路橋工程項(xiàng)目中大體積混凝土溫控防裂技術(shù)應(yīng)用研究

摘 要：路橋工程項(xiàng)目建設(shè)技術(shù)快速發(fā)展背景下，大體積混凝土在承臺(tái)施工中的應(yīng)用更加廣泛，對(duì)提升道路橋梁施工質(zhì)量、提升運(yùn)維便利性都有顯著促進(jìn)作用。裂縫發(fā)生是大體積混凝土施工面臨最為主要的問題，基于溫控防裂技術(shù)對(duì)大體積混凝土施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，是有效規(guī)避質(zhì)量問題發(fā)生的關(guān)鍵性措施。本文以某工程項(xiàng)目為例，說明溫控防裂技術(shù)在大體積混凝土施工中的具體應(yīng)用形式，明確混凝土溫控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用形式，分析智能化溫控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，以此為同類工程項(xiàng)目施工技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化提供參考，為推動(dòng)我國(guó)公路事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展起到應(yīng)有促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：路橋工程 大體積混凝土 溫控防裂技術(shù)

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工過程中，受前期內(nèi)外約束導(dǎo)致收縮變形，極為容易出現(xiàn)多種形式的開裂現(xiàn)象，成為工程項(xiàng)目施工質(zhì)量最為關(guān)鍵的影響因素。在傳統(tǒng)施工工藝中，通過在大體積混凝土內(nèi)布置循環(huán)水管冷卻，成為控制裂縫發(fā)生的主要方式。但是在實(shí)際施工中，受意外因素影響，會(huì)出現(xiàn)混凝土無法連續(xù)澆筑、冷卻水無法及時(shí)停水、混凝土降溫幅度過大、降溫速率過快等問題，同樣會(huì)導(dǎo)致開裂現(xiàn)象發(fā)生。以智能化技術(shù)為支持的新型溫控防裂技術(shù)，能夠有效規(guī)避上述問題發(fā)生，在當(dāng)前各類路橋工程項(xiàng)目大體積混凝土施工中，已經(jīng)得以廣泛應(yīng)用，具有良好推廣價(jià)值。

1 工程概況

某道路橋梁工程，全橋總長(zhǎng)557米，主橋橋跨布置：（60+110+60）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，主橋長(zhǎng)230m。引橋橋跨布置：小里程側(cè)引橋采用6×20m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，大里程側(cè)引橋采用10×20m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，引橋長(zhǎng)320m。橋面全寬32m，按兩幅橋設(shè)置，單幅橋橋面寬15.75m，雙幅間間距0.5m，單幅橋主橋橫斷面布置為：0.5m（防撞護(hù)欄）+11.75m（行車道）+0.5m（防撞護(hù)欄）+3m（非機(jī)動(dòng)車道）。下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用肋板式臺(tái)，主墩采用雙肢薄壁墩，過渡墩采用墻式墩，其余橋墩采用柱式墩，基礎(chǔ)均采用樁基礎(chǔ)。其中某主墩承臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為14.6×14.6×4m，主墩整體設(shè)計(jì)如圖1所示。

2 溫控防裂技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 總體施工方案

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況、機(jī)械和人力資源配置、溫控防裂技術(shù)應(yīng)用要求等，設(shè)計(jì)總體施工方案。本工程項(xiàng)目中，某主墩承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸較大（14.6×14.6×4m），具有鋼筋密集、混凝土方量多等特征，參考相關(guān)施工規(guī)范及同類工藝，需一次連續(xù)澆筑完成。為有效規(guī)避大體積混凝土施工作業(yè)中出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，設(shè)置智能化溫控系統(tǒng)做好養(yǎng)護(hù)[1]。在樁基檢測(cè)合格并做好各項(xiàng)準(zhǔn)備后，及時(shí)依照設(shè)計(jì)要求，做好墊層施工及樁頭處理，還是進(jìn)行承臺(tái)施工?？紤]現(xiàn)場(chǎng)條件及工藝特征，在鋼筋加工廠集中做好承臺(tái)鋼筋處理，使用平板運(yùn)輸車運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝。承臺(tái)施工所需鋼模板組合到位后，使用對(duì)拉螺桿做好固定[2]?；炷潦褂霉捃囘\(yùn)輸并直接泵送入模，采用分層澆筑方式作業(yè)，單層厚度控制在30cm以內(nèi)，且用人工振搗密實(shí)?；炷琉B(yǎng)護(hù)采用埋設(shè)冷卻管通水方式冷卻，結(jié)合智能溫控系統(tǒng)做好調(diào)節(jié)，表面采取覆蓋方式做好保溫保濕處理。在養(yǎng)護(hù)作業(yè)達(dá)到規(guī)范要求，檢測(cè)內(nèi)外溫差均符合要求后進(jìn)行拆模作業(yè)，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，及時(shí)做好基坑回填作業(yè)。溫控措施實(shí)施以“內(nèi)降外?！睘樵瓌t，所選用的冷卻水管需具備良好的導(dǎo)熱性能，強(qiáng)度符合要求，材質(zhì)以合適規(guī)格的鋼管為主。安裝作業(yè)中需檢查管道順暢、絲口接頭可靠，安裝完成后做好通水試驗(yàn)，避免出現(xiàn)漏水、阻水等問題。

2.2 配合比優(yōu)化及溫控計(jì)算

大體積混凝土施工作業(yè)前，必須要依照相關(guān)規(guī)范要求，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況做好配合比設(shè)計(jì)，以有效規(guī)避設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致混凝土裂縫發(fā)生。本工程項(xiàng)目施工中，采用C40混凝土，配合比方案如表1所示。

依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，大體積混凝土內(nèi)部溫度最大值不得超過75℃，溫升值不得超過50℃。本工程項(xiàng)目施工中，利用水化熱有限元分析，依據(jù)仿真分析結(jié)果，采用3層水管布置方式，能夠?qū)⒒炷羶?nèi)部溫度控制在68℃以下，混凝土溫升值為44℃，均符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。冷卻水管選用Φ40×2.5mm（壁厚≥2.5mm）鍍鋅鋼管，水平間距上采用1.0m×1.0m網(wǎng)格狀布置，分層間距為1.0m，管路采用蛇形迂回布置，進(jìn)出水口高差≥0.5m，以保持自然壓差。在管路布置時(shí)，要注意做好轉(zhuǎn)彎及連接部位的防水處理，在澆筑作業(yè)前需進(jìn)行試壓試驗(yàn)。同時(shí)依據(jù)技術(shù)要求，同步做好溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置。

2.3 冷卻水管通水調(diào)節(jié)措施

在施工作業(yè)中，為避免混凝土澆筑對(duì)冷卻水管定位產(chǎn)生影響，需在合適部位增設(shè)鋼筋進(jìn)行支撐，在混凝土澆筑將水管覆蓋后，即可開始通水進(jìn)行溫控。本工程項(xiàng)目施工中，將骨料預(yù)冷至25℃以下，混凝土入模溫度控制在28℃以下，冷卻水管初始通水水溫控制為20℃，通水流量設(shè)定為1.2m3/h。在通水時(shí)由專人做好觀察，依據(jù)溫控系統(tǒng)測(cè)溫結(jié)果，隨時(shí)調(diào)整通水時(shí)間、溫度和流量等參數(shù)，以盡量削減混凝土溫峰為準(zhǔn)。在達(dá)到溫峰并開始逐漸下降后，及時(shí)根據(jù)降溫速率調(diào)整通水量，以有效規(guī)避降溫過快導(dǎo)致的混凝土開裂現(xiàn)象。采用冷卻水管進(jìn)行混凝土強(qiáng)制降溫，持續(xù)時(shí)間通常持續(xù)14d左右，整體養(yǎng)護(hù)周期達(dá)到21d為宜。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫，以混凝土內(nèi)部最高溫度與最近3d內(nèi)日平均溫度相差15℃以內(nèi)時(shí)，即可停止通水。在后期可以利用混凝土自身徐變作用，以自然降溫方式，將大體積混凝土內(nèi)的拉應(yīng)力釋放出來。

2.4 表面保溫措施

在承臺(tái)大體積混凝土施工作業(yè)中，為有效規(guī)避裂縫現(xiàn)象發(fā)生，在達(dá)到初凝狀態(tài)后，需將表面完全使用雙層土工布+塑料薄膜覆蓋，并由專人做好24h灑水保濕、在澆筑完成后36h后，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，將出水口熱水直接放入承臺(tái)表面，以此達(dá)到良好養(yǎng)護(hù)效果[3]。如在澆筑施工作業(yè)期間，晝夜溫差較大，還需采取模板背覆膜方式做好保溫。在澆筑完成后的前3d，需適當(dāng)加密水化熱監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取針對(duì)性措施進(jìn)行處理，以確保水化熱能夠有效釋放。

3 混凝土溫控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用

3.1 溫控監(jiān)測(cè)要求

在大體積混凝土溫控防裂技術(shù)應(yīng)用中，為準(zhǔn)確把握施工情況，及時(shí)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，需做好環(huán)境體系溫度和混凝土溫度場(chǎng)的監(jiān)測(cè)。在大氣溫度監(jiān)測(cè)中，需重點(diǎn)做好季節(jié)溫差、日氣溫、寒潮等變化規(guī)律的測(cè)量，做好冷水水管進(jìn)水口和出水口等部位的溫度測(cè)量。在混凝土溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)中，需結(jié)合具體分布特征，合理布置一定數(shù)量的測(cè)溫點(diǎn)，依據(jù)實(shí)際變化情況，及時(shí)調(diào)整溫控措施。為實(shí)現(xiàn)大體積混凝土內(nèi)部最高溫度的有效控制，可以適當(dāng)降低澆筑溫度，縮短混凝土運(yùn)輸時(shí)間和澆筑時(shí)的暴露時(shí)間。

3.2 設(shè)備布置

為實(shí)現(xiàn)對(duì)大體積混凝土施工過程中內(nèi)部溫度的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，選用某型號(hào)模塊化自動(dòng)綜合測(cè)試系統(tǒng)，并依照技術(shù)規(guī)范做好布置。該系統(tǒng)功能采集模塊能夠滿足-20～70℃環(huán)境條件下，-50～120℃測(cè)量范圍需求，具備本地USB和遠(yuǎn)端無線通信兩種通信功能，采集間隔為1～199min，能夠滿足本工程施工溫度監(jiān)測(cè)需求。系統(tǒng)配置有電阻式溫度傳感器，具有精度高、穩(wěn)定性和可靠性強(qiáng)、防潮及絕緣性佳等特征，靈敏度可以達(dá)到0.1℃。測(cè)溫點(diǎn)布置方式為平面中心和邊緣位置，豎向分底部、中部和頂部三層，深度方向以表面下50mm、1/2厚度、3/4厚度為宜，同時(shí)在布置測(cè)點(diǎn)時(shí)，還應(yīng)當(dāng)考慮對(duì)混凝土內(nèi)部冷卻水管、進(jìn)出水口位置等方面影響，盡量符合溫度場(chǎng)的分布規(guī)律。

3.3 溫控監(jiān)測(cè)及控制

依照相關(guān)規(guī)范要求，測(cè)溫頻率控制為升溫期2h/次、降溫期4h/次、穩(wěn)定期8h/次，為確保監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性，還需根據(jù)實(shí)際情況做好調(diào)整，適當(dāng)加密測(cè)溫頻率[4]。本工程項(xiàng)目施工中，采取如下方式對(duì)溫控監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行優(yōu)化。在混凝土澆筑入模時(shí)，先做好監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)所有測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)，記錄初讀數(shù)，并在澆筑過程中做好實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，直至澆筑作業(yè)完成為止。在接近峰值溫度時(shí)，需以1h/次頻率做好內(nèi)部溫度最高點(diǎn)監(jiān)測(cè)，并繪制溫升曲線。接近峰值閾值時(shí)，還需要結(jié)合溫升曲率分析，利用指數(shù)函數(shù)擬合出最高升溫值。如出現(xiàn)最大升溫標(biāo)準(zhǔn)值高于擬合值而導(dǎo)致預(yù)警，需及時(shí)采取針對(duì)性控制措施。依照溫控標(biāo)準(zhǔn)做好里表溫差分析，動(dòng)態(tài)分析具體數(shù)據(jù)及變化情況，如里表溫差高于20℃且處于持續(xù)上升狀態(tài)，需在施工中采取有效的包裹措施。同時(shí)結(jié)合環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，通過與溫控標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，合理確定冷卻水停止循環(huán)的最佳時(shí)機(jī)。在澆筑施工作業(yè)中，應(yīng)當(dāng)做好上層底面和下層頂面溫度監(jiān)測(cè)，對(duì)比分析測(cè)點(diǎn)溫度差值是否符合層間溫差標(biāo)準(zhǔn)，確認(rèn)上層混凝土入模溫度及層間溫差是否符合標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)在施工中，每4h做好一次冷卻水出入水口溫差、表面與環(huán)境溫差校驗(yàn)，如出現(xiàn)溫差高于技術(shù)規(guī)范要求，出現(xiàn)預(yù)警情況，及時(shí)采取提升入水口溫度、加強(qiáng)表面保溫等措施做好處理。依照技術(shù)規(guī)范要求，降溫速率需控制在2℃/d范圍內(nèi)，因此應(yīng)每4h測(cè)算一次溫度降低量，并以0.6℃/4h為標(biāo)準(zhǔn)做好控制，避免控制偏差導(dǎo)致裂縫現(xiàn)象發(fā)生。

4 智能化溫控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前大體積混凝土施工中，溫控防裂技術(shù)已經(jīng)得以較為廣泛的應(yīng)用，但就整體上而言，智能化控制水平還相對(duì)較低，智能化應(yīng)用形式只是集中在溫度自動(dòng)采集監(jiān)測(cè)和智能分析層面，溫度智能控制與施工技術(shù)要求之間還有較大差距。當(dāng)前相關(guān)研究中，已經(jīng)出現(xiàn)智能化技術(shù)深度融合為支撐的大體積混凝土溫度智能調(diào)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)更為高效、精準(zhǔn)的溫度控制，有效規(guī)避混凝土裂縫發(fā)生。結(jié)合施工實(shí)踐和理論分析，大體積混凝土施工作業(yè)中，溫度因素導(dǎo)致的裂縫現(xiàn)象，主要集中在結(jié)構(gòu)升溫和結(jié)構(gòu)降溫兩個(gè)階段[5]。在升溫階段，冷卻水主要是通過降低混凝土內(nèi)部最高溫度，通過控制自約束開裂和外約束開裂來規(guī)避裂縫發(fā)生。在降溫階段，重點(diǎn)在于降溫速度的合理控制，通常情形下，降溫速度越慢，越有利于混凝土徐變作用的充分發(fā)揮，以此能夠達(dá)到減少或避免混凝土開裂的目的。

以上述理論為基礎(chǔ)，融合冷卻循環(huán)水溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)、流速自動(dòng)控制、水流方向變換、PLC控制、傳感器等系統(tǒng)功能，設(shè)計(jì)大體積混凝土溫度智能調(diào)控硬件設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)更為智能化的控制。在大體積混凝土澆筑作業(yè)中，將水溫傳感器和混凝土溫度傳感器等布置在指定位置，將所采集的設(shè)備傳輸至PLC控制電腦，通過相關(guān)參數(shù)分析，能夠發(fā)出冷卻水流速控制指令、流量控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)口和出口溫差的精準(zhǔn)控制[6]。水流方向則是由PLC控制電腦依照用戶設(shè)定的時(shí)間間隔進(jìn)行控制。同時(shí)為確保智能調(diào)控硬件設(shè)備保持良好運(yùn)行，還需要配置并優(yōu)化相應(yīng)的智能調(diào)控軟件，軟件系統(tǒng)需具備如下功能：（1）數(shù)據(jù)讀取及分析功能，依據(jù)所讀取的混凝土溫度數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前是處于升溫階段還是升溫階段，如處于升溫階段，需依照用戶設(shè)定值，發(fā)出控制冷卻循環(huán)水相關(guān)指令；如處于降溫狀態(tài)，則先計(jì)算降溫速率，并依照用戶設(shè)定值發(fā)出相關(guān)指令。（2）讀取進(jìn)出水口溫差并發(fā)出水泵開關(guān)和調(diào)速指令。（3）讀取循環(huán)水流速并依照邏輯分析發(fā)出對(duì)應(yīng)指令。（4）依照用戶設(shè)定時(shí)間間隔，發(fā)出冷卻循環(huán)水流方向自動(dòng)變換控制指令。

5 結(jié)語

在未來人工智能進(jìn)一步融合應(yīng)用背景下，智能溫控防裂技術(shù)在大體積混凝土施工作業(yè)中的應(yīng)用水平將會(huì)進(jìn)一步提升，對(duì)技術(shù)人員而言，必須要適應(yīng)技術(shù)發(fā)展要求，不斷優(yōu)化智能溫控防裂技術(shù)應(yīng)用方式，結(jié)合配合比優(yōu)化等方式，從根源上做好大體積混凝土裂縫的有效控制，有效提升路橋工程項(xiàng)目施工質(zhì)量，更好的推動(dòng)我國(guó)公路事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王新剛，丁凱璇，王璽智. 大體積混凝土溫度智能調(diào)控機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用 [J]. 工程機(jī)械，2025，56（03）：46-51+8-9.

[2]孫愛軍，邵經(jīng)緯，朱中原，等. 基于物聯(lián)網(wǎng)的薄壁結(jié)構(gòu)大體積混凝土溫度測(cè)控系統(tǒng)研發(fā)和改進(jìn) [J/OL]. 水電能源科學(xué)，2025（03）：96-100[2025-03-04].

[3]蔡秀娟. 跨海大橋預(yù)制墩臺(tái)大體積海工混凝土質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)——以廈門翔安大橋?yàn)槔?[J]. 鐵道勘察，2024，50（06）：108-115.

[4]畢進(jìn)安.高速公路橋梁承臺(tái)大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)與溫控防裂研究 [J]. 交通科技與管理，2024，5（03）：45-47.

[5]高懷振.大體積混凝土溫控與防裂措施 [J]. 中國(guó)科技信息，2023（19）：90-93.

[6]吳盛燦.大體積混凝土溫控防裂技術(shù)的研究與應(yīng)用 [J]. 產(chǎn)品可靠性報(bào)告，2023（09）：88-90.