温度对工程建设的影响与控制

赵泽淘，张 涛，王 辉，苏瑞同

(1.河南水建集团有限公司，河南 郑州 450008；2河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南 郑州 450000；3.河南省交院工程检测科技有限公司，河南 郑州 450000)

1 温度影响概述

工程结构始终处于自然环境当中，而自然环境又处于时刻的变化当中对工程结构本身也会造成较大的影响。尤其是工程结构内外温度的变化，会导致结构本身产生温度应力，使得其表面产生不同的收缩和膨胀量，而结构本身又是一个连续的整体，不允许各部分因为温度变化而产生自由的收缩和膨胀，导致工程结构内部各部分之间产生了一定的作用力，一旦超过了结构本身所能承受的力量，工程结构就会出现变形等问题。在钢筋混凝土中,在混凝土浇筑时,内部过高的水化温度,往往在混凝土内部会产起较大的拉应力，有时温度应力甚至超过其他外荷载所引起的应力，使结构产生破坏等[2]。

根据温度变化速度和延续时间，温度影响分为以下几类：

(1) 年温度变化温度场：该种温度场相对形成的时间比较长对工程结构的影响也比较小，主要对结构的整体温变产生影响，所以在考虑年温度变化时，应当以整个工程结构的平均温度作为依据。

(2) 日温度变化温度场：由于日温温度变化所形成的温度场，对工程结构的影响较为复杂。根据有关调查表明，日温温度变化主要受到太阳辐射、气温以及风速等环境因素的影响，而随着温度的变化。会导致工程结构表面和内部的温度在较短的周期内发生变化，而这种变化只会影响到工程的局部结构因此，在深入研究过程中只需要对结构的局部温差变化进行分析即可。

(3) 骤然降温所形成的温度场：因为极端天气或者日照降温的影响，导致工程结构的外表面材料受到环境的影响出现受冷收缩，而且内部材料因为温度传导的不及时，还未发生相对应的收缩变形，导致工程结构内外温度不一致，收缩不一致产生变形、裂缝等问题。

由于年温度变化可以在设计计算时预先考虑，而骤然降温和日温度变化所引起的应力和变形难以预先控制，必须在施工过程中及时做好预防和监控。在水利水电工程建设中，水化热导致的温度变化不但可能导致裂缝的产生，对构筑物的应力状态也有不可忽略的影响，有时温度应力在数值上可能超过其他荷载引起的应力[2]。以大型桥梁为例，介绍工程建设中的骤然降温和日温度变化的控制措施。

2 工程概况

某南水北调特大桥全长327.48 m，主桥长317 m，桥梁跨径组成为(175+93+49)m。采用塔梁墩固结的刚构体系。主塔纵向为单柱型、横向为类似倒Y型布置的混凝土结构，塔柱高96 m。

主塔墩(1号墩)基础由二个分离承台组成，承台平面尺寸为18.9 m×18.9 m、高6.0 m，每个承台下16根直径2.0 m桩基础，桩长80 m。横桥向的两个承台之间设置宽度6.2 m、高度6.0 m的系梁，以增加承台的整体刚度。

该南水北调特大桥的承台属于大体积混凝土，需要进行温度监控，依据施工方案确定温度监控部位，并埋设温度测量设备。

3 大体积混凝土温度监控

对大型桥梁，由于地基承载力较弱，为了能够满足承载力要求，需要设计出较大的承台以增加接触面积，由于承台的混凝土体积巨大，施工时水泥与水产生水化反应，在产生反应的过程中，会产生大量的热量，那么就会对混凝土的导热系数、质量造成一定的影响，大量的热量无法有效地散发，就会使热量始终都在混凝土的内部结构中，就会造成建筑温度的升高，在热量持续增高的情况下，就会引发混凝土的开裂问题，无法确保混凝土的质量[3]。

根据《大体积混凝土工程施工规范》(GB 50496-2012)进行温度监控测点布置，并进行冷凝水管预埋，确保连通。主墩承台分2次浇筑，每个浇筑层布设3层水管,水管水平管间距为100 cm,垂直管间距为100 cm,距离砼表面或侧面的距离不小于50 cm,承台单层4～5套水管,每套水管长度不超过200 nm。水管采用φ48×3.0 mm无缝钢管,接头采用“大管套小管”的方式焊接连接。安装完成后试通水进行水密性检查,确保冷却水管的水密性[4]。

在1#墩承台测温点布置温度测点，控制水化热温度以及内外温差：共布置20个温度监控测点，1#～8#测点位于左幅中间层，17#～20#测点位于上、下层(距表面50mm)；9#～11#测点位于横系梁中间层，12#～16#测点位于右幅中间层。温度监控测点布置如图1所示。

图1 1#承台测温点布置图(单位：mm)

温度监控采用HC-TW20无线温度检测仪，具有自动采集功能，并且能够自动储存数据。1#墩左幅承台的浇筑于9月3日晚完成，当混凝土初凝后，开始进行温度监测，设置仪器每30分钟采集一次，现场安排操作人员轮流值班，定时检查主机数据及工作状态，确保仪器的正常工作。由于温度监控数据量庞大及篇幅所限，仅列出部分数据，1#～3#测点和大气温度测量记录等，见表1。

表1 1～3#测点和大气温度测量监控测量记录表

本次温度监控测量持续至9月15日，由现场记录数据总结，得出如下结论：

(1)1#墩左幅承台混凝土的最高温度Tma*为75.9 ℃，入模温度为27.8 ℃，最高升温48.1 ℃，小于50 ℃，符合规范要求；

(2)1#墩左幅承台混凝土里表温差最大35.8 ℃，大于规范要求的25 ℃，不符合规范要求，应加大冷凝管水流速度；

(3)1#墩左幅承台混凝土最大降温速率2.2 ℃/d，依据规范要求，降温速率不宜大于2.0 ℃/d，不符合规范要求，注意不能降温过快，应减缓水流速度，否则混凝土容易出现裂缝；

(4)1#左幅承台混凝土浇筑体表面与大气温差最大为35.9 ℃，根据规范要求，混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于20 ℃，不符合规范要求，应尽快覆盖，减小内外温差。

4 主梁合龙段测点布置

合龙段浇筑应选择温度较为稳定的时间段，在合龙段施工前3 d，施工单位、监测单位联合测量合龙段两端的大气温度、梁体温度、主梁位移等，连续监测时间为72 h。测试频率为白天每3 h测试一次，夜晚每1 h测试一次。在22#节段前端和24#节段前端布置温度位移联合测点，布置图如图2所示。

图2 温度测点布置

依据72 h测量数据，分析总结出主梁22#节段前端和24#节段前端高程随时间和温度的变化规律，找出最佳锁定时段。分析合龙段两端挠度变化值和大气、索塔及主梁的温度变化值，得出如下结论：

(1) 主梁梁端挠度数据与梁体温度的变化规律基本一致。

(2) 每天夜晚0～6点，合龙段两端高差趋于稳定。

(3) 每天6点钟，22#段前端高程值达到一天中的最高值，每天的凌晨3～6点，高程变化幅度较小，处于稳定时段。

根据主梁高程、温度测试数据，确定夜晚4～6点为最佳合龙时间，现场实际合龙顺利，线形平顺。

5 结束语

通过对温控措施的合理运用，也能有效控制混凝土的施工温度，进而使大体积混凝土温度指标满足工程要求[5]。本文阐述了温度对工程建设的影响，工程建设阶段应重点预防和控制骤然降温和日温度变化造成的影响，以某工程建设中大体积混凝土温度控制和梁端合龙高差变化来说明一些消除温度不良影响的方法，起到了良好的示范作用。