基于互聯網+的高速鐵路懸澆箱梁冬期施工技術及應用

胡國偉

（中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030001）

連續梁在高速鐵路的建設中應用廣泛，且多采用懸臂施工。0號塊混凝土體積大，冬季施工自然養護時混凝土強度增長緩慢，易產生溫度裂縫，很難保證在后續施工時的工程質量。需要采用養護措施減小內外部的溫差，保證混凝土在水化過程中的溫度應力滿足工程的要求，保證施工質量。

1 工程概況

濟青高鐵設計最高運行速度350 km/h，鄒淄特大橋（60+100+60）m。預應力混凝土連續梁橋在一般大氣條件下無防護措施的地面結構，環境類別為碳化環境，作用等級為T2，梁體結構設計使用壽命為100年，橋梁采用懸臂澆筑施工，橋上不設人行道檢查車走行通道。

跨中連續梁0號節段長14 m，混凝土為354.37 m3；梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁，全聯在端支點、中支點處設橫隔板，橋梁寬12.6 m，梁全長221.5 m，計算跨度60 m+100 m+60 m，中支點截面中心線處梁高7.835 m。墩頂0號塊截面如圖1所示。

圖1 墩頂0號塊截面

2 大體積混凝土冬季施工溫度場理論分析

2.1 有限元模型的建立

使用有限元軟件MIDAS/FEA模擬橋梁冬季施工養護的過程。對混凝土的溫度場進行計算，確定可行的溫度控制方案，指導在相似環境下的施工。對于MIDAS/FEA的熱分析功能，在能量守恒的基礎上建立熱平衡方程，再用有限元的計算方法將節點的溫度求出來，最后根據溫度可以將其他的物理參數推導出來。建模主要針對在冬季施工的0號截斷。

主梁采用C50混凝土，混凝土的泊松比0.2、彈性模型3.45e+04（N/mm2）、比熱、線膨脹系數1e-05、容重2.5e-5（N/mm3）、傳導率 2.6～2.8（W/m·[T]）比熱 0.92-1.04（kJ·kg/N/[T]）。對流系數：鋼模版14W/m2[T]、模版6W/m2[T]、外部接觸面13W/m2[T]。

2.2 水化熱溫度時程分析

影響混凝土溫升的因素包括水泥品種及用量、混合料的種類、用量及混凝土的澆筑溫度即入模溫度。本文主要研究水泥品種、用量、混合料種類、用量一定的情況下對其溫度控制進行研究。

通過對混凝土中心位置處時變溫度的分析可以得到以下：①在混凝土水化的前120 h左右，溫度基本達到最大值；②在混凝土的用量標號及外加劑一定的情況下，最大溫升與原材料和入模溫度有關；③混凝土降溫的最低點接近環境溫度；④在混凝土溫度下降的過程中，其下降速率基本相同。

由圖2可知：①在環境溫度升高、入模溫度保持不變時，對內部溫度的影響不大，表面溫度隨溫度的升高而升高，里表溫差減小。在養護結束時，結構內部和表面的溫度接近環境溫度。②入模溫度主要對最大溫升有影響。對于控制裂縫發生的里表溫差，環境溫度越高，其差值越小。③混凝土內部和表面達到最高溫度的時間不同，混凝土表面達到最高溫度比內部達到最高溫度的時間略有提前。④在28 d后，表面溫度與混凝土內部溫度基本相同。

3 智能養護及溫濕度監測系統的應用

我國較大規模的混凝土冬季施工從建國初期便已開始，取得了豐富的經驗。隨著科學技術的不斷進步，新的施工方法和技術手段得到了應用，不斷出現的混凝土施工方法，在原有的基礎上都有了新的發展和創造，一些新材料、新技術、新工藝的應用，在混凝土施工中起到了越來越重要的作用。越來越多的施工單位注重對混凝土養護過程中的溫度進行實時監控，在混凝土配合比等其他條件一定的情況下，通過溫度控制混凝土的水化過程。

圖2 墩頂0號塊水化墊分析結果示意圖

混凝土橋梁冬季施工保溫棚的運用在國內也經歷了一個初步發展的過程，起初保溫棚大多使用帆布草墊子及木骨架搭設，此種保溫棚不透光、造價高、費時費力。塑料保溫棚大多采用木材或鋼腳手架作為支撐，利用塑料薄膜進行維護。采暖設備由以往的燒木材的火爐向鍋爐、氣暖等發展?；诨ヂ摼W+的連續梁冬施智能自動保溫養護及溫濕度監測技術，采用同掛籃一體化移動的暖棚對掛籃進行整體外包封閉，通過安裝的電蒸汽發生器產生高溫蒸汽，布設蒸養管道后將蒸汽傳送至梁體各個部位進行蒸養，并通過專用溫濕度監測元件和無線傳輸技術，實現了管理人員隨時隨地掌握連續梁各節段冬施過程中的溫濕度數據，對各部位的養護情況進行實時監測和分析養護效果，有效保證了混凝土的強度增大，通過電子數據監測具有良好的追溯性。

圖3 基于互聯網+的智能養護暖棚

該技術整套系統主要由梁體節段密封保溫棚、電蒸汽發生器、溫濕度傳感器、智能網關、便攜式路由器等部分組成，其主要優點為：①暖棚結構質量輕、強度高、密封好、阻燃、保溫效果好，解決了傳統暖棚法由煙或燃燒氣體產生的二氧化碳加速混凝土碳化等問題；②梁體保溫效果好，熱損低于30%；③保溫棚內溫度低于設定值后設備自動啟動，產生高溫蒸汽；④可實現各級管理人員隨時隨地查看當前及歷史混凝土養護溫濕度，并形成數據曲線，直觀反映養護質量；⑤成本低廉，一套設備可伴隨整個冬季施工過程。

4 結論

在理論研究的基礎上，對混凝土水化過程中溫度的變化規律進行了總結，提出了滿足工程實際要求的溫度控制措施。通過在安裝全自動蒸汽發生器和溫濕度智能監測系統，開發出了一套基于互聯網+的連續梁冬期施工自動保溫養護及溫濕度監測系統，達到了實時信息共享的目的，為其他類似工程懸澆箱梁冬期施工的信息化管理提供了科學、有效的指導。

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