湖底隧道施工中混凝土水化热温度变化规律研究

习小华，谷拴成

(1.西安科技大学 建筑与土木工程学院，西安 710054;2.江西省交通科学研究院，南昌 330038)

某湖底隧道部分管节的底板、侧墙及顶板厚度约为1.0 m，节段最大长度达45 m，属于大体积混凝土。在大体积混凝土施工中的突出任务是控制混凝土温度裂缝的发生，确保隧道在运营过程中的安全。本文以工程实例的温度观测为依据，得出了湖底隧道在施工中混凝土内部水化阶段不同位置的温度变化规律，为今后湖底隧道的设计、施工提供参考依据。

1 工程概况

某湖底隧道某一节段采用钢筋混凝土双孔矩形箱涵结构，结构净高5.450～6.226 m，净宽2.0×8.9 m，底板顶面高程+7.708 m～+10.73 m，顶板厚80 cm，侧墙厚80 cm，中隔墙60 cm，底板厚80 cm，阶段长度为20 m。该混凝土为 C30P8抗渗混凝土，采用P.S42.5普通硅酸盐水泥，本地的河砂，粗集料为5～40 mm的连续级配碎石，拌合用水为饮用水。掺合剂采用Ⅱ级粉煤灰，外加剂为聚羟酸盐高效减水剂LCX-9和UEA。在节段内一个断面埋设了温度传感器，对温度进行观测，以确保该湖底隧道施工主体结构的稳定性、防水性能和尽量减少结构裂缝的发生。

2 温度测试方案

2.1 测点布置(图1)

2.2 数据采集

温度观测采用湖南长沙金码高科技实业有限公司制造的JMZX-215型埋入式混凝土应变计(温度型)，采用JMZX-3001综合测试仪进行测试。混凝土水化阶段温度场的数据采集频率为从混凝土入模开始每2 h测试一次，混凝土入模6 h至混凝土养护72 h内，每1～2 h测试一次，混凝土龄期达到72 h后每4～12 h测试一次，直到温差在5℃内。

图1 温度测点布置示意

2.3 监测成果分析

1)顶板和底板温度变化情况(图2、图3)

图2 顶板各测点实测温度与时间关系曲线

图3 底板各测点实测温度与时间关系曲线

从图2可知，顶板各测点在入模42～50 h后出现最高温度，为31.2℃ ～34.1℃，各测点温度在上升阶段的最大速率为1.13～1.75℃/h，温度下降阶段速率以0.10～0.30℃/h为主，顶板各测点的温度值相差不大，这说明顶板混凝土的温度均匀性比较好。从图3可知，底板混凝土内部各测点在入模17～23 h后出现最高温度，为36.1℃ ～47.9℃，各测点温度在上升阶段的最大速率为1.53～2.81℃/h，温度下降阶段速率以0.10～0.30℃/h为主。

2)侧墙温度变化情况(图4、图5)

图4 左侧墙各测点实测温度与时间关系曲线

图5 右侧墙实测温度与时间关系曲线

从图4、图5可以看出，侧墙各测点在入模34～50 h后出现最高温度，最高温度为32.9℃ ～37.3℃，混凝土内部各测点温度在上升阶段的最大速率为0.86～1.53℃/h，温度下降阶段速率以0.20～0.60℃/h为主。左侧墙的温度与右侧墙温度、侧墙中心温度与两侧温度比较接近，这说明混凝土内部的温度比较均匀。

3 混凝土绝热升温分析

根据水工混凝土结构设计规范可知，混凝土在龄期t时的绝热升温Tt可采用下式计算

龄期t时刻的累积水化热

式中，C为包括水泥及粉煤灰的胶凝材料用量(kg/m3);c为水泥混凝土的比热容(kJ/kg·K);p为粉煤灰掺量的百分数;ρ为混凝土的密度(kg/m3);Q0为最终水化热(kJ/kg);t为龄期(d);m、n为常数。

侧墙实测温度与计算温度结果见表1。

表1 侧墙实测温度及计算温度 ℃

4 结论

1)各测点的温度都经历了快速升温—达到峰值—缓慢降温—基本稳定4个阶段;本次使用的水泥在入模约17～54 h后出现了最高温度，早于一般水泥的 48～72 h。

2)监测数据表明，断面底板各测点最高温度为36.1℃ ～47.9℃，侧墙各测点的最高温度为32.9℃～37.3℃，顶板各测点的最高温度31.2℃ ～34.1℃，因此在施工中应着重对底板水化热温度进行控制。当混凝土内外温差＜25℃时，一般不会出现温度裂缝。

3)实测温度与理论计算温度存在一定的差距，说明水泥水化热问题比较复杂。

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