趙澤淘，張 濤，王 輝，蘇瑞同

(1.河南水建集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450008；2河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，河南 鄭州 450000；3.河南省交院工程檢測(cè)科技有限公司，河南 鄭州 450000)

1 溫度影響概述

工程結(jié)構(gòu)始終處于自然環(huán)境當(dāng)中，而自然環(huán)境又處于時(shí)刻的變化當(dāng)中對(duì)工程結(jié)構(gòu)本身也會(huì)造成較大的影響。尤其是工程結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度的變化，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生溫度應(yīng)力，使得其表面產(chǎn)生不同的收縮和膨脹量，而結(jié)構(gòu)本身又是一個(gè)連續(xù)的整體，不允許各部分因?yàn)闇囟茸兓a(chǎn)生自由的收縮和膨脹，導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部各部分之間產(chǎn)生了一定的作用力，一旦超過了結(jié)構(gòu)本身所能承受的力量，工程結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)變形等問題。在鋼筋混凝土中,在混凝土澆筑時(shí),內(nèi)部過高的水化溫度,往往在混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)起較大的拉應(yīng)力，有時(shí)溫度應(yīng)力甚至超過其他外荷載所引起的應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞等[2]。

根據(jù)溫度變化速度和延續(xù)時(shí)間，溫度影響分為以下幾類：

(1) 年溫度變化溫度場(chǎng)：該種溫度場(chǎng)相對(duì)形成的時(shí)間比較長對(duì)工程結(jié)構(gòu)的影響也比較小，主要對(duì)結(jié)構(gòu)的整體溫變產(chǎn)生影響，所以在考慮年溫度變化時(shí)，應(yīng)當(dāng)以整個(gè)工程結(jié)構(gòu)的平均溫度作為依據(jù)。

(2) 日溫度變化溫度場(chǎng)：由于日溫溫度變化所形成的溫度場(chǎng)，對(duì)工程結(jié)構(gòu)的影響較為復(fù)雜。根據(jù)有關(guān)調(diào)查表明，日溫溫度變化主要受到太陽輻射、氣溫以及風(fēng)速等環(huán)境因素的影響，而隨著溫度的變化。會(huì)導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)表面和內(nèi)部的溫度在較短的周期內(nèi)發(fā)生變化，而這種變化只會(huì)影響到工程的局部結(jié)構(gòu)因此，在深入研究過程中只需要對(duì)結(jié)構(gòu)的局部溫差變化進(jìn)行分析即可。

(3) 驟然降溫所形成的溫度場(chǎng)：因?yàn)闃O端天氣或者日照降溫的影響，導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)的外表面材料受到環(huán)境的影響出現(xiàn)受冷收縮，而且內(nèi)部材料因?yàn)闇囟葌鲗?dǎo)的不及時(shí)，還未發(fā)生相對(duì)應(yīng)的收縮變形，導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度不一致，收縮不一致產(chǎn)生變形、裂縫等問題。

由于年溫度變化可以在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)預(yù)先考慮，而驟然降溫和日溫度變化所引起的應(yīng)力和變形難以預(yù)先控制，必須在施工過程中及時(shí)做好預(yù)防和監(jiān)控。在水利水電工程建設(shè)中，水化熱導(dǎo)致的溫度變化不但可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生，對(duì)構(gòu)筑物的應(yīng)力狀態(tài)也有不可忽略的影響，有時(shí)溫度應(yīng)力在數(shù)值上可能超過其他荷載引起的應(yīng)力[2]。以大型橋梁為例，介紹工程建設(shè)中的驟然降溫和日溫度變化的控制措施。

2 工程概況

某南水北調(diào)特大橋全長327.48 m，主橋長317 m，橋梁跨徑組成為(175+93+49)m。采用塔梁墩固結(jié)的剛構(gòu)體系。主塔縱向?yàn)閱沃?、橫向?yàn)轭愃频筜型布置的混凝土結(jié)構(gòu)，塔柱高96 m。

主塔墩(1號(hào)墩)基礎(chǔ)由二個(gè)分離承臺(tái)組成，承臺(tái)平面尺寸為18.9 m×18.9 m、高6.0 m，每個(gè)承臺(tái)下16根直徑2.0 m樁基礎(chǔ)，樁長80 m。橫橋向的兩個(gè)承臺(tái)之間設(shè)置寬度6.2 m、高度6.0 m的系梁，以增加承臺(tái)的整體剛度。

該南水北調(diào)特大橋的承臺(tái)屬于大體積混凝土，需要進(jìn)行溫度監(jiān)控，依據(jù)施工方案確定溫度監(jiān)控部位，并埋設(shè)溫度測(cè)量設(shè)備。

3 大體積混凝土溫度監(jiān)控

對(duì)大型橋梁，由于地基承載力較弱，為了能夠滿足承載力要求，需要設(shè)計(jì)出較大的承臺(tái)以增加接觸面積，由于承臺(tái)的混凝土體積巨大，施工時(shí)水泥與水產(chǎn)生水化反應(yīng)，在產(chǎn)生反應(yīng)的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，那么就會(huì)對(duì)混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)、質(zhì)量造成一定的影響，大量的熱量無法有效地散發(fā)，就會(huì)使熱量始終都在混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，就會(huì)造成建筑溫度的升高，在熱量持續(xù)增高的情況下，就會(huì)引發(fā)混凝土的開裂問題，無法確?；炷恋馁|(zhì)量[3]。

根據(jù)《大體積混凝土工程施工規(guī)范》(GB 50496-2012)進(jìn)行溫度監(jiān)控測(cè)點(diǎn)布置，并進(jìn)行冷凝水管預(yù)埋，確保連通。主墩承臺(tái)分2次澆筑，每個(gè)澆筑層布設(shè)3層水管,水管水平管間距為100 cm,垂直管間距為100 cm,距離砼表面或側(cè)面的距離不小于50 cm,承臺(tái)單層4～5套水管,每套水管長度不超過200 nm。水管采用φ48×3.0 mm無縫鋼管,接頭采用“大管套小管”的方式焊接連接。安裝完成后試通水進(jìn)行水密性檢查,確保冷卻水管的水密性[4]。

在1#墩承臺(tái)測(cè)溫點(diǎn)布置溫度測(cè)點(diǎn)，控制水化熱溫度以及內(nèi)外溫差：共布置20個(gè)溫度監(jiān)控測(cè)點(diǎn)，1#～8#測(cè)點(diǎn)位于左幅中間層，17#～20#測(cè)點(diǎn)位于上、下層(距表面50mm)；9#～11#測(cè)點(diǎn)位于橫系梁中間層，12#～16#測(cè)點(diǎn)位于右幅中間層。溫度監(jiān)控測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 1#承臺(tái)測(cè)溫點(diǎn)布置圖(單位：mm)

溫度監(jiān)控采用HC-TW20無線溫度檢測(cè)儀，具有自動(dòng)采集功能，并且能夠自動(dòng)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。1#墩左幅承臺(tái)的澆筑于9月3日晚完成，當(dāng)混凝土初凝后，開始進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，設(shè)置儀器每30分鐘采集一次，現(xiàn)場(chǎng)安排操作人員輪流值班，定時(shí)檢查主機(jī)數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，確保儀器的正常工作。由于溫度監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)量龐大及篇幅所限，僅列出部分?jǐn)?shù)據(jù)，1#～3#測(cè)點(diǎn)和大氣溫度測(cè)量記錄等，見表1。

表1 1～3#測(cè)點(diǎn)和大氣溫度測(cè)量監(jiān)控測(cè)量記錄表

本次溫度監(jiān)控測(cè)量持續(xù)至9月15日，由現(xiàn)場(chǎng)記錄數(shù)據(jù)總結(jié)，得出如下結(jié)論：

(1)1#墩左幅承臺(tái)混凝土的最高溫度Tma*為75.9 ℃，入模溫度為27.8 ℃，最高升溫48.1 ℃，小于50 ℃，符合規(guī)范要求；

(2)1#墩左幅承臺(tái)混凝土里表溫差最大35.8 ℃，大于規(guī)范要求的25 ℃，不符合規(guī)范要求，應(yīng)加大冷凝管水流速度；

(3)1#墩左幅承臺(tái)混凝土最大降溫速率2.2 ℃/d，依據(jù)規(guī)范要求，降溫速率不宜大于2.0 ℃/d，不符合規(guī)范要求，注意不能降溫過快，應(yīng)減緩水流速度，否則混凝土容易出現(xiàn)裂縫；

(4)1#左幅承臺(tái)混凝土澆筑體表面與大氣溫差最大為35.9 ℃，根據(jù)規(guī)范要求，混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20 ℃，不符合規(guī)范要求，應(yīng)盡快覆蓋，減小內(nèi)外溫差。

4 主梁合龍段測(cè)點(diǎn)布置

合龍段澆筑應(yīng)選擇溫度較為穩(wěn)定的時(shí)間段，在合龍段施工前3 d，施工單位、監(jiān)測(cè)單位聯(lián)合測(cè)量合龍段兩端的大氣溫度、梁體溫度、主梁位移等，連續(xù)監(jiān)測(cè)時(shí)間為72 h。測(cè)試頻率為白天每3 h測(cè)試一次，夜晚每1 h測(cè)試一次。在22#節(jié)段前端和24#節(jié)段前端布置溫度位移聯(lián)合測(cè)點(diǎn)，布置圖如圖2所示。

圖2 溫度測(cè)點(diǎn)布置

依據(jù)72 h測(cè)量數(shù)據(jù)，分析總結(jié)出主梁22#節(jié)段前端和24#節(jié)段前端高程隨時(shí)間和溫度的變化規(guī)律，找出最佳鎖定時(shí)段。分析合龍段兩端撓度變化值和大氣、索塔及主梁的溫度變化值，得出如下結(jié)論：

(1) 主梁梁端撓度數(shù)據(jù)與梁體溫度的變化規(guī)律基本一致。

(2) 每天夜晚0～6點(diǎn)，合龍段兩端高差趨于穩(wěn)定。

(3) 每天6點(diǎn)鐘，22#段前端高程值達(dá)到一天中的最高值，每天的凌晨3～6點(diǎn)，高程變化幅度較小，處于穩(wěn)定時(shí)段。

根據(jù)主梁高程、溫度測(cè)試數(shù)據(jù)，確定夜晚4～6點(diǎn)為最佳合龍時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際合龍順利，線形平順。

5 結(jié)束語

通過對(duì)溫控措施的合理運(yùn)用，也能有效控制混凝土的施工溫度，進(jìn)而使大體積混凝土溫度指標(biāo)滿足工程要求[5]。本文闡述了溫度對(duì)工程建設(shè)的影響，工程建設(shè)階段應(yīng)重點(diǎn)預(yù)防和控制驟然降溫和日溫度變化造成的影響，以某工程建設(shè)中大體積混凝土溫度控制和梁端合龍高差變化來說明一些消除溫度不良影響的方法，起到了良好的示范作用。