溫度對(duì)高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工過(guò)程控制的影響

(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州 730000)

1 橋梁概況

無(wú)日天溝特大橋是銀百高速（G69）甜水堡-慶城-羅兒溝圈段的控制性工程之一，橋梁全長(zhǎng)1138m，鉆探顯示主要為第四系黃土層，該橋上部結(jié)構(gòu)為5×40m預(yù)制箱梁+（95+3×180+95）懸澆連續(xù)剛構(gòu)+5×40m預(yù)制箱梁，其懸澆箱梁頂板寬12.5m，底板寬6.5m，翼緣板懸臂長(zhǎng)3m，箱梁根部梁高11m，跨中梁高4m，最大承臺(tái)體積5046m3(29*29*6m),據(jù)統(tǒng)計(jì)墩身高度在亞洲同類(lèi)型橋梁中位居第二。橋址位于慶陽(yáng)市寧縣與正寧縣交界地帶，屬暖溫帶大陸性高原氣候，日照充足，光能資源豐富，雨水較少，溫潤(rùn)適中，四季分明，春秋季節(jié)冷空氣活動(dòng)頻繁，年平均氣溫7.5～8.7℃，一月平均氣溫－8℃～－5.5℃，七月平均氣溫20.8℃～22.2℃，極端最高溫度37.5℃，極端最低溫度－27.1℃。

2 溫度監(jiān)測(cè)

本橋溫度監(jiān)測(cè)分為溫度梯度監(jiān)測(cè)、合龍溫度監(jiān)測(cè)和應(yīng)力監(jiān)測(cè)處溫度監(jiān)測(cè)三個(gè)方面。為確保應(yīng)變傳感器和應(yīng)力傳感器溫度修正的精確性，采取的溫度梯度和應(yīng)力處溫度監(jiān)測(cè)具體針對(duì)施工過(guò)程中的極端溫度季節(jié)，在高溫和低溫期間連續(xù)2周按2小時(shí)間隔觀測(cè)混凝土表面與體內(nèi)溫度分布狀況，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，掌握體內(nèi)外溫度變化規(guī)律，并在應(yīng)力監(jiān)測(cè)處混凝土應(yīng)力測(cè)試儀器也同時(shí)采集數(shù)據(jù)，以便對(duì)應(yīng)變傳感器和應(yīng)力傳感器及時(shí)有效地進(jìn)行溫度修正。為確保順利合龍進(jìn)行合龍溫度監(jiān)測(cè)，是在擬合龍前2-3周，每隔2小時(shí)對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，總結(jié)規(guī)律，合理確定最佳合龍時(shí)段[1]。

3 溫度對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響

本橋結(jié)構(gòu)體真實(shí)應(yīng)變變化量采用以下公式計(jì)算[1]：

ε=(ε1-ε0)+(T1-T0)(Fg-Fj)

其中，

ε1—當(dāng)前儀器測(cè)量應(yīng)變值；

ε0—初始應(yīng)變值；

T1—當(dāng)前傳感器測(cè)試溫度；

T0—初始溫度；

Fg—鋼弦的線膨脹系數(shù)；

Fj—鋼筋混凝土的線膨脹系數(shù)。

由結(jié)構(gòu)體真實(shí)應(yīng)變變化量易知主梁應(yīng)力結(jié)果，并可分析得出溫度對(duì)主梁應(yīng)力的影響。

3.1 結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置

箱梁應(yīng)力測(cè)試斷面布置在懸臂施工各“T”的懸臂根部和L/4及跨中。由于懸臂施工各“T”在施工過(guò)程中的受力對(duì)稱，根據(jù)大橋“T”構(gòu)對(duì)稱性，選取兩個(gè)主墩的“T”構(gòu)單元作為箱梁應(yīng)力觀測(cè)對(duì)象[2]。本橋?qū)?#主墩左幅墩、7#主墩左、右幅墩、8#主墩左和右幅墩、9#主墩右幅墩埋置了應(yīng)變計(jì)，并進(jìn)行了應(yīng)力觀測(cè)。依據(jù)該橋施工至最大懸臂狀態(tài)時(shí)主梁、主墩的實(shí)測(cè)應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算分析。

3.2 溫度對(duì)主梁應(yīng)力影響結(jié)果分析

在最大懸臂狀態(tài)階段，主梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果按計(jì)算值不大于10MPa時(shí)，誤差控制在±30%；計(jì)算值大于10MPa時(shí)，誤差控制在±20%。監(jiān)測(cè)的主梁應(yīng)力結(jié)果滿足相關(guān)規(guī)范要求。

從檢測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以看出，溫度應(yīng)變占綜合應(yīng)變的比例很小，在最大懸臂狀態(tài)階段，6#墩主梁L/4控制截面應(yīng)變最大3.580%，7#墩主梁L/4控制截面應(yīng)變最大4.284%，6#墩根部控制截面應(yīng)變最大5.678%，7#墩主梁根部控制截面應(yīng)變最大3.968%。由應(yīng)力與應(yīng)變的對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)合數(shù)據(jù)可知溫度對(duì)主梁應(yīng)力的影響很小，在計(jì)算主梁應(yīng)力時(shí)，把溫度引起的應(yīng)變作為一種修正因素進(jìn)行考慮。

3.3 溫度對(duì)主墩應(yīng)力影響結(jié)果分析

對(duì)無(wú)日天溝特大橋6、7、8 及9 號(hào)主墩15℃溫度梯度監(jiān)測(cè)的根部應(yīng)力分別為0.1、0.2、0.1 及0.1MPa,表明日照形成的主墩溫度梯度對(duì)應(yīng)力的影響較小，所有主墩的墩底應(yīng)力滿足規(guī)范相應(yīng)要求。在主梁最大懸臂階段，6#墩墩底控制截面應(yīng)變最大4.930%，7#墩墩底控制截面應(yīng)變最大3.086%，8#墩墩底控制截面應(yīng)變最大4.652%，9#墩墩底控制截面應(yīng)變最大3.904%。同溫度對(duì)主梁的應(yīng)力影響一樣，溫度對(duì)主墩的應(yīng)變影響很小，并且在計(jì)算主墩應(yīng)力時(shí)，將溫度引起的應(yīng)變作為一種修正因素進(jìn)行考慮。

4 溫度對(duì)施工放樣的影響

目前施工放樣平面位置主要采用坐標(biāo)法、偏角法和垂線輔助等方法，高程采用水準(zhǔn)測(cè)量法，而高墩、大跨橋梁控制點(diǎn)主要采用小三角網(wǎng)和導(dǎo)線，一般由于地形限制，控制點(diǎn)與放樣點(diǎn)之間的距離都相對(duì)較長(zhǎng)，測(cè)量精度對(duì)施工放樣尤為重要，而溫度影響是關(guān)鍵因素之一，測(cè)量中不容忽視。例如，測(cè)量時(shí)溫度和儀器校準(zhǔn)時(shí)的溫度差、儀器周?chē)h(huán)境溫度的不均勻?qū)е碌膬x器測(cè)量誤差；夏季施工早晚溫差較大時(shí)，因溫差作用引起墩身和塊段軸線偏差、伸縮偏差以及日照引起的墩身和塊段朝陽(yáng)面與背陰面的線型變化對(duì)放樣準(zhǔn)確度均有較大影響[3]。

可采取以下措施來(lái)減小其影響：

1）測(cè)量時(shí)用遮陽(yáng)傘保護(hù)儀器，避免儀器被太陽(yáng)直射，宜靜置一刻鐘，盡量使儀器溫度與環(huán)境溫度一致，減少旋轉(zhuǎn)時(shí)溫度差引起的測(cè)量誤差；

2）盡量選取環(huán)境溫度與儀器校準(zhǔn)溫度差不大于10℃的時(shí)段進(jìn)行測(cè)量放樣，該工程精確放樣選取時(shí)段為上午10:00之前和下午6：00之后；

3）盡量避免同時(shí)對(duì)陽(yáng)光下測(cè)點(diǎn)和陰影下測(cè)點(diǎn)放樣；

4）臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)不宜直接引至主橋的某一部位，以免基準(zhǔn)點(diǎn)隨溫度變化而變化；

5）溫度引起儀器水平氣泡和對(duì)中點(diǎn)出現(xiàn)偏差應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

5 溫度對(duì)懸澆塊段線形的影響

5.1 溫度變化與懸澆塊段縱平面線形變化的關(guān)系

通過(guò)施工期間觀測(cè)，懸澆塊段端頭標(biāo)高變化，總體上呈環(huán)境溫度升高時(shí)而降低，環(huán)境溫度下降而抬高的趨勢(shì)，如對(duì)6號(hào)主墩18號(hào)塊懸臂端高程24h內(nèi)每2h連續(xù)觀測(cè)（當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度6℃-18℃），最大下?lián)?cm，在凌晨（24:00）回升至原位，軸線偏差在3cm半徑范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

5.2 溫度對(duì)合龍口主梁高程的影響

連續(xù)18天對(duì)6-7號(hào)墩合龍口標(biāo)高進(jìn)行觀測(cè)，根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，溫度在15℃-18.5℃影響最小，19℃-25℃影響較小，25.3℃-31℃影響最大，總體規(guī)律為隨著溫度升高對(duì)塊段高程影響也逐漸增大。由此可見(jiàn)，合龍時(shí)必須是在一日中溫度最低且較為穩(wěn)定的時(shí)段進(jìn)行勁性骨架鎖定，如果實(shí)際合龍溫度與設(shè)計(jì)規(guī)定合龍溫度有差異或合龍口高差較大時(shí)，應(yīng)通過(guò)監(jiān)控單位仿真模擬計(jì)算，經(jīng)設(shè)計(jì)單位復(fù)核后通過(guò)增減頂推力或偏載預(yù)壓的措施進(jìn)行解決。

5.3 溫度對(duì)主梁合攏口距離的影響

連續(xù)18天對(duì)6-7號(hào)墩合龍口距離進(jìn)行觀測(cè)，數(shù)據(jù)顯示，溫度在15℃-18.5℃影響最小，19℃-25℃影響較小，25.3℃-31℃影響最大，合龍口距離隨溫度升高而縮短，溫度下降而變大，其變化規(guī)律對(duì)合龍口的影響與高程變化規(guī)范一致，即采用同一措施溫度對(duì)合龍的影響不相矛盾。

6 結(jié)語(yǔ)及建議

通過(guò)數(shù)據(jù)分析，結(jié)合溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響原因可知，溫度變化對(duì)高墩、大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工階段懸澆箱體的應(yīng)力影響較小，但對(duì)墩身垂直度、上部結(jié)構(gòu)線型、測(cè)量放樣及合龍口管道坐標(biāo)高差影響較大。因此，建議施工放樣盡量安排在上午10:00之前和下午6:00之后，以減少溫度對(duì)測(cè)量的影響。