输水管线工程大体积混凝土浇筑温度应力控制

《河南水利与南水北调》2024年第2期施工技术
输水管线工程大体积混凝土浇筑温度应力控制
程
飞
新疆水利发展投资（集团）有限公司，新疆乌鲁木齐830000
摘
要：为探索适合输水管线镇支墩结构大体积混凝土浇筑温度应力控制的有效措施及实施效果，以新疆一输水管线工程为例，
对镇支墩混凝土浇筑温度及温度应力等展开计算，基于计算结果，从原材料控制、混凝土入模温度控制、冷却水管布设、覆盖保温等方面对温度应力控制措施展开分析。

结果表明，大体积混凝土浇筑温度应力控制是类似工程施工质量控制的重难点所在，必须结合工程实际，采取有效措施加强温控，防止温缩裂缝的发生。

关键词：输水管线；镇支墩；大体积混凝土浇筑；温度应力中图分类号：TV544+.91
文献标识码：A
文章编号：1673-8853（2024）02-0039-02
Temperature Stress Control of Mass Concrete Pouring in Water Transmission Pipeline
Engineering
CHENG Fei
（Xinjiang Water Resources Development Investment （Group ）CO.LTD..Urumqi 830000,China ）
Abstract：In order to explore effective measures and implementation effects for temperature stress control of mass concrete pouring suitable for support pier structure of water transmission pipe line,taking a water transmission pipeline project in Xinjiang as an example,the concrete pouring temperature and temperature stress of the buttress pier were calculated.Based on the calculation results,the temperature stress control measures were analyzed from the aspects of raw material control,concrete mold temperature control,cooling water pipe layout,and covering insulation.The results indicate that temperature stress control during mass concrete pouring is a key and difficult point in quality control of similar engineering construction.It is necessary to take effective measures to strengthen temperature control and prevent the occurrence of temperature shrinkage cracks in combination with engineering practice.Key words：water transmission pipeline;buttressed pier;mass concrete pouring;temperature stress
作者简介：程飞（1990—），男，工程师，主要从事水利工程建设、pccp 生产及安装等。

1工程概况
新疆ABH 流域生态环境保护工程一期工程JK 输水管线工程起自精河下天吉水库库区右岸引水隧洞进口，经水库引水隧洞、山间洼地、鸡爪子地、穿黑山头，沿依连哈比尔尕山山前冲洪积扇自西向东，穿托托河、古尔图河、四棵树河后，经乌苏市城南止于奎屯河东岸的奎屯水库，输水线路全长182.60km 。

施工Ⅰ标位于精河县境内，主管道为1根DN3400的PCCP 管及钢管，线路长34.39km 。

输水线路共设置20个镇墩，其中6个镇墩位于弱风化岩层，5个镇墩位于强风化岩层，9个针对以土基为基础，同时设置231个支墩。

镇支墩大体积混凝土浇筑温度应力控制是工程施工质量控制的重难点。

2浇筑温度及温度应力计算2.1
混凝土浇筑温度
混凝土拌和、运输、泵送入模、振捣等工序后的温度即为混凝土浇筑温度。

该输水管线未对集料、拌和用水等实施预冷处理的情况下，经过模拟测定所得到的混凝土浇筑温度比正式施工时平均气温高5℃。

拟浇筑镇支墩混凝土时外界环境气温为24℃，则混凝土浇筑温度应按29℃计。

2.2镇支墩中心绝热温度
镇支墩内部混凝土所能达到的最高温度即为绝热温升。

计算公式：Τh =
W c ·Q ·ρ（1-e -mt ）
（1）
据公式（1）得到的绝热温升为理想状态，实际中镇支墩水化热是持续散失的，不同龄期混凝土温度确定公式：
T t =T j +T h ·ξt
（2）
式中：T t 为龄期为时镇支墩温升（℃）；T j 为镇支墩混凝土浇筑温度（℃）；T h 为镇支墩绝热温升最大值（℃）；ξt 为降温系数，取值情况参照表1。

将该输水管线工程各项参数代入式（1）和（2），可以得出镇支墩不同龄期实际温升，结果见表2。

根据表中结果，在镇支墩混凝土浇筑3d 后，结构内部温度升至峰值，2m 及3m 厚的镇墩和支墩内部温度峰值分别为73.41℃和77.45℃；此后随着龄期的增大，结构内部温度持续下降。

镇支墩厚度/m 23
不同龄期降温系数
3d
0.670.746d
0.660.739d
0.620.7212d 0.560.6615d 0.450.5418d 0.360.4521d 0.310.3624d 0.240.3127d 0.210.2630d
0.180.25
表1不同龄期降温系数取值表
《河南水利与南水北调》2024年第2期施工技术
2.3混凝土温度应力
考虑环境温度、施工工艺、水泥细度、水胶比等因素，得到
镇支墩混凝土3d龄期收缩徐变当量温差为1.89℃；在3d龄
期达到结构中心位置最高温升，且混凝土入模温度和施工时环
境温度分别为29℃、24℃的情况下，3m和2m厚镇支墩综合
温度为84.32℃和80.31℃。

据此，在3d龄期镇支墩中心混凝
土达到最高温度时，内外温差大大超出规范要求的25℃，故必
须在混凝土浇筑前后及浇筑期间采取有效的温控措施，避免出
现温缩裂缝。

3温度应力控制
3.1原材料控制
该输水管线镇支墩混凝土生产原材料全部由项目部自购，混凝土砂石骨料购自新疆恒达建设有限公司砂石料场，粉煤灰为玛纳斯电厂生产的Ⅰ级灰，水泥为新疆天山水泥厂产42.50高抗硫酸盐硅酸盐水泥，高效减水剂FDN、引气剂GH-AE由五家渠格辉化工有限责任公司生产。

水泥等材料使用前，按照《水泥水化热试验方法》所测定的7d水化热小于等于250kJ/g。

粗集料要求级配良好，质量满足《水工混凝土施工规范》，含泥量小于1.5%。

细集料性能符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》要求。

3.2混凝土入模温度控制
为减少水泥水化热释放，使用的是水化热较低的硅酸盐水泥；同时采用高效缓凝减水剂，在改善混凝土泵送性能的同时，使水泥水化热峰值出现的时间延迟，数值降低。

粉煤灰的掺加能增强混凝土后期强度，并改善其耐久性和抗渗性。

此外，还应加强混凝土出机温度控制，以降低大体积混凝土内外温差和总温升。

该工程在砂石料场搭建遮阳棚，并向集料喷洒水雾降温，覆盖泵管，缩短混凝土运输时间，以控制混凝土入模温度。

3.3冷却水管设置
为降低镇支墩内部混凝土温度，还在结构内部设置了冷却水管，采用φ100mm的钢管，水平层间按照1.50m间距设置；根据镇墩和支墩设计尺寸，分别布置3层和2层冷却水管，相邻层冷却水管垂直布置。

冷却管布置平面图见图1。

冷却水管在镇支墩钢筋绑扎的同时预埋，并在混凝土浇筑前展开闭水试压，对于渗漏段应妥善解决。

3.4覆盖保温
此输水管线工程镇支墩全部在夏季高温季节浇筑，冷却水管排水口水温超60℃，故在镇支墩边缘处设置有砂浆堤坝养护池。

混凝土浇筑并达到终凝状态后，将冷却水管排水注入砂浆堤坝内，注水深度约20cm，既能用于镇支墩养生，又使镇支墩表面温度得以提升，起到了镇支墩内表温差控制效果。

3.5监控测量
此供水管线镇支墩温度测量采用预埋测温线的方法，对于厚度较大的镇墩，共布设2层、13个测温点。

其中，测温点1~3、
6~8、11~13均布设在第2~3层冷却水管之间，其余测温点则布置在第1~2层冷却水管之间。

对于支墩而言，仅在2层冷却水
管之间布置1层测温点展开温度监测。

镇支墩混凝土龄期3d内按照1次/2h的频率测温，龄期4—7d内按1次/4h的频率测温，龄期8—15d内按照1次/8h 的频率测温，龄期在15d以上，则按1次/12h的频率测温。

温度监测时，当温差接近或超出控制指标，则应及时加热蓄水池供水、调节冷却水管流速，以保证温度控制效果。

据图2可知，以上措施实施后，2m厚镇支墩中心温度仍为最高，临近结构上顶点处温度仍为最低，但镇支墩中心点浇筑3d后的温度峰值降至60.20℃，远小于措施实施前的73.41℃和75℃规范值；浇筑3.85d后镇支墩内表温差达到最大22.12℃，符合规范。

3m厚镇支墩温控结果基本一致。

4结论
此输水管线工程镇支墩大体积混凝土浇筑施工期间，使用低水化热水泥，掺加粉煤灰代替部分水泥，掺加缓凝型减水剂，设置冷却水管，覆盖养生；混凝土浇筑后，布设温度监测点，并调整冷却水管水温、流速，改变蓄水池水温。

以上措施应用后，大体积混凝土裂缝得到有效控制，工程所有镇支墩混凝土浇筑施工期间均无开裂现象，温度应力控制效果十分理想。

参考文献：
［1］青钰驹，刘朝忠，赵鹏，等.承台大体积混凝土配制及温度控制研究［J］.交通科技，2023（2）：78-84.
收稿日期：2023-9-11
编辑：刘长垠侯鹏松
表2不同龄期镇支墩混凝土实际温升表
镇支墩厚度/m 2 3
不同龄期镇支墩混凝土实际温升（℃）
3d
73.41
77.45
6d
62.54
65.63
9d
58.41
62.76
12d
55.02
58.81
15d
49.12
53.90
18d
44.94
49.65
21d
42.10
45.40
24d
36.75
42.11
27d
37.86
39.75
30d
36.93
39.28
图1冷却管布置平面图
.
6
m
1
9
×
1
.
5
m
2
9
.
7
m
.
6
m12m13.20m0.60m
出水口
出水口
进水口
ϕ150mm钢管
0.6m
图22m
厚镇支墩温控结果图。