陳 京

（山西交通建設(shè)監(jiān)理咨詢集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012）

在我國(guó)北方地區(qū)，高速公路橋梁建設(shè)項(xiàng)目冬季施工中，由于溫度過(guò)低會(huì)造成預(yù)應(yīng)力張拉和管道壓漿溫度不足，甚至出現(xiàn)凍害現(xiàn)象[1]。為了保證高速公路橋梁壓漿質(zhì)量，防止冬季施工中出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，必須采取有效的冬季施工措施。本項(xiàng)目橋梁設(shè)計(jì)采用預(yù)制T梁，冬季施工時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一個(gè)半月，為了保證預(yù)應(yīng)力張拉和壓漿質(zhì)量，采用電伴熱技術(shù)，做好保溫與防凍，并對(duì)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析，說(shuō)明電伴熱技術(shù)在橋梁冬季施工中具有良好的應(yīng)用前景。

1 電伴熱技術(shù)研究概況

近年來(lái)，隨著我國(guó)電力和高分子技術(shù)的快速發(fā)展，電伴熱技術(shù)得到了快速發(fā)展。電伴熱技術(shù)已逐步發(fā)展成為我國(guó)重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，國(guó)內(nèi)很多高校和大型企業(yè)都參與了研究。北京工業(yè)大學(xué)、武漢理工大學(xué)、長(zhǎng)安大學(xué)等高校的相關(guān)學(xué)者對(duì)電伴熱技術(shù)在公路升溫、飛機(jī)跑道融雪等方面進(jìn)行了研究。濰北油田、上海交通大學(xué)管數(shù)園、遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院等企業(yè)對(duì)電熱技術(shù)在油田開(kāi)采、電纜加熱系統(tǒng)和在輸水穩(wěn)壓塔上的應(yīng)用進(jìn)行研究，并取得了大量研究成果[2]。電伴熱技術(shù)應(yīng)用廣泛，目前被廣泛應(yīng)用到工程建設(shè)、建筑、化工、油田等多個(gè)行業(yè)。

在公路項(xiàng)目施工過(guò)程中，電伴熱技術(shù)被應(yīng)用到橋梁施工中，解決注漿管內(nèi)溫度下降問(wèn)題，保證冬季施工中注漿施工的正常進(jìn)行。電伴熱技術(shù)具有效率高、低能耗、無(wú)污染、容易安裝、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)遙控或自動(dòng)控制。相較以往的暖棚式加熱方式，可有效降低施工成本。電伴熱技術(shù)通過(guò)理論分析，確定梁體內(nèi)部伴熱線的布線方法，在混凝土澆筑前做好管道設(shè)計(jì)，保證冬季施工，可操作性強(qiáng)，施工簡(jiǎn)便，施工時(shí)間短。

2 靜興高速公路預(yù)制T梁電伴熱設(shè)計(jì)

2.1 依托項(xiàng)目概況

靜興高速公路是山西省重點(diǎn)工程項(xiàng)目，屬于山西高速公路網(wǎng)“三縱十二橫十二環(huán)”的重要組成部分。路線起點(diǎn)位于靜樂(lè)縣豐潤(rùn)鎮(zhèn)南與李家會(huì)村之間，并設(shè)置靜樂(lè)樞紐互通與太佳高速相接，終點(diǎn)位于陜西省榆林市神木縣馬鎮(zhèn)盤(pán)塘村，并與陜西岸神盤(pán)公路秦梁展線方案對(duì)接，全長(zhǎng)93.86 km，行車?yán)锍倘L(zhǎng)106.1 km。路基寬度25.5 m，雙向四車道，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h，設(shè)特大橋3座，大中橋78座，隧道7座（其中白龍山特長(zhǎng)隧道全長(zhǎng)10 980 m），橋隧比例占45.26%，全線互通立交6座。當(dāng)?shù)囟練鉁氐停焕诨炷恋酿B(yǎng)生，為了保證橋梁樁基、承臺(tái)、蓋梁及預(yù)制T梁等施工項(xiàng)目的施工質(zhì)量，制定冬季施工方案，具體工作任務(wù)如表1所示。

表1 冬季施工工作任務(wù) m3

2.2 電伴熱技術(shù)工藝原理

電伴熱技術(shù)是一種有效的管道保溫和防凍方案，其工藝原理是伴熱媒體釋放一定的熱量，用直接或間接熱傳遞的方式將熱量傳遞出去，補(bǔ)充壓漿管道的熱量損失，最終達(dá)到升溫、保溫或防凍的基本工作要求[3]。

在T梁混凝土澆筑之前，做好伴熱管道的布置，T梁冬季施工過(guò)程中，壓漿管道中預(yù)埋伴熱線，為管道壓漿養(yǎng)護(hù)提供熱量，控制梁體內(nèi)部的溫度，保證注漿養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，本項(xiàng)目T梁伴熱線布置斷面如圖1所示。

圖1 T梁電伴熱線布置圖

2.3 電伴熱設(shè)備選型

結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和T梁截面尺寸，按式（1）進(jìn)行伴熱管道熱損失計(jì)算[4]：

式中：Q為伴熱管道實(shí)際熱損耗，W/m·W；λ為伴熱管道保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/m·℃；Tw為養(yǎng)護(hù)期間維持溫度，℃；Th為施工期間最低環(huán)境溫度，℃；d為伴熱管道外徑，m；δ為伴熱管道保溫材料厚度，m。

對(duì)橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，結(jié)合工程項(xiàng)目的施工要求，確定各項(xiàng)參數(shù)如下：橋梁T梁管道壓漿施工溫度不小于 5℃，混凝土養(yǎng)護(hù)期間維持溫度Tw=5℃；施工期間環(huán)境最低溫度Th=-15℃；根據(jù)T梁所選材料的熱物理性質(zhì)表，得到伴熱管道保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)λ=1.63 W/m·℃，伴熱管道外徑d=0.09 m，伴熱管道外混凝土材料厚度δ=0.25 m。代入式（1）得：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，施工現(xiàn)場(chǎng)選用120 W/m的電伴熱線。

2.4 電伴熱線布置

施工現(xiàn)場(chǎng)伴熱管道選用外徑為900 mm的金屬波紋管。為了保證電伴熱的加熱效果，采用卷繞法將伴熱線纏繞到波紋管上，如圖2所示。

圖2 伴熱線金屬波紋管布置圖（單位：cm）

根據(jù)伴熱線每米所需功率和總長(zhǎng)度比值確定伴熱線在金屬波紋管上的卷繞間距[5]，不同管徑每米伴熱線功率與電熱帶功率之比計(jì)算結(jié)果如表2所示。本項(xiàng)目電伴熱線每米管線所需功率與電熱帶功率之比為1.1，金屬波紋管直徑為900 mm，查表確定卷繞間距為35 cm。

表2 不同管徑每米伴熱線功率與電熱帶功率之比計(jì)算結(jié)果

從電閘線引出220 V的電纜，總計(jì)8根，預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉后將伴熱線與電纜連接，加熱預(yù)應(yīng)力管道。通電后可以通過(guò)預(yù)埋的測(cè)溫線傳感器對(duì)管道內(nèi)部的溫度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)溫度超過(guò)5℃后進(jìn)行管道壓漿，壓漿完畢后持續(xù)通電加熱3 d，保證管道內(nèi)溫度在6℃～15℃范圍內(nèi)。養(yǎng)護(hù)3 d后將伴熱線與電纜線斷開(kāi)，并對(duì)伴熱線接頭進(jìn)行保護(hù)。

3 電伴熱加熱效果分析

3.1 測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)分析

本項(xiàng)目施工中，選取3個(gè)T梁作為試驗(yàn)對(duì)象，分別選取其中一個(gè)金屬波紋管上部的電伴熱線端和線尾的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢測(cè)頻率為1次/2 h。為了便于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，記錄編號(hào)為1-xd、1-xw、2-xd、2-xw、3-xd、3-xw，選取第二天溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)記錄在表3，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果繪制溫度隨時(shí)間變化曲線如圖3所示。

分析表3數(shù)據(jù)可知，隨外界溫度變化，電伴熱線線端和線尾的溫度也產(chǎn)生了一定的變化，且環(huán)境溫度越高，檢測(cè)溫度越高。在檢測(cè)的第32個(gè)小時(shí)，出現(xiàn)了最低溫度7.2℃，最高溫度出現(xiàn)在檢測(cè)的第46個(gè)小時(shí)，最高溫度為13.8℃，檢測(cè)溫度均高于5℃，滿足管道壓漿養(yǎng)生要求。另外，溫度檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)線端溫度高于線尾溫度，這是由于電伴熱線的散熱功率會(huì)受到兩端電壓損耗的影響，但不會(huì)對(duì)養(yǎng)護(hù)溫度造成較大影響。

表3 T梁電伴熱部分溫度檢測(cè)記錄 ℃

圖3 電伴熱線溫度隨時(shí)間變化曲線

3.2 孔道壓漿強(qiáng)度檢測(cè)

表4 試件強(qiáng)度實(shí)測(cè)值

本項(xiàng)目T梁孔道壓漿采用42.5水泥凈漿，施工中制作同條件養(yǎng)生試件3組，分別檢測(cè)養(yǎng)生3 d、7 d、14 d、21 d、28 d后抗壓強(qiáng)度，并記錄在表4中，并繪制強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線如圖4所示。

圖4 強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線

分析表4數(shù)據(jù)和圖4變化曲線可知，養(yǎng)護(hù)3 d后強(qiáng)度達(dá)到60%以上，養(yǎng)護(hù)期間強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)，28 d后強(qiáng)度達(dá)到了43.35 MPa，高于設(shè)計(jì)要求的42.5 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

基于靜興高速橋梁T梁冬季施工實(shí)踐，對(duì)電伴熱技術(shù)在孔道壓漿施工中的應(yīng)用做了全面闡述，并得出以下結(jié)論：

a）結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和T梁截面尺寸，通過(guò)計(jì)算確定伴熱管道實(shí)際熱損耗118.3 W/m·W，確定施工現(xiàn)場(chǎng)選用120 W/m的電伴熱線。

b）在T梁孔道壓漿養(yǎng)生過(guò)程中，預(yù)埋的測(cè)溫線傳感器對(duì)管道內(nèi)部的溫度進(jìn)行檢測(cè)，得到最低溫度為7.2℃，檢測(cè)溫度均高于5℃，滿足管道壓漿養(yǎng)生要求。

c）通過(guò)對(duì)孔道壓漿強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，分析數(shù)據(jù)和變化曲線得出28 d后漿體強(qiáng)度達(dá)到了43.35 MPa，高于設(shè)計(jì)要求的42.5 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。