摘 要 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)高速鐵路圓端形橋墩側(cè)壓力進(jìn)行測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)圓端形模板側(cè)壓力各點(diǎn)壓力變化規(guī)律基本相同;圓弧端側(cè)壓力變化曲線與平直端側(cè)壓力曲線相差較大，圓弧端側(cè)壓力遠(yuǎn)大于平直端，結(jié)構(gòu)中不同的幾何形狀產(chǎn)生的側(cè)壓力差異較大，溫度的變化同樣影響著模板的側(cè)向壓力。然而在我國(guó)規(guī)范中的砼側(cè)壓力計(jì)算公式計(jì)算得出的數(shù)值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)值相差較大，需對(duì)相關(guān)計(jì)算公式進(jìn)行進(jìn)一步的研究和優(yōu)化，進(jìn)而為后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)施工中針對(duì)模板的設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞 橋梁墩身;模板側(cè)壓力;壓力測(cè)試

引言

近幾年來(lái)，全國(guó)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(cè)向壓力超過(guò)了模板或者拉桿、連接螺栓等的容許承載力所致。這對(duì)模板的承壓能力提出了相當(dāng)大的考驗(yàn)。由于目前的砼性能指標(biāo)已經(jīng)大為改變，特別是外加劑的加入使得砼坍落度等指標(biāo)發(fā)生變化，并且砼完全采用機(jī)械進(jìn)行振搗，強(qiáng)度大、功率高。這些砼性能指標(biāo)的改善及施工技術(shù)的提高都影響了模板的受力情況。

1試驗(yàn)墩臺(tái)選型工程概況

根據(jù)目前鐵路大多數(shù)橋梁墩形實(shí)際情況，對(duì)橋墩施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了模板側(cè)壓力監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。測(cè)試橋墩為圓端形實(shí)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(cè)對(duì)象為該橋墩的第一澆注節(jié)段高8米，砼強(qiáng)度等級(jí)為C35，設(shè)計(jì)砼總方量為265m?，采用汽車泵泵送砼現(xiàn)場(chǎng)澆注施工。砼設(shè)計(jì)初凝時(shí)間為7小時(shí)，終凝時(shí)間為11小時(shí)，2臺(tái)插入式振動(dòng)棒進(jìn)行振搗。根據(jù)實(shí)測(cè)得到砼澆注速度為1.33m/h。

1.1 墩身砼對(duì)模板側(cè)壓力的原理和規(guī)律

澆注砼時(shí)，對(duì)墩柱模板產(chǎn)生的荷載不同于平臺(tái)模板上的重力荷載，新澆砼對(duì)模板側(cè)面壓力是砼入模時(shí)具有一定流動(dòng)性，在砼澆筑、振搗和自重的共同作用下，對(duì)限制其流動(dòng)的側(cè)模板所產(chǎn)生的壓力。但和水壓不同的是砼壓力是暫時(shí)的，當(dāng)砼強(qiáng)度已足夠支承自身重量時(shí)，這種壓力會(huì)慢慢消失。在剛開始澆注時(shí)砼為液態(tài)，對(duì)模板的壓力呈線性分布;隨著砼慢慢凝固，到初凝時(shí)砼已經(jīng)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(dāng)砼完全凝固時(shí)，砼成為固體，砼固體體積的變化將影響它對(duì)模板的作用，取而代之的將是豎向壓力和砼內(nèi)部的溫度升高導(dǎo)致固體砼側(cè)向收縮膨脹，進(jìn)而在模板上產(chǎn)生的約束反力[1]。

1.2 測(cè)試內(nèi)容及設(shè)備安裝

砼測(cè)壓力測(cè)試，采用振弦式壓力盒進(jìn)行測(cè)定。壓力盒采用標(biāo)準(zhǔn)雙膜結(jié)構(gòu)，體內(nèi)充填不含氣體的專用介質(zhì)，測(cè)試精度高。為了減少砼凝固過(guò)程中溫度變化對(duì)壓力傳感器數(shù)據(jù)的影響，在壓力傳感器旁邊埋設(shè)溫度測(cè)試芯片，對(duì)壓力盒進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

壓力盒沿橋墩高度方向設(shè)置，首層設(shè)置在承臺(tái)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(gè)檢測(cè)點(diǎn)，分別位于直線段平面模板中點(diǎn)、圓弧段中點(diǎn)及直線與圓弧接縫處。壓力盒緊貼模板，并在豎向兩側(cè)采用鋼筋支架進(jìn)行固定，安裝牢固，確保采集的壓力數(shù)據(jù)與模板實(shí)際受力情況一致。（該橋墩一次性澆筑高度為8m，測(cè)試高度為8m，共設(shè)4層）如圖A所示。

2現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及結(jié)果分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)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(nèi)，并采用內(nèi)部插入式振動(dòng)棒進(jìn)行振搗。數(shù)據(jù)采集分別在：砼每澆筑完成1m時(shí)采集一次，在振搗時(shí)采集一次，靜置后開始澆筑砼時(shí)采集一次，同步記錄測(cè)試時(shí)間及砼溫度;砼澆筑完成后每2小時(shí)測(cè)1次，直至壓力值穩(wěn)定后停止采集[2]。

2.2 測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

理論上，在砼澆筑至初凝時(shí)間內(nèi)模板側(cè)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(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采集數(shù)據(jù)，建立壓力與時(shí)間的變化曲線，得出壓力的變化規(guī)律、形成最大側(cè)壓力所消耗的時(shí)間及實(shí)測(cè)值大小。

（1） ?底層壓力數(shù)據(jù)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)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(cè)點(diǎn)達(dá)到最大值所耗的時(shí)間分別為：15h、13h;實(shí)測(cè)值分別為：59.8kPa、64.2kPa。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)分析，墩身同一高度位置平直段側(cè)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(shì)，到達(dá)16h時(shí)，隨著溫度和收縮徐變的影響，使得側(cè)壓力逐步增大;而圓弧段的側(cè)壓力在砼初凝后仍繼續(xù)增加。根據(jù)數(shù)據(jù)可以看出圓弧段最大側(cè)壓力值（1-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)）與平直段（2-1及3-1測(cè)點(diǎn)）最大側(cè)壓力相差較大，同一高度位置不同點(diǎn)側(cè)壓力存在的差異較大，則說(shuō)明結(jié)構(gòu)中不同的幾何形狀產(chǎn)生的側(cè)壓力差異較大[3]。

（2）其他位置側(cè)壓力測(cè)試數(shù)據(jù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)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(cè)壓力與底部測(cè)點(diǎn)變化規(guī)律基本相同，壓力隨著砼澆筑高度的增加，側(cè)壓力數(shù)值穩(wěn)步增加，呈線性變化，達(dá)到最大值后，壓力慢慢減小后穩(wěn)壓，然后隨著砼內(nèi)部溫度升高及收縮的影響，壓力逐漸增加。圓弧段監(jiān)測(cè)點(diǎn)的側(cè)壓力隨著上部砼澆筑高度的增加而增大，而且側(cè)壓力在砼初凝后仍繼續(xù)增加。

（3） ?砼溫度數(shù)據(jù)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(shí)間變化呈線性上升，達(dá)到最大值后逐漸降低。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)澆砼模板側(cè)壓力數(shù)值曲線及溫度曲線，二者同樣隨著時(shí)間變化呈線性增加，由于砼達(dá)到初凝時(shí)側(cè)壓力出現(xiàn)下降趨勢(shì)，但隨溫度增高和收縮徐變影響側(cè)壓力逐漸增大。因此，澆注墩身砼時(shí)應(yīng)考慮外部環(huán)境溫度和砼溫度對(duì)側(cè)壓力的影響，進(jìn)而在模板設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮變化產(chǎn)生的側(cè)向壓力，并且合理的選擇拆模時(shí)間。

3實(shí)測(cè)側(cè)壓力與理論側(cè)壓力的對(duì)比分析

我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范中砼壓力計(jì)算公式如下：

根據(jù)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)，在砼澆注過(guò)程中有效壓力下側(cè)壓力并沒(méi)有穩(wěn)定不變，而是逐漸增長(zhǎng)。因此，規(guī)范公式的計(jì)算取值并沒(méi)有真實(shí)的反映現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況。因此，我們可以根據(jù)工程的實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整 ?公式中的系數(shù)，來(lái)反映實(shí)際情況。

該工程實(shí)例中現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的最大側(cè)壓力為91.5kPa ，但根據(jù)理論公式計(jì)算得出的最大側(cè)壓力為57kPa，即實(shí)測(cè)值是理論值的1.6倍。因此，建議對(duì)我國(guó)規(guī)范中的砼側(cè)壓力計(jì)算公式進(jìn)行局部修訂[4]。

4結(jié)束語(yǔ)

（1）在本工程測(cè)試的實(shí)例中，側(cè)壓力各點(diǎn)測(cè)試結(jié)果表明：各測(cè)點(diǎn)壓力變化規(guī)律基本相同，在某一時(shí)間段內(nèi)近似線性上升，達(dá)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(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)分析，墩身同一高度位置平直段側(cè)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(shì);但圓弧段的側(cè)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(cè)壓力仍繼續(xù)增加。最后出現(xiàn)圓弧段最大側(cè)壓力與平直段最大側(cè)壓力相差較大，而我國(guó)現(xiàn)行“鐵路施工技術(shù)指南”和“公路規(guī)范”計(jì)算公式中，均沒(méi)有考慮同一高度位置不同點(diǎn)側(cè)壓力存在的差異，即澆注砼結(jié)構(gòu)中不同的幾何形狀產(chǎn)生的側(cè)壓力的差異較大。建議在工程施工中，在模板設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮施工實(shí)際模板的受力規(guī)律，加強(qiáng)平板模與圓弧模板的橫向連接，并對(duì)圓弧段的模板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行局部加強(qiáng)[5]。

（3）通過(guò)對(duì)該工程墩身側(cè)壓力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)最大側(cè)壓力比按理論公式計(jì)算側(cè)壓力大很多。因此，建議對(duì)我國(guó)規(guī)范中的砼側(cè)壓力計(jì)算公式，應(yīng)進(jìn)行更多的試驗(yàn)和研究。

（4）由于施工中，砼初凝時(shí)間及澆注速度是影響模板側(cè)向壓力的主要因素。在實(shí)際施工過(guò)程中應(yīng)保證砼的初凝時(shí)間、澆筑速度、坍落度等在計(jì)算限定的范圍之內(nèi)。在配合比設(shè)計(jì)階段應(yīng)嚴(yán)格控制，墩身砼的初凝時(shí)間不宜設(shè)計(jì)的過(guò)長(zhǎng)。另外，在砼澆注完成之后，溫度變化對(duì)模板側(cè)壓力產(chǎn)生較大的影響，因此，在模板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮溫度的影響因素。

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作者簡(jiǎn)介

陳達(dá)茂（1987-），男，橋梁工程師，現(xiàn)就職單位：中鐵二十五局集團(tuán)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。