混凝土表面是否受冻、粘连、收缩裂缝，边角是否脱落，施工缝处有无受冻痕迹等措施保证混凝土浇筑过程中的质量、通过现场制作同条件养护试块的养护条件是否与结构实体相一致的措施客观的与浇筑完成的混凝土进行对比、混凝土到现场后，混凝土浇注完成后应立即用塑料布覆盖，其上再覆盖两层草垫子或岩棉被等保温材料，减少混凝土热气的损耗、通过热工计算，得出需要覆盖的珍珠岩的厚度等措施，保证混凝土施工质量，保证混凝土不受冻害，取得较好的效果。

5 施工工艺流程及控制要点
5.1 施工工艺
施工工艺流程图如图5.1.1
图5.1-1 施工工艺流程图
5.2 施工控制要点
5.2.1混凝土冬季施工防冻施工技术
5.2.1.1 混凝土原材料质量控制
（1）材料选用
1）要求对于进厂的主要原材料（砂子、水泥、石子、外加剂等）必须有厂家提供的质量合格证、出厂检测报告以及有资质的检测单位出具的质量鉴定检验合格报告；
2）要求进场的材料必须经严格复试，复试合格后方可用于混凝土的生产；
3）选用的主要材料如下：
①水泥采用P.042.5水泥，备有水泥储存仓，以保证水泥有充足的库存满足使用要求；冬期
施工的混凝土使用的水泥的质量要求，必须符合现行国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175-2007）中的规定，严禁使用出厂超过3个月的水泥；
②掺合料
采用优质％Ⅱ级粉煤灰及的S95级矿粉，其性能要求满足国家标准规范。

进场掺合料的检测，
严格按照规范要求进行，保证满足使用要求；
③骨料
在混凝土冬期施工中所采用的粗、细骨料应符合(JGJ52-2006)的各项技术指标，根据混凝土
的各项技术指标要求选用。

细骨料中不得有冰、雪冻块以及中粗砂。

粗骨料中不得有冰、雪冻块
以及细砂；
④外加剂
根据相关标准及实际情况，冬施混凝土采用的外加剂主要未液态泵送剂、早强剂、早强防冻
剂和防冻剂几种。

外加剂碱含量应满足现行国家标准《混凝土外加剂应用技术规范》
（GB50119-2013）中碱含量的规定。

在保证限制膨胀系数不变的情况下，确定膨胀剂合理掺量。

（2）材料检测
要求混凝土厂家采用防冻剂和早强剂，搅拌使用热水，确保混凝土到达现场温度控制在10℃
以上，施工入模温度不宜低于5℃。

混凝土运输车使用保温棉套，以减少混凝土在运输过程中
的温度损失。

在配合比方面，依据规范的有关规定，完成了冬季配合比和防冻剂试验工作，保证混凝土的最小水泥用量和最大水灰比限制，防止混凝土的冻害的发生。

检查混凝土设计配合比符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015），尚应
符合下列规定，以及相关材料检测报告，如图5.2.1。

图5.2.1-1 混凝土设计配合比
应采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；宜选用连续级配的粗骨料，其含泥量不得大于1.0%，
泥块含量不得大于0.5%；细骨料含泥量不得大于3.0%，泥块含量不得大于1.0%；粗细骨料均应进
行坚固性试验；抗冻等级不小于F100的抗冻混凝土宜掺用引气剂；在钢筋混凝土和预应力混凝土
中不得掺用含有氯盐的防冻剂；在预应力混凝土中不得掺用含有亚硝酸盐或碳酸盐的防冻剂。

抗冻混凝土配合比应规定：最大水胶比和最小胶凝材料用量以及掺用引气剂的混凝土最小含
气量应符合以下表格要求
（2）混凝土浇筑
1、施工准备：
混凝土在浇筑前，应清除模板和钢筋上的冰雪和污垢，浇筑后应及时在裸露混凝土表面采用塑料布等防水材料覆盖并加盖保温材料。

对钢筋密集部位采用小直径振动棒进行混凝土振捣。

作为振捣重点，加强该部位混凝土施工质量控制。

混凝土输送泵管的敷设应符合“路线短，弯道少，接头严”的要求，同时施工现场一定要有备用泵。

管道尽量不向下倾斜，以防止混入空气产生堵塞，泵送砼前要先用适当的与混凝土同标号的水泥砂浆润湿输送管内壁，并试泵以保证混凝土泵能正常使用。

在底板钢筋上布设砼泵管时，需要用木方过枕木将泵管垫起，对钢筋保护。

混凝土泵在正式浇筑混凝土前应进行检查和试运行，同时配有专职人员，随时检修可能出现的机械故障。

冬季施工用的混凝土输送泵泵管采用保温棉毡满包，铁丝绑牢。

减少热量散失。

浇筑混凝土前先用热水通混凝土泵管后立即进行浇筑混凝土。

2、混凝土浇筑
（1）现场浇灌砼前应做好充足的施工准备，采用快铺料、快振捣及时覆盖的快速施工法。

（2）砼浇灌前，浇灌部位若有积雪或冰屑应清除干净。

（3）混凝土浇筑应连续进行，如果必须间歇，其间歇的时间应尽量缩短，并应在前一层混
凝土初凝之前将次层混凝土进行浇筑，间歇的时间应按照水泥的品种及混凝土的凝结条件决定，
一般不得超过2小时，超过2小时时应当按照施工缝处理。

（4）浇筑底板混凝土时应当派木工和钢筋工经常观察底板周围是否涨模和钢筋是否移位等
现象。

发现问题及时整改。

（5）冬季砼振捣要快速，浇筑前应做好必要的准备工作，如模板、钢筋和预埋件检查、清除冰雪冻块，浇筑时所用脚手架、马道的搭设和防滑措施检查等。

（6）混凝土振捣后用工具抹平，然后铺塑料薄膜，上面及时铺盖保温层。

（7）掌握气温动态，浇筑混凝土时尽可能避开最低温度。

（3）混凝土试块留置
1、冬季施工混凝土试件的留置
除标养、600度天、同条件、抗渗试块，还应当增设不少于两组结构同条件养护试块，分别用于受冻前的混凝土临界强度试块和同条件养护转标准养护试块。

2、试块管理
冬施中砼试块除为砼工程的验收提供标准强度数据外，还要为拆除保温、拆除模板提供依据。

因此，试块管理是冬季施工的重要组成部分。

在制作试块时应按《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-2015）中有关规定执行。

同条件试块采用100×100×100的试模制作，试块如与结构在相同环境下养护，试块的冷却速度会比实际结构快得多。

显然，这样的同材料、同工艺、同环境、同时间下的试块强度与实际结构的强度自然不会相同，试块不具有代表性。

因此，采用如下方法对同条件试块进行养护：用于测定砼受冻临界强度或推定拆模强度的试块，采用50mm厚的硬质聚苯泡沫塑料制作净空尺寸为700×290×350mm（长×宽×高）的小保温养护箱（有底有盖）若干个。

每个箱可放两组标准试块（带试模），试块上下重叠放置，中间用木条间隔，放置于避风处养护。

成型后测初温，以后每4小时测温一次并做好记录，为推定砼受冻临界强度或拆模强度使用。

用于同条件养护28天转标养28天强度试块，制作防止试块丢失或损坏的钢筋笼，在同时浇筑的结构处进行覆盖养护28天后送试验室试压。

受冻临界强度：蓄热法施工当混凝土温度降到0℃以前，强度应达到4MPa。

冬季浇筑的混凝土在受冻以前必须达到的最低强度，普通混凝土采用硅酸盐水泥配置时，应为设计的混凝土强度标准值得30%。

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。

当施工需要提高混凝土强度等级时，应按提高后的强度等级确定。

临界条件试块可参照3天送检一次，也可在混凝土温度降至0℃时送检，如第一次送检未达到强度要求，可参照7天继续送检。

（4）保温层覆盖
由于工期相当紧，为了保证冬季施工的质量，针对工程的特点，采取有效的技术和组织措施，使工程在严寒的冬季得以顺利的实施，我们的冬季施工措施和方法主要有以下内容：1）顶板：砼浇筑完一块立即压平，当气温高于-13℃时，覆盖一层塑料薄膜和1层阻燃棉被进行保温，并用钢管压实；当温度低于-13℃时，覆盖一层塑料薄膜和2层阻燃棉被进行保温。

2）梁：砼浇筑完一块立即找平，当气温高于-13℃时，覆盖一层塑料薄膜和1层阻燃棉被进行保温，并用钢管压实；当温度低于-13℃时，覆盖一层塑料薄膜和2层阻燃棉被进行保温。

3）剪力墙：在外墙模板外侧用钢丝将阻燃棉被固定在钢管背楞上。

在混凝土浇筑前，应先将外围保温措施做好，将窗口位置封堵密实，验收合格后方可施工。

当外界温度＞0℃，墙体混凝土可不采取保温，当温度＜0℃时，应采取覆盖保温。

4）防风保温措施
防风措施：当气温低于-13℃，混凝土浇筑前，在浇筑层四周使用彩条布进行围护。

并将窗口位置封堵严密。

（5）混凝土温度检测
冬季施工的测温范围：大气温度、混凝土的进场温度、入模及成型温度、养护温度。

冬季施工测温准备工作
开始测温前，备齐必须的工具、用具、文具为正常测温创造条件。

主要工具有测温用百页箱、温度计、电子测温仪。

主要用具有闹钟、手电筒、文件夹、测温记录表。

温度控制指标：混凝土内外温差：小于25℃；降温速度：小于2℃/d；揭开保温层时的温差：小于15℃。

监测周期及频率：混凝土浇筑时初凝前：每0.5h测一次；混凝土浇筑结束后12h：每2h 测一次；混凝土浇筑结束后24h：每4h测一次；混凝土浇筑结束后72h：每8h测一次；混凝土浇筑结束后15d：每24h测一次；当内外温差小于15℃时，停止测温。

测温人员应随时注意混凝土温度的变化，如果发现混凝土的温度过高过低或混凝土内外温差过大，应及时通知有关技术人员，及时采取有效措施，保证混凝土硬化过程的质量。

图5.2.1-2 测量仪器及记录
（6）拆模
拆模板时间根据同条件试块强度为准，当混凝土未达到受冻临界强度均不得拆除保温设备；因冬季混凝土强度增长慢，现场保证顶板梁模板。

顶板拆模前，应向技术部提交拆模申请，严禁
混凝土未达到强度时拆除模板。

模板和保温层在混凝土达到要求强度且冷却到5℃以下后方可拆除。

拆模时混凝土温度与环境温度差大于20℃时，混凝土表面应及时覆盖，使其缓慢冷却。

（7）强度检测
冬期浇筑的混凝土,其受冻临界值强度应符合下列规定:
1、采用蓄热法施工的普通混凝土,采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥配制时,其受冻临界强度不应小于设计混凝土强度等级值的30%;采用矿渣酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥时,不应小于设计混凝土强度等级值的40%；
2、当室外最低气温不低于一15℃时,采用综合蓄热法施工的混凝土受冻临界强度不应小于
4.0MPa；当室外最低气温不低于一30℃时,采用负温养护法施工的混凝土受冻临界强度不应小于
5.0MPa；
3、对有抗渗要求的混凝土,不宜小于设计混凝土强度等级值的50%
4、对有抗冻耐久性要求的混凝土,不宜小于设计混凝土强度等级值的70%;
5、当施工需要提高混凝土强度等级时,应按提高后的强度等级确定受冻临界强度。

图5.2.1-3 混凝土墙体强度检测
（8）覆盖珍珠岩
车库顶板未覆土的部位全部采用袋装珍珠岩铺设，厚度不小于500mm（如果车库顶板做法有保温层且已施工完毕，铺设厚度则相应减去保温层厚度）。

然后在上面铺设塑料布一层封好，再用彩条布整体覆盖一层，最后用竹胶板盖上，压实。

地库顶板保温厚度热工计算如下
H=β1h1+β2h2+β3h3
H——不保温时土壤的冻结深度，哈尔滨地区H =2000mm
h1——素混凝土厚度（垫层加防水保护层厚度150mm）
h2——钢筋混凝土底板厚度（板厚为300mm）
h3——覆盖膨胀珍珠岩厚度
β1——素混凝土对土壤冻结影响系数,取1.14
β2——素混凝土对土壤冻结影响系数,取0.96
β3——素混凝土对土壤冻结影响系数,取3.5
计算得出h3=(2000-300*0.96-150*1.14)/3.5=440mm,h取450mm
5.2.2 地下室外墙后浇带处理
在地下室外墙外侧土方回填之前，首先应处理好外墙后浇带，外墙后浇带采用预制混凝土定型化盖板及防水保温措施处理。

图5.2.2-1地下室外墙后浇带预制混凝土定型盖板
图5.2.2-2 地下室外墙后浇带预制板安装示意图
安装处理步骤如下：
盖板安装前应根据盖板的长度在后浇带两侧弹垂直线来控制盖板安装位置，一般每边重叠后浇带外墙100mm左右。

安装前先将基础外侧防水层翻在外面，并加以保护，基层清理干净，坐水泥砂浆进行找平，安装第一块盖板，安装第二块板时在板雨板之间也应坐水泥砂浆，逐步从后浇带底部安装到顶部。

每安装一块将预制盖板预留出的四根钢筋和挡土墙后浇带中的水平钢筋连接好，并绑扎临时固定，然后点焊古锭在挡土墙后浇带中水平钢筋上，但不得烧伤钢筋。

盖板安装完成后，检查是否固定牢固，用水泥砂浆找平，盖板和挡土墙的三角部位应分层填实，找平层应压光，满足做防水的要求。

施工地库外墙防水时后浇带盖板处应做发夹层。

5.2.3地下室外墙外侧土方回填
（1）基槽清理：将肥槽中回落的垃圾、砂浆、石子等杂物清理干净；
（2）回填土采用粘土或亚粘土，土中有机质含量不大于5%，不得使用软土、膨胀土及有机质含量大于5%的土；
（3）检验回填土的质量，有无杂物，粒径是否符合要求，以及测定回填土的含水率，比较含水率是否在最优含水率范围内，确保夯实达到最为密实，对含水率较大，采用加干灰或现场翻松、晾晒风干，含水率较低时，可采用加水湿润，土料现场测量适宜含水率的方法为以手握成团，落地开花为宜；
（4）每层填土夯实后，按规范规定进行环刀取样（取样部位在每层压实后的下半部），测出干土的质量密度，达到要求后方可进行上一层铺土；
（5）修整、找平：填土全部完成后，进行表面拉线找平，超过标准高程的部位铲平，低于标准高程的应补土夯实。

5.2.4地下室顶板后浇带临时封堵
对于车库顶板后浇带，支撑架体先不拆除，清理后浇带周边，后浇带顶部铺满模板，模板横向尺寸要大于后浇带宽度，保证两边余200mm宽度。

使用塑料布苫盖模板，在塑料布上覆盖500mm厚珍珠岩。

覆盖彩条布，四角压实。

5.2.5地库顶板塔吊及其预留洞口封堵
（1）塔吊的维护：撤掉电源，将塔吊电线收在塔吊上面；收起吊钩，封闭驾驶室，将电机封闭好，用苫布覆盖，防止进水。

封闭最底层标准节，采用大块模板将四周封闭，禁止上人。

（2）塔吊基础的维护
地下车库顶板的土方回填时，在塔吊处放坡回填，满铺胶合板（15mm厚），在塔吊顶板位置满填500mm厚的袋装膨胀珍珠岩，覆盖塑料布防雨层，上层用胶合板固定。

5.2.6地下车库入口土封堵
通往地下室楼梯及采光井、天井需要进行越冬防护，在地下室顶的楼梯口平面及采光井平面、天井一层底平面面和屋面空洞位置铺设钢管，钢管间距1000mm。

在钢管上满铺胶合板。

铺设保温层（除天井屋面）：满铺袋装珍珠岩两层（厚度500mm），铺设严密，错缝铺设。

铺设的平面尺寸是超出楼梯洞口1000mm。

室外楼梯及采光井在以上基础上增加防雨层：在保温层上铺设厚塑料布防雨层。

防雨层每边超出保温层不小于500mm，防雨层搭接不小于500mm，在楼梯口、采光井周边采用木方固定防雨
层，在保温层上部采用钉成整体的15mm厚胶合板保护防雨层。

5.2.7裸露钢筋的防护处理
对清理干净的钢筋表面涂刷素水泥浆。

水泥浆稠度应该调整好，具体标准以易于操作和能包裹住钢筋为准。

用拖把蘸取调和好的素水泥将浆，均匀涂刷在钢筋表面，对涂刷不到到位的细部用用刷子进行涂刷。

涂刷完成干燥后使用塑料薄膜缠绕封闭。

6.材料与设备
6.1检测设备
混凝土进场检测试验设备：电子测温仪，温度计，回弹仪，卷尺，混凝土试块模具。

6.2混凝土浇筑设备
表6.2.1主要机具设备表
6.3混凝土养护及维护材料设备
表6.3-1 混凝土养护及维护材料设备表
7.质量控制
7.1质量保证措施
1.加强原材料进场质量控制，杜绝不合格材料进场使用，避免使用缓凝型减水剂。

2.启用冬期混凝土配合比，确保混凝土早期强度满足要求，不受冻害。

3.温度控制措施。

拌合水池容量大小及加热能力应满足混凝土连续生产需要。

骨料应尽量采取措施保证其处于正温状态，可采用覆盖保温，也可根据需要采取暖棚加热或地沟加热，当无法保证正温时，应确保不含冰雪颗粒。

水泥、掺合料、外加剂的存储罐采用深色保温材料包裹。

混凝土搅拌机采取暖棚措施进行加热，保证搅拌机的温度不低于10℃。

4.运输措施。

运输罐车和输送泵管应采用包裹方法保温。

尽量减少中间倒运环节，拌和站至输送泵一次运输到位，合理调配混凝土，减少运输时间。

5.浇注措施。

混凝土浇注时间应尽量选择在每日气温较高时间段。

混凝土浇注前，应清除模板及钢筋上的冰雪和污垢。

浇注时，应分层连续浇注。

4.养护及拆模措施。

采用蓄热法养护，混凝土浇注成型后应立即防寒保温，在强度达到设计强度的40%之前不得受冻。

混凝土未达到抗冻要求前，不得拆除模板。

5.加强温度监测。

各重点结构物应建立相应的养护温度记录，室外气温及施工环境温度应昼夜定时、定点观测4次。

养护温度应在结构迎风、离热源不同的位置分别测定。

进行搅拌机棚温度监测，每一工作班不少于4次；加强原材料温度监测，每一工作班不少于4次；加强混凝土出机、浇注、入模温度监测，每一工作班不少于4次。

根据温度监测情况，对原材料加热温度实施动态控制。

6.加强对混凝土拌合物性能、力学性能、耐久性能指标的试验检测工作，应增加同条件养护试件，拆模前应通过同条件养护试件测定构件强度，确保拆模安全。

7.对冬期施工的混凝土结构实体质量进行重点检测，如发现问题，及时处理并分析原因。

8.对混凝土检查试件力学、耐久性试验结果进行专项统计分析，为后续混凝土工程冬期施工管理提供依据。

9.预制盖板外观不宜有缺陷，表面平整方正，不得有翘曲现象，钢筋位置正确，混凝土应密
实。

10.预制盖板的钢筋、混凝土、应试验合格，并做配合比和留置试块。

11.盖板安装应严格按照墙面线安装，盖板安装必须牢固可靠，接缝平整严密；抹灰的找平层必须和基层粘结牢固。

表面平整光滑，满足防水层的施工要求。

12.回填土必须按规定分层夯实，取样测定夯实的干土质量密度，其合格率不应小于90%，不合格的干土质量密度的最低值与设计值的差不应大于0.08g/cm3，且不应集中，环刀取样的方法及数量应合设计及规范规定。

15.洞口封堵应严密、不透风，保证支撑体系牢固。

8.安全措施
8.1 施工现场安全保证措施
建立健全消防保卫管理体系，设专人负责，统一管理，切实做到“安全第一预防为主”。

根据施工现场的实际情况，编制有效的消防预案，对义务消防人员组织定期的教育和培训，熟练掌握防火、灭火知识和消防器材的使用方法。

施工现场的消防道路要畅通，建立严格的用火用电及易燃易爆物品和管理制度，加强夜间值班和巡逻，排除火灾隐患。

地下室生火部位按照每100m2设置至少两个灭火器，并单独设置消防水箱，预防现场火灾发生，火炉必须安排专人看管。

要加强各队工人的管理，掌握人员底数，签定治安消防协议，非值班人员不得住在施工现场，特殊情况要经安全部门负责人批准。

料场、库房的设置要符合治安消防要求，经常检查料具管理制度的具体落实情况。

现场要设有明显的防火宣传标志，积极开展治安、防火教育，定期组织保卫防火工作检查，建立保卫防火工作档案。

其他消防注意事项：
1、严禁动用明火；
2、严禁燃放烟花爆竹；
3、熟练消防设施的应用，在冬季维护前，由项目部安全人员组织冬维人员进行消防演练。

4、日常进行消防设施的检查，保持消防设施的完好性。

8.2 用电安全保证措施
1..照明灯、打夯机等用电设备必须有可靠的接零；
2.禁止私自拆除或移动防护设备设施及电器设备；。