基于廣州番禺廣場(chǎng)站工程的大體積混凝土溫度效應(yīng)研究

摘要：大體積混凝土由于本身結(jié)構(gòu)特性，散熱較為困難，容易引起溫度裂縫產(chǎn)生。依托廣州市軌道交通十八號(hào)線番禺廣場(chǎng)站項(xiàng)目，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，對(duì)大體積混凝土的溫度效應(yīng)進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：隨著混凝土澆筑時(shí)間的增加，模板側(cè)壓力整體呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)，存在小范圍波動(dòng)和多個(gè)極值點(diǎn)，澆筑完成后模板側(cè)壓力約達(dá)到62.5kPa。隨著澆筑時(shí)間的增加，各位置處混凝土內(nèi)部溫度逐漸增大，增加速率呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律。同一時(shí)刻下混凝土內(nèi)部溫度，由高到低依次為混凝土中心、混凝土下表面和混凝土上表面?；炷翜囟葢?yīng)力在澆筑3d內(nèi)溫度應(yīng)力增長(zhǎng)較快，約在5d時(shí)達(dá)到峰值。同一時(shí)刻下混凝土澆筑溫度越高其溫度應(yīng)力越大，混凝土澆筑溫度與溫度應(yīng)力大小呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；溫度效應(yīng)；混凝土澆筑；溫度應(yīng)力

0" "引言

大體積混凝土由于本身結(jié)構(gòu)特性，散熱較為困難，容易引起溫度裂縫產(chǎn)生，可能影響結(jié)構(gòu)安全與正常使用。近年來(lái)，針對(duì)于大體積混凝土溫度裂縫問(wèn)題，國(guó)內(nèi)學(xué)者展開(kāi)了了一系列研究，并取得了一定成果。劉天鵬等[1]將氣溫邊界模擬方法在大體積混凝土溫控計(jì)算中進(jìn)行了應(yīng)用，結(jié)果表明該方法對(duì)大體積混凝溫控計(jì)算方面具有很大的借鑒意義。馮太坤等[2]以承臺(tái)大體積混凝土為研究對(duì)象，闡述承臺(tái)大體積混凝土在水化過(guò)程中所采用的溫控原則及控制措施，并對(duì)施工全過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行研究。白倩茹等[3]依托馬來(lái)西亞砂拉越拉薩河口大橋項(xiàng)目，通過(guò)有限元手段研究了大體積混凝土承臺(tái)澆筑施工過(guò)程中及澆筑后的水化熱溫度與應(yīng)力特點(diǎn)。

任利國(guó)等[4]從荷載、位移、溫度3個(gè)方面，分析了地鐵車站大體積混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂成因，并從設(shè)計(jì)、材料、施工3個(gè)角度，對(duì)如何防止混凝土開(kāi)裂進(jìn)行了探討。苗田與唐靖武[5]依托某大體積混凝土工程案例，通過(guò)有限元軟件建立了大體積混凝土數(shù)值仿真模型，對(duì)大體積混凝土溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)以及控制結(jié)果進(jìn)行分析。曹倩等[6]提出了一種基于有限元方法的大體積混凝土施工期間溫度預(yù)測(cè)模型及計(jì)算方法，并依托某水閘工程案例，分析了上游消力池溫控的影響機(jī)制，同時(shí)基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該方法的適用性及可行性。

本文依托廣州市軌道交通十八號(hào)線番禺廣場(chǎng)站項(xiàng)目，開(kāi)展了大體積混凝土現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，分析了混凝土澆筑過(guò)程中模板側(cè)壓力、混凝土內(nèi)部溫度的變化特征，并對(duì)混凝土溫度的分布規(guī)律作了探究。

1" "工程概況

1.1" "工程基本情況

本文依托廣州市軌道交通十八號(hào)線番禺廣場(chǎng)站開(kāi)展大體積混凝土溫度效應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)研究，該車站為地下五層（局部四層）14m+14m雙島（+預(yù)留中山支線5m半島）式站臺(tái)車站，全長(zhǎng)540m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為52.25m，開(kāi)挖深度標(biāo)準(zhǔn)五層段為40m。

1.2" "主要施工方法

擬采用1200mm厚連續(xù)墻+五道內(nèi)支撐支護(hù)，主體采用局部蓋挖順作法，車站縱向設(shè)置12m寬施工棧橋，橫向設(shè)置3道9m寬施工棧橋，結(jié)合第一道混凝土設(shè)置支撐，以滿足施工出土等工作面需要。

1.3" "質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，地震特征周期值為0.35s，建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類，屬于重點(diǎn)設(shè)防類，按乙類建筑考慮。該車站的結(jié)構(gòu)立面圖如圖1所示。

該車站項(xiàng)目底板和側(cè)墻結(jié)構(gòu)為超大面積、超大體積混凝土。大體積混凝土采取的溫控措施、測(cè)溫監(jiān)控技術(shù)、分層澆筑技術(shù)和同步散熱養(yǎng)護(hù)技術(shù)，是保證大體積混凝土的質(zhì)量的關(guān)鍵。

2" "現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案

2.1" "選取研究對(duì)象

研究對(duì)象為番禺廣場(chǎng)站混凝土側(cè)墻，該側(cè)墻混凝土等級(jí)為C40，抗?jié)B等級(jí)為P6，粉煤灰摻量為15%，礦粉摻量為20%，最小厚度為1000mm。該混凝土抗壓強(qiáng)度如表1所示。該混凝土性能參數(shù)如表2所示。

2.2" "具體測(cè)試方法

在現(xiàn)場(chǎng)混凝土溫度實(shí)測(cè)過(guò)程中，模板側(cè)壓力的測(cè)量采用微型土壓力盒完成?；炷寥肽囟燃s為28.4℃，通過(guò)建筑電子測(cè)溫儀測(cè)得混凝土溫度，測(cè)量時(shí)間開(kāi)始于混凝土澆筑，此過(guò)程持續(xù)24h。

3" "測(cè)試結(jié)果分析

3.1" "模板側(cè)壓力時(shí)程曲線

3.1.1" "模板側(cè)壓力變化總體趨勢(shì)分析

混凝土澆筑過(guò)程中模板側(cè)壓力變化曲線如圖2所示。從圖2可以看出，隨著混凝土澆筑時(shí)間的增加，模板側(cè)壓力逐漸增大，存在小范圍波動(dòng)和多個(gè)極值點(diǎn)，整體呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)，澆筑時(shí)間1000min后，模板壓力值接近穩(wěn)定，澆筑完成后模板側(cè)壓力達(dá)到了約62.5kPa。

3.1.2" "模板側(cè)壓力極值分析

曲線最大波動(dòng)出現(xiàn)在澆筑時(shí)間400d附近，此時(shí)模板側(cè)壓力極大值達(dá)到41.4kPa，極小值約為14.2kPa，瞬時(shí)降幅達(dá)到了65.7%。

分析認(rèn)為，由于在混凝土澆筑過(guò)程前期，存在一定的振搗不密實(shí)情況，隨著混凝土澆筑的進(jìn)行，混凝土自重逐漸增大，再結(jié)合振搗棒的作用，部分中上層混凝土流向底部，因此存在較為明顯的模板側(cè)壓力變化。

3.2" "混凝土內(nèi)部溫度

3.2.1" 不同位置處溫度變化總體趨勢(shì)分析

不同位置處混凝土內(nèi)部溫度隨澆筑時(shí)間的變化情況如圖3所示。從圖3可以看出，隨著澆筑時(shí)間的增加，各位置處混凝土內(nèi)部溫度逐漸增大，增加速率呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律。各位置相比，同一時(shí)刻下混凝土內(nèi)部溫度由高到低依次為混凝土中心、混凝土下表面和混凝土上表面。

3.2.2" "不同位置處混凝土溫度變化分析

混凝土澆筑完成后，混凝土上表面溫度約為56.2℃，較澆筑前溫度增加了26.5℃?；炷料卤砻鏈囟燃s為58.4℃，較上表面溫度增加了3.9%，較澆筑前溫度增加了28.7℃?；炷林行奈恢锰帨囟燃s為62.8℃，較上表面溫度增加了11.7%，較下表面溫度增加了7.5%，較澆筑前溫度增加了28.9℃。

3.2.3" "溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

綜上所述，在大體積混凝土澆筑過(guò)程中，中心位置處的混凝土溫度達(dá)到最高，且較初始溫度增幅也最為明顯，這是由于澆筑混凝土后會(huì)發(fā)生水化熱反應(yīng)，而中心位置處的熱量不易散發(fā)，從而導(dǎo)致了溫度過(guò)高。相關(guān)規(guī)范要求，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部最高溫度不得高于75℃，混凝土結(jié)構(gòu)任一截面兩點(diǎn)溫差最大不超過(guò)25℃[7-8]，本文現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果均滿足上述要求，因此能有效避免因溫度引發(fā)的裂縫產(chǎn)生。

3.3" "混凝土散熱效率

不同齡期條件下混凝土散熱效率變化如圖4所示。從圖4可以看出，不同齡期條件下混凝土溫降效率差異較大，隨著混凝土齡期增加溫降效率呈現(xiàn)上下波動(dòng)，散熱引起的最大溫降效率達(dá)到了0.22℃/d，最大溫升效率為0.27℃/d。由散熱所引起的混凝土溫度共降低了0.47℃，其平均溫降效率約為0.0736℃/d。

3.4" "混凝土溫度應(yīng)力分析

3.4.1" "混凝土溫度應(yīng)力總體趨勢(shì)

不同澆筑溫度工況下混凝土溫度應(yīng)力變化狀況如圖5。從圖5可以看出，隨著時(shí)間的增加，混凝土溫度應(yīng)力呈現(xiàn)先增后減的變化規(guī)律。在澆筑早期（＜3d）溫度應(yīng)力增長(zhǎng)較快，約在5d時(shí)達(dá)到峰值。

3.4.2" "各工況溫度應(yīng)力對(duì)比分析

各工況相比，同一時(shí)刻下澆筑溫度越高，其混凝土溫度應(yīng)力越大，混凝土澆筑溫度與溫度應(yīng)力大小呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系[9-10]。

混凝土澆筑溫度22℃工況下，溫度應(yīng)力峰值為0.46MPa。混凝土澆筑溫度25℃工況下，溫度應(yīng)力峰值為0.54MPa，較前者增加了17.4%?；炷翝仓囟?8℃工況下，溫度應(yīng)力峰值為0.61MPa，較前者增加了13.0%，較22℃工況增加了32.6%?；炷翝仓囟葹?1℃工況下，溫度應(yīng)力峰值達(dá)到了0.72MPa，較前者增加了18.0%，較22℃工況增加了56.5%。

3.4.3" 溫度應(yīng)力管控措施

混凝土澆筑溫度對(duì)內(nèi)部的溫度應(yīng)力影響較為顯著，且澆筑溫度越高，對(duì)混凝土溫度應(yīng)力的增幅約為明顯?；诖?，在實(shí)際大體積混凝土澆筑過(guò)程中，需采取有效的混凝土降溫散熱措施，降低大體積混凝土澆筑溫度與內(nèi)外溫度差，減少溫度應(yīng)力，從而避免由溫度引起的裂縫產(chǎn)生。

4" "結(jié)束語(yǔ)

本文依托廣州市軌道交通十八號(hào)線番禺廣場(chǎng)站項(xiàng)目，在大體積混凝土澆筑過(guò)程中開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，分析了大體積混凝土的溫度效應(yīng)。得出主要結(jié)論如下：

隨著混凝土澆筑時(shí)間的增加，模板側(cè)壓力整體呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)，存在小范圍波動(dòng)和多個(gè)極值點(diǎn)，澆筑時(shí)間1000min后，模板壓力值接近穩(wěn)定，澆筑完成后，模板側(cè)壓力達(dá)到了約62.5kPa。

隨著澆筑時(shí)間的增加，各位置處混凝土內(nèi)部溫度逐漸增大，增加速率呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律。各位置相比，同一時(shí)刻下混凝土內(nèi)部溫度由高到低依次為混凝土中心、混凝土下表面和混凝土上表面。

不同齡期條件下混凝土溫降效率差異較大，隨著混凝土齡期增加溫降效率呈現(xiàn)上下波動(dòng)，散熱引起的最大溫降效率達(dá)到了0.22℃/d，最大溫升效率為0.27℃/d。

隨著時(shí)間的增加，混凝土溫度應(yīng)力呈現(xiàn)先增后減的變化規(guī)律，在澆筑早期（＜3d）溫度應(yīng)力增長(zhǎng)較快，約在5d時(shí)達(dá)到峰值。同一時(shí)刻下澆筑溫度越高其混凝土溫度應(yīng)力越大，混凝土澆筑溫度與溫度應(yīng)力大小呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。

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（中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司，湖北武漢" "430000）