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冷却水管在大体积混凝土市政隧道施工中的应用

发表时间：2021/7/23 来源：《建筑科技》2021年8月上作者：孙越

[导读] 冷却水管是大体积混凝土温度控制和预防开裂的常用举措，可在市政隧道中的研究和使用却不是很多。本文着重介绍了冷却水管和测温管的布置及冷却控制方法。与绝热温升分析结果相比，混凝土温度监测结果显示，冷却水管的冷却技术实现了预期目标。

广东华隧建设集团股份有限公司孙越

摘要：冷却水管是大体积混凝土温度控制和预防开裂的常用举措，可在市政隧道中的研究和使用却不是很多。本文着重介绍了冷却水管和测温管的布置及冷却控制方法。与绝热温升分析结果相比，混凝土温度监测结果显示，冷却水管的冷却技术实现了预期目标。除此之外，本文还分析了倒墙与底板之间的温差。进一步分析了水冷效果，高效预防了底板与侧壁间明显时间差所引起的温度裂纹。工程实践表明，冷却水管在大体积混凝土隧道工程中会增加工程成本，但能高效防止温度裂缝，保障了工程质量，缩短了工期，长期效益显著。
关键词：冷却水管；大体积；混凝土；市政隧道；施工应用
        大体积混凝土的裂缝管控在工程技术领域有着悠久的历史。1M隧道一般用于隧道设计中，这种办法计算了框架的内力，但没有详细计算温度应力。仅加强结构，常导致混凝土温度裂缝。市政隧道是一种特殊的大体积混凝土构架。施工中的温度管控具备一定的特殊性，但有关领域的研究较少，一般采用水管冷却作为大体积混凝土的温度控制和防裂的举措。在水工、桥梁承台等方面都有很多研究和应用，但在隧道领域的研究和使用却比较少。本文主要探究了大体积混凝土市政隧道施工中利用冷却水管防止裂缝的原理和方法，可为类似工程提供参考。
        1项目概述
        在进行市政隧道改造时，工程主体构架多为明挖隧道，以深圳北站隧道为例其是深圳最大的深基坑。隧道总长796m，主体构架厚度1.4—17.m，为大体积混凝土施工。主体构架每段施工长度为20m。主体浇注两次，即底板和顶板侧壁
        该项目建设具有以下特征和难点：第一，该项目位于立交底部，工程任务量重，交叉协作困难，施工面积狭窄，工艺改造复杂等特征。第二，大体积混凝土的温度裂缝管控是一个难题。首先，混凝土浇筑会经历三个阶段：加热期、冷却期和稳定期。在这些阶段，混凝土的体积也会膨胀，易产生温度裂纹。其次，底板浇筑与侧墙和顶板浇筑存有较为显著的时间差。当底板混凝土温度稳定时，边墙与屋面接缝处容易出现裂缝。第三，建设工期多为14个月。高温季节和低温的季节温度难以控制。
        2、冷却水管的布置与运行
        2.1冷却水管路布置
        市政隧道中的冷却水管对使用32mm的镀锌钢管，侧壁处有两排水平底板和三排垂直顶板。冷却水管在布置时，应着重考虑以下原则：保障每层冷却管可以做到独立排水，并且模板拆除不会影响到通水；每层应分成若干个独立的管道，以缩短冷却渠道，让混凝土冷却平衡；可按照测温的最终结果调整每条管道的水流量。
        2.2冷却水管铺设
        市政隧道中的冷却水管接头为钢制，拐角处采用弯头。钢管应按冷却管安装图进行切割，并将攻丝运至现场。钢筋绑扎后，按规划位置在接缝处刷钢筋，然后拧紧，可预防混凝土浇筑时的漏浆、堵管、漏水等问题。安装完毕后，检查水量和管路是否正常，方可开展下一步操作。
        2.3冷却与降温
        首先，为了便于排水井的建设，抽取地下水并收集到集水井中。每层冷却管都配有增压泵，水流量能够达到5m3/小时。混凝土初凝时，应有专人负责将地下水注入冷却管中。冷却管内的水不用重复使用，可直接排入另一个集水井中。
        其次，混凝土施工开始后，按顺序开启系统，以此让循环水和混凝土的温度同时上升。由于混凝土在浇筑后一天内处于塑性状态，可以利用最大的水流量尽可能地带走混凝土的热量。
        除此之外，开机一天后，其中一部分混凝土开始凝固，按照测温调整水流量。如果混凝土内部温度与人体水温之差小于20℃，可适当增加水量。如水温与混凝土温差在20～24℃之间，应降低浇注水量。最终，当混凝土内外温差达到20℃左右时，混凝土内部最高温度和循环水入口温差也将被控制在20℃左右
        最后，通水完毕后，应选用与混凝土强度等级一致的水泥砂浆对冷却水管开展密封作业。

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        2.4测温管的铺设
        使用铜热敏电阻传导器作为测温元件进行温度监测，同时还应预留测温孔。测温孔直径为10mm，多使用PVC管。埋深为构架整体厚度的65%左右。构件应固定牢固，确保定位网能把导线沿钢筋引至混凝土顶部20cm，并用橡皮布保护导线端部不受污染。同时，还要把引出的导线要顺序进行编号，让温度监测更为便捷。
        3、冷却效果剖析
        3.1对承台混凝土开展保湿蓄热维护
        蓄热维护的意义在于降低表面的热扩散，规避表面出现裂缝。保湿维护能够有效预防混凝土表面脱水而出现的干缩裂缝，并能够让水泥化作用有序开展，提升混凝土的极限抗拉、抗压强度。主要的维护举措有：第一，晚拆承台模板，预防热量流失，在表面盖上土工布以后再加盖帆布。第二，用冷却管所流出的水开展维护，增加浇水量，让混凝土表面始终保持在一种湿润的状态下。第三，对承台砼开展温度控制和监测等措施。
        3.2降低温差的帮辅对策
        利用分层灌注承台混凝土，让混凝土中的部分热量散发到空气里。减少混凝土入模温度，混凝土内部温度是水泥化热的绝热升温、灌注温度和构架物的散热降温等各类温度的叠加。所以，合理减少混凝土入模温度，可降低混凝土内部的温感。在开展施工中，可使用这么几个办法来达到降温目的：（1）水泥应通过全面时效方可投入使用，通常不少于7天，不适用时长不足7天的热水泥。（2）应井水冲刷石料，合理降低石料温度。（3）直接使用现抽井术开展混凝土的搅拌，以此来降低混凝土初始拌合温度。（4）可以用帆布等工具对砂石料进行遮盖，降低因太阳直射而造成的升温。
        3.3温度监察
        施工期间，前三天每4小时测一次温度。温度间隔按照温度变化而延长。分析混凝土内部最高温度的最终稳定温度。混凝土成型温度达到26-29℃时，一天半后核心温度最高可到44℃，温升达到13-15℃，三天后核心温度可到55-57℃。核心温度稳定，趋于同日温度。从3天后混凝土保温温升来看，计算值为22.9℃，实际温升为26-28℃。可见，在市政隧道工程中使用冷却水管技术，可达到预期目标。
        3.4侧壁与底板温差分析
        由于底板的浇筑与侧壁和顶板的浇筑之间存有较为显著的时间差异，很容易在侧壁和底板的水平施工缝处出现裂缝。根据调查表明，冷却水管对管控此类裂纹是非常有效的。
        3.5合理选用原材料，改进混凝土的配合比
        在开展此项工作时，可使用这么几种类型的原材料，以此来改进混凝土的配合比：（1）可使用普通硅酸盐水泥，这类水泥的水热化为377J/KG。（2）使用级配较好的5-25mm碎石，降低针状、片状、石粉状材料的含量。（3）采用优质细度模数在2.5左右，含泥量低于1%的中砂。（4）在承台混凝土中加入缓凝剂，这可以让混凝土的初凝时长维持在18个小时左右，满足砼规划强度和施工性能，延长水泥化热峰值出现的时间。
        结语：
        综上所述，市政隧道改造工程主体构架的施工，对冷却水管大体积混凝土温度的管控可高效控制混凝土内部的温度，保障混凝土整体质量。从工程的施工控制可以看出，大体积混凝土市政隧道安装冷却管虽然增加了工程成本，但可以有效预防温度裂缝的出现，冷却钢管可用于永久收缩。可缩短混凝土保温时间，提前5天左右拆除模板，缩短工期；本文分析的温差数据对工程实践具有一定的参考价值。
参考文献：
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