王 燕

(中鐵十八局集團(tuán)市政工程有限公司，天津 300350)

在現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，公路是最重要也是基礎(chǔ)的，溝通了全國(guó)的經(jīng)濟(jì)[1]。然而，公路建設(shè)過程中，經(jīng)常受到江河、港灣、湖泊、水庫(kù)、灌渠、深谷或其他交通線路的阻攔，為了保證公路暢通，同時(shí)也為了節(jié)省建設(shè)成本，經(jīng)常需要架設(shè)橋梁。這種橋梁被稱為公路橋梁。公路橋梁建設(shè)，水泥混凝土是主要的材料。這種材料強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、耐久性好、價(jià)格低廉[2]。然而，這種材料在澆筑過程中，對(duì)內(nèi)外溫度差有著極高的控制要求，因?yàn)閮?nèi)外溫差的存在會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，而溫度應(yīng)力會(huì)使得混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，影響了公路橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

基于上述背景，水泥混凝土溫度控制技術(shù)的相關(guān)研究一直是各個(gè)高校和研究院所的重大課題。到目前為止，已經(jīng)有很多文獻(xiàn)發(fā)表了研究成果。如，李建濤針對(duì)永定河特大橋橋梁基礎(chǔ)承臺(tái)大體積混凝土工程項(xiàng)目，進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)和控制兩個(gè)主要方面研究，針對(duì)降溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布置缺陷為施工提供參考；盧天亮以木蘭松花江公路大橋38號(hào)承臺(tái)混凝土工程項(xiàng)目為例，通過監(jiān)測(cè)各項(xiàng)溫度數(shù)據(jù)，得出混凝土水化熱溫升的一般規(guī)律，并對(duì)常見的溫度控制技術(shù)的控制效果進(jìn)行測(cè)試。張海艦、魏新民、賀凱采用計(jì)算機(jī)溫度監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控混凝土溫度的變化，根據(jù)測(cè)溫結(jié)果提出養(yǎng)護(hù)措施，控制溫差，有效地控制了大體積混凝土在硬化、養(yǎng)護(hù)過程中出現(xiàn)裂縫。

溧陽(yáng)市開發(fā)區(qū)境內(nèi)泓口村的泓口大橋建設(shè)中的承臺(tái)工程，研究了一種水泥混凝土澆筑溫度監(jiān)控方法。該方法研究分為三部分：第一部分對(duì)承臺(tái)澆筑過程的溫度變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)；第二部分根據(jù)測(cè)溫結(jié)果，實(shí)施溫度控制措施，以避免產(chǎn)生裂縫；第三部分進(jìn)行公路橋梁承臺(tái)水泥混凝土溫度控制效果分析，并與溫度控制目標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，檢測(cè)溫度控制效果。通過本研究以期為公路橋梁水泥混凝土澆筑過程中的溫度控制提供參考和建議。

1 公路橋梁水泥混凝土澆筑溫度監(jiān)測(cè)

1.1 工程概況

為降低航道改線給S241公路造成的阻礙，在溧陽(yáng)市開發(fā)區(qū)境內(nèi)泓口村預(yù)設(shè)一座公路橋梁，保證原有城市主干道暢通。航道南側(cè)農(nóng)田較多，地勢(shì)平坦，蕪申線通航標(biāo)準(zhǔn)為三級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)，凈空要求60m×7m，規(guī)劃駁岸口寬度為70m。

虹口大橋共有承臺(tái)12個(gè)，分為四種類型，其中7號(hào)、8號(hào)墩為大體積混凝土承臺(tái)，其他承臺(tái)體積較小，屬于常規(guī)施工。因此本文選擇7號(hào)墩承臺(tái)的水泥混凝土澆筑為例，進(jìn)行澆筑溫度監(jiān)控研究。7號(hào)墩承臺(tái)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 7號(hào)墩承臺(tái)結(jié)構(gòu)(單位：mm)

7號(hào)墩承臺(tái)混凝土為C40混凝土，其配合比及特征值見表1、表2[3]。

表1 7號(hào)墩承臺(tái)水泥混凝土配合比擬定方案

為C40混凝土的熱特性值見表2。

表2 C40混凝土的熱特性值

續(xù)表

1.2 水泥混凝土承臺(tái)澆筑工作

水泥混凝土公路橋梁承臺(tái)澆筑工作順序如下：

a.做好水泥混凝土公路橋梁承臺(tái)澆筑前的準(zhǔn)備工作，包括各種原材料的準(zhǔn)備工作、待施工道路的提前修整工作、備用電源的準(zhǔn)備工作[4]。

b.水泥混凝土公路橋梁承臺(tái)模板安裝并加固。

c.按照配合比擬定方案在拌和站集中拌和水泥混凝土，并運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)。

d.利用輸送泵車將混凝土輸入到公路橋梁承臺(tái)模型中[5]。

e.澆筑方式選擇。目前澆筑方式主要分為三種，在這里采用全面分層澆筑法進(jìn)行澆筑，按25cm一層進(jìn)行澆筑。

1.3 公路橋梁水泥混凝土澆筑溫度監(jiān)測(cè)

公路橋梁水泥混凝土澆筑溫度監(jiān)測(cè)工作主要分為兩項(xiàng)內(nèi)容，即測(cè)溫元件的選擇和布設(shè)方案、溫度監(jiān)測(cè)方案。下面進(jìn)行具體分析。

1.3.1 測(cè)溫元件的選擇和布設(shè)方案

公路橋梁水泥混凝土澆筑溫度控制的前提是能夠準(zhǔn)確掌握承臺(tái)內(nèi)外溫度變化，因此，測(cè)溫元件的選擇和布設(shè)至關(guān)重要[6]。

a.測(cè)溫元件的選擇。本研究中選擇的測(cè)溫元件有兩種，一種是YJ-4200振弦式應(yīng)變傳感器，應(yīng)用于承臺(tái)內(nèi)部溫度的監(jiān)測(cè)；一種是DTM-280數(shù)字溫度計(jì)，應(yīng)用于承臺(tái)外部，包括上面、下面和側(cè)面的溫度監(jiān)測(cè)[7]。二者性能參數(shù)見表3、表4。

表3 YJ-4200振弦式應(yīng)變傳感器性能參數(shù)

表4 DTM-280數(shù)字溫度計(jì)主要性能指標(biāo)

b.測(cè)溫元件布設(shè)。根據(jù)《大體積混凝土施工規(guī)范》(GB 50496—2009)要求對(duì)監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)。

YJ-4200振弦式應(yīng)變傳感器布設(shè)方案見表5。

表5 YJ-4200振弦式應(yīng)變傳感器內(nèi)部布設(shè)方案

續(xù)表

DTM-280數(shù)字溫度計(jì)布設(shè)見圖2。DTM-280數(shù)字溫度計(jì)放置于澆筑承臺(tái)的上面、下面和側(cè)面。其中，上面的數(shù)字溫度計(jì)位于承臺(tái)表面以下在5cm處，底層的數(shù)字溫度計(jì)位于承臺(tái)底面以上5cm處[8]。

圖2 DTM-280數(shù)字溫度計(jì)布設(shè)方案

1.3.2 溫度監(jiān)測(cè)方案

公路橋梁水泥混凝土承臺(tái)在澆筑和凝固過程中都需要進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)流程見圖3。

圖3 公路橋梁水泥混凝土承臺(tái)溫度監(jiān)測(cè)流程

溫度監(jiān)測(cè)方案如下：

a.澆筑前，連續(xù)觀測(cè)3次取平均值。

b.入模溫度測(cè)量，每1h1次。

c.澆筑后，采集一次溫度并進(jìn)行詳細(xì)記錄，檢查時(shí)間從每天的0時(shí)開始，之后每2h采集1次，持續(xù)時(shí)間為15天[9]。

2 公路橋梁水泥混凝土澆筑溫度控制研究

根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果，實(shí)施溫度控制。在本研究中，主要進(jìn)行三項(xiàng)工作，即確定溫度控制目標(biāo)、澆筑前的公路橋梁水泥混凝土承臺(tái)的溫度控制、澆筑后的公路橋梁水泥混凝土承臺(tái)的溫度控制[10]。

2.1 確定溫度控制目標(biāo)

溫度控制在一定目標(biāo)范圍內(nèi)才能確保承臺(tái)內(nèi)部不會(huì)出現(xiàn)裂縫，保證其耐久性和安全性[11]。根據(jù)《大體積混凝土施工規(guī)范》(GB 50496—2009)要求，確定公路橋梁水泥混凝土溫度控制目標(biāo)(見表6)。

表6 公路橋梁水泥混凝土溫度控制目標(biāo)

2.2 澆筑前的公路橋梁水泥混凝土溫度控制

公路橋梁水泥混凝土溫度控制不能完全依靠澆筑完成后的溫度控制措施進(jìn)行，在澆筑前也要進(jìn)行溫控，以保證達(dá)到溫度控制目標(biāo)。具體措施如下：

a.澆筑公路橋梁水泥混凝土承臺(tái)時(shí)，采用低水化熱水泥——礦渣水泥，同時(shí)摻緩凝劑等外加劑延長(zhǎng)混凝土凝固時(shí)間[12]。

b.降低承臺(tái)澆筑入模溫度，入模溫度控制在不高于28℃。避免氣溫高時(shí)澆筑混凝土，冷卻拌和水，水中摻冰，沖洗骨料，對(duì)泵送管噴水降溫。

c.采取薄層分層的方法進(jìn)行澆筑，以便于散熱，每層的澆筑厚度最好不大于30cm。澆筑過程中速度也要保持均衡，并且需要伴有振搗，防止水泥混凝土層中留有氣泡[13]。

d.選取填充骨料時(shí)，為減少收縮變形，需要選取含泥量較小的骨料類型。此外，水泥混凝土在滿足泵送前提下，盡量降低含砂率。水泥混凝土的坍落度在滿足泵送條件下盡量選小值，及時(shí)排除澆筑過程中水泥混凝土的沁水。

2.3 澆筑后的公路橋梁水泥混凝土溫度控制

澆筑后的公路橋梁水泥混凝土溫度控制主要通過布設(shè)在承臺(tái)上的冷卻水管來(lái)完成。冷卻水管一般與測(cè)溫元件一起布設(shè)完成。采用的冷卻水管直徑最好控制在30～35mm之間，壁厚也要不小于3mm，材料要選擇不易腐蝕材料，如鍍鋅水管，防止漏水。冷卻水管一般采用水平的方式布設(shè)在不同的層面內(nèi)，層間距一般為0.8m[14]。

a.當(dāng)監(jiān)測(cè)到混凝土承臺(tái)內(nèi)部溫度過高時(shí)，要加大底冷卻水管內(nèi)冷水的流量，以保證溫度能夠快速降下來(lái)，維持內(nèi)外溫差在目標(biāo)范圍內(nèi)。

b.如果發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)外溫差過大，可加大冷卻力度降低混凝土的內(nèi)部溫度，同時(shí)對(duì)混凝土表面進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)[15]。

3 公路橋梁承臺(tái)水泥混凝土溫度控制效果分析

按照上述方法進(jìn)行公路橋梁承臺(tái)水泥混凝土溫度監(jiān)控。繪制監(jiān)控過程中的7號(hào)承臺(tái)大體積混凝土溫度參數(shù)變化曲線(見圖4)。

圖4 7號(hào)承臺(tái)大體積水泥混凝土溫度變化曲線

統(tǒng)計(jì)圖4中7號(hào)承臺(tái)大體積水泥混凝土溫度參數(shù)，得到溫度監(jiān)控結(jié)果(見表7)。

表7 7號(hào)承臺(tái)大體積水泥混凝土溫度監(jiān)控結(jié)果

對(duì)7號(hào)承臺(tái)大體積水泥混凝土溫度進(jìn)行的監(jiān)控結(jié)果表明：澆筑期間各項(xiàng)數(shù)據(jù)都在規(guī)定的目標(biāo)范圍內(nèi)，監(jiān)控方法是有效的。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，在現(xiàn)代公路橋梁項(xiàng)目工程中，水泥混凝土是最常見的建設(shè)材料。這種材料具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、耐久性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但是該材料在澆筑過程中，對(duì)溫度控制的要求較高，否則極易出現(xiàn)裂縫，影響了水泥混凝土構(gòu)件的安全性和穩(wěn)定性。為此，進(jìn)行公路橋梁水泥混凝土澆筑溫度監(jiān)控方法研究。該研究分為溫度監(jiān)測(cè)和溫度控制兩個(gè)方面。通過實(shí)例測(cè)試，證明了所研究方法應(yīng)用的控制效果。然而，本研究?jī)H在仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行，與工程實(shí)際情況還存在一定的差異，因此得到的結(jié)果偏于理想化，有待在實(shí)際工程環(huán)境下進(jìn)行實(shí)測(cè)研究。