楊 霞

大溫差地區(qū)薄壁高橋墩垂直度的溫度影響及應對措施

楊 霞

（中鐵十八局集團第二工程有限公司，河北 唐山 064000）

圓端形薄壁空心橋墩是橋梁高墩常用的截面形式，其受力特征比較復雜，尤其是高墩施工周期長，溫度變化幅度大，加上混凝土為熱的不良導體，迎光側(cè)與背光側(cè)溫差較大，有時可達20°，容易在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生次生應力，引起結(jié)構(gòu)變形，從而影響橋梁結(jié)構(gòu)安全。本文結(jié)合大瑞鐵路怒江四線特大橋圓端形變截面空心橋墩施工，分析溫度等因素對薄壁空心高大橋墩垂直度的影響，提出了施工中減小高大橋墩偏位的措施。

橋梁；空心墩；溫度；垂直度

1 工程概況

大理到瑞麗鐵路起于大理站，止于瑞麗站，沿途設有漾濞站，永平站，保山站，龍陵站，芒市站等多個縣級、地級中等站，全長330km，為國鐵一級單線電氣化鐵路。大瑞鐵路是西部開發(fā)性新線項目之一，也是我國西南進出境通道之一的中緬國際鐵路通道的重要組成部分。

大瑞鐵路怒江特大橋是目前世界上同類型最大跨度鐵路橋梁，位于施甸縣與龍陵縣交界處，全長1024.2m，最大墩高110m，全橋孔跨布置為（7×41）m連續(xù)鋼混結(jié)合梁（大理岸引橋）+（14×37.2）m連續(xù)鋼箱梁（拱上結(jié)構(gòu)）+（5×41）m連續(xù)鋼混結(jié)合梁（瑞麗岸引橋），江面到橋面的高度為211m，大橋主跨采用跨度達490m的鋼桁拱梁。受高黎貢山和怒江特殊地形的限制，怒江車站就設在橋面上，四線橋面的寬度達24.9m，屬國內(nèi)同類型鐵路橋梁之最。

橋址位于施甸縣屬中亞熱帶為主體的低緯山地季風氣候。極端最高氣溫32℃，極端最低氣溫零下3.2℃。地處云貴高原，日照強烈，在橋墩的迎光側(cè)與背光側(cè)溫差較大。

2 影響橋墩垂直度的主要因素

怒江四線特大橋橋墩高度均大于20m，橋墩混凝土施工均采用分節(jié)段施工。本橋施工墩身高度＜50m的橋墩采用爬模施工，每次澆筑高度4m；墩身高度＞50m的橋墩采用爬模施工，每次混凝土澆注高度4.5m。墩身混凝土分節(jié)段施工時，每節(jié)段都要進行立模、校模工作，薄壁高墩在施工過程中每次校模時要考慮到偏載、風荷載、溫度等［1］可能影響墩身垂直度的因素，其中以溫度對高墩垂直度影響最大，是高墩垂直度監(jiān)控的核心和關(guān)鍵。薄墩結(jié)構(gòu)，在日照溫差作用下引起橋墩的不均勻變形，是影響橋墩垂直度的主要原因［2］。

考慮到怒江大橋位于云貴高原，日照強烈，溫差較大，大橋主墩高達110m，因此怒江四線特大橋工程項目部的工程技術(shù)人員對橋墩的垂直度控制進行了專題研究。

3 橋墩垂直度的分析

溫度對橋墩垂直度的影響，實質(zhì)是薄壁墩兩側(cè)不均勻溫差所引起，均勻升溫只會引起橋墩的豎直伸縮。為進一步了解溫差對橋墩垂直度的影響，我們可以采用有限元程序?qū)D1中4種不同工況下的橋墩垂直度進行理論分析。

程序采用SAP2000，采用梁單元、梯度溫度差計算。對27號墩兩側(cè)設置5、8、10℃三級的溫差，計算模型如圖1所示。計算結(jié)果表明，溫度對橋墩垂直度有影響，我們列出了不同溫差下的偏位的理論值，見圖2和表1。從表1中可以看出，隨著溫度梯度的增加，墩身的偏位相應增大。在工況1，溫差10℃時，墩頂偏位達44mm。一旦設置臨時支撐（工況2），橋墩偏位明顯減小。若在距墩頂5m處架一個臨時橫撐，則在溫差10℃的情況下墩頂偏位只有16mm，比工況4（10℃）下的墩頂偏位可減小72%，可見臨時支撐對減小墩身的偏位作用明顯。

圖1 薄壁墩不均勻溫差對橋墩垂直度影響溫度計算模型圖

表1 9號墩單肢在不同工況下沿高度偏位表/mm

4 采取措施

根據(jù)以上有限元分析，為減少溫度對墩身垂直度的影響，項目部工程技術(shù)人員采取了下列措施。

4.1 定時測量校摸法

橋墩經(jīng)受一天的日照后，墩身溫度成不均勻分布，通過一個晚上的調(diào)整，墩身體內(nèi)、體外溫度趨于一致，可選擇在早晨太陽未出來前測量。將此校準的模板測量基準點或墩上預先設置好的基準點作為今后施工模板校驗的基準點，由此消除了日照多模板安裝精度的影響（如圖2）。

這種方法因橋墩全斷面施工受到限制，故有時難以在施工過程中找到一個相對固定的測量基點。

4.2 采取預偏置法

預偏置法是一種主動的調(diào)整方法，通過模擬橋墩結(jié)構(gòu)的溫度分布，給出在假定日照強度下的橋墩溫度狀態(tài)，考慮不同施工高度，計算橋墩的偏移情況。在較模時，將墩上的模板測量基準點按計算出的偏移量予以預偏，當結(jié)構(gòu)恢復到均勻溫度狀態(tài)時，該基點就會自動到原正確位置，即偏差為零［3］。

預偏值的大小需通過有限元程序進行分析。主要對溫度進行測量，計算出溫度差引起的橋墩偏位值。

4.3 設置臨時橫系梁法

有限元計算表明，橫系梁能有效減小墩身偏位量，因此在橋墩的適當位置增加一或多道臨時橫系梁，可有效地控制由溫差引起的墩身偏位。

圖2 薄壁墩不均勻溫差對橋墩垂直度影響分析圖

5 垂直度測量

在施工中，通過埋設在墩表面的溫度傳感器讀取橋墩兩側(cè)的溫差，按照表1提供的值，采取預偏置法調(diào)整模板位置。在1號墩的前后兩肢截面上各不止8個測點（如圖3），測量其垂直度。工況4時測量數(shù)據(jù)見表2。

圖3 9號墩截面測點布置圖

表2 垂直度測量記錄表/mm

從表2可以看出，9號橋墩垂直度最大是9.3mm，根據(jù)《客運專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收暫行標準》（鐵建設［2005］160號），滿足要求。

6 結(jié)束語

在施工控制中，采用有限元法計算偏位值，以此控制橋墩垂直度，能達到控制橋墩垂直度的目的。但橋墩施工工期通常很長，溫度變化幅度較大，采用預偏置法難度較大，技術(shù)要求較高。相反，設置臨時橫系梁來控制橋墩垂直度，不但技術(shù)簡單，而且很容易實施，如采用萬能桿件或其他構(gòu)件作為臨時橫系梁，不失為一種有效控制橋墩偏位的好方法。

［1］ 張博弢. 實體有限元模擬預制節(jié)段橋墩循環(huán)荷載分析［J］. 石家莊鐵道大學學報（自然科學版），2015（03）：46-48.

［2］ 唐樂. 客運專線連續(xù)梁橋墩線剛度限值探討［J］. 鐵道工程學報，2007（S1）：67-69.

［3］ 曾志平，陳秀方，趙國藩. 簡支梁橋上無縫道岔溫度力與位移影響因素分析［J］. 中國鐵道科學，2016（01）：88-89.

Temperature effect analysis of verticality for thin-wall high pier in large temperature difference area

YANG Xia

U443.22；U441

B

1001-554X（2018）02-0101-03

10.14189/j.cnki.cm1981.2018.02.014

2017-10-25

［通訊地址］楊霞，河北省唐山市豐潤區(qū)光華道28號