溫度對高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工過程控制的影響

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

1 橋梁概況

無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3m，箱梁根部梁高11m，跨中梁高4m，最大承臺體積5046m3(29*29*6m),據(jù)統(tǒng)計墩身高度在亞洲同類型橋梁中位居第二。橋址位于慶陽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，溫潤適中，四季分明，春秋季節(jié)冷空氣活動頻繁，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

本橋溫度監(jiān)測分為溫度梯度監(jiān)測、合龍溫度監(jiān)測和應(yīng)力監(jiān)測處溫度監(jiān)測三個方面。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)測具體針對施工過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小時間隔觀測混凝土表面與體內(nèi)溫度分布狀況，對數(shù)據(jù)進行回歸，掌握體內(nèi)外溫度變化規(guī)律，并在應(yīng)力監(jiān)測處混凝土應(yīng)力測試儀器也同時采集數(shù)據(jù)，以便對應(yīng)變傳感器和應(yīng)力傳感器及時有效地進行溫度修正。為確保順利合龍進行合龍溫度監(jiān)測，是在擬合龍前2-3周，每隔2小時對環(huán)境溫度進行跟蹤監(jiān)測，總結(jié)規(guī)律，合理確定最佳合龍時段[1]。

3 溫度對結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響

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

ε=(ε1-ε0)+(T1-T0)(Fg-Fj)

其中，

ε1—當(dāng)前儀器測量應(yīng)變值；

ε0—初始應(yīng)變值；

T1—當(dāng)前傳感器測試溫度；

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主梁應(yīng)力的影響。

3.1 結(jié)構(gòu)應(yīng)力測點布置

箱梁應(yīng)力測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”在施工過程中的受力對稱，根據(jù)大橋“T”構(gòu)對稱性，選取兩個主墩的“T”構(gòu)單元作為箱梁應(yīng)力觀測對象[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，并進行了應(yīng)力觀測。依據(jù)該橋施工至最大懸臂狀態(tài)時主梁、主墩的實測應(yīng)力進行計算分析。

3.2 溫度對主梁應(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)測結(jié)果按計算值不大于10MPa時，誤差控制在±30%；計算值大于10MPa時，誤差控制在±20%。監(jiān)測的主梁應(yīng)力結(jié)果滿足相關(guān)規(guī)范要求。

從檢測數(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)變的對應(yīng)關(guān)系，結(jié)合數(shù)據(jù)可知溫度對主梁應(yīng)力的影響很小，在計算主梁應(yīng)力時，把溫度引起的應(yīng)變作為一種修正因素進行考慮。

3.3 溫度對主墩應(yīng)力影響結(jié)果分析

對無日天溝特大橋6、7、8 及9 號主墩15℃溫度梯度監(jiān)測的根部應(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%。同溫度對主梁的應(yīng)力影響一樣，溫度對主墩的應(yīng)變影響很小，并且在計算主墩應(yīng)力時，將溫度引起的應(yīng)變作為一種修正因素進行考慮。

4 溫度對施工放樣的影響

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)測量法，而高墩、大跨橋梁控制點主要采用小三角網(wǎng)和導(dǎo)線，一般由于地形限制，控制點與放樣點之間的距離都相對較長，測量精度對施工放樣尤為重要，而溫度影響是關(guān)鍵因素之一，測量中不容忽視。例如，測量時溫度和儀器校準(zhǔn)時的溫度差、儀器周圍環(huán)境溫度的不均勻?qū)е碌膬x器測量誤差；夏季施工早晚溫差較大時，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面與背陰面的線型變化對放樣準(zhǔn)確度均有較大影響[3]。

可采取以下措施來減小其影響：

1）測量時用遮陽傘保護儀器，避免儀器被太陽直射，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)時溫度差引起的測量誤差；

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

3）盡量避免同時對陽光下測點和陰影下測點放樣；

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

5）溫度引起儀器水平氣泡和對中點出現(xiàn)偏差應(yīng)及時進行調(diào)整。

5 溫度對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

通過施工期間觀測，懸澆塊段端頭標(biāo)高變化，總體上呈環(huán)境溫度升高時而降低，環(huán)境溫度下降而抬高的趨勢，如對6號主墩18號塊懸臂端高程24h內(nèi)每2h連續(xù)觀測（當(dāng)時環(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 溫度對合龍口主梁高程的影響

連續(xù)18天對6-7號墩合龍口標(biāo)高進行觀測，根據(jù)觀測數(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塊段高程影響也逐漸增大。由此可見，合龍時必須是在一日中溫度最低且較為穩(wěn)定的時段進行勁性骨架鎖定，如果實際合龍溫度與設(shè)計規(guī)定合龍溫度有差異或合龍口高差較大時，應(yīng)通過監(jiān)控單位仿真模擬計算，經(jīng)設(shè)計單位復(fù)核后通過增減頂推力或偏載預(yù)壓的措施進行解決。

5.3 溫度對主梁合攏口距離的影響

連續(xù)18天對6-7號墩合龍口距離進行觀測，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合龍的影響不相矛盾。

6 結(jié)語及建議

通過數(shù)據(jù)分析，結(jié)合溫度對測量結(jié)果的影響原因可知，溫度變化對高墩、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，但對墩身垂直度、上部結(jié)構(gòu)線型、測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，以減少溫度對測量的影響。