圓端形實體橋墩模板側壓力的變化分析

摘 要 通過現(xiàn)場對高速鐵路圓端形橋墩側壓力進行測試分析，發(fā)現(xiàn)圓端形模板側壓力各點壓力變化規(guī)律基本相同;圓弧端側壓力變化曲線與平直端側壓力曲線相差較大，圓弧端側壓力遠大于平直端，結構中不同的幾何形狀產生的側壓力差異較大，溫度的變化同樣影響著模板的側向壓力。然而在我國規(guī)范中的砼側壓力計算公式計算得出的數值與現(xiàn)場實際數值相差較大，需對相關計算公式進行進一步的研究和優(yōu)化，進而為后續(xù)現(xiàn)場施工中針對模板的設計提供參考和借鑒。

關鍵詞 橋梁墩身;模板側壓力;壓力測試

引言

近幾年來，全國多處工地發(fā)生了墩身“爆?！笔录?，墩身模板垮塌主要是砼的側向壓力超過了模板或者拉桿、連接螺栓等的容許承載力所致。這對模板的承壓能力提出了相當大的考驗。由于目前的砼性能指標已經大為改變，特別是外加劑的加入使得砼坍落度等指標發(fā)生變化，并且砼完全采用機械進行振搗，強度大、功率高。這些砼性能指標的改善及施工技術的提高都影響了模板的受力情況。

1試驗墩臺選型工程概況

根據目前鐵路大多數橋梁墩形實際情況，對橋墩施工現(xiàn)場進行了模板側壓力監(jiān)測試驗。測試橋墩為圓端形實體橋墩，墩高18m，底寬度為6.47m，縱向厚度為2.97m。砼第一階段澆筑8米，分兩次澆筑。模板采用廠制鋼模。

本次監(jiān)測對象為該橋墩的第一澆注節(jié)段高8米，砼強度等級為C35，設計砼總方量為265m?，采用汽車泵泵送砼現(xiàn)場澆注施工。砼設計初凝時間為7小時，終凝時間為11小時，2臺插入式振動棒進行振搗。根據實測得到砼澆注速度為1.33m/h。

1.1 墩身砼對模板側壓力的原理和規(guī)律

澆注砼時，對墩柱模板產生的荷載不同于平臺模板上的重力荷載，新澆砼對模板側面壓力是砼入模時具有一定流動性，在砼澆筑、振搗和自重的共同作用下，對限制其流動的側模板所產生的壓力。但和水壓不同的是砼壓力是暫時的，當砼強度已足夠支承自身重量時，這種壓力會慢慢消失。在剛開始澆注時砼為液態(tài)，對模板的壓力呈線性分布;隨著砼慢慢凝固，到初凝時砼已經成為半固態(tài)，墩柱模板受到的壓力隨之又發(fā)生了變化;當砼完全凝固時，砼成為固體，砼固體體積的變化將影響它對模板的作用，取而代之的將是豎向壓力和砼內部的溫度升高導致固體砼側向收縮膨脹，進而在模板上產生的約束反力[1]。

1.2 測試內容及設備安裝

砼測壓力測試，采用振弦式壓力盒進行測定。壓力盒采用標準雙膜結構，體內充填不含氣體的專用介質，測試精度高。為了減少砼凝固過程中溫度變化對壓力傳感器數據的影響，在壓力傳感器旁邊埋設溫度測試芯片，對壓力盒進行溫度補償。

壓力盒沿橋墩高度方向設置，首層設置在承臺頂面以上30cm處，每層層距按每2米布置，每一水平層上布置3個檢測點，分別位于直線段平面模板中點、圓弧段中點及直線與圓弧接縫處。壓力盒緊貼模板，并在豎向兩側采用鋼筋支架進行固定，安裝牢固，確保采集的壓力數據與模板實際受力情況一致。（該橋墩一次性澆筑高度為8m，測試高度為8m，共設4層）如圖A所示。

2現(xiàn)場測試及結果分析

2.1 現(xiàn)場數據采集

墩身砼采取泵送入模方式，傾倒高度控制在1.5 m以內，并采用內部插入式振動棒進行振搗。數據采集分別在：砼每澆筑完成1m時采集一次，在振搗時采集一次，靜置后開始澆筑砼時采集一次，同步記錄測試時間及砼溫度;砼澆筑完成后每2小時測1次，直至壓力值穩(wěn)定后停止采集[2]。

2.2 測點監(jiān)測結果及分析

理論上，在砼澆筑至初凝時間內模板側向壓力呈線性分布，逐漸形成最大值后趨于穩(wěn)定，因此根據現(xiàn)場實際采集數據，建立壓力與時間的變化曲線，得出壓力的變化規(guī)律、形成最大側壓力所消耗的時間及實測值大小。

（1） ?底層壓力數據分析

根據現(xiàn)場實測數據繪制壓力變化曲線圖，如下圖所示：

從以上圖1、圖2、圖3可以看出，圖2、圖3的壓力曲線變化規(guī)律總體上相似，圖2和圖3的監(jiān)測點達到最大值所耗的時間分別為：15h、13h;實測值分別為：59.8kPa、64.2kPa。根據測試數據分析，墩身同一高度位置平直段側壓力在砼初凝后即開始緩慢降低，即使?jié)仓叨壤^續(xù)增加，也繼續(xù)呈下降趨勢，到達16h時，隨著溫度和收縮徐變的影響，使得側壓力逐步增大;而圓弧段的側壓力在砼初凝后仍繼續(xù)增加。根據數據可以看出圓弧段最大側壓力值（1-1監(jiān)測點）與平直段（2-1及3-1測點）最大側壓力相差較大，同一高度位置不同點側壓力存在的差異較大，則說明結構中不同的幾何形狀產生的側壓力差異較大[3]。

（2）其他位置側壓力測試數據

根據現(xiàn)場實測數據繪制壓力變化曲線圖，如下圖所示：

整體上看（圖5），其他位置側壓力與底部測點變化規(guī)律基本相同，壓力隨著砼澆筑高度的增加，側壓力數值穩(wěn)步增加，呈線性變化，達到最大值后，壓力慢慢減小后穩(wěn)壓，然后隨著砼內部溫度升高及收縮的影響，壓力逐漸增加。圓弧段監(jiān)測點的側壓力隨著上部砼澆筑高度的增加而增大，而且側壓力在砼初凝后仍繼續(xù)增加。

（3） ?砼溫度數據分析

由圖6可以看出，曲線顯示從砼開始澆筑到終凝，溫度隨著時間變化呈線性上升，達到最大值后逐漸降低。根據測試數據分析，現(xiàn)澆砼模板側壓力數值曲線及溫度曲線，二者同樣隨著時間變化呈線性增加，由于砼達到初凝時側壓力出現(xiàn)下降趨勢，但隨溫度增高和收縮徐變影響側壓力逐漸增大。因此，澆注墩身砼時應考慮外部環(huán)境溫度和砼溫度對側壓力的影響，進而在模板設計時應考慮變化產生的側向壓力，并且合理的選擇拆模時間。

3實測側壓力與理論側壓力的對比分析

我國現(xiàn)有規(guī)范中砼壓力計算公式如下：

根據實測的數據，在砼澆注過程中有效壓力下側壓力并沒有穩(wěn)定不變，而是逐漸增長。因此，規(guī)范公式的計算取值并沒有真實的反映現(xiàn)場施工實際情況。因此，我們可以根據工程的實際情況適當調整 ?公式中的系數，來反映實際情況。

該工程實例中現(xiàn)場實測的最大側壓力為91.5kPa ，但根據理論公式計算得出的最大側壓力為57kPa，即實測值是理論值的1.6倍。因此，建議對我國規(guī)范中的砼側壓力計算公式進行局部修訂[4]。

4結束語

（1）在本工程測試的實例中，側壓力各點測試結果表明：各測點壓力變化規(guī)律基本相同，在某一時間段內近似線性上升，達到最大值后漸漸變小，然后隨著砼溫度變化和徐變影響又緩慢上升。

（2）根據測試數據分析，墩身同一高度位置平直段側壓力在砼初凝后即開始緩慢降低，即使?jié)仓叨壤^續(xù)增加，也繼續(xù)呈下降趨勢;但圓弧段的側壓力在砼初凝后仍繼續(xù)增加，而且隨著上部砼澆筑高度的增加，側壓力仍繼續(xù)增加。最后出現(xiàn)圓弧段最大側壓力與平直段最大側壓力相差較大，而我國現(xiàn)行“鐵路施工技術指南”和“公路規(guī)范”計算公式中，均沒有考慮同一高度位置不同點側壓力存在的差異，即澆注砼結構中不同的幾何形狀產生的側壓力的差異較大。建議在工程施工中，在模板設計時充分考慮施工實際模板的受力規(guī)律，加強平板模與圓弧模板的橫向連接，并對圓弧段的模板結構設計進行局部加強[5]。

（3）通過對該工程墩身側壓力現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)實測最大側壓力比按理論公式計算側壓力大很多。因此，建議對我國規(guī)范中的砼側壓力計算公式，應進行更多的試驗和研究。

（4）由于施工中，砼初凝時間及澆注速度是影響模板側向壓力的主要因素。在實際施工過程中應保證砼的初凝時間、澆筑速度、坍落度等在計算限定的范圍之內。在配合比設計階段應嚴格控制，墩身砼的初凝時間不宜設計的過長。另外，在砼澆注完成之后，溫度變化對模板側壓力產生較大的影響，因此，在模板結構設計時應充分考慮溫度的影響因素。

參考文獻

[1] Q/CR9603-2015.高速鐵路橋涵工程施工技術規(guī)程[S].北京：中國標準出版社，2015.

[2] 鐵建設[2005]160號.鐵路砼工程施工質量驗收補充標準[S].北京：中國標準出版社，2005.

[3] JGJ162-2008.建筑施工模板安全技術規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2008.

[4] 汪水清，劉方.現(xiàn)澆砼模板側壓力研究[J].世界橋梁，2012，（2）：42-44.

[5] 渠茂濤.客運專線耐久性砼橋墩模板實踐性分析研究[J].鐵道標準設計，2009，（4）：33-35.

作者簡介

陳達茂（1987-），男，橋梁工程師，現(xiàn)就職單位：中鐵二十五局集團第三工程有限公司，研究方向：主要從事橋梁工程施工與管理。