基于互聯(lián)網(wǎng)+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(xù)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(yǎng)護時混凝土強度增長緩慢，易產(chǎn)生溫度裂縫，很難保證在后續(xù)施工時的工程質(zhì)量。需要采用養(yǎng)護措施減小內(nèi)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(zhì)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(xù)梁橋在一般大氣條件下無防護措施的地面結構，環(huán)境類別為碳化環(huán)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(xù)梁0號節(jié)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(lián)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(yǎng)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(huán)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(jié)點的溫度求出來，最后根據(jù)溫度可以將其他的物理參數(shù)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(shù)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(shù)：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(huán)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(huán)境溫度升高、入模溫度保持不變時，對內(nèi)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(yǎng)護結束時，結構內(nèi)部和表面的溫度接近環(huán)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(fā)生的里表溫差，環(huán)境溫度越高，其差值越小。③混凝土內(nèi)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(nèi)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(nèi)部溫度基本相同。

3 智能養(yǎng)護及溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的應用

我國較大規(guī)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(jīng)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(xiàn)的混凝土施工方法，在原有的基礎上都有了新的發(fā)展和創(chuàng)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(yǎng)護過程中的溫度進行實時監(jiān)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(nèi)也經(jīng)歷了一個初步發(fā)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(fā)展?；诨ヂ?lián)網(wǎng)+的連續(xù)梁冬施智能自動保溫養(yǎng)護及溫濕度監(jiān)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(fā)生器產(chǎn)生高溫蒸汽，布設蒸養(yǎng)管道后將蒸汽傳送至梁體各個部位進行蒸養(yǎng)，并通過專用溫濕度監(jiān)測元件和無線傳輸技術，實現(xiàn)了管理人員隨時隨地掌握連續(xù)梁各節(jié)段冬施過程中的溫濕度數(shù)據(jù)，對各部位的養(yǎng)護情況進行實時監(jiān)測和分析養(yǎng)護效果，有效保證了混凝土的強度增大，通過電子數(shù)據(jù)監(jiān)測具有良好的追溯性。

圖3 基于互聯(lián)網(wǎng)+的智能養(yǎng)護暖棚

該技術整套系統(tǒng)主要由梁體節(jié)段密封保溫棚、電蒸汽發(fā)生器、溫濕度傳感器、智能網(wǎng)關、便攜式路由器等部分組成，其主要優(yōu)點為：①暖棚結構質(zhì)量輕、強度高、密封好、阻燃、保溫效果好，解決了傳統(tǒng)暖棚法由煙或燃燒氣體產(chǎn)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(nèi)溫度低于設定值后設備自動啟動，產(chǎn)生高溫蒸汽；④可實現(xiàn)各級管理人員隨時隨地查看當前及歷史混凝土養(yǎng)護溫濕度，并形成數(shù)據(jù)曲線，直觀反映養(yǎng)護質(zhì)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(guī)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(fā)生器和溫濕度智能監(jiān)測系統(tǒng)，開發(fā)出了一套基于互聯(lián)網(wǎng)+的連續(xù)梁冬期施工自動保溫養(yǎng)護及溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，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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