溫度對工程建設的影響與控制

趙澤淘，張 濤，王 輝，蘇瑞同

(1.河南水建集團有限公司，河南 鄭州 450008；2河南省交通規劃設計研究院股份有限公司，河南 鄭州 450000；3.河南省交院工程檢測科技有限公司，河南 鄭州 450000)

1 溫度影響概述

工程結構始終處于自然環境當中，而自然環境又處于時刻的變化當中對工程結構本身也會造成較大的影響。尤其是工程結構內外溫度的變化，會導致結構本身產生溫度應力，使得其表面產生不同的收縮和膨脹量，而結構本身又是一個連續的整體，不允許各部分因為溫度變化而產生自由的收縮和膨脹，導致工程結構內部各部分之間產生了一定的作用力，一旦超過了結構本身所能承受的力量，工程結構就會出現變形等問題。在鋼筋混凝土中,在混凝土澆筑時,內部過高的水化溫度,往往在混凝土內部會產起較大的拉應力，有時溫度應力甚至超過其他外荷載所引起的應力，使結構產生破壞等[2]。

根據溫度變化速度和延續時間，溫度影響分為以下幾類：

(1) 年溫度變化溫度場：該種溫度場相對形成的時間比較長對工程結構的影響也比較小，主要對結構的整體溫變產生影響，所以在考慮年溫度變化時，應當以整個工程結構的平均溫度作為依據。

(2) 日溫度變化溫度場：由于日溫溫度變化所形成的溫度場，對工程結構的影響較為復雜。根據有關調查表明，日溫溫度變化主要受到太陽輻射、氣溫以及風速等環境因素的影響，而隨著溫度的變化。會導致工程結構表面和內部的溫度在較短的周期內發生變化，而這種變化只會影響到工程的局部結構因此，在深入研究過程中只需要對結構的局部溫差變化進行分析即可。

(3) 驟然降溫所形成的溫度場：因為極端天氣或者日照降溫的影響，導致工程結構的外表面材料受到環境的影響出現受冷收縮，而且內部材料因為溫度傳導的不及時，還未發生相對應的收縮變形，導致工程結構內外溫度不一致，收縮不一致產生變形、裂縫等問題。

由于年溫度變化可以在設計計算時預先考慮，而驟然降溫和日溫度變化所引起的應力和變形難以預先控制，必須在施工過程中及時做好預防和監控。在水利水電工程建設中，水化熱導致的溫度變化不但可能導致裂縫的產生，對構筑物的應力狀態也有不可忽略的影響，有時溫度應力在數值上可能超過其他荷載引起的應力[2]。以大型橋梁為例，介紹工程建設中的驟然降溫和日溫度變化的控制措施。

2 工程概況

某南水北調特大橋全長327.48 m，主橋長317 m，橋梁跨徑組成為(175+93+49)m。采用塔梁墩固結的剛構體系。主塔縱向為單柱型、橫向為類似倒Y型布置的混凝土結構，塔柱高96 m。

主塔墩(1號墩)基礎由二個分離承臺組成，承臺平面尺寸為18.9 m×18.9 m、高6.0 m，每個承臺下16根直徑2.0 m樁基礎，樁長80 m。橫橋向的兩個承臺之間設置寬度6.2 m、高度6.0 m的系梁，以增加承臺的整體剛度。

該南水北調特大橋的承臺屬于大體積混凝土，需要進行溫度監控，依據施工方案確定溫度監控部位，并埋設溫度測量設備。

3 大體積混凝土溫度監控

對大型橋梁，由于地基承載力較弱，為了能夠滿足承載力要求，需要設計出較大的承臺以增加接觸面積，由于承臺的混凝土體積巨大，施工時水泥與水產生水化反應，在產生反應的過程中，會產生大量的熱量，那么就會對混凝土的導熱系數、質量造成一定的影響，大量的熱量無法有效地散發，就會使熱量始終都在混凝土的內部結構中，就會造成建筑溫度的升高，在熱量持續增高的情況下，就會引發混凝土的開裂問題，無法確?；炷恋馁|量[3]。

根據《大體積混凝土工程施工規范》(GB 50496-2012)進行溫度監控測點布置，并進行冷凝水管預埋，確保連通。主墩承臺分2次澆筑，每個澆筑層布設3層水管,水管水平管間距為100 cm,垂直管間距為100 cm,距離砼表面或側面的距離不小于50 cm,承臺單層4～5套水管,每套水管長度不超過200 nm。水管采用φ48×3.0 mm無縫鋼管,接頭采用“大管套小管”的方式焊接連接。安裝完成后試通水進行水密性檢查,確保冷卻水管的水密性[4]。

在1#墩承臺測溫點布置溫度測點，控制水化熱溫度以及內外溫差：共布置20個溫度監控測點，1#～8#測點位于左幅中間層，17#～20#測點位于上、下層(距表面50mm)；9#～11#測點位于橫系梁中間層，12#～16#測點位于右幅中間層。溫度監控測點布置如圖1所示。

圖1 1#承臺測溫點布置圖(單位：mm)

溫度監控采用HC-TW20無線溫度檢測儀，具有自動采集功能，并且能夠自動儲存數據。1#墩左幅承臺的澆筑于9月3日晚完成，當混凝土初凝后，開始進行溫度監測，設置儀器每30分鐘采集一次，現場安排操作人員輪流值班，定時檢查主機數據及工作狀態，確保儀器的正常工作。由于溫度監控數據量龐大及篇幅所限，僅列出部分數據，1#～3#測點和大氣溫度測量記錄等，見表1。

表1 1～3#測點和大氣溫度測量監控測量記錄表

本次溫度監控測量持續至9月15日，由現場記錄數據總結，得出如下結論：

(1)1#墩左幅承臺混凝土的最高溫度Tma*為75.9 ℃，入模溫度為27.8 ℃，最高升溫48.1 ℃，小于50 ℃，符合規范要求；

(2)1#墩左幅承臺混凝土里表溫差最大35.8 ℃，大于規范要求的25 ℃，不符合規范要求，應加大冷凝管水流速度；

(3)1#墩左幅承臺混凝土最大降溫速率2.2 ℃/d，依據規范要求，降溫速率不宜大于2.0 ℃/d，不符合規范要求，注意不能降溫過快，應減緩水流速度，否則混凝土容易出現裂縫；

(4)1#左幅承臺混凝土澆筑體表面與大氣溫差最大為35.9 ℃，根據規范要求，混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20 ℃，不符合規范要求，應盡快覆蓋，減小內外溫差。

4 主梁合龍段測點布置

合龍段澆筑應選擇溫度較為穩定的時間段，在合龍段施工前3 d，施工單位、監測單位聯合測量合龍段兩端的大氣溫度、梁體溫度、主梁位移等，連續監測時間為72 h。測試頻率為白天每3 h測試一次，夜晚每1 h測試一次。在22#節段前端和24#節段前端布置溫度位移聯合測點，布置圖如圖2所示。

圖2 溫度測點布置

依據72 h測量數據，分析總結出主梁22#節段前端和24#節段前端高程隨時間和溫度的變化規律，找出最佳鎖定時段。分析合龍段兩端撓度變化值和大氣、索塔及主梁的溫度變化值，得出如下結論：

(1) 主梁梁端撓度數據與梁體溫度的變化規律基本一致。

(2) 每天夜晚0～6點，合龍段兩端高差趨于穩定。

(3) 每天6點鐘，22#段前端高程值達到一天中的最高值，每天的凌晨3～6點，高程變化幅度較小，處于穩定時段。

根據主梁高程、溫度測試數據，確定夜晚4～6點為最佳合龍時間，現場實際合龍順利，線形平順。

5 結束語

通過對溫控措施的合理運用，也能有效控制混凝土的施工溫度，進而使大體積混凝土溫度指標滿足工程要求[5]。本文闡述了溫度對工程建設的影響，工程建設階段應重點預防和控制驟然降溫和日溫度變化造成的影響，以某工程建設中大體積混凝土溫度控制和梁端合龍高差變化來說明一些消除溫度不良影響的方法，起到了良好的示范作用。