灌河特大橋主塔承臺(tái)的溫控監(jiān)測(cè)與溫控效果分析

關(guān)鍵詞:橋梁工程;承臺(tái);溫控監(jiān)測(cè);溫控措施

中圖分類號(hào):U443.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(cè)。

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?yàn)殇撆c混凝土組合梁斜拉橋。主塔承臺(tái)呈啞鈴形，承臺(tái)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(tái)編號(hào)為23#。每個(gè)承臺(tái)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(tái)下部為lm厚的封底混凝土，封底混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C25。在系梁的中間設(shè)置6.5m的后澆段。23#承臺(tái)在左半部布置溫控監(jiān)測(cè)儀器，監(jiān)測(cè)儀器選擇銅電阻溫度計(jì)。

　　承臺(tái)大體積混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)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(qiáng)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(jì)，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(cè)塊體的澆筑時(shí)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(jì)強(qiáng)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(shí)間，盡量選擇氣溫較低的日子施工，同時(shí)在夜間澆筑承臺(tái)的中下層混凝土。

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

　　(4) 合理分層、分塊澆筑，承臺(tái)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(qiáng)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(tái)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(qiáng)溫度監(jiān)控，隨時(shí)為施工提供溫控信息，及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)溫控措施。

2 溫控監(jiān)測(cè)

2.1 溫控監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

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

　　儀器的布點(diǎn)按照突出重點(diǎn)、兼顧全局的原則。根據(jù)結(jié)構(gòu)的對(duì)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(gè)中心斷面上，每個(gè)中心斷面又以其中半個(gè)斷面為重點(diǎn)。為配合施工，23#承臺(tái)的溫度計(jì)布置在左幅，每幅埋設(shè)60支溫度計(jì)。儀器的布點(diǎn)如圖1所示，每幅承臺(tái)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(cè)

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

壞，并觀測(cè)倉內(nèi)溫度。正式觀測(cè)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(cè)時(shí)間約60d。[Page]

2.3 監(jiān)測(cè)效果

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

3 溫度監(jiān)測(cè)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(tái)上、下層混凝土中部典型測(cè)點(diǎn)的溫度變化曲線，這些點(diǎn)的溫度變化過程基本上代表了混凝土各個(gè)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(diǎn)，升溫時(shí)間愈短。溫度峰值穩(wěn)定6-24h后開始下降，距表面愈近的點(diǎn)，峰值穩(wěn)定時(shí)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(diǎn)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(tái)下層與上層的內(nèi)部測(cè)點(diǎn)，這些內(nèi)部測(cè)點(diǎn)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(diǎn)，溫度回升越高，最大的回升可達(dá)14℃。一個(gè)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(diǎn)的溫度變化

　　圖2中的Tl和圖3中的T31分別為承臺(tái)下層與上層底面上的點(diǎn)，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(shí)間最長，降溫速度也很平緩。

3.14 邊界點(diǎn)的溫度變化

　　圖4和圖5分別為承臺(tái)下層與上層邊界上不同點(diǎn)的溫度變化曲線，這些測(cè)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)，當(dāng)上層混凝土澆筑之后它們變?yōu)閮?nèi)部點(diǎn)，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(diǎn)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(diǎn)，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(tái)的側(cè)表面點(diǎn)，它們旁邊有鋼管樁保溫，在邊界點(diǎn)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(tái)厚度的溫度分布[Page]

　　圖6為23#承臺(tái)不同齡期的溫度沿承臺(tái)厚度的分布，即沿承臺(tái)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(shí)上層混凝土溫度呈拋物線分布，最高溫度在中層面上，此時(shí)內(nèi)部的溫度以分層面以下75cm處最低;7d齡期時(shí)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(tái)水平向的溫度分布

　　圖7為承臺(tái)沿水平方向的溫度分布，即沿承臺(tái)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(duì)稱，圖中僅示出1/2，0點(diǎn)為截面中點(diǎn)。由圖7可以看出，盡管齡期不同，沿水平向各測(cè)點(diǎn)的溫度都基本相同，但距截面中心30cm的點(diǎn)和邊界點(diǎn)除外。距截面中心30cm點(diǎn)的溫度較其它點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)也受到氣溫的影響。由此得出，承臺(tái)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(diǎn)受氣溫的影響較大。

3.2 溫度特征值

　　23# 承臺(tái)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(shí)間測(cè)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(shí)下層實(shí)際平均溫度之差。表中結(jié)果表明，各項(xiàng)結(jié)果均滿足溫控標(biāo)準(zhǔn)，特別是23#承臺(tái)上層，因?yàn)闈仓炷習(xí)r氣溫較低，各項(xiàng)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(tái)的內(nèi)表溫差、上下層溫差和最高溫升均滿足溫控設(shè)計(jì)提出的溫控標(biāo)準(zhǔn)。承臺(tái)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(yàn)，承臺(tái)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(cè)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(tái)上、下層冷卻水溫的測(cè)量記錄可知，23#承臺(tái)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(xiàng)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(tái)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(tái)澆筑后，及時(shí)在表面用土工布保溫，在承臺(tái)四周與鋼管樁之間用土工布覆蓋保溫。這對(duì)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(tái)上層和22#承臺(tái)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(tái)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(cè)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(cè)成功率高，數(shù)據(jù)規(guī)律性好，真實(shí)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(tái)的溫度變化規(guī)律，對(duì)及時(shí)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(cè)目的。

參考文獻(xiàn)

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