基于互联网+的高速铁路悬浇箱梁冬期施工技术及应用

胡国伟

（中铁三局集团有限公司，山西 太原 030001）

连续梁在高速铁路的建设中应用广泛，且多采用悬臂施工。0号块混凝土体积大，冬季施工自然养护时混凝土强度增长缓慢，易产生温度裂缝，很难保证在后续施工时的工程质量。需要采用养护措施减小内外部的温差，保证混凝土在水化过程中的温度应力满足工程的要求，保证施工质量。

1 工程概况

济青高铁设计最高运行速度350 km/h，邹淄特大桥（60+100+60）m。预应力混凝土连续梁桥在一般大气条件下无防护措施的地面结构，环境类别为碳化环境，作用等级为T2，梁体结构设计使用寿命为100年，桥梁采用悬臂浇筑施工，桥上不设人行道检查车走行通道。

跨中连续梁0号节段长14 m，混凝土为354.37 m3；梁体为单箱单室、变高度、变截面箱梁，全联在端支点、中支点处设横隔板，桥梁宽12.6 m，梁全长221.5 m，计算跨度60 m+100 m+60 m，中支点截面中心线处梁高7.835 m。墩顶0号块截面如图1所示。

图1 墩顶0号块截面

2 大体积混凝土冬季施工温度场理论分析

2.1 有限元模型的建立

使用有限元软件MIDAS/FEA模拟桥梁冬季施工养护的过程。对混凝土的温度场进行计算，确定可行的温度控制方案，指导在相似环境下的施工。对于MIDAS/FEA的热分析功能，在能量守恒的基础上建立热平衡方程，再用有限元的计算方法将节点的温度求出来，最后根据温度可以将其他的物理参数推导出来。建模主要针对在冬季施工的0号截断。

主梁采用C50混凝土，混凝土的泊松比0.2、弹性模型3.45e+04（N/mm2）、比热、线膨胀系数1e-05、容重2.5e-5（N/mm3）、传导率 2.6～2.8（W/m·[T]）比热 0.92-1.04（kJ·kg/N/[T]）。对流系数：钢模版14W/m2[T]、模版6W/m2[T]、外部接触面13W/m2[T]。

2.2 水化热温度时程分析

影响混凝土温升的因素包括水泥品种及用量、混合料的种类、用量及混凝土的浇筑温度即入模温度。本文主要研究水泥品种、用量、混合料种类、用量一定的情况下对其温度控制进行研究。

通过对混凝土中心位置处时变温度的分析可以得到以下：①在混凝土水化的前120 h左右，温度基本达到最大值；②在混凝土的用量标号及外加剂一定的情况下，最大温升与原材料和入模温度有关；③混凝土降温的最低点接近环境温度；④在混凝土温度下降的过程中，其下降速率基本相同。

由图2可知：①在环境温度升高、入模温度保持不变时，对内部温度的影响不大，表面温度随温度的升高而升高，里表温差减小。在养护结束时，结构内部和表面的温度接近环境温度。②入模温度主要对最大温升有影响。对于控制裂缝发生的里表温差，环境温度越高，其差值越小。③混凝土内部和表面达到最高温度的时间不同，混凝土表面达到最高温度比内部达到最高温度的时间略有提前。④在28 d后，表面温度与混凝土内部温度基本相同。

3 智能养护及温湿度监测系统的应用

我国较大规模的混凝土冬季施工从建国初期便已开始，取得了丰富的经验。随着科学技术的不断进步，新的施工方法和技术手段得到了应用，不断出现的混凝土施工方法，在原有的基础上都有了新的发展和创造，一些新材料、新技术、新工艺的应用，在混凝土施工中起到了越来越重要的作用。越来越多的施工单位注重对混凝土养护过程中的温度进行实时监控，在混凝土配合比等其他条件一定的情况下，通过温度控制混凝土的水化过程。

图2 墩顶0号块水化垫分析结果示意图

混凝土桥梁冬季施工保温棚的运用在国内也经历了一个初步发展的过程，起初保温棚大多使用帆布草垫子及木骨架搭设，此种保温棚不透光、造价高、费时费力。塑料保温棚大多采用木材或钢脚手架作为支撑，利用塑料薄膜进行维护。采暖设备由以往的烧木材的火炉向锅炉、气暖等发展。基于互联网+的连续梁冬施智能自动保温养护及温湿度监测技术，采用同挂篮一体化移动的暖棚对挂篮进行整体外包封闭，通过安装的电蒸汽发生器产生高温蒸汽，布设蒸养管道后将蒸汽传送至梁体各个部位进行蒸养，并通过专用温湿度监测元件和无线传输技术，实现了管理人员随时随地掌握连续梁各节段冬施过程中的温湿度数据，对各部位的养护情况进行实时监测和分析养护效果，有效保证了混凝土的强度增大，通过电子数据监测具有良好的追溯性。

图3 基于互联网+的智能养护暖棚

该技术整套系统主要由梁体节段密封保温棚、电蒸汽发生器、温湿度传感器、智能网关、便携式路由器等部分组成，其主要优点为：①暖棚结构质量轻、强度高、密封好、阻燃、保温效果好，解决了传统暖棚法由烟或燃烧气体产生的二氧化碳加速混凝土碳化等问题；②梁体保温效果好，热损低于30%；③保温棚内温度低于设定值后设备自动启动，产生高温蒸汽；④可实现各级管理人员随时随地查看当前及历史混凝土养护温湿度，并形成数据曲线，直观反映养护质量；⑤成本低廉，一套设备可伴随整个冬季施工过程。

4 结论

在理论研究的基础上，对混凝土水化过程中温度的变化规律进行了总结，提出了满足工程实际要求的温度控制措施。通过在安装全自动蒸汽发生器和温湿度智能监测系统，开发出了一套基于互联网+的连续梁冬期施工自动保温养护及温湿度监测系统，达到了实时信息共享的目的，为其他类似工程悬浇箱梁冬期施工的信息化管理提供了科学、有效的指导。

［1］蒋春材.基于水化热分析的连续刚构桥零号块温度效应研究［D］.成都：西南交通大学，2015.

［2］庞彪.连续刚构桥箱梁水化热温度场及其效应研究［D］.西安：长安大学，2008.

［3］刘琳莉.桥梁大体积混凝土水化热施工控制研究［D］.成都：西南交通大学，2012.

［4］潘席伟.大体积混凝土水化热的温度场和应力场的分析方法研究［D］.重庆：重庆交通大学，2014.

［5］曾有艺，周健，曹云龙.预应力砼箱梁水化热作用分析及施工控制［J］.公路与汽运，2016（01）：190-194.