陈 京

（山西交通建设监理咨询集团有限公司，山西 太原 030012）

在我国北方地区，高速公路桥梁建设项目冬季施工中，由于温度过低会造成预应力张拉和管道压浆温度不足，甚至出现冻害现象[1]。为了保证高速公路桥梁压浆质量，防止冬季施工中出现质量问题，必须采取有效的冬季施工措施。本项目桥梁设计采用预制T梁，冬季施工时间长达一个半月，为了保证预应力张拉和压浆质量，采用电伴热技术，做好保温与防冻，并对经济效益进行了分析，说明电伴热技术在桥梁冬季施工中具有良好的应用前景。

1 电伴热技术研究概况

近年来，随着我国电力和高分子技术的快速发展，电伴热技术得到了快速发展。电伴热技术已逐步发展成为我国重点推广项目，国内很多高校和大型企业都参与了研究。北京工业大学、武汉理工大学、长安大学等高校的相关学者对电伴热技术在公路升温、飞机跑道融雪等方面进行了研究。潍北油田、上海交通大学管数园、辽宁省水利水电勘测设计研究院等企业对电热技术在油田开采、电缆加热系统和在输水稳压塔上的应用进行研究，并取得了大量研究成果[2]。电伴热技术应用广泛，目前被广泛应用到工程建设、建筑、化工、油田等多个行业。

在公路项目施工过程中，电伴热技术被应用到桥梁施工中，解决注浆管内温度下降问题，保证冬季施工中注浆施工的正常进行。电伴热技术具有效率高、低能耗、无污染、容易安装、使用寿命长等优点，可实现遥控或自动控制。相较以往的暖棚式加热方式，可有效降低施工成本。电伴热技术通过理论分析，确定梁体内部伴热线的布线方法，在混凝土浇筑前做好管道设计，保证冬季施工，可操作性强，施工简便，施工时间短。

2 静兴高速公路预制T梁电伴热设计

2.1 依托项目概况

静兴高速公路是山西省重点工程项目，属于山西高速公路网“三纵十二横十二环”的重要组成部分。路线起点位于静乐县丰润镇南与李家会村之间，并设置静乐枢纽互通与太佳高速相接，终点位于陕西省榆林市神木县马镇盘塘村，并与陕西岸神盘公路秦梁展线方案对接，全长93.86 km，行车里程全长106.1 km。路基宽度25.5 m，双向四车道，设计时速80 km/h，设特大桥3座，大中桥78座，隧道7座（其中白龙山特长隧道全长10 980 m），桥隧比例占45.26%，全线互通立交6座。当地冬季气温低，不利于混凝土的养生，为了保证桥梁桩基、承台、盖梁及预制T梁等施工项目的施工质量，制定冬季施工方案，具体工作任务如表1所示。

表1 冬季施工工作任务 m3

2.2 电伴热技术工艺原理

电伴热技术是一种有效的管道保温和防冻方案，其工艺原理是伴热媒体释放一定的热量，用直接或间接热传递的方式将热量传递出去，补充压浆管道的热量损失，最终达到升温、保温或防冻的基本工作要求[3]。

在T梁混凝土浇筑之前，做好伴热管道的布置，T梁冬季施工过程中，压浆管道中预埋伴热线，为管道压浆养护提供热量，控制梁体内部的温度，保证注浆养护质量，本项目T梁伴热线布置断面如图1所示。

图1 T梁电伴热线布置图

2.3 电伴热设备选型

结合施工现场实际和T梁截面尺寸，按式（1）进行伴热管道热损失计算[4]：

式中：Q为伴热管道实际热损耗，W/m·W；λ为伴热管道保温材料导热系数，W/m·℃；Tw为养护期间维持温度，℃；Th为施工期间最低环境温度，℃；d为伴热管道外径，m；δ为伴热管道保温材料厚度，m。

对桥梁施工现场进行调查，结合工程项目的施工要求，确定各项参数如下：桥梁T梁管道压浆施工温度不小于 5℃，混凝土养护期间维持温度Tw=5℃；施工期间环境最低温度Th=-15℃；根据T梁所选材料的热物理性质表，得到伴热管道保温材料导热系数λ=1.63 W/m·℃，伴热管道外径d=0.09 m，伴热管道外混凝土材料厚度δ=0.25 m。代入式（1）得：

根据计算结果，施工现场选用120 W/m的电伴热线。

2.4 电伴热线布置

施工现场伴热管道选用外径为900 mm的金属波纹管。为了保证电伴热的加热效果，采用卷绕法将伴热线缠绕到波纹管上，如图2所示。

图2 伴热线金属波纹管布置图（单位：cm）

根据伴热线每米所需功率和总长度比值确定伴热线在金属波纹管上的卷绕间距[5]，不同管径每米伴热线功率与电热带功率之比计算结果如表2所示。本项目电伴热线每米管线所需功率与电热带功率之比为1.1，金属波纹管直径为900 mm，查表确定卷绕间距为35 cm。

表2 不同管径每米伴热线功率与电热带功率之比计算结果

从电闸线引出220 V的电缆，总计8根，预应力钢绞线张拉后将伴热线与电缆连接，加热预应力管道。通电后可以通过预埋的测温线传感器对管道内部的温度进行检测，当温度超过5℃后进行管道压浆，压浆完毕后持续通电加热3 d，保证管道内温度在6℃～15℃范围内。养护3 d后将伴热线与电缆线断开，并对伴热线接头进行保护。

3 电伴热加热效果分析

3.1 测温数据分析

本项目施工中，选取3个T梁作为试验对象，分别选取其中一个金属波纹管上部的电伴热线端和线尾的温度进行监测，检测频率为1次/2 h。为了便于进行数据分析，记录编号为1-xd、1-xw、2-xd、2-xw、3-xd、3-xw，选取第二天温度检测数据记录在表3，根据检测结果绘制温度随时间变化曲线如图3所示。

分析表3数据可知，随外界温度变化，电伴热线线端和线尾的温度也产生了一定的变化，且环境温度越高，检测温度越高。在检测的第32个小时，出现了最低温度7.2℃，最高温度出现在检测的第46个小时，最高温度为13.8℃，检测温度均高于5℃，满足管道压浆养生要求。另外，温度检测中发现线端温度高于线尾温度，这是由于电伴热线的散热功率会受到两端电压损耗的影响，但不会对养护温度造成较大影响。

表3 T梁电伴热部分温度检测记录 ℃

图3 电伴热线温度随时间变化曲线

3.2 孔道压浆强度检测

表4 试件强度实测值

本项目T梁孔道压浆采用42.5水泥净浆，施工中制作同条件养生试件3组，分别检测养生3 d、7 d、14 d、21 d、28 d后抗压强度，并记录在表4中，并绘制强度增长曲线如图4所示。

图4 强度增长曲线

分析表4数据和图4变化曲线可知，养护3 d后强度达到60%以上，养护期间强度不断增长，28 d后强度达到了43.35 MPa，高于设计要求的42.5 MPa，满足设计要求。

4 结论

基于静兴高速桥梁T梁冬季施工实践，对电伴热技术在孔道压浆施工中的应用做了全面阐述，并得出以下结论：

a）结合施工现场实际和T梁截面尺寸，通过计算确定伴热管道实际热损耗118.3 W/m·W，确定施工现场选用120 W/m的电伴热线。

b）在T梁孔道压浆养生过程中，预埋的测温线传感器对管道内部的温度进行检测，得到最低温度为7.2℃，检测温度均高于5℃，满足管道压浆养生要求。

c）通过对孔道压浆强度进行检测，分析数据和变化曲线得出28 d后浆体强度达到了43.35 MPa，高于设计要求的42.5 MPa，满足设计要求。