灌河特大橋主塔承臺的溫控監(jiān)測與溫控效果分析

關(guān)鍵詞:橋梁工程;承臺;溫控監(jiān)測;溫控措施

中圖分類號:U443.25 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

　　大體積混凝土由于水泥水化熱的作用，將產(chǎn)生較高的水化熱溫升，形成不均勻非穩(wěn)定溫度場，產(chǎn)生非均勻的溫度變形。溫度變形在下部結(jié)構(gòu)和自身的約束之下將產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，極易導(dǎo)致混凝土開裂。為保證大體積混凝土工程質(zhì)量、減輕或避免溫度裂縫，必須在混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)過程中進(jìn)行溫度控制和溫控監(jiān)測。

1 工程概況與溫控措施

1.1 工程簡況

　　灌河特大橋是連鹽高速公路上的-座特大型橋梁，主橋為鋼與混凝土組合梁斜拉橋。主塔承臺呈啞鈴形，承臺平面尺寸為(24×24+l2×ll.6+24×24)m，厚度為6.0m，混凝土土方量為7747耐。屬于大面積、多方量的大體積混凝土，承臺編號為23#。每個承臺分2層澆筑混凝土，每層厚度為3m，兩層之間的澆筑間歇期為16~2d。承臺下部為lm厚的封底混凝土，封底混凝土的設(shè)計強度等級為C25。在系梁的中間設(shè)置6.5m的后澆段。23#承臺在左半部布置溫控監(jiān)測儀器，監(jiān)測儀器選擇銅電阻溫度計。

　　承臺大體積混凝土的設(shè)計強度等級為C30，施工配合比為水泥:粉煤灰:砂:碎石:水:外加劑=1:0.28:2，49:3.57:0.55:0.01。

　　混凝土3 d、7d和28d的抗壓強度分別為R₃=20.4MPa，R₇=30.2MPa，R₂₈=44.2MPa。

1.2 溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

　　根據(jù)溫控設(shè)計，施工中采用以下溫控標(biāo)準(zhǔn)用:

　　(1) 混凝土的內(nèi)表溫差簇24℃;

　　(2) 混凝土的澆筑溫度應(yīng)小于T+4℃(T為澆筑期旬平均氣溫)，混凝土最高溫升不超過29℃。

　　溫控監(jiān)測塊體的澆筑時間及氣溫見表1。

1.3 溫度控制措施

　　在施工過程中，主要采取了以下溫度控制措施:

　　(1) 在滿足混凝土設(shè)計強度的前提下，優(yōu)化配合比，減少水泥用量，摻用適量的粉煤灰，降低混凝土的水化熱溫升。

　　(2) 調(diào)整施工時間，盡量選擇氣溫較低的日子施工，同時在夜間澆筑承臺的中下層混凝土。

　　(3) 盡量減少泵送管道的長度，加快運輸和入倉速度，減少混凝土在運輸和澆筑過程中的溫度回升。

　　(4) 合理分層、分塊澆筑，承臺分為兩塊澆筑，在系梁的中間設(shè)置了后澆段。每塊混凝土又分2層澆筑，每層的厚度為3.0m^[2]。

　　(5) 采用冷卻水管。

　　(6) 加強表面保溫與養(yǎng)護(hù)，混凝土澆筑完畢后立即在上表面用土工布保溫，并用從冷卻水管流出的溫水養(yǎng)護(hù)，在承臺四周與鋼管樁之間亦用土工布覆蓋保溫。

　　(7) 注意施工質(zhì)量，提高硅的均勻性和抗裂性。

　　(8) 加強溫度監(jiān)控，隨時為施工提供溫控信息，及時調(diào)整和改進(jìn)溫控措施。

2 溫控監(jiān)測

2.1 溫控監(jiān)測設(shè)計

　　儀器選擇依據(jù)實用、可靠和經(jīng)濟(jì)的原則，在滿足監(jiān)測要求的前提下，選擇銅電阻溫度計作為溫度傳感器匯^[3]。

　　儀器的布點按照突出重點、兼顧全局的原則。根據(jù)結(jié)構(gòu)的對稱性和溫度變化的-般規(guī)律，儀器主要布置在相互垂直的兩個中心斷面上，每個中心斷面又以其中半個斷面為重點。為配合施工，23#承臺的溫度計布置在左幅，每幅埋設(shè)60支溫度計。儀器的布點如圖1所示，每幅承臺中，儀器的位置和數(shù)量完全相同。

2.2 儀器的理設(shè)與觀測

　　儀器的埋設(shè)參照文獻(xiàn)^[1]執(zhí)行，并根據(jù)承臺的特點加以改進(jìn)。混凝土入倉后即由專人觀測，觀測人員經(jīng)過專門培訓(xùn)。觀測頻次先密后疏，以確保溫度的連續(xù)性并測得最大值和最小值為原則?；炷寥藗}之前，至少觀測-次，檢查儀器埋人后有無損

壞，并觀測倉內(nèi)溫度。正式觀測從儀器被埋人開始，5d前每4h-次，5-10d每6h-次，11-15d每5h-次，16-3od每24h-次，3od以后每2d-次。總的觀測時間約60d。[Page]

2.3 監(jiān)測效果

　　23#承臺按監(jiān)測要求監(jiān)測，取得了較好的效果。根據(jù)23#承臺的結(jié)果，至觀測結(jié)束時為止，儀器全部完好，儀器完好率為100%。從觀測結(jié)果看，所有測值均有很好的規(guī)律性，正確地反應(yīng)了混凝土的實際溫度。觀測數(shù)據(jù)為指導(dǎo)溫度控制、保證承臺質(zhì)量提供了科學(xué)數(shù)據(jù)。

3 溫度監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 溫度變化規(guī)律

　　圖2- 圖5分別給出了23#承臺上、下層混凝土中部典型測點的溫度變化曲線，這些點的溫度變化過程基本上代表了混凝土各個部位的溫度變化規(guī)律。

3.1.1 -般變化規(guī)律

　　混凝土入倉之后，8-15h開始升溫，升溫速度較快，-般2.5-5.0d達(dá)到最高溫度，距表面愈近的點，升溫時間愈短。溫度峰值穩(wěn)定6-24h后開始下降，距表面愈近的點，峰值穩(wěn)定時間愈短。降溫速度受外界因素的影響較大，水管冷卻期間降溫速度快;外界溫度愈低，降溫速度愈快。

3.1.2 內(nèi)部點的溫度變化

　　圖2中 的 T2、T3、T4和圖3中的T32、T33、T34分別為承臺下層與上層的內(nèi)部測點，這些內(nèi)部測點都有相似的變化規(guī)律，即混凝土澆筑后溫度很快上升，達(dá)到最高溫度后又以較快的速度下降。當(dāng)冷卻水管停水以后，混凝土溫度有所回升，其中，下層回升0.5-1.0℃，上層回升2.0-3.0℃。當(dāng)上層混凝土澆筑后，受上層混凝土水化熱的影響，溫度又有不同程度地升高和降低，越靠近上層的點，溫度回升越高，最大的回升可達(dá)14℃。一個半月后，溫度開始均勻而緩慢地下降，并逐漸趨于穩(wěn)定。

3.13 底面點的溫度變化

　　圖2中的Tl和圖3中的T31分別為承臺下層與上層底面上的點，它們受地基或下層混凝土溫度的影響大，受水管冷卻和上層混凝土的影響較小，溫度變化曲線光滑，無突變現(xiàn)象。溫度達(dá)到高峰后穩(wěn)定時間最長，降溫速度也很平緩。

3.14 邊界點的溫度變化

　　圖4和圖5分別為承臺下層與上層邊界上不同點的溫度變化曲線，這些測點早齡期具有相似的變化規(guī)律，即混凝土澆筑后溫度很快上升，但溫升不高，達(dá)到最高溫度后又迅速下降，一般18d齡期后接近外界氣溫，并隨外界溫度變化。由于各點所處的位置不同，它們后期的變化相差較大。圖4中的TS、T10和圖5中的T35為澆筑層的上表面點，當(dāng)上層混凝土澆筑之后它們變?yōu)閮?nèi)部點，溫度大幅度回升，回升值可達(dá)30℃以上，此后和其它內(nèi)部點一樣，均勻而緩慢地降溫;圖4中的T28和圖5中的T58為澆筑層的邊角點，它們受氣溫的影響大，溫升最小，升降溫速度特快，5d之后即隨外界溫度變化，它們與氣溫最接近，但T28在上層混凝土澆筑之后也有溫度回升;圖4中的T24、T27和圖5中的T57為承臺的側(cè)表面點，它們旁邊有鋼管樁保溫，在邊界點中溫升最高，降溫速度較慢，后期隨氣溫變化的幅度也較小。

3.1.5 沿承臺厚度的溫度分布[Page]

　　圖6為23#承臺不同齡期的溫度沿承臺厚度的分布，即沿承臺中心線上的溫度分布，圖中齡期是指上層混凝土的齡期，高度由下層底面算起。由圖6可知，3d齡期時上層混凝土溫度呈拋物線分布，最高溫度在中層面上，此時內(nèi)部的溫度以分層面以下75cm處最低;7d齡期時上層溫度由上到下逐漸增高，以分層面的溫度最高;14d齡期后溫度曲線變得光滑，最高溫度下降到225cm高度處。

3.1.6 沿承臺水平向的溫度分布

　　圖7為承臺沿水平方向的溫度分布，即沿承臺上層1/2高度截面中心線(順?biāo)?上的溫度分布，由于溫度分布對稱，圖中僅示出1/2，0點為截面中點。由圖7可以看出，盡管齡期不同，沿水平向各測點的溫度都基本相同，但距截面中心30cm的點和邊界點除外。距截面中心30cm點的溫度較其它點偏低，分析其原因可能是距冷卻水管近，散溫更多所致，邊界點溫度偏低則是由于外部氣溫的影響。14d齡期后，距邊界l00cm的點也受到氣溫的影響。由此得出，承臺溫度分布與板的熱傳導(dǎo)理論相符，只有距邊界小于100cm的點受氣溫的影響較大。

3.2 溫度特征值

　　23# 承臺上、下層的溫度特征值如表2所示。表中的澆筑溫度為澆筑期內(nèi)不同時間測值的平均值，最高溫升是最高平均溫度與澆筑溫度之差，內(nèi)表溫差為澆筑塊內(nèi)平均最高溫度與表面溫度之差，上下層溫差系指上層混凝土最高平均溫度與新混凝土開始澆筑時下層實際平均溫度之差。表中結(jié)果表明，各項結(jié)果均滿足溫控標(biāo)準(zhǔn)，特別是23#承臺上層，因為澆筑混凝土?xí)r氣溫較低，各項特征值都顯著降低，大大低于溫控標(biāo)準(zhǔn)。所以，選擇氣溫較低的日子施工是非常有效的溫控措施。

4 溫控效果分析

4.1 溫控效果

　　表2中的溫度特征值說明，承臺的內(nèi)表溫差、上下層溫差和最高溫升均滿足溫控設(shè)計提出的溫控標(biāo)準(zhǔn)。承臺內(nèi)表溫差最大為21.5℃，較溫控標(biāo)準(zhǔn)低2.5℃;最高溫升為283℃，較溫控標(biāo)準(zhǔn)低0.7℃;從 防裂效果看，雖經(jīng)冬季寒潮的考驗，承臺未發(fā)現(xiàn)裂縫。從滿足溫控標(biāo)準(zhǔn)和防裂效果說明，施工中采用的溫控措施合理、有效，取得了很好的溫控效果。

4.2 冷卻水管的降溫效果

　　通過冷卻水管進(jìn)出口水溫的測量可知，進(jìn)口水溫一般為9-12℃，出口水溫一般為20~36℃，出口水溫-般較進(jìn)口水溫高12-19℃，最高可達(dá)25℃。說明冷卻水帶走了混凝土不少熱量，具有明顯的降溫效果。另外，從23#承臺上、下層冷卻水溫的測量記錄可知，23#承臺上層冷卻水管經(jīng)改進(jìn)后，克服了下層流量不穩(wěn)的狀況，流量控制更好，它的各項特征值都比下層顯著降低，水管冷卻的效果好也是原因只一。所以，正確地使用水管冷卻，是承臺溫度控制中關(guān)鍵而有效的措施，可以達(dá)到預(yù)期的降溫效果。

4.3 表面保溫的溫控效果

　　承臺澆筑后，及時在表面用土工布保溫，在承臺四周與鋼管樁之間用土工布覆蓋保溫。這對于減小溫度梯度和內(nèi)表溫差有較好的效果，各澆筑塊的內(nèi)表溫差都不大，特別是23#承臺上層和22#承臺下層，內(nèi)表溫差很小。

5 結(jié)論

　　(1) 從2004 -12-2005-03，歷經(jīng)多次寒潮的襲擊，承臺未出現(xiàn)裂縫，根據(jù)溫度應(yīng)力的變化規(guī)律，以后再產(chǎn)生溫度裂縫的可能性較小，說明本工程的溫度控制是成功的，收到了顯著的防裂效果，保證了混凝土的質(zhì)量。

　　(2) 溫控監(jiān)測結(jié)果表明，溫度特征值全部滿足溫控標(biāo)準(zhǔn)，說明施工中采用的溫控措施是合理、有效的。

　　(3) 溫控監(jiān)測成功率高，數(shù)據(jù)規(guī)律性好，真實地反映了混凝土內(nèi)各部位的溫度變化，正確地揭示了承臺的溫度變化規(guī)律，對及時改進(jìn)溫控措施、確保溫控標(biāo)準(zhǔn)、防止裂縫等發(fā)揮了重要作用，達(dá)到了溫控監(jiān)測目的。

參考文獻(xiàn)

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