某桥连续道岔箱梁水化热测定与分析

吴道洪

(中铁十二局第七工程有限公司， 湖南长沙 410000)

某桥连续道岔箱梁水化热测定与分析

吴道洪

(中铁十二局第七工程有限公司， 湖南长沙 410000)

文章结合佛山西站工程SG1标段连续道岔箱梁工程，选取单箱室梁端截面和单箱室向双箱室过渡段截面进行布点测试，分别在底板、腹板和顶板布置了温度传感器，定时检测混凝土箱梁不同部位的温度变化情况，通过检测数据的采集并分析了水化热引起的绝对温度和相对温差的变化规律，为现浇箱梁施工的温度监控和养护提供可靠的参考。

客运专线； 连续道岔箱梁； 水化热； 温度监控； 温差

1 工程概况

佛山西站工程SG1标段位于佛山市南海区狮山镇，沿线桥梁工程比重大，高架区的桥梁连接为一个整体，梁部形式分为：①单、双线简支梁，多线时采用组合形式，对于多线并置时如线间距不足，则采用切翼缘板方式组合，箱体尺寸不变。②桥面等宽、桥面变宽的道岔连续梁。③站区双线、三线、四线组合连续箱梁，其单个标准段32 m梁的梁长为32.7 m，计算跨度为31.1 m，梁高2.2 m，梁端桥梁宽度为8 m，过渡段桥梁宽度为10.6 m，具体截面形式如图1和图2所示。采用满足环保要求的C50高性能混凝土。梁端和过渡段腹板厚度为0.35 m，加之倒角等构成梁端混凝土局部体积较大，而其他部位相对较小。因此，该部位混凝土箱梁容易引起较大的水化热温度差。

图1 梁端单箱单室截面示意

图2 过渡段单箱双室截面示意

2 测试方法

根据32 m双线整体箱梁的截面设计形式，为充分反映水化热的变化情况，试验时选择梁端支座处单箱单室箱梁截面和中支座处过渡段的单箱双室箱梁截面进行测试，箱梁截面如图1和图2所示。在这些截面的腹板、底板和顶板内布设温度传感器。在单箱单室截面布置18个温度传感器，在单箱双室截面布置21个温度传感器，端部截面布点位置距离梁端0.8 m，为了方便后期测试温度梯度之用，将传感器的引线均集中在箱内引出，测点布置如图3和图4所示。温感测头采用WRNK-191型热电偶，测试仪器采用长泷仪表直接测读温度值。

图3 梁端截面测点布置

图4 过渡段截面测点布置示意

3 测试结果与分析

本工程箱梁于2014年10月2日夜间20∶30开始浇筑第一盘混凝土，10月3日中午12∶00浇筑完毕，历时15.5 h。由于受浇筑后现场管理影响，本次测试于10月3日下午18∶00开始。其中单箱单室截面中F1-2测点数据、单箱双室截面中F2-3、B2-2、B2-3测点数据以及单箱双室2号截面中F2-3测点数据，由于浇筑过程浇筑冲击和振捣作用导致引线断路，所以无法测读数据，但不影响整体测试结果。为测得混凝土水化热的最高绝对温度和最大温差，在混凝土浇筑后0～48 h期间每2 h测试一次；在48～72 h期间，每3 h测试一次；在72～120 h期间，每6 h测试一次。梁端单箱单室截面和过渡段单箱双室截面绝对水化热升温规律如图5和图6所示。

(a) 梁端箱梁截面顶板和腹板温度变化曲线

(b)梁端箱梁截面腹板和底板温度变化曲线图5 梁端单箱单室截面测点温度曲线

混凝土水化热温度监测的目的是为进行控制结构的温差和防止因温差应力导致混凝土产生内部裂缝的控制措施提供参考。为了求得结构的最大温差，在垂直方向只需找到腹板最高温度与腹板最低温度之差，而水平方向可沿顶底板得到温差，通过数据汇总分析得到梁端单箱单室截面和过渡段单箱双室截面温差变化规律如图7和图8所示。

通过对以上测得的混凝土水化热温度变化规律和温差变化规律的分析可知：

(a)梁端箱梁截面顶板和腹板温度变化曲线

(b)梁端箱梁截面腹板和底板温度变化曲线图6 过渡段单箱双室截面测点温度曲线

(1)梁端部截面最高温度出现在腹板上测点F1-3，温度71.8℃，发生于混凝土浇筑后17小时；过渡段截面最高温度出现在腹板上测点F2-4，温度为86.2℃，发生于混凝土浇筑后23小时。梁端部截面最低温度为24.5℃于底板B1-2处，过渡段截面最低温度为25℃于底板B2-5处，最低温度出现在同一时刻均出现在混凝土浇筑后63小时。由于浇筑顺序为从单箱室梁端开始浇筑，梁端部测点的初始测读温度相对于过渡段截面测点温度较高(图5、图6)。

图7 梁端单箱单室截面温差曲线

(2)由图5和图6可知，梁端截面和过渡段截面测点温度变化有相似的规律，即测点温度达到最大值后，此时混凝土释放的热量和散失的热量近乎达到平衡状态，此后温度开始下降，下降初期较快，后期较慢。

(3)两个截面测点温度中腹板处测点温度普遍较高，梁端面腹板内侧处测点(F1-3)温度明显高于该截面其余位置测点的温度,这是由于腹板比较厚且测点位于腹板箱室内侧，混凝土温度受外界环境影响较小，水化热向外界传导很慢；过渡段截面中腹板测点F2-4的温度明显高于该截面其余位置的测点温度，这是由于中腹板两侧箱室内的温度较高且与外界环境接触和对流作用较少，水化热温度向外界传导较慢。相对于腹板，梁端截面和过渡段截面的底板和顶板位置测点温度均较低，其原因是位于顶底板测点温度与外界对流作用较多且受外界环境影响较大，水化热向外界传导较快，所以其温度均较低。

图8 过渡段单箱双室截面温差曲线

(4)梁端截面腹板温差分析中，左右腹板最大温差均于浇筑后23 h左右出现，左腹板最大温差达到25.5℃，而右腹板的最大温差为15.1℃。这是由于施工时浇筑右边腹板时为凌晨，环境温度较低，浇筑左边腹板时为上午，环境温度较高，浇筑左右腹板时的环境温度相差很大，这导致了左腹板的最大温差大于右腹板。梁端截面顶底板温差分析中，顶底板最大温差也均于浇筑后23 h左右出现，顶板最大温差达到10.2℃，而底板的最大温差为17.1℃，这是由于箱梁浇筑后，洒水养护时主要在顶板进行洒水并覆盖保湿，所以顶板温差相对于底板温差较低。

(5)过渡段截面腹板温差分析中, 左右腹板最大温差均于浇筑后21至23小时左右出现，左腹板最大温差12.4℃，右腹板最大温差28.6℃。这是由于施工时浇筑右边腹板时为中午后，环境温度较高，浇筑左边腹板时为傍晚以后，环境温度较低，浇筑左右腹板时的环境温度相差很大，这导致了左腹板的最大温差低于右腹板。过渡段截面顶底板温差分析中，顶板最大温差均于浇筑后15小时出现，顶板最大温差达到25.1℃。底板最大温差均于浇筑后16小时出现，底板的最大温差为28.3℃，这是由于箱梁浇筑后，洒水养护时主要在顶板进行洒水并覆盖保湿，所以顶板温差相对于底板温差较低。

(6)本次温度测试于浇筑完成后6 h才开始测读，且本工程箱梁梁体较长，浇筑时间也较长，浇筑完成后部分梁段实际浇筑完成时间达12 h以上，混凝土水化热反应已持续十多个小时。因此，本次初始测读箱梁混凝土温度均较高，但不影响混凝土水化热变化趋势分析。

4 结论及建议

4.1 结论

根据实测结果得出如下主要结论：

(1)实测数据表明，箱梁混凝土水化热产生的温度在浇筑后16～22 h达到最大值，且均出现在箱梁腹板位置处，之后温度平稳下降。

(2)箱梁混凝土水化热所产生的温度应力是混凝土开裂的主要原因，温差最大值与构件厚度有关，箱梁构件厚度越大，温差也就越大；本次测试最大温差均出现在箱梁腹板位置处。

(3)浇筑施工顺序、浇筑时环境温度变化及洒水养护工序均对混凝土水化热温度和温差产生较大影响。

根据以往相关工程经验和研究表明，对于混凝土箱梁水化热温差控制在25℃左右一般不会产生温差应力裂缝[2,4]。通过对该工程实测的水化热温度及温差数据分析可知：最大温差出现在过渡段箱梁截面处，其腹板和底板最大温差为28℃左右，因此，本工程浇筑后箱梁混凝土发生温度裂缝的可能性很小。在环境温度比较高的情况下采取初步降温措施后，混凝土的绝对升温和相对温差均可以控制在比较合理的范围内。两个截面测点腹部处混凝土的温差相对比较高，过渡段底板处温差也相对较高，而且外界环境温度变化影响下，温差有进一步增大的趋势。

4.2 建议

建议采取以下措施对浇筑后混凝土水化热温度和温差加以控制：

(1)在端部和支座处梁段的混凝土应进一步降低拌和水温，将拌和水温度控制在15℃以下；浇筑后进行洒水养护时，着重在端部和支座处梁段及道岔梁过度梁段进行洒水养护并做好覆盖保湿措施。

(2)箱梁混凝土水化热温度和温差较高往往出现在腹板和底板。因此，浇筑后进行洒水养护时，除对顶板洒水养护，还应对箱梁箱室内进行洒水或蒸汽养护，必要时可对箱室进行鼓风通风让空气对流，这样降低箱室内温度同时，可降低腹板和底板温度和温差。

(3)对于长跨的连续箱梁，浇筑时间较长。因此，浇筑过程，可以优先对已浇筑完成较长时间以后的梁段采取初步养护措施，避免混凝土错过养护最佳时间。

[1] 赵国利.桥梁承台大体积混凝土施工中的温度测控及防裂技术[J].铁道工程学报，2005,86(2):27-30.

[2] 刘兴法.混凝土结构的温度应力分析[M].北京：人民交通出版社，1991.

[3] 朱伯芳.水工混凝土结构的温度应力与温度控制[M].北京：水利电力出版社，1976.

[4] 杨梦蛟,牛斌,马林,等.秦沈客运专线预应力混凝土双线整孔简支箱梁制造工艺[J].中国铁道科学，2002,23(1):46-50.

[5] 胡波.浅析某桥南锚碇大体积混凝土浇筑的温度控制[J].广西工学院学报，2005,16(20)：90-93.

吴道洪(1983～), 男，公路与桥梁专业，助理工程师，主要从事路桥施工技术与管理工作。

TU755.6

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[定稿日期]2015-05-19