陳 京

（山西交通建設(shè)監(jiān)理咨詢集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012）

在我國北方地區(qū)，高速公路橋梁建設(shè)項(xiàng)目冬季施工中，由于溫度過低會造成預(yù)應(yīng)力張拉和管道壓漿溫度不足，甚至出現(xiàn)凍害現(xiàn)象[1]。為了保證高速公路橋梁壓漿質(zhì)量，防止冬季施工中出現(xiàn)質(zhì)量問題，必須采取有效的冬季施工措施。本項(xiàng)目橋梁設(shè)計(jì)采用預(yù)制T梁，冬季施工時(shí)間長達(dá)一個(gè)半月，為了保證預(yù)應(yīng)力張拉和壓漿質(zhì)量，采用電伴熱技術(shù)，做好保溫與防凍，并對經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析，說明電伴熱技術(shù)在橋梁冬季施工中具有良好的應(yīng)用前景。

1 電伴熱技術(shù)研究概況

近年來，隨著我國電力和高分子技術(shù)的快速發(fā)展，電伴熱技術(shù)得到了快速發(fā)展。電伴熱技術(shù)已逐步發(fā)展成為我國重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，國內(nèi)很多高校和大型企業(yè)都參與了研究。北京工業(yè)大學(xué)、武漢理工大學(xué)、長安大學(xué)等高校的相關(guān)學(xué)者對電伴熱技術(shù)在公路升溫、飛機(jī)跑道融雪等方面進(jìn)行了研究。濰北油田、上海交通大學(xué)管數(shù)園、遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院等企業(yè)對電熱技術(shù)在油田開采、電纜加熱系統(tǒng)和在輸水穩(wěn)壓塔上的應(yīng)用進(jìn)行研究，并取得了大量研究成果[2]。電伴熱技術(shù)應(yīng)用廣泛，目前被廣泛應(yīng)用到工程建設(shè)、建筑、化工、油田等多個(gè)行業(yè)。

在公路項(xiàng)目施工過程中，電伴熱技術(shù)被應(yīng)用到橋梁施工中，解決注漿管內(nèi)溫度下降問題，保證冬季施工中注漿施工的正常進(jìn)行。電伴熱技術(shù)具有效率高、低能耗、無污染、容易安裝、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)遙控或自動(dòng)控制。相較以往的暖棚式加熱方式，可有效降低施工成本。電伴熱技術(shù)通過理論分析，確定梁體內(nèi)部伴熱線的布線方法，在混凝土澆筑前做好管道設(shè)計(jì)，保證冬季施工，可操作性強(qiáng)，施工簡便，施工時(shí)間短。

2 靜興高速公路預(yù)制T梁電伴熱設(shè)計(jì)

2.1 依托項(xiàng)目概況

靜興高速公路是山西省重點(diǎn)工程項(xiàng)目，屬于山西高速公路網(wǎng)“三縱十二橫十二環(huán)”的重要組成部分。路線起點(diǎn)位于靜樂縣豐潤鎮(zhèn)南與李家會村之間，并設(shè)置靜樂樞紐互通與太佳高速相接，終點(diǎn)位于陜西省榆林市神木縣馬鎮(zhèn)盤塘村，并與陜西岸神盤公路秦梁展線方案對接，全長93.86 km，行車?yán)锍倘L106.1 km。路基寬度25.5 m，雙向四車道，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h，設(shè)特大橋3座，大中橋78座，隧道7座（其中白龍山特長隧道全長10 980 m），橋隧比例占45.26%，全線互通立交6座。當(dāng)?shù)囟練鉁氐?，不利于混凝土的養(yǎng)生，為了保證橋梁樁基、承臺、蓋梁及預(yù)制T梁等施工項(xiàng)目的施工質(zhì)量，制定冬季施工方案，具體工作任務(wù)如表1所示。

表1 冬季施工工作任務(wù) m3

2.2 電伴熱技術(shù)工藝原理

電伴熱技術(shù)是一種有效的管道保溫和防凍方案，其工藝原理是伴熱媒體釋放一定的熱量，用直接或間接熱傳遞的方式將熱量傳遞出去，補(bǔ)充壓漿管道的熱量損失，最終達(dá)到升溫、保溫或防凍的基本工作要求[3]。

在T梁混凝土澆筑之前，做好伴熱管道的布置，T梁冬季施工過程中，壓漿管道中預(yù)埋伴熱線，為管道壓漿養(yǎng)護(hù)提供熱量，控制梁體內(nèi)部的溫度，保證注漿養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，本項(xiàng)目T梁伴熱線布置斷面如圖1所示。

圖1 T梁電伴熱線布置圖

2.3 電伴熱設(shè)備選型

結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際和T梁截面尺寸，按式（1）進(jìn)行伴熱管道熱損失計(jì)算[4]：

式中：Q為伴熱管道實(shí)際熱損耗，W/m·W；λ為伴熱管道保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/m·℃；Tw為養(yǎng)護(hù)期間維持溫度，℃；Th為施工期間最低環(huán)境溫度，℃；d為伴熱管道外徑，m；δ為伴熱管道保溫材料厚度，m。

對橋梁施工現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查，結(jié)合工程項(xiàng)目的施工要求，確定各項(xiàng)參數(shù)如下：橋梁T梁管道壓漿施工溫度不小于 5℃，混凝土養(yǎng)護(hù)期間維持溫度Tw=5℃；施工期間環(huán)境最低溫度Th=-15℃；根據(jù)T梁所選材料的熱物理性質(zhì)表，得到伴熱管道保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)λ=1.63 W/m·℃，伴熱管道外徑d=0.09 m，伴熱管道外混凝土材料厚度δ=0.25 m。代入式（1）得：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，施工現(xiàn)場選用120 W/m的電伴熱線。

2.4 電伴熱線布置

施工現(xiàn)場伴熱管道選用外徑為900 mm的金屬波紋管。為了保證電伴熱的加熱效果，采用卷繞法將伴熱線纏繞到波紋管上，如圖2所示。

圖2 伴熱線金屬波紋管布置圖（單位：cm）

根據(jù)伴熱線每米所需功率和總長度比值確定伴熱線在金屬波紋管上的卷繞間距[5]，不同管徑每米伴熱線功率與電熱帶功率之比計(jì)算結(jié)果如表2所示。本項(xiàng)目電伴熱線每米管線所需功率與電熱帶功率之比為1.1，金屬波紋管直徑為900 mm，查表確定卷繞間距為35 cm。

表2 不同管徑每米伴熱線功率與電熱帶功率之比計(jì)算結(jié)果

從電閘線引出220 V的電纜，總計(jì)8根，預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉后將伴熱線與電纜連接，加熱預(yù)應(yīng)力管道。通電后可以通過預(yù)埋的測溫線傳感器對管道內(nèi)部的溫度進(jìn)行檢測，當(dāng)溫度超過5℃后進(jìn)行管道壓漿，壓漿完畢后持續(xù)通電加熱3 d，保證管道內(nèi)溫度在6℃～15℃范圍內(nèi)。養(yǎng)護(hù)3 d后將伴熱線與電纜線斷開，并對伴熱線接頭進(jìn)行保護(hù)。

3 電伴熱加熱效果分析

3.1 測溫?cái)?shù)據(jù)分析

本項(xiàng)目施工中，選取3個(gè)T梁作為試驗(yàn)對象，分別選取其中一個(gè)金屬波紋管上部的電伴熱線端和線尾的溫度進(jìn)行監(jiān)測，檢測頻率為1次/2 h。為了便于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，記錄編號為1-xd、1-xw、2-xd、2-xw、3-xd、3-xw，選取第二天溫度檢測數(shù)據(jù)記錄在表3，根據(jù)檢測結(jié)果繪制溫度隨時(shí)間變化曲線如圖3所示。

分析表3數(shù)據(jù)可知，隨外界溫度變化，電伴熱線線端和線尾的溫度也產(chǎn)生了一定的變化，且環(huán)境溫度越高，檢測溫度越高。在檢測的第32個(gè)小時(shí)，出現(xiàn)了最低溫度7.2℃，最高溫度出現(xiàn)在檢測的第46個(gè)小時(shí)，最高溫度為13.8℃，檢測溫度均高于5℃，滿足管道壓漿養(yǎng)生要求。另外，溫度檢測中發(fā)現(xiàn)線端溫度高于線尾溫度，這是由于電伴熱線的散熱功率會受到兩端電壓損耗的影響，但不會對養(yǎng)護(hù)溫度造成較大影響。

表3 T梁電伴熱部分溫度檢測記錄 ℃

圖3 電伴熱線溫度隨時(shí)間變化曲線

3.2 孔道壓漿強(qiáng)度檢測

表4 試件強(qiáng)度實(shí)測值

本項(xiàng)目T梁孔道壓漿采用42.5水泥凈漿，施工中制作同條件養(yǎng)生試件3組，分別檢測養(yǎng)生3 d、7 d、14 d、21 d、28 d后抗壓強(qiáng)度，并記錄在表4中，并繪制強(qiáng)度增長曲線如圖4所示。

圖4 強(qiáng)度增長曲線

分析表4數(shù)據(jù)和圖4變化曲線可知，養(yǎng)護(hù)3 d后強(qiáng)度達(dá)到60%以上，養(yǎng)護(hù)期間強(qiáng)度不斷增長，28 d后強(qiáng)度達(dá)到了43.35 MPa，高于設(shè)計(jì)要求的42.5 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

基于靜興高速橋梁T梁冬季施工實(shí)踐，對電伴熱技術(shù)在孔道壓漿施工中的應(yīng)用做了全面闡述，并得出以下結(jié)論：

a）結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際和T梁截面尺寸，通過計(jì)算確定伴熱管道實(shí)際熱損耗118.3 W/m·W，確定施工現(xiàn)場選用120 W/m的電伴熱線。

b）在T梁孔道壓漿養(yǎng)生過程中，預(yù)埋的測溫線傳感器對管道內(nèi)部的溫度進(jìn)行檢測，得到最低溫度為7.2℃，檢測溫度均高于5℃，滿足管道壓漿養(yǎng)生要求。

c）通過對孔道壓漿強(qiáng)度進(jìn)行檢測，分析數(shù)據(jù)和變化曲線得出28 d后漿體強(qiáng)度達(dá)到了43.35 MPa，高于設(shè)計(jì)要求的42.5 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。