CN111319115B - 一种基于温度控制的预制混凝土沉管控裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水底隧道施工技术领域，本发明的一种基于温度控制的预制混凝土沉管控裂方法，包括以下步骤：S1、混凝土搅拌，混凝土原材料入仓搅拌时，采取冷却水及碎冰替代部分拌合水；S2、混凝土输送，在混凝土输送过程中，对混凝土输送设备进行保温隔热处理；S3、预制混凝土沉管浇筑；S4、预制混凝土沉管养护，该方法适用于全断面预制混凝土沉管浇筑施工工艺，既能有效控制预制混凝土沉管浇筑过程中的温度，也能保证预制沉管构件的整体性和密实性，进而避免沉管在浇筑过程由于温度变化较大而产生收缩裂缝，保证预制沉管浇筑质量。

Description

一种基于温度控制的预制混凝土沉管控裂方法

技术领域

本发明涉及水底隧道施工技术领域，特别涉及一种基于温度控制的预制混凝土沉管控裂方法。

背景技术

现有的水底建设隧道主要有沉管法和掘进法，掘进法也就是采用从水下固体层进行掘进施工，从而形成水底隧道的施工方法，而沉管法采用在船台上或干坞中预先制作沉管，然后对水底基础进行处理并将沉管安装在处理好的基础上，从而建成水底隧道的施工方法，掘进法存在受制于施工条件、成本高等诸多问题。而随着沉管法技术的发展，采用沉管结构完成水底隧道的建设越来越受到重视和推广。

由于水底隧道采用双向多车道通行的沉管结构，并且还有排水、检修及电气设备布置空间，因此预制混凝土沉管结构存在体积大、截面复杂的特点，导致结构自约束大，在多方面的因素下，混凝土极易出现裂缝，并且在长期水压使用条件下，表面的裂缝可能进一步连通、延伸，成为新的渗水通道，导致其自身抗渗能力降低，加速氯盐侵蚀。同时，沉管混凝结构长埋于水下，结构无法修复，一旦出现腐蚀将极大影响结构使用寿命。因此，管节混凝土裂缝控制是确保隧道预制沉管工程耐久性的关键技术。

混凝土裂缝的形式和种类很多，有多方面的原因，包括混凝土自身的收缩特性、混凝土材料及配合比、沉管结构设计以及施工过程中的多个因素组合。但是，在众多导致预制混凝土沉管产生裂缝的原因中，由于收缩产生的裂缝影响最大，这种微观裂缝一旦发展，就会引起结构的开裂、变形和破坏，严重影响隧道的耐久性及抗渗能力。产生收缩裂缝的原因，主要是在施工阶段因为水泥水化热以及外部气温的作用引起混凝土收缩产生，这种收缩裂缝在大体积混凝土构件中尤为常见，因此，如何有效控制混凝土浇筑温度产生成为控制温度裂纹的重要手段，现有技术中，通常采用在预制混凝土沉管中布置冷水水管进行降温，但是这种降温方式存在弊端：在混凝土构件中布置冷却水管影响构件结构，这种冷却方式本身就会对混凝土的抗渗性能具有影响，并且这种冷却方式也不适合质量要求更高的全断面浇筑，另外，在预制混凝土沉管中布置冷却水管也具有更高的成本。

因此，如何找到其他的冷却方式成为亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术中通过在预制混凝土沉管中布置冷却水管进行降温所存在的上述不足，提供一种基于温度控制的预制混凝土沉管控裂方法，该方法适用于全断面预制混凝土沉管浇筑施工工艺，既能有效控制预制混凝土沉管浇筑过程中的温度，也能保证预制沉管构件的整体性和密实性，进而避免沉管在浇筑过程由于温度变化较大(冷却降温)而产生收缩裂缝，保证预制沉管浇筑质量。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于温度控制的预制混凝土沉管控裂方法，包括以下步骤：

S1、混凝土搅拌，混凝土原材料入仓搅拌时，采取冷却水及碎冰替代部分拌合水；

S2、混凝土输送，在混凝土输送过程中，对混凝土输送设备进行保温隔热处理；

S3、预制混凝土沉管浇筑；

S4、预制混凝土沉管养护。

混凝土在搅拌生产时产生较大的热量，当混凝土中利用碎冰替代部分拌合水时，冰融化吸收大量的热量，同样采用冷却水替代拌合水时，冷却水也能吸收大量的热量，也可以同时采用冷却水和碎冰替代拌合水来进行搅拌生产，从而有效降低混凝土搅拌完成后再准备浇筑时的温度，使得混凝土在浇筑过程中，浇筑前后的温度变化较小，也就是冷却降温的速率降低，有效降低沉管因温度变化较大而产生收缩裂缝的情况，从而有效保证预制沉管浇筑成型质量；并且，混凝土搅拌生产后需要输送到浇筑区进行浇筑，输送过程需要一定时间，混凝土会与外部环境接触并进行热量交换，混凝土在搅拌生产阶段时温度在输送过程中上升，为了避免混凝土在输送过程中温度上升，控制控制其温度低于搅拌生产时的出机温度，采用对混凝土输送设备进行保温隔热处理，使混凝土浇筑时的出机温度低于搅拌生产时的出机温度。

此外，步骤S1混凝土搅拌生产时的温度是一个比较经济的温度(温度太低需要更多的加冰量，而加冰量是在某一范围取值，并且加冰量也在一定程度上影响混凝土搅拌生产效率)，为了使混凝土浇筑时的温度满足要求，在步骤S2混凝土输送过程中对混凝土输送设备进行保温隔热处理，能有效控制温度，进而达到沉管控裂目的。

步骤S1和步骤S2同时保证了温度控制要求，避免造成时间、材料上的浪费。

优选的，在步骤S1前增加步骤S0：根据沉管节段实体尺寸建立沉管节段温度应力仿真计算有限单元模型，并分析在某一基准工况下沉管内部的温度变化情况，得到预制混凝土沉管的抗裂安全性。

根据建立的计算模型选择计算参数，计算参数包括材料参数、热学参数、力学参数和其他参数，对于材料参数，沉管节段温度应力仿真计算混凝土配合比及性能参数，按照沉管混凝土配合比以及该配合比性能指标确定，其他热学参数及力学参数根据施工规范要求及试验选取得到，使计算参数与后续施工工况参数一致。选择某一标准工况作为基准确定浇筑温度，得到计算模型沉管内部的温度变化情况。

进一步地，改变养护温度、浇筑温度以及环境温度，得到不同工况组合，并根据计算模型的分析结果，确定满足抗裂要求的计算变量，该计算变量为养护温度和浇筑温度。同时，根据计算模型，对各变量进行分析和总结，优化其他变量参数。

优选的，所述步骤S1中，混凝土搅拌产生热量，在采用冷却水和/或碎冰替代部分拌合水降低混凝土出机温度时，具体包括以下子步骤：

S11、通过混凝土各组分所占比例、温度以及比热容计算混凝土出机温度；

S12、对混凝土各组分对出机温度的影响程度进行分析，确定混凝土出机温度的关键控制因素；

S13、在不加入碎冰的情况下，分析得到混凝土出机温度与砂石温度影响规律；

S14、采用碎冰替代相同质量的水，分析得到加冰量对混凝土出机温度的影响规律；

S15、根据施工设计要求的混凝土出机温度，确定加冰量及各组分温度控制指标，并完成混凝土搅拌。

混凝土搅拌生产过程中，水、水泥、粉煤灰、矿粉、碎石河砂等都是按一定配比组合形成，因此，用于替代常温水的碎冰和/或冷却水也是在一定重量比范围内，通过步骤S11混凝土各组分所占比例、温度以及比热容计算混凝土出机温度，再根据步骤S12、步骤S13和步骤S14确定加冰量及各组分温度控制指标，从而使混凝土出机温度满足设计要求，保证混凝土在搅拌生产时的温度。

通过上述步骤，使加冰量得到一个合理的取值，既能保证混凝土搅拌生产时的温度，又避免加入过多的碎冰造成资源浪费并影响搅拌生产效率，使确定加冰量及各组分温度控制指标的过程更加合理化、科学化。

优选的，在步骤S3预制混凝土沉管浇筑中，还包括步骤S31：对沉管进行温度监测，采用埋入式温度传感器监测沉管关键部位的中心温度。

沉管结构包括底板、顶板、中墙和侧墙，所述沉管关键部位包括但不限于底板、底板倒角处、顶板倒角处和侧墙。

通过对沉管进行温度监测，使预制混凝土沉管在浇筑过程中满足温度要求，当超过设定的温度时，通过适当降低浇筑速度的方式达到温度控制要求，从而达到控制沉管裂纹产生的目的。

优选的，埋入式温度传感器布置位置包括顶板表面和中心，侧墙表面和中心，底板表面和中心，顶板靠近中墙的倒角部位中心，底板靠近中墙的倒角部位中心，以及底板靠近侧墙的倒角部位中心。

优选的，在步骤S4预制混凝土沉管养护中，采用在养护棚内养护的方式，并通过调整养护棚养护温度控制沉管的内部最高温度、内表温差、降温速率和混凝土表面与环境温差。

通过在养护阶段有效控制预制混凝土沉管在温度方面的各个指标，有效防止沉管因温度收缩产生裂纹。

优选的，在步骤S1混凝土搅拌阶段，设置最大温升警示，包括一级警示和二级警示：当混凝土搅拌生产时温升超过二级警示时，增加碎冰加入数量；当混凝土搅拌生产时温升超过一级警示时，重新调整原材料配合比并开展绝热温升试验，直至达标。

所述二级警示的温升为通过适当调整碎冰加入数量即可满足混凝土搅拌生产阶段的温升控制指标，所述一级警示的温升高于二级警示的温升，并不能通过适当增加加冰量对温升进行控制，需要重新调整配合比及原材料，重新开展绝热温升试验，直至达标。

优选的，在步骤S3预制混凝土沉管浇筑时，设置最大温升警示，包括一级警示和二级警示：当混凝土出机温度和浇筑温度超过二级警示时，通过在步骤S1中增加碎冰加入数量或缩短运输时间；当混凝土出机温度和浇筑温度超过一级警示时，调整步骤S4预制混凝土沉管养护中养护温度，并在下次混凝土搅拌生产时增加加冰量。

优选的，混凝土输送设备包括混凝土搅拌运输车与泵车。

当预制混凝土沉管采用全断面一次性浇筑完成时，浇筑量较大，需要将新拌出机的混凝土大量输送到沉管预制区，因此，在浇筑预制混凝土沉管过程中，采用混凝土搅拌运输车与泵车联合输送，能极大地提高输送效率及混凝土浇筑供应量，为有效控制混凝土温度，同时对混凝土搅拌运输车与泵车进行保温隔热处理。

优选的，在步骤S2中，所述保温隔热处理为在混凝土搅拌运输车和/或泵车的罐体外包括帆布，同时在混凝土输送管道外部包裹隔热海绵。

进一步地，还包括对混凝土搅拌运输车和/或泵车的罐体进行定时喷淋冷却水。虽然混凝土搅拌运输车和/或泵车的罐体外层布置有隔热保温材料，但是随着车辆使用时间加长，罐体在输送过程中存在温升，采用这种方式定时喷淋冷却水降温的方式，有效降低输送过程中的混凝土温升。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、混凝土在搅拌生产时产生较大的热量，当混凝土中利用碎冰和/或冷却水替代部分拌合水时，冰融化吸收大量的热量，从而有效降低混凝土搅拌完成后再准备浇筑时的温度，使得混凝土在浇筑过程中，浇筑前后的温度变化较小，也就是冷却降温的速率降低，有效降低沉管因温度变化较大而产生收缩裂缝的情况，从而有效保证预制沉管浇筑成型质量；并且，混凝土搅拌生产后需要输送到浇筑区进行浇筑，输送过程需要一定时间，混凝土会与外部环境接触并进行热量交换，混凝土在搅拌生产阶段时温度在输送过程中上升，为了避免混凝土在输送过程中温度上升，控制控制其温度低于搅拌生产时的出机温度，采用对混凝土输送设备进行保温隔热处理，使混凝土浇筑时的出机温度低于搅拌生产时的出机温度；

2、在混凝土搅拌生产时采取冷却水和/或碎冰替代部分拌合水，在混凝土输送时对混凝土输送设备进行保温隔热处理，同时采用这两种方式保证了温度控制要求，避免造成时间、材料上的浪费；

3、通过对沉管进行温度监测，使预制混凝土沉管在浇筑过程中满足温度要求，当超过设定的温度时，通过适当降低浇筑速度的方式达到温度控制要求，从而达到控制沉管裂纹产生的目的。

附图说明：

图1为沉管节段实体有限单元模型。

图2为节段横断面温度云图。

图3为河砂+碎石的温度对出机温度影响曲线图。

图4为碎石温度对出机温度影响曲线图。

图5为加冰量对混凝土出机温度影响曲线图。

图6为砂石温度与加冰量对混凝土出机温度影响曲线图。

图7为隧道沉管温度传感器布置断面图。

图中标记：1-顶板，2-底板，3-侧墙，4-中墙，5-传感器。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

本实施例提供了预制混凝土沉管结构控裂过程的仿真模拟计算。

通过数值计算，对沉管抗裂性能进行分析，以确保沉管节段不出现危害性裂缝为原则，提出基于温度控制的预制混凝土沉管控裂技术要求。

首先，根据沉管隧道管节预制施工工艺，并结合现场材料实验、理论公式、实际经验等合理地确定计算中用到的材料参数、热学参数、力学参数，进而确定相应的计算参数、边界条件以及计算工况，并建立了有限元计算模型；

其次，选取混凝土配合比、浇筑温度、模板类型、拆模时间、室内养护温度、室内养护时间、室内养护方式、室外养护方式、室外养护温度等主要计算变量，共进行计算分析。根据计算结果，对此变量进行分析，得出关键控制指标。进而考虑实际施工情况，对不同的关键控裂因素进行组合，得到分析结果；

最后，通过温度及其他相关参数变量对沉管抗裂的影响特性进行分析，确定采用在混凝土搅拌生产过程采取冷却水及碎冰替代部分拌合水，并在混凝土输送过程中，对混凝土输送设备进行保温隔热处理，从而实现对预制混凝土沉管控裂，达到预期浇筑质量。

1.1仿真计算模型

1.1.1计算模型

按照沉管节段实体尺寸建立沉管节段温度应力仿真计算有限单元模型，如图1所示，包括顶板1，底板2，侧墙3和中墙4。

1.1.2计算参数

根据建立的计算模型选择计算参数，计算参数包括材料参数见表1、热学参数见表2、力学参数见表3和其他参数见表4，对于材料参数，沉管节段温度应力仿真计算混凝土配合比及性能参数，按照沉管混凝土配合比以及该配合比性能指标确定，其他热学参数及力学参数根据施工规范要求及试验选取得到，使计算参数与后续施工工况参数一致。选择某一标准工况作为基准确定浇筑温度，得到计算模型沉管内部的温度变化情况。表1

名称	单位	取值	依据
				混凝土密度	kg/m3	2400	试验
混凝土泊松比	常数	0.2	《混凝土结构设计规范》
				弹性模量	MPa	与水化度相关的函数	试验

表2

表3

表4

1.2标准工况分析

1.2.1温度分析

根据建模结果，分析顶板、底板、侧墙和中墙的温度变化历程，结果见图2所示，由图2中可以看到，沉管结构中温度比较集中的区域包括顶板中心、侧墙中心、底板中心，而尤其集中的区域为顶板靠近中墙的倒角部位中心，底板靠近中墙的倒角部位中心，以及底板靠近侧墙的倒角部位中心，在后面实施例中布置埋入式温度传感器也主要布置在这些部位，同时还包括各部位的表面位置，通过节段横断面温度云图2分析沉管混凝土的抗裂安全性。

3.2.2标准工况参数

分析在某一基准工况下沉管内部的温度变化情况，得到预制混凝土沉管的抗裂安全性。改变养护温度、浇筑温度以及环境温度，得到不同工况组合，并根据计算模型的分析结果，确定满足抗裂要求的计算变量，该计算变量为养护温度和浇筑温度。同时，根据计算模型，对各变量进行分析和总结，优化其他变量参数。表5的标准工况参数作为基准工况，表6位其他不同工况组合，其它工况都是在基准工况的基础上改变其计算参数。

表5

工况	计算参数
		配合比	采用其基准配合比，绝热温升为41.4℃
浇筑温度	20℃
		模板	仅钢模板，热交换系数取9.9W/(m<sup>2</sup>·K)
拆模后室内保温养护	热交换系数取9.9W/(m<sup>2</sup>·K)
		室外养护	热交换系数取17.9W/(m<sup>2</sup>·K)
拆模后保湿养护	有保湿措施(表面蓄水等)；
		拆模时间	3d
拆模后室内养护时间	4d
		室内养护环境温度	20℃
室外养护环境温度	30℃

表6

1.3控裂参数敏感性分析

1.3.1温度和应力的敏感性分析

比较各工况下，混凝土的温度和应力发展状况。表7为沿节段横断面水平向高应力区域面积比，表8为沿节段纵向高应力区域面积比表7

表8

混凝土的浇筑温度对混凝土阶段内部最大温升有直接的影响。混凝土的浇筑温度和绝热温升共同决定了混凝土内部的最高温度。当浇筑温度降低时，也就降低了结构内部的最高温度，对减小结构内外温度差，继而减小温度应力有明显作用。

1.3.2养护方式

带模养护、标准养护和室外同条件养护下的混凝土抗裂参数的敏感性。带模养护比较参数见表9，拆模养护比较参数见表10，拆模后室外养护比较参数见表12，如下：

表9

表10

表11

工况编号	比较参数
		工况一	室外环境温度30℃
工况十五	室外环境温度10℃
		工况十六	室外环境温度5℃
工况十七	室外环境温度40℃

实施例2

本实施例提供了采用冷却水及碎冰替代部分拌合水实现降低混凝土出机温度的实施方式，以及通过温度控制达到沉管控裂的实施方式。

2.1温控指标

根据沉管全断面浇筑的特点及成本等因素，本实施例采用冷却水及碎冰替代部分拌合水实现降低混凝土出机温度。根据《大体积混凝土施工标准》(GB50496-2018)、《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程》(JTS202-1-2010)和设计文件的要求，本实时例的沉管混凝土温控指标见表12：

表12

2.1.1出机温度的影响因素

通过混凝土各组分所占比例、温度以及比热容计算混凝土出机温度。

混凝土出机温度由混凝土各组分的温度决定，通过混凝土各组分所占比例、温度以及比热容按照加权平均进行计算。当混凝土中利用碎冰替代部分拌合水时，冰融化吸收的热量，同时搅拌机械热，机械热可通过现场搅拌时间确定。施工现场中的集料都含有一定的水分，其温度与碎石、河砂的温度相同，其重量应该从混凝土用水量中扣除。则通过建立搅拌前后的热量平衡方程可以得到混凝土拌和后的出机温度为：

式中：Ps、Pg—分别为砂、石的含水率(％)；

Ws、Wg、Wc、Ww、Wi—每立方米混凝土中砂、石、胶凝材料、拌和用水及冰屑的重量(kg)；

Ts、Tg、Tc、Tw—搅拌前砂、石、胶凝材料及拌合用水的温度(℃)；

Qm—每立方米混凝土因搅拌而产生的机械热(kJ)。

混凝土中的水泥、矿粉、粉煤灰、河砂、碎石、水和外加剂所占比例及比热容有所不同，则各组分对混凝土出机温度的影响程度不同。对混凝土各组分对出机温度的影响程度进行分析，确定混凝土出机温度的关键控制因素。控制因素分析的配合比及温度条件如表13所示，其中碎石含水率按照1％技术，河砂含水率按照5％计算。

表13

2.1.2集料温度的影响

在不加入碎冰的情况下，分析得到混凝土出机温度与砂石温度影响规律。

由于碎石、河砂在混凝土中所占比例最大，碎石与河砂的温度变化对于混凝土出机温度影响很大。混凝土配合比与原材料温度均按表13取值，不加入碎冰，在35～15℃范围改变砂石温度，得到出机温度与砂石温度曲线关系如3和图4所示。

在其它原材料的温度参数不变的情况下，改变碎石和砂的温度可以得出以下结果：当出机温度要求低于25℃时，砂和碎石的温度需控制在21.9℃以内；当出机温度要求在22℃时，砂和碎石的温度需控制在17.6℃以内；当出机温度要求在20℃时，砂和碎石的温度需控制在14.8℃以内；其它原材料温度不变的条件下，每降低1.43℃砂和碎石的温度，出机温度降低1℃。

在其它原材料的温度参数不变的情况下，只改变碎石的温度可以得出以下结论：出机温度低于25℃时，碎石的温度需要控制在17℃以下；出机温度低于20℃时，碎石温度需要控制在5℃以下；其它原材料温度不变的条件下，碎石每降低2.5℃，出机温度降低1℃。

2.1.3加冰量的影响

采用碎冰替代相同质量的水，分析得到加冰量对混凝土出机温度的影响规律

冰融化为相同温度的水，需要吸收335kJ/kg的热量，对于降低混凝土的出机温度具有显著效果。按照配合比及原材料温度，在0～75kg/m³范围内改变加冰量，可以得到加冰量与出机温度的关系曲线如图5所示。

在其它原材料的温度参数不变的情况下，改变混凝土中加冰量可以得出以下结果：当出机温度要求在25℃时，加冰量为30kg/m³；当出机温度要求在22℃时，加冰量为51kg/m³；当出机温度要求在20℃时，加冰量为65kg/m³。

其它原材料温度不变的条件下，每加冰10kg/m³，出机温度降低1.4℃。

在其它原材料的温度参数不变的情况下，当水泥、粉煤灰和矿粉的温度均为40℃时，混凝土出机温度为28.1℃，仅比表13中的基准条件降低了0.9℃，故水泥、粉煤灰和矿粉的温度对于混凝土拌和物温度的影响不大，只需将其温度控制在所要求的温度控制指标内即可。

而当水的温度从20℃降低至5℃时，混凝土的出机温度从31.4℃降低至29.2℃，故水温对混凝土出机温度的影响也不大。

2.1.4出机温度影响因素分析

在夏季高温季节，需要将入模温度控制在一定范围内，通过对混凝土组成对出机温度影响的分析可以得出两种较为有效的方法：

(1)降低原材料的温度，尽量降低碎石和砂的温度；

(2)通过加冰进行降温。

按照混凝土的组成及原材料温度，确定砂石温度以及加冰量对混凝土出机温度的影响。

在夏季，需要控制混凝土出机温度，只要按照砂石温度在混凝土中加入对应的碎冰用量，则可以满足相应入模温度的要求，砂石温度与加冰量对混凝土出机温度的影响规律见图6。

根据施工设计要求的混凝土出机温度，确定加冰量及各组分温度控制指标，并完成混凝土搅拌。

2.2混凝土温控措施及浇筑后的温度监测

2.2.1出机温度控制

在控制混凝土原材料入仓搅拌温度时，采取冷却水及碎冰替代部分拌合水，控制混凝土出机温度。

(1)混凝土搅拌生产前，检查各种原材料的存量及温度是否满足浇筑混凝土的要求。

(2)根据当月平均温度、原材料温度以及混凝土浇筑温度要求，确定混凝土中碎冰加入数量，制定当月碎冰及冷却水生产、储存计划。

(3)碎冰提前制备，存储于环境温度≤-8℃的冰库中，通过外覆保温层的水平螺旋输送机送至搅拌系统中，碎冰不能在输送至搅拌机的过程中融化。

(4)冷却水提前生产，存储于保温水池中，控制参与混凝土拌合的冷却水温不超过5℃。

(5)采用便携式温度计对出机温度进行监测，每工作班不少于两次，沉管混凝土不同季节的出机温度应该满足要求。

2.2.2浇筑温度控制

沉管节段混凝土采用混凝土搅拌运输车与泵车联合输送，在混凝土入泵前观察混凝土状态及温度，确保入泵混凝土满足工作性要求。

高温施工季节，加入冷却水及碎冰拌合的新拌出机混凝土温度较低，混凝土输送过程中由于摩擦、阳光直晒以及空气对流等原因，运输到浇筑现场混凝土温度有所升高。通过在混凝土搅拌运输车罐体外包裹帆布、混凝土输送管道外部包裹隔热海绵，定时喷淋冷却水降温，降低输送过程中的混凝土温升。

2.2.3温控预警指标

在混凝土搅拌生产阶段，设置最大温升警示，包括一级警示和二级警示：最大温升超过二级预警值43℃，在浇筑阶段通过增加碎冰加入数量进一步降低出机温度和浇筑温度；最大温升超过一级预警值45℃，需重新调整配合比及原材料，重新开展绝热温升试验，直至达标。

在预制混凝土沉管浇筑时，设置最大温升警示，包括一级警示和二级警示：出机温度和浇筑温度超过二级预警值，在下次生产混凝土时增加加冰量，或缩短运输时间；超过一级预警值，在养护阶段相应调整养护棚养护温度，并在下次生产混凝土时增加加冰量。每个阶段温度控制指标与预警值见表14所示。

表14

2.2.4沉管结构浇筑后的温度监测

对沉管进行温度监测，采用埋入式温度传感器监测沉管关键部位的中心温度，埋入式温度传感器布置位置包括顶板表面和中心，侧墙表面和中心，底板表面和中心，顶板靠近中墙的倒角部位中心，底板靠近中墙的倒角部位中心，以及底板靠近侧墙的倒角部位中心，沉管主体结构温度传感器布置位置如图7所示。

温度传感器5的布置位置如图7所示，监测要点如下：

①内部最高温度：一般在几何中心或其附近位置处布置，如图7中顶板1距上表面600mm位置处，底板2中距下表面600mm位置处，侧墙3中距外表面550mm处，顶板1靠近中墙4的倒角部位中心距顶板1上表面700mm处，底板2靠近中墙4的倒角部位中心距底板下表面300mm处；

②顶板1、底板2上表面温度：距构件混凝土顶板1上表面50mm位置处；

③顶板1、底板2下表面温度：距构件混凝土下表面50mm位置处；

④侧墙3侧表面温度：距构件混凝土侧墙3侧表面50mm位置处；

(2)温度传感器温度采集频率

采用埋入式温度传感器，现场布置测点，外接温度采集仪的形式，实时温控采取1小时/次的采集频率，混凝土内部最高温度小于45℃即可停止监测。

2.3混凝土裂缝的控制

收缩裂缝的控制另一方面在于控制湿度的变化，使结构、构件具有相对稳定的湿度。

①加强混凝土的早期养护，混凝土浇筑完后，裸露表面应及时用土工布或塑料薄膜覆盖，并洒水湿润养护。在气温高、湿度低、风速大的天气及早覆盖、喷水雾养护，并适当延长养护时间。

②加强混凝土表面的抹压，但应注意避免过分抹压。

2.4预制混凝土沉管的养护

采用在养护棚内养护的方式，并通过调整养护棚养护温度控制沉管的内部最高温度、内表温差、降温速率和混凝土表面与环境温差。养护阶段温度控制指标与预警值见表14所示。

Claims (8)

1.一种基于温度控制的预制混凝土沉管控裂方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、混凝土搅拌，混凝土原材料入仓搅拌时，采取冷却水和/或碎冰替代部分拌合水；具体控制方式为：

其它原材料温度不变的条件下，每降低 1.43℃砂和碎石的温度，出机温度降低 1℃；

其它原材料温度不变的条件下，碎石每降低 2.5℃，出机温度降低 1℃；

其它原材料温度不变的条件下，每加冰 10kg/m ³ ，出机温度降低 1.4℃；

水泥、粉煤灰和矿粉的温度对于混凝土拌和物温度的影响不大，只需将其温度控制在所要求的温度控制指标内即可；

根据施工设计要求的混凝土出机温度，确定加冰量及各组分温度控制指标，并完成混凝土搅拌；

S2、混凝土输送，在混凝土输送过程中，对混凝土输送设备进行保温隔热处理；

S3、预制混凝土沉管浇筑；

S4、预制混凝土沉管养护；

在步骤S1混凝土搅拌阶段，设置最大温升警示，包括一级警示和二级警示；当混凝土搅拌生产时温升超过二级警示时，增加碎冰加入数量；当混凝土搅拌生产时温升超过一级警示时，重新调整原材料配合比并开展绝热温升试验，直至达标；

在所述步骤S3预制混凝土沉管浇筑时，设置最大温升警示，包括一级警示和二级警示；当混凝土出机温度和浇筑温度超过二级警示时，通过在步骤S1中增加碎冰加入数量或缩短运输时间；当混凝土出机温度和浇筑温度超过一级警示时，调整步骤S4预制混凝土沉管养护中养护温度，并在下次混凝土搅拌生产时增加加冰量；

每个阶段温度控制指标与预警值如下表：

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2.根据权利要求1所述的基于温度控制的预制混凝土沉管控裂方法，其特征在于，在步骤S1前还包括步骤S0：根据沉管节段实体尺寸建立沉管节段温度应力仿真计算有限单元模型，并分析在某一基准工况下沉管内部的温度变化情况，得到预制混凝土沉管的抗裂安全性。

3.根据权利要求2所述的基于温度控制的预制混凝土沉管控裂方法，其特征在于，所述步骤S1中，混凝土搅拌产生热量，在采用冷却水及碎冰替代部分拌合水降低混凝土出机温

度时，具体包括以下子步骤：

S11、通过混凝土各组分所占比例、温度以及比热容计算混凝土出机温度；

S12、对混凝土各组分对出机温度的影响程度进行分析，确定混凝土出机温度的关键控制因素；

S13、在不加入碎冰的情况下，分析得到混凝土出机温度与砂石温度影响规律；

S14、采用碎冰替代相同质量的水，分析得到加冰量对混凝土出机温度的影响规律；

S15、根据施工设计要求的混凝土出机温度，确定加冰量及各组分温度控制指标，并完成混凝土搅拌。

4.根据权利要求1所述的基于温度控制的预制混凝土沉管控裂方法，其特征在于，在步骤S3预制混凝土沉管浇筑中，还包括步骤S31：对沉管进行温度监测，采用埋入式温度传感器监测沉管关键部位的中心温度。

5.根据权利要求4所述的基于温度控制的预制混凝土沉管控裂方法，其特征在于，所述埋入式温度传感器布置位置包括顶板表面和中心，侧墙表面和中心，底板表面和中心，顶板靠近中墙的倒角部位中心，底板靠近中墙的倒角部位中心，以及底板靠近侧墙的倒角部位中心。

6.根据权利要求1所述的基于温度控制的预制混凝土沉管控裂方法，其特征在于，在步骤S4预制混凝土沉管养护中，采用在养护棚内养护的方式，并通过调整养护棚养护温度控制沉管的内部最高温度、内表温差、降温速率和混凝土表面与环境温差。

7.根据权利要求1-6之一所述的基于温度控制的预制混凝土沉管控裂方法，其特征在于，所述混凝土输送设备包括混凝土搅拌运输车与泵车。

8.根据权利要求7所述的基于温度控制的预制混凝土沉管控裂方法，其特征在于，在步骤S2中，所述保温隔热处理为在混凝土搅拌运输车和/或泵车的罐体外包括帆布，同时在混凝土输送管道外部包裹隔热海绵。

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