灌河特大桥主塔承台的温控监测与温控效果分析

关键词:桥梁工程;承台;温控监测;温控措施

中图分类号:U443.25 文献标识码:B

　　大体积混凝土由于水泥水化热的作用，将产生较高的水化热温升，形成不均匀非稳定温度场，产生非均匀的温度变形。温度变形在下部结构和自身的约束之下将产生较大的温度应力，极易导致混凝土开裂。为保证大体积混凝土工程质量、减轻或避免温度裂缝，必须在混凝土浇筑和养护过程中进行温度控制和温控监测。

1 工程概况与温控措施

1.1 工程简况

　　灌河特大桥是连盐高速公路上的-座特大型桥梁，主桥为钢与混凝土组合梁斜拉桥。主塔承台呈哑铃形，承台平面尺寸为(24×24+l2×ll.6+24×24)m，厚度为6.0m，混凝土土方量为7747耐。属于大面积、多方量的大体积混凝土，承台编号为23#。每个承台分2层浇筑混凝土，每层厚度为3m，两层之间的浇筑间歇期为16~2d。承台下部为lm厚的封底混凝土，封底混凝土的设计强度等级为C25。在系梁的中间设置6.5m的后浇段。23#承台在左半部布置温控监测仪器，监测仪器选择铜电阻温度计。

　　承台大体积混凝土的设计强度等级为C30，施工配合比为水泥:粉煤灰:砂:碎石:水:外加剂=1:0.28:2，49:3.57:0.55:0.01。

　　混凝土3 d、7d和28d的抗压强度分别为R₃=20.4MPa，R₇=30.2MPa，R₂₈=44.2MPa。

1.2 温度控制标准

　　根据温控设计，施工中采用以下温控标准用:

　　(1) 混凝土的内表温差簇24℃;

　　(2) 混凝土的浇筑温度应小于T+4℃(T为浇筑期旬平均气温)，混凝土最高温升不超过29℃。

　　温控监测块体的浇筑时间及气温见表1。

1.3 温度控制措施

　　在施工过程中，主要采取了以下温度控制措施:

　　(1) 在满足混凝土设计强度的前提下，优化配合比，减少水泥用量，掺用适量的粉煤灰，降低混凝土的水化热温升。

　　(2) 调整施工时间，尽量选择气温较低的日子施工，同时在夜间浇筑承台的中下层混凝土。

　　(3) 尽量减少泵送管道的长度，加快运输和入仓速度，减少混凝土在运输和浇筑过程中的温度回升。

　　(4) 合理分层、分块浇筑，承台分为两块浇筑，在系梁的中间设置了后浇段。每块混凝土又分2层浇筑，每层的厚度为3.0m^[2]。

　　(5) 采用冷却水管。

　　(6) 加强表面保温与养护，混凝土浇筑完毕后立即在上表面用土工布保温，并用从冷却水管流出的温水养护，在承台四周与钢管桩之间亦用土工布覆盖保温。

　　(7) 注意施工质量，提高硅的均匀性和抗裂性。

　　(8) 加强温度监控，随时为施工提供温控信息，及时调整和改进温控措施。

2 温控监测

2.1 温控监测设计

　　仪器选择依据实用、可靠和经济的原则，在满足监测要求的前提下，选择铜电阻温度计作为温度传感器汇^[3]。

　　仪器的布点按照突出重点、兼顾全局的原则。根据结构的对称性和温度变化的-般规律，仪器主要布置在相互垂直的两个中心断面上，每个中心断面又以其中半个断面为重点。为配合施工，23#承台的温度计布置在左幅，每幅埋设60支温度计。仪器的布点如图1所示，每幅承台中，仪器的位置和数量完全相同。

2.2 仪器的理设与观测

　　仪器的埋设参照文献^[1]执行，并根据承台的特点加以改进。混凝土入仓后即由专人观测，观测人员经过专门培训。观测频次先密后疏，以确保温度的连续性并测得最大值和最小值为原则。混凝土人仓之前，至少观测-次，检查仪器埋人后有无损

坏，并观测仓内温度。正式观测从仪器被埋人开始，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。总的观测时间约60d。[Page]

2.3 监测效果

　　23#承台按监测要求监测，取得了较好的效果。根据23#承台的结果，至观测结束时为止，仪器全部完好，仪器完好率为100%。从观测结果看，所有测值均有很好的规律性，正确地反应了混凝土的实际温度。观测数据为指导温度控制、保证承台质量提供了科学数据。

3 温度监测结果分析

3.1 温度变化规律

　　图2- 图5分别给出了23#承台上、下层混凝土中部典型测点的温度变化曲线，这些点的温度变化过程基本上代表了混凝土各个部位的温度变化规律。

3.1.1 -般变化规律

　　混凝土入仓之后，8-15h开始升温，升温速度较快，-般2.5-5.0d达到最高温度，距表面愈近的点，升温时间愈短。温度峰值稳定6-24h后开始下降，距表面愈近的点，峰值稳定时间愈短。降温速度受外界因素的影响较大，水管冷却期间降温速度快;外界温度愈低，降温速度愈快。

3.1.2 内部点的温度变化

　　图2中 的 T2、T3、T4和图3中的T32、T33、T34分别为承台下层与上层的内部测点，这些内部测点都有相似的变化规律，即混凝土浇筑后温度很快上升，达到最高温度后又以较快的速度下降。当冷却水管停水以后，混凝土温度有所回升，其中，下层回升0.5-1.0℃，上层回升2.0-3.0℃。当上层混凝土浇筑后，受上层混凝土水化热的影响，温度又有不同程度地升高和降低，越靠近上层的点，温度回升越高，最大的回升可达14℃。一个半月后，温度开始均匀而缓慢地下降，并逐渐趋于稳定。

3.13 底面点的温度变化

　　图2中的Tl和图3中的T31分别为承台下层与上层底面上的点，它们受地基或下层混凝土温度的影响大，受水管冷却和上层混凝土的影响较小，温度变化曲线光滑，无突变现象。温度达到高峰后稳定时间最长，降温速度也很平缓。

3.14 边界点的温度变化

　　图4和图5分别为承台下层与上层边界上不同点的温度变化曲线，这些测点早龄期具有相似的变化规律，即混凝土浇筑后温度很快上升，但温升不高，达到最高温度后又迅速下降，一般18d龄期后接近外界气温，并随外界温度变化。由于各点所处的位置不同，它们后期的变化相差较大。图4中的TS、T10和图5中的T35为浇筑层的上表面点，当上层混凝土浇筑之后它们变为内部点，温度大幅度回升，回升值可达30℃以上，此后和其它内部点一样，均匀而缓慢地降温;图4中的T28和图5中的T58为浇筑层的边角点，它们受气温的影响大，温升最小，升降温速度特快，5d之后即随外界温度变化，它们与气温最接近，但T28在上层混凝土浇筑之后也有温度回升;图4中的T24、T27和图5中的T57为承台的侧表面点，它们旁边有钢管桩保温，在边界点中温升最高，降温速度较慢，后期随气温变化的幅度也较小。

3.1.5 沿承台厚度的温度分布[Page]

　　图6为23#承台不同龄期的温度沿承台厚度的分布，即沿承台中心线上的温度分布，图中龄期是指上层混凝土的龄期，高度由下层底面算起。由图6可知，3d龄期时上层混凝土温度呈抛物线分布，最高温度在中层面上，此时内部的温度以分层面以下75cm处最低;7d龄期时上层温度由上到下逐渐增高，以分层面的温度最高;14d龄期后温度曲线变得光滑，最高温度下降到225cm高度处。

3.1.6 沿承台水平向的温度分布

　　图7为承台沿水平方向的温度分布，即沿承台上层1/2高度截面中心线(顺水流)上的温度分布，由于温度分布对称，图中仅示出1/2，0点为截面中点。由图7可以看出，尽管龄期不同，沿水平向各测点的温度都基本相同，但距截面中心30cm的点和边界点除外。距截面中心30cm点的温度较其它点偏低，分析其原因可能是距冷却水管近，散温更多所致，边界点温度偏低则是由于外部气温的影响。14d龄期后，距边界l00cm的点也受到气温的影响。由此得出，承台温度分布与板的热传导理论相符，只有距边界小于100cm的点受气温的影响较大。

3.2 温度特征值

　　23# 承台上、下层的温度特征值如表2所示。表中的浇筑温度为浇筑期内不同时间测值的平均值，最高温升是最高平均温度与浇筑温度之差，内表温差为浇筑块内平均最高温度与表面温度之差，上下层温差系指上层混凝土最高平均温度与新混凝土开始浇筑时下层实际平均温度之差。表中结果表明，各项结果均满足温控标准，特别是23#承台上层，因为浇筑混凝土时气温较低，各项特征值都显著降低，大大低于温控标准。所以，选择气温较低的日子施工是非常有效的温控措施。

4 温控效果分析

4.1 温控效果

　　表2中的温度特征值说明，承台的内表温差、上下层温差和最高温升均满足温控设计提出的温控标准。承台内表温差最大为21.5℃，较温控标准低2.5℃;最高温升为283℃，较温控标准低0.7℃;从 防裂效果看，虽经冬季寒潮的考验，承台未发现裂缝。从满足温控标准和防裂效果说明，施工中采用的温控措施合理、有效，取得了很好的温控效果。

4.2 冷却水管的降温效果

　　通过冷却水管进出口水温的测量可知，进口水温一般为9-12℃，出口水温一般为20~36℃，出口水温-般较进口水温高12-19℃，最高可达25℃。说明冷却水带走了混凝土不少热量，具有明显的降温效果。另外，从23#承台上、下层冷却水温的测量记录可知，23#承台上层冷却水管经改进后，克服了下层流量不稳的状况，流量控制更好，它的各项特征值都比下层显著降低，水管冷却的效果好也是原因只一。所以，正确地使用水管冷却，是承台温度控制中关键而有效的措施，可以达到预期的降温效果。

4.3 表面保温的温控效果

　　承台浇筑后，及时在表面用土工布保温，在承台四周与钢管桩之间用土工布覆盖保温。这对于减小温度梯度和内表温差有较好的效果，各浇筑块的内表温差都不大，特别是23#承台上层和22#承台下层，内表温差很小。

5 结论

　　(1) 从2004 -12-2005-03，历经多次寒潮的袭击，承台未出现裂缝，根据温度应力的变化规律，以后再产生温度裂缝的可能性较小，说明本工程的温度控制是成功的，收到了显著的防裂效果，保证了混凝土的质量。

　　(2) 温控监测结果表明，温度特征值全部满足温控标准，说明施工中采用的温控措施是合理、有效的。

　　(3) 温控监测成功率高，数据规律性好，真实地反映了混凝土内各部位的温度变化，正确地揭示了承台的温度变化规律，对及时改进温控措施、确保温控标准、防止裂缝等发挥了重要作用，达到了温控监测目的。

参考文献

　　[1]DL/T，5178-2003混凝土大坝安全监测技术规范[5]

　　[2]李夕波.鹤洞大桥大体积混凝土的温度控制及防裂[J].桥梁建设，1999，(3):66-65.

　　[3]朱泊芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京:中国电力出版社，199.