廈門(mén)海滄大橋東錨碇溫控監(jiān)測(cè)與溫控效果

1、廈門(mén)海滄大橋東錨碇溫控監(jiān)測(cè)與溫控效果陳仲先1,金初陽(yáng)1,王崇旭2,陳耀華3(1.南京水利科學(xué)研究院,江蘇南京210024;2.交通部公路二局,陜西西安710012;3.中國(guó)水電八局,湖南長(zhǎng)沙410007摘要:介紹了海滄大橋東錨碇大體積混凝土的溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果,結(jié)合溫控標(biāo)準(zhǔn)研究溫控措施的效果。監(jiān)測(cè)結(jié)果真實(shí)地反映了錨碇建設(shè)中薄層澆注大體積混凝土的溫度特性和變化規(guī)律。關(guān)鍵詞:懸索橋;錨碇;混凝土灌筑;溫度監(jiān)測(cè);橋梁觀測(cè)中圖分類(lèi)號(hào):U 448.25;U 446.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-4722(199902-0058-03收稿日期:1999-01-04作者簡(jiǎn)介:陳仲先(1941-,男,高級(jí)工

2、程師,1965年畢業(yè)于蘭州大學(xué)力學(xué)系固體力學(xué)專業(yè)。發(fā)表的論文有“混凝土塢墻的溫度應(yīng)力計(jì)算”,“幾種常用截面梁的溫度應(yīng)力計(jì)算”,“低混凝土重力溢流壩的溫度特性與溫度效應(yīng)”,“地下高壓管道與膨脹混凝土及圍巖的相互作用”,“地下高壓管道中鋼襯、混凝土和圍巖的聯(lián)合作用計(jì)算”等。1前言廈門(mén)海滄大橋是繼廈門(mén)高集海峽大橋之后的又一座連接大陸和廈門(mén)島的大型跨海橋梁。東航道橋?yàn)楹娲髽虻闹鳂?采用(230+648+230m 的3跨連續(xù)懸索橋,全長(zhǎng)1108m 。懸索橋錨碇為重力式錨碇,錨碇由錨塊和箱式基礎(chǔ)等組成,錨塊為實(shí)體棱臺(tái)形結(jié)構(gòu),為大橋的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之一,主要承擔(dān)主纜索股的拉力。錨塊尺寸為橋梁建設(shè)中少有的大體積混

3、凝土結(jié)構(gòu),縱向32m ,橫向52m ,最大高度35.69m ,采用C 30混凝土,混凝土量3.75萬(wàn)m 3。類(lèi)似的重力式錨碇在國(guó)內(nèi)的懸索橋建設(shè)中普遍存在,此類(lèi)大體積混凝土的溫度應(yīng)力往往超過(guò)外荷載引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力,使塊體產(chǎn)生溫度裂縫。因此,研究其溫控措施和效果,避免錨碇產(chǎn)生溫度裂縫,是目前橋梁建設(shè)中極為關(guān)注的問(wèn)題。南京水利科學(xué)研究院和交通部公路二局結(jié)合海滄大橋錨碇的施工,共同對(duì)錨塊的溫度控制措施和溫控效果作了監(jiān)測(cè)研究。施工中主要溫控措施有:控制入泵溫度,通過(guò)降低混凝土的原材料溫度,限制各月混凝土的入泵溫度(如8月份不超過(guò)28,1月份不超過(guò)15。水管冷卻,在每層底面布置冷卻水管,進(jìn)行一期冷卻和二期冷

4、卻;夜間澆注,澆注混凝土一般都選擇在19:00至第2d 的7:00之間;分塊澆注,錨塊分為南北2塊同期澆注,中間留2.0m 寬的后澆段,待混凝土溫度降低至設(shè)計(jì)穩(wěn)定溫度后,再用微膨脹混凝土回填;薄層澆注,除頂層外,各層厚度都1.5m ,其中13層為0.41.2m (為東厚西薄的楔形,46層為1.0m ,721層為1.2m ,2227層為1.5m ,28層為2.69m ;控制間歇期,層間澆注的間歇期控制在47d 之內(nèi),一般為5d ;保護(hù),當(dāng)2d 之內(nèi)日平均氣溫下降 68時(shí),即進(jìn)行表面保護(hù)。以上措施的效果和合理性通過(guò)儀器監(jiān)測(cè)得以檢驗(yàn)。2溫度監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)儀器主要采用DW -1型電阻溫度計(jì),儀器在埋設(shè)之前,

5、按文獻(xiàn)1的有關(guān)要求進(jìn)行檢驗(yàn)。儀器的測(cè)點(diǎn)布置以底部3層為重點(diǎn)試驗(yàn)層,埋設(shè)較多的溫度計(jì)。在410層的強(qiáng)約束區(qū)內(nèi),每層埋設(shè)12支溫度計(jì),在10層以上每隔12層埋1支。圖1為南錨塊的溫度測(cè)點(diǎn)布置立面圖。圖中的測(cè)點(diǎn)編號(hào)T i 2j 表示第i 層的第j 個(gè)測(cè)點(diǎn)。北錨塊的溫度測(cè)點(diǎn)圖和南錨塊基本相同。圖1南錨塊溫度測(cè)點(diǎn)立面在南北錨塊內(nèi)共埋設(shè)溫度計(jì)51支,然后進(jìn)行觀測(cè),測(cè)次按照混凝土的溫度變化確定?？紤]到錨塊為薄層澆注并有冷卻水管通水冷卻,溫度變化較快,測(cè)次比文獻(xiàn)1的要求密一些。每次觀測(cè)時(shí)都和前次測(cè)值進(jìn)行比較。85橋梁建設(shè)1999年第2期觀測(cè)后及時(shí)整理和分析觀測(cè)效果,以便檢驗(yàn)溫控效果,調(diào)整溫控措施。3監(jiān)測(cè)結(jié)果與

6、分析監(jiān)測(cè)從1997年9月6日開(kāi)始,至1998年4月16日結(jié)束,所有儀器全部完好,測(cè)值都有很好的規(guī)律性,真實(shí)地反映了混凝土的溫度性能。所有監(jiān)測(cè)資料均以表格形式輸入計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存。再根據(jù)需要繪制圖表。3.1混凝土的溫度變化過(guò)程圖2為測(cè)點(diǎn)T 12-1和T 12-2的溫度變化過(guò)程線,它們分別代表了各澆注層中心溫度和表面溫度的典型變化過(guò)程?；炷翝沧⒑鬁囟群芸焐仙?在2d 左右達(dá)到最 高溫度,然后以較快的速度降溫。當(dāng)上層混凝土澆注后,在上層混凝土溫升的影響下,該點(diǎn)溫度再次回升,兩三天后回升溫度達(dá)到極值,此后便開(kāi)始了緩慢的降溫階段。T 12-2為表面溫度測(cè)點(diǎn),該點(diǎn)溫度在1個(gè)月齡期前和中心點(diǎn)變化類(lèi)似,其后則明顯

7、地受外界氣溫的影響,呈現(xiàn)出波動(dòng)起伏狀態(tài)。圖2T 12溫度過(guò)程線3.2各層的溫度特性將各測(cè)點(diǎn)的溫度特征值逐一統(tǒng)計(jì),表1為南錨塊部分典型測(cè)點(diǎn)的溫度特征值統(tǒng)計(jì)表,從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知錨塊的以下溫度特性。了解這些特性對(duì)于研究溫控措施是極有益的。3.2.1混凝土的最高溫升最高溫升一般出現(xiàn)在混凝土入倉(cāng)后2d 左右。側(cè)表面點(diǎn)(T 12-2,T 17-2的溫升值都較低,僅12.212.5。內(nèi)部溫升大部分都在18.025.0。溫升值的大小和下列因素有關(guān)。測(cè)點(diǎn)的位置,距混凝土澆注塊中心越近的點(diǎn)溫升值越高;混凝土的分層厚度,分層愈厚溫升值愈高。根據(jù)統(tǒng)計(jì),層厚為1.0m ,1.2m 和1.5m 的溫升平均值分別為23.59

8、、26.26和27.60;外界溫度,主要是混凝土澆注后3d 內(nèi)外界氣溫的影響,氣溫愈高溫升愈大;水化熱,水泥水化熱是混凝土溫升最根本、最直接的原因,從表1看出,個(gè)別層次的溫升反常(偏高或偏低可能是水泥的穩(wěn)定性或配比的均勻性造成的。3.2.2澆注上層后的溫度回升當(dāng)上層混凝土澆注后,其水化熱溫升將傳導(dǎo)給下層 ,引起下層的溫度回升。圖3表明了這種上、下層之間的溫度影響。這種回升緩解了塊體間的溫差,但也延緩了塊體的降溫速度。溫度回升值的大小主要取決于上層達(dá)到最高溫度時(shí)上、下層混凝土間的溫度差值,一般在3.06.0范圍之內(nèi)。圖3相鄰層的溫度影響表1南錨塊特征值統(tǒng)計(jì)表測(cè)點(diǎn)編號(hào)入倉(cāng)時(shí)間入倉(cāng)溫度最高溫度最高溫

9、升溫升歷時(shí)d澆上層后溫度回升最低溫度T 1-119972921128.0547.7019.652.061.8525.85T 1-219972921128.8550.4021.551.902.7023.50T 1-319972921028.4048.6520.251.901.5018.75T 3-119972922326.2042.1519.651.907.5524.05T 5-119972102426.1552.0525.901.563.6023.45T 6-119972102925.4548.2522.801.723.6021.10T 7-1199721021424.7553.8529.10

10、1.961.3519.55T 9-1199721022426.5052.3025.802.083.0520.50T 12-1199721121819.9037.1517.252.834.9019.65T 12-2199721121818.8531.3512.502.833.0011.00T 17-1199721222219.7040.4520.751.856.8018.35T 17-2199721222221.3533.5512.201.351.6011.45T 23-119982221417.6547.5029.852.442.6521.003.2.3最低溫度一般水工大塊體混凝土需經(jīng)幾年之后

11、才達(dá)到穩(wěn)定溫度或準(zhǔn)穩(wěn)定溫度,海滄大橋的錨塊溫度因監(jiān)測(cè)時(shí)間短,只能得到監(jiān)測(cè)期的最低溫度。經(jīng)歷1個(gè)冬天之后,除第1層之外都達(dá)到了年度的最低溫度。表面點(diǎn)的最低溫度值為11.0011.45,中心點(diǎn)的最低溫度值為17.3025.85。3.3溫差與溫控效果溫差是引起溫度應(yīng)力的主要因素,工程上一般都將溫差控制作為控制溫度應(yīng)力、防止溫度裂縫的標(biāo)準(zhǔn)。由于溫度測(cè)點(diǎn)的不足,準(zhǔn)確地算出各種溫差是不可能的,這里僅根據(jù)已知的溫度測(cè)值及有關(guān)資料和經(jīng)驗(yàn),對(duì)溫差作出估算。(1基礎(chǔ)溫差基礎(chǔ)溫差是指澆注塊在基礎(chǔ)或者混凝土約束范圍內(nèi),澆注層混凝土斷面的最高平均溫度95廈門(mén)海滄大橋東錨碇溫控監(jiān)測(cè)與溫控效果陳仲先,金初陽(yáng),王崇旭,陳耀華

12、與設(shè)計(jì)穩(wěn)定溫度之差2。對(duì)于錨塊而言,設(shè)計(jì)穩(wěn)定溫度可用施工期的最低溫度代替。根據(jù)觀測(cè)結(jié)果,取1998年3月17日的溫度作為錨塊的最低溫度,算得穩(wěn)定溫度為T(mén) f=20.89,這和設(shè)計(jì)穩(wěn)定溫度T f=20.8十分吻合。為一致起見(jiàn),后面的計(jì)算均取T f=20.8。根據(jù)各澆注層中心點(diǎn)和邊界點(diǎn)的溫度可以近似地算出斷面的平均溫度與中心點(diǎn)溫度的關(guān)系,由此可將基礎(chǔ)溫差控制換算為中心點(diǎn)的最高溫度控制。根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)的基礎(chǔ)溫差控制標(biāo)準(zhǔn):17層溫差T 26.0,814層溫差T28.0,換算成中心點(diǎn)的最高溫度控制:17層最高溫度T m ax50.87,814層最高溫度T m ax53.04。從南北錨塊的最高溫度可以看出,除

13、南錨塊的5層和7層,北錨塊的7層基礎(chǔ)溫差超過(guò)控制標(biāo)準(zhǔn)外,各層均合乎標(biāo)準(zhǔn)。(2內(nèi)外溫差內(nèi)外溫差是指混凝土內(nèi)部平均最高溫度與表面溫度之差2。根據(jù)現(xiàn)有測(cè)溫資料,估算出最大的內(nèi)外溫差為20.35,較設(shè)計(jì)允許的內(nèi)外溫差25約小4。(3上下層溫差上下層溫差系指在老混凝土表面(齡期超過(guò)28d上下各L 4范圍內(nèi),上層混凝土最高溫度與新混凝土開(kāi)始澆注時(shí)下層實(shí)際平均溫度之差2。由于錨塊的層間間歇期一般控制在47d,實(shí)際上不存在上下層溫差問(wèn)題。為了解上下層溫差的控制情況,我們亦作一估算。由于為薄層澆注,層厚小于L 4,只能以上下層的平均溫度分別代替上下層各L 4范圍,算出上下層溫差最大為T(mén)2=18.77,出現(xiàn)在北錨

14、塊的8層和9層之間,其余上下層溫差均小于16。所以,上下層溫差亦在控制標(biāo)準(zhǔn)1520之內(nèi)。4結(jié)論(1海滄大橋東錨碇的溫度監(jiān)測(cè)取得了很好的監(jiān)測(cè)效果,所有測(cè)值都能真實(shí)地反映混凝土的溫度特性,足以作為檢驗(yàn)溫控效果、評(píng)判施工質(zhì)量的依據(jù)。(2在有溫度測(cè)點(diǎn)的各層中,僅有3層混凝土的基礎(chǔ)溫差偏高,其余層的基礎(chǔ)溫差均在溫控標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi),且所有各層的內(nèi)外溫差和上下層溫差還較溫控標(biāo)準(zhǔn)低4左右,說(shuō)明錨塊澆注中的溫控措施是有效的、合理的。同時(shí)證明,薄層澆注從1.0m增加至1.5m對(duì)于錨塊仍是安全的。(3錨塊各層的最高溫升值相差很大(大小幾乎相差1倍,除層厚和氣溫的影響之外,很可能是由水泥熱性能的穩(wěn)定性和混凝土的均勻性所致,

15、這說(shuō)明溫度控制中混凝土質(zhì)量控制的重要性。(4根據(jù)測(cè)溫結(jié)果,錨塊經(jīng)歷第1個(gè)冬天之后已接近最低溫度,除北錨塊第11層的北側(cè)和東側(cè)出現(xiàn)兩處微裂縫外,再無(wú)其它裂縫產(chǎn)生,估計(jì)在常溫條件下不會(huì)再發(fā)生溫度裂縫。(5本文的溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果反映了橋梁建設(shè)中大體積混凝土薄層澆注的溫度特性與變化規(guī)律,這些特性和規(guī)律可供類(lèi)似結(jié)構(gòu)溫控設(shè)計(jì)時(shí)參考。同時(shí),海滄大橋的東錨碇的溫控措施亦可供類(lèi)似工程施工時(shí)借鑒。參考文獻(xiàn):1SDJ336289,混凝土大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范S.2郭之章,傅華.水工建筑物的溫度控制M.北京:水利電力出版社,1990.East Anchor-m ound Concrete Tem peratureM on

16、itor i ng and Its Effect on X i am en Ha icang Br idgeCH EN Zhong-x ian1,J IN Chu-yang1,WAN G Chong-xu2,CH EN Yao-hua3(1.N an jing H ydrau lic Scien tific R esearch In stitu te,N an jing210024,Ch ina;2.T he2nd H ighw ay Bu reau,M in istry of Comm un icati on s,X ian710012,Ch ina;3.T he8th H ydrau li

17、c and Pow er Bu reau,Changsha410007,Ch inaAbstract:In th is p ap er,the resu lt of m ass concrete tem p eratu re m on ito ring H aicang B ridge east ancho r2 m ound is in troduced.A s com p ared w ith the standard of tem p eratu re con tro l,the effect of tem p eratu re regu lating m easu re is discu ssed.T he tem p eratu re s