基于广州番禺广场站工程的大体积混凝土温度效应研究

摘要：大体积混凝土由于本身结构特性，散热较为困难，容易引起温度裂缝产生。依托广州市轨道交通十八号线番禺广场站项目，开展现场监测，对大体积混凝土的温度效应进行研究。研究结果表明：随着混凝土浇筑时间的增加，模板侧压力整体呈现增加态势，存在小范围波动和多个极值点，浇筑完成后模板侧压力约达到62.5kPa。随着浇筑时间的增加，各位置处混凝土内部温度逐渐增大，增加速率呈现先增大后减小的变化规律。同一时刻下混凝土内部温度，由高到低依次为混凝土中心、混凝土下表面和混凝土上表面。混凝土温度应力在浇筑3d内温度应力增长较快，约在5d时达到峰值。同一时刻下混凝土浇筑温度越高其温度应力越大，混凝土浇筑温度与温度应力大小呈现正相关关系。

关键词：大体积混凝土；温度效应；混凝土浇筑；温度应力

0" "引言

大体积混凝土由于本身结构特性，散热较为困难，容易引起温度裂缝产生，可能影响结构安全与正常使用。近年来，针对于大体积混凝土温度裂缝问题，国内学者展开了了一系列研究，并取得了一定成果。刘天鹏等[1]将气温边界模拟方法在大体积混凝土温控计算中进行了应用，结果表明该方法对大体积混凝温控计算方面具有很大的借鉴意义。冯太坤等[2]以承台大体积混凝土为研究对象，阐述承台大体积混凝土在水化过程中所采用的温控原则及控制措施，并对施工全过程现场温度监测方法进行研究。白倩茹等[3]依托马来西亚砂拉越拉萨河口大桥项目，通过有限元手段研究了大体积混凝土承台浇筑施工过程中及浇筑后的水化热温度与应力特点。

任利国等[4]从荷载、位移、温度3个方面，分析了地铁车站大体积混凝土结构的开裂成因，并从设计、材料、施工3个角度，对如何防止混凝土开裂进行了探讨。苗田与唐靖武[5]依托某大体积混凝土工程案例，通过有限元软件建立了大体积混凝土数值仿真模型，对大体积混凝土温度场、应力场以及控制结果进行分析。曹倩等[6]提出了一种基于有限元方法的大体积混凝土施工期间温度预测模型及计算方法，并依托某水闸工程案例，分析了上游消力池温控的影响机制，同时基于实测数据验证了该方法的适用性及可行性。

本文依托广州市轨道交通十八号线番禺广场站项目，开展了大体积混凝土现场监测，分析了混凝土浇筑过程中模板侧压力、混凝土内部温度的变化特征，并对混凝土温度的分布规律作了探究。

1" "工程概况

1.1" "工程基本情况

本文依托广州市轨道交通十八号线番禺广场站开展大体积混凝土温度效应现场监测研究，该车站为地下五层（局部四层）14m+14m双岛（+预留中山支线5m半岛）式站台车站，全长540m，标准段宽为52.25m，开挖深度标准五层段为40m。

1.2" "主要施工方法

拟采用1200mm厚连续墙+五道内支撑支护，主体采用局部盖挖顺作法，车站纵向设置12m宽施工栈桥，横向设置3道9m宽施工栈桥，结合第一道混凝土设置支撑，以满足施工出土等工作面需要。

1.3" "质量控制关键技术

该项目设计基本地震加速度值为0.10g，地震特征周期值为0.35s，建筑场地类别为Ⅱ类，属于重点设防类，按乙类建筑考虑。该车站的结构立面图如图1所示。

该车站项目底板和侧墙结构为超大面积、超大体积混凝土。大体积混凝土采取的温控措施、测温监控技术、分层浇筑技术和同步散热养护技术，是保证大体积混凝土的质量的关键。

2" "现场监测方案

2.1" "选取研究对象

研究对象为番禺广场站混凝土侧墙，该侧墙混凝土等级为C40，抗渗等级为P6，粉煤灰掺量为15%，矿粉掺量为20%，最小厚度为1000mm。该混凝土抗压强度如表1所示。该混凝土性能参数如表2所示。

2.2" "具体测试方法

在现场混凝土温度实测过程中，模板侧压力的测量采用微型土压力盒完成。混凝土入模温度约为28.4℃，通过建筑电子测温仪测得混凝土温度，测量时间开始于混凝土浇筑，此过程持续24h。

3" "测试结果分析

3.1" "模板侧压力时程曲线

3.1.1" "模板侧压力变化总体趋势分析

混凝土浇筑过程中模板侧压力变化曲线如图2所示。从图2可以看出，随着混凝土浇筑时间的增加，模板侧压力逐渐增大，存在小范围波动和多个极值点，整体呈现增加态势，浇筑时间1000min后，模板压力值接近稳定，浇筑完成后模板侧压力达到了约62.5kPa。

3.1.2" "模板侧压力极值分析

曲线最大波动出现在浇筑时间400d附近，此时模板侧压力极大值达到41.4kPa，极小值约为14.2kPa，瞬时降幅达到了65.7%。

分析认为，由于在混凝土浇筑过程前期，存在一定的振捣不密实情况，随着混凝土浇筑的进行，混凝土自重逐渐增大，再结合振捣棒的作用，部分中上层混凝土流向底部，因此存在较为明显的模板侧压力变化。

3.2" "混凝土内部温度

3.2.1" 不同位置处温度变化总体趋势分析

不同位置处混凝土内部温度随浇筑时间的变化情况如图3所示。从图3可以看出，随着浇筑时间的增加，各位置处混凝土内部温度逐渐增大，增加速率呈现先增大后减小的变化规律。各位置相比，同一时刻下混凝土内部温度由高到低依次为混凝土中心、混凝土下表面和混凝土上表面。

3.2.2" "不同位置处混凝土温度变化分析

混凝土浇筑完成后，混凝土上表面温度约为56.2℃，较浇筑前温度增加了26.5℃。混凝土下表面温度约为58.4℃，较上表面温度增加了3.9%，较浇筑前温度增加了28.7℃。混凝土中心位置处温度约为62.8℃，较上表面温度增加了11.7%，较下表面温度增加了7.5%，较浇筑前温度增加了28.9℃。

3.2.3" "温度监测结果分析

综上所述，在大体积混凝土浇筑过程中，中心位置处的混凝土温度达到最高，且较初始温度增幅也最为明显，这是由于浇筑混凝土后会发生水化热反应，而中心位置处的热量不易散发，从而导致了温度过高。相关规范要求，混凝土结构内部最高温度不得高于75℃，混凝土结构任一截面两点温差最大不超过25℃[7-8]，本文现场监测结果均满足上述要求，因此能有效避免因温度引发的裂缝产生。

3.3" "混凝土散热效率

不同龄期条件下混凝土散热效率变化如图4所示。从图4可以看出，不同龄期条件下混凝土温降效率差异较大，随着混凝土龄期增加温降效率呈现上下波动，散热引起的最大温降效率达到了0.22℃/d，最大温升效率为0.27℃/d。由散热所引起的混凝土温度共降低了0.47℃，其平均温降效率约为0.0736℃/d。

3.4" "混凝土温度应力分析

3.4.1" "混凝土温度应力总体趋势

不同浇筑温度工况下混凝土温度应力变化状况如图5。从图5可以看出，随着时间的增加，混凝土温度应力呈现先增后减的变化规律。在浇筑早期（＜3d）温度应力增长较快，约在5d时达到峰值。

3.4.2" "各工况温度应力对比分析

各工况相比，同一时刻下浇筑温度越高，其混凝土温度应力越大，混凝土浇筑温度与温度应力大小呈现正相关关系[9-10]。

混凝土浇筑温度22℃工况下，温度应力峰值为0.46MPa。混凝土浇筑温度25℃工况下，温度应力峰值为0.54MPa，较前者增加了17.4%。混凝土浇筑温度28℃工况下，温度应力峰值为0.61MPa，较前者增加了13.0%，较22℃工况增加了32.6%。混凝土浇筑温度为31℃工况下，温度应力峰值达到了0.72MPa，较前者增加了18.0%，较22℃工况增加了56.5%。

3.4.3" 温度应力管控措施

混凝土浇筑温度对内部的温度应力影响较为显著，且浇筑温度越高，对混凝土温度应力的增幅约为明显。基于此，在实际大体积混凝土浇筑过程中，需采取有效的混凝土降温散热措施，降低大体积混凝土浇筑温度与内外温度差，减少温度应力，从而避免由温度引起的裂缝产生。

4" "结束语

本文依托广州市轨道交通十八号线番禺广场站项目，在大体积混凝土浇筑过程中开展了现场监测，分析了大体积混凝土的温度效应。得出主要结论如下：

随着混凝土浇筑时间的增加，模板侧压力整体呈现增加态势，存在小范围波动和多个极值点，浇筑时间1000min后，模板压力值接近稳定，浇筑完成后，模板侧压力达到了约62.5kPa。

随着浇筑时间的增加，各位置处混凝土内部温度逐渐增大，增加速率呈现先增大后减小的变化规律。各位置相比，同一时刻下混凝土内部温度由高到低依次为混凝土中心、混凝土下表面和混凝土上表面。

不同龄期条件下混凝土温降效率差异较大，随着混凝土龄期增加温降效率呈现上下波动，散热引起的最大温降效率达到了0.22℃/d，最大温升效率为0.27℃/d。

随着时间的增加，混凝土温度应力呈现先增后减的变化规律，在浇筑早期（＜3d）温度应力增长较快，约在5d时达到峰值。同一时刻下浇筑温度越高其混凝土温度应力越大，混凝土浇筑温度与温度应力大小呈现正相关关系。

参考文献

[1] 刘天鹏，王野，李春辉.气温边界模拟方法在大体积混凝土温控计算中的应用研究[J].东北水利水电，2024，42（3）：41-42+49+72.

[2] 冯太坤，余圣爱，曾玉昆，等.大体积混凝土水化热温度控制及监测[J].交通科技与管理，2024，5（5）：46-48+45.

[3] 白倩茹，沈鑫，强耀锋，等.基于欧洲标准的大体积混凝土承台水化热分析与控制[J].建筑机械，2024（2）：80-87.

[4] 任利国，张海波，曾子羽.地铁车站大体积混凝土裂缝产生原因及解决措施分析[J].广东建材，2024，40（1）：127-130.

[5] 苗田，唐靖武.大体积混凝土温度裂缝控制及温控效果有限元分析[J].四川水泥，2024（1）：189-191.

[6] 曹倩，吴先敏，李杨.水闸工程大体积混凝土施工温度控制数值模拟研究[J].山东农业大学学报（自然科学版），2023，54（6）：897-906.

[7] 周再红.水利工程大体积混凝土温度效应敏感性分析[J].水利技术监督，2024（8）：115-117+172.

[8] 韩卓轩.承台大体积混凝土的水化热分析与温控技术仿真模拟研究[D].长春：长春工程学院，2024.DOI：10.27834/d.cnki.ggccc.2024.000008.

[9] 付婷婷，江锋.某高层建筑筏板基础大体积混凝土水化热温度分析[J].石材，2023（8）：77-79.DOI：10.14030/j.cnki.scaa.2023.0353.

[10] 宣晓东，刘鹏，欧阳华.嘉陵江特大桥9#墩承台混凝土浇筑温度效应分析及影响因素敏感性研究[J].城市道桥与防洪，2021（1）：91-96+12.DOI：10.16799/j.cnki.csdqyfh.2021.01.025.

（中铁十一局集团第四工程有限公司，湖北武汉" "430000）