某橋連續(xù)道岔箱梁水化熱測定與分析

吳道洪

(中鐵十二局第七工程有限公司， 湖南長沙 410000)

某橋連續(xù)道岔箱梁水化熱測定與分析

吳道洪

(中鐵十二局第七工程有限公司， 湖南長沙 410000)

文章結(jié)合佛山西站工程SG1標(biāo)段連續(xù)道岔箱梁工程，選取單箱室梁端截面和單箱室向雙箱室過渡段截面進(jìn)行布點(diǎn)測試，分別在底板、腹板和頂板布置了溫度傳感器，定時(shí)檢測混凝土箱梁不同部位的溫度變化情況，通過檢測數(shù)據(jù)的采集并分析了水化熱引起的絕對溫度和相對溫差的變化規(guī)律，為現(xiàn)澆箱梁施工的溫度監(jiān)控和養(yǎng)護(hù)提供可靠的參考。

客運(yùn)專線； 連續(xù)道岔箱梁； 水化熱； 溫度監(jiān)控； 溫差

1 工程概況

佛山西站工程SG1標(biāo)段位于佛山市南海區(qū)獅山鎮(zhèn)，沿線橋梁工程比重大，高架區(qū)的橋梁連接為一個(gè)整體，梁部形式分為：①單、雙線簡支梁，多線時(shí)采用組合形式，對于多線并置時(shí)如線間距不足，則采用切翼緣板方式組合，箱體尺寸不變。②橋面等寬、橋面變寬的道岔連續(xù)梁。③站區(qū)雙線、三線、四線組合連續(xù)箱梁，其單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段32 m梁的梁長為32.7 m，計(jì)算跨度為31.1 m，梁高2.2 m，梁端橋梁寬度為8 m，過渡段橋梁寬度為10.6 m，具體截面形式如圖1和圖2所示。采用滿足環(huán)保要求的C50高性能混凝土。梁端和過渡段腹板厚度為0.35 m，加之倒角等構(gòu)成梁端混凝土局部體積較大，而其他部位相對較小。因此，該部位混凝土箱梁容易引起較大的水化熱溫度差。

圖1 梁端單箱單室截面示意

圖2 過渡段單箱雙室截面示意

2 測試方法

根據(jù)32 m雙線整體箱梁的截面設(shè)計(jì)形式，為充分反映水化熱的變化情況，試驗(yàn)時(shí)選擇梁端支座處單箱單室箱梁截面和中支座處過渡段的單箱雙室箱梁截面進(jìn)行測試，箱梁截面如圖1和圖2所示。在這些截面的腹板、底板和頂板內(nèi)布設(shè)溫度傳感器。在單箱單室截面布置18個(gè)溫度傳感器，在單箱雙室截面布置21個(gè)溫度傳感器，端部截面布點(diǎn)位置距離梁端0.8 m，為了方便后期測試溫度梯度之用，將傳感器的引線均集中在箱內(nèi)引出，測點(diǎn)布置如圖3和圖4所示。溫感測頭采用WRNK-191型熱電偶，測試儀器采用長瀧儀表直接測讀溫度值。

圖3 梁端截面測點(diǎn)布置

圖4 過渡段截面測點(diǎn)布置示意

3 測試結(jié)果與分析

本工程箱梁于2014年10月2日夜間20∶30開始澆筑第一盤混凝土，10月3日中午12∶00澆筑完畢，歷時(shí)15.5 h。由于受澆筑后現(xiàn)場管理影響，本次測試于10月3日下午18∶00開始。其中單箱單室截面中F1-2測點(diǎn)數(shù)據(jù)、單箱雙室截面中F2-3、B2-2、B2-3測點(diǎn)數(shù)據(jù)以及單箱雙室2號截面中F2-3測點(diǎn)數(shù)據(jù)，由于澆筑過程澆筑沖擊和振搗作用導(dǎo)致引線斷路，所以無法測讀數(shù)據(jù)，但不影響整體測試結(jié)果。為測得混凝土水化熱的最高絕對溫度和最大溫差，在混凝土澆筑后0～48 h期間每2 h測試一次；在48～72 h期間，每3 h測試一次；在72～120 h期間，每6 h測試一次。梁端單箱單室截面和過渡段單箱雙室截面絕對水化熱升溫規(guī)律如圖5和圖6所示。

(a) 梁端箱梁截面頂板和腹板溫度變化曲線

(b)梁端箱梁截面腹板和底板溫度變化曲線圖5 梁端單箱單室截面測點(diǎn)溫度曲線

混凝土水化熱溫度監(jiān)測的目的是為進(jìn)行控制結(jié)構(gòu)的溫差和防止因溫差應(yīng)力導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生內(nèi)部裂縫的控制措施提供參考。為了求得結(jié)構(gòu)的最大溫差，在垂直方向只需找到腹板最高溫度與腹板最低溫度之差，而水平方向可沿頂?shù)装宓玫綔夭睿ㄟ^數(shù)據(jù)匯總分析得到梁端單箱單室截面和過渡段單箱雙室截面溫差變化規(guī)律如圖7和圖8所示。

通過對以上測得的混凝土水化熱溫度變化規(guī)律和溫差變化規(guī)律的分析可知：

(a)梁端箱梁截面頂板和腹板溫度變化曲線

(b)梁端箱梁截面腹板和底板溫度變化曲線圖6 過渡段單箱雙室截面測點(diǎn)溫度曲線

(1)梁端部截面最高溫度出現(xiàn)在腹板上測點(diǎn)F1-3，溫度71.8℃，發(fā)生于混凝土澆筑后17小時(shí)；過渡段截面最高溫度出現(xiàn)在腹板上測點(diǎn)F2-4，溫度為86.2℃，發(fā)生于混凝土澆筑后23小時(shí)。梁端部截面最低溫度為24.5℃于底板B1-2處，過渡段截面最低溫度為25℃于底板B2-5處，最低溫度出現(xiàn)在同一時(shí)刻均出現(xiàn)在混凝土澆筑后63小時(shí)。由于澆筑順序?yàn)閺膯蜗涫伊憾碎_始澆筑，梁端部測點(diǎn)的初始測讀溫度相對于過渡段截面測點(diǎn)溫度較高(圖5、圖6)。

圖7 梁端單箱單室截面溫差曲線

(2)由圖5和圖6可知，梁端截面和過渡段截面測點(diǎn)溫度變化有相似的規(guī)律，即測點(diǎn)溫度達(dá)到最大值后，此時(shí)混凝土釋放的熱量和散失的熱量近乎達(dá)到平衡狀態(tài)，此后溫度開始下降，下降初期較快，后期較慢。

(3)兩個(gè)截面測點(diǎn)溫度中腹板處測點(diǎn)溫度普遍較高，梁端面腹板內(nèi)側(cè)處測點(diǎn)(F1-3)溫度明顯高于該截面其余位置測點(diǎn)的溫度,這是由于腹板比較厚且測點(diǎn)位于腹板箱室內(nèi)側(cè)，混凝土溫度受外界環(huán)境影響較小，水化熱向外界傳導(dǎo)很慢；過渡段截面中腹板測點(diǎn)F2-4的溫度明顯高于該截面其余位置的測點(diǎn)溫度，這是由于中腹板兩側(cè)箱室內(nèi)的溫度較高且與外界環(huán)境接觸和對流作用較少，水化熱溫度向外界傳導(dǎo)較慢。相對于腹板，梁端截面和過渡段截面的底板和頂板位置測點(diǎn)溫度均較低，其原因是位于頂?shù)装鍦y點(diǎn)溫度與外界對流作用較多且受外界環(huán)境影響較大，水化熱向外界傳導(dǎo)較快，所以其溫度均較低。

圖8 過渡段單箱雙室截面溫差曲線

(4)梁端截面腹板溫差分析中，左右腹板最大溫差均于澆筑后23 h左右出現(xiàn)，左腹板最大溫差達(dá)到25.5℃，而右腹板的最大溫差為15.1℃。這是由于施工時(shí)澆筑右邊腹板時(shí)為凌晨，環(huán)境溫度較低，澆筑左邊腹板時(shí)為上午，環(huán)境溫度較高，澆筑左右腹板時(shí)的環(huán)境溫度相差很大，這導(dǎo)致了左腹板的最大溫差大于右腹板。梁端截面頂?shù)装鍦夭罘治鲋校數(shù)装遄畲鬁夭钜簿跐仓?3 h左右出現(xiàn)，頂板最大溫差達(dá)到10.2℃，而底板的最大溫差為17.1℃，這是由于箱梁澆筑后，灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)主要在頂板進(jìn)行灑水并覆蓋保濕，所以頂板溫差相對于底板溫差較低。

(5)過渡段截面腹板溫差分析中, 左右腹板最大溫差均于澆筑后21至23小時(shí)左右出現(xiàn)，左腹板最大溫差12.4℃，右腹板最大溫差28.6℃。這是由于施工時(shí)澆筑右邊腹板時(shí)為中午后，環(huán)境溫度較高，澆筑左邊腹板時(shí)為傍晚以后，環(huán)境溫度較低，澆筑左右腹板時(shí)的環(huán)境溫度相差很大，這導(dǎo)致了左腹板的最大溫差低于右腹板。過渡段截面頂?shù)装鍦夭罘治鲋校敯遄畲鬁夭罹跐仓?5小時(shí)出現(xiàn)，頂板最大溫差達(dá)到25.1℃。底板最大溫差均于澆筑后16小時(shí)出現(xiàn)，底板的最大溫差為28.3℃，這是由于箱梁澆筑后，灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)主要在頂板進(jìn)行灑水并覆蓋保濕，所以頂板溫差相對于底板溫差較低。

(6)本次溫度測試于澆筑完成后6 h才開始測讀，且本工程箱梁梁體較長，澆筑時(shí)間也較長，澆筑完成后部分梁段實(shí)際澆筑完成時(shí)間達(dá)12 h以上，混凝土水化熱反應(yīng)已持續(xù)十多個(gè)小時(shí)。因此，本次初始測讀箱梁混凝土溫度均較高，但不影響混凝土水化熱變化趨勢分析。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

根據(jù)實(shí)測結(jié)果得出如下主要結(jié)論：

(1)實(shí)測數(shù)據(jù)表明，箱梁混凝土水化熱產(chǎn)生的溫度在澆筑后16～22 h達(dá)到最大值，且均出現(xiàn)在箱梁腹板位置處，之后溫度平穩(wěn)下降。

(2)箱梁混凝土水化熱所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力是混凝土開裂的主要原因，溫差最大值與構(gòu)件厚度有關(guān)，箱梁構(gòu)件厚度越大，溫差也就越大；本次測試最大溫差均出現(xiàn)在箱梁腹板位置處。

(3)澆筑施工順序、澆筑時(shí)環(huán)境溫度變化及灑水養(yǎng)護(hù)工序均對混凝土水化熱溫度和溫差產(chǎn)生較大影響。

根據(jù)以往相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)和研究表明，對于混凝土箱梁水化熱溫差控制在25℃左右一般不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力裂縫[2,4]。通過對該工程實(shí)測的水化熱溫度及溫差數(shù)據(jù)分析可知：最大溫差出現(xiàn)在過渡段箱梁截面處，其腹板和底板最大溫差為28℃左右，因此，本工程澆筑后箱梁混凝土發(fā)生溫度裂縫的可能性很小。在環(huán)境溫度比較高的情況下采取初步降溫措施后，混凝土的絕對升溫和相對溫差均可以控制在比較合理的范圍內(nèi)。兩個(gè)截面測點(diǎn)腹部處混凝土的溫差相對比較高，過渡段底板處溫差也相對較高，而且外界環(huán)境溫度變化影響下，溫差有進(jìn)一步增大的趨勢。

4.2 建議

建議采取以下措施對澆筑后混凝土水化熱溫度和溫差加以控制：

(1)在端部和支座處梁段的混凝土應(yīng)進(jìn)一步降低拌和水溫，將拌和水溫度控制在15℃以下；澆筑后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)，著重在端部和支座處梁段及道岔梁過度梁段進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)并做好覆蓋保濕措施。

(2)箱梁混凝土水化熱溫度和溫差較高往往出現(xiàn)在腹板和底板。因此，澆筑后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)，除對頂板灑水養(yǎng)護(hù)，還應(yīng)對箱梁箱室內(nèi)進(jìn)行灑水或蒸汽養(yǎng)護(hù)，必要時(shí)可對箱室進(jìn)行鼓風(fēng)通風(fēng)讓空氣對流，這樣降低箱室內(nèi)溫度同時(shí)，可降低腹板和底板溫度和溫差。

(3)對于長跨的連續(xù)箱梁，澆筑時(shí)間較長。因此，澆筑過程，可以優(yōu)先對已澆筑完成較長時(shí)間以后的梁段采取初步養(yǎng)護(hù)措施，避免混凝土錯(cuò)過養(yǎng)護(hù)最佳時(shí)間。

[1] 趙國利.橋梁承臺大體積混凝土施工中的溫度測控及防裂技術(shù)[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2005,86(2):27-30.

[2] 劉興法.混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力分析[M].北京：人民交通出版社，1991.

[3] 朱伯芳.水工混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力與溫度控制[M].北京：水利電力出版社，1976.

[4] 楊夢蛟,牛斌,馬林,等.秦沈客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土雙線整孔簡支箱梁制造工藝[J].中國鐵道科學(xué)，2002,23(1):46-50.

[5] 胡波.淺析某橋南錨碇大體積混凝土澆筑的溫度控制[J].廣西工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005,16(20)：90-93.

吳道洪(1983～), 男，公路與橋梁專業(yè)，助理工程師，主要從事路橋施工技術(shù)與管理工作。

TU755.6

B

[定稿日期]2015-05-19