大温差地区薄壁高桥墩垂直度的温度影响及应对措施

杨 霞

大温差地区薄壁高桥墩垂直度的温度影响及应对措施

杨 霞

（中铁十八局集团第二工程有限公司，河北 唐山 064000）

圆端形薄壁空心桥墩是桥梁高墩常用的截面形式，其受力特征比较复杂，尤其是高墩施工周期长，温度变化幅度大，加上混凝土为热的不良导体，迎光侧与背光侧温差较大，有时可达20°，容易在结构内部产生次生应力，引起结构变形，从而影响桥梁结构安全。本文结合大瑞铁路怒江四线特大桥圆端形变截面空心桥墩施工，分析温度等因素对薄壁空心高大桥墩垂直度的影响，提出了施工中减小高大桥墩偏位的措施。

桥梁；空心墩；温度；垂直度

1 工程概况

大理到瑞丽铁路起于大理站，止于瑞丽站，沿途设有漾濞站，永平站，保山站，龙陵站，芒市站等多个县级、地级中等站，全长330km，为国铁一级单线电气化铁路。大瑞铁路是西部开发性新线项目之一，也是我国西南进出境通道之一的中缅国际铁路通道的重要组成部分。

大瑞铁路怒江特大桥是目前世界上同类型最大跨度铁路桥梁，位于施甸县与龙陵县交界处，全长1024.2m，最大墩高110m，全桥孔跨布置为（7×41）m连续钢混结合梁（大理岸引桥）+（14×37.2）m连续钢箱梁（拱上结构）+（5×41）m连续钢混结合梁（瑞丽岸引桥），江面到桥面的高度为211m，大桥主跨采用跨度达490m的钢桁拱梁。受高黎贡山和怒江特殊地形的限制，怒江车站就设在桥面上，四线桥面的宽度达24.9m，属国内同类型铁路桥梁之最。

桥址位于施甸县属中亚热带为主体的低纬山地季风气候。极端最高气温32℃，极端最低气温零下3.2℃。地处云贵高原，日照强烈，在桥墩的迎光侧与背光侧温差较大。

2 影响桥墩垂直度的主要因素

怒江四线特大桥桥墩高度均大于20m，桥墩混凝土施工均采用分节段施工。本桥施工墩身高度＜50m的桥墩采用爬模施工，每次浇筑高度4m；墩身高度＞50m的桥墩采用爬模施工，每次混凝土浇注高度4.5m。墩身混凝土分节段施工时，每节段都要进行立模、校模工作，薄壁高墩在施工过程中每次校模时要考虑到偏载、风荷载、温度等［1］可能影响墩身垂直度的因素，其中以温度对高墩垂直度影响最大，是高墩垂直度监控的核心和关键。薄墩结构，在日照温差作用下引起桥墩的不均匀变形，是影响桥墩垂直度的主要原因［2］。

考虑到怒江大桥位于云贵高原，日照强烈，温差较大，大桥主墩高达110m，因此怒江四线特大桥工程项目部的工程技术人员对桥墩的垂直度控制进行了专题研究。

3 桥墩垂直度的分析

温度对桥墩垂直度的影响，实质是薄壁墩两侧不均匀温差所引起，均匀升温只会引起桥墩的竖直伸缩。为进一步了解温差对桥墩垂直度的影响，我们可以采用有限元程序对图1中4种不同工况下的桥墩垂直度进行理论分析。

程序采用SAP2000，采用梁单元、梯度温度差计算。对27号墩两侧设置5、8、10℃三级的温差，计算模型如图1所示。计算结果表明，温度对桥墩垂直度有影响，我们列出了不同温差下的偏位的理论值，见图2和表1。从表1中可以看出，随着温度梯度的增加，墩身的偏位相应增大。在工况1，温差10℃时，墩顶偏位达44mm。一旦设置临时支撑（工况2），桥墩偏位明显减小。若在距墩顶5m处架一个临时横撑，则在温差10℃的情况下墩顶偏位只有16mm，比工况4（10℃）下的墩顶偏位可减小72%，可见临时支撑对减小墩身的偏位作用明显。

图1 薄壁墩不均匀温差对桥墩垂直度影响温度计算模型图

表1 9号墩单肢在不同工况下沿高度偏位表/mm

4 采取措施

根据以上有限元分析，为减少温度对墩身垂直度的影响，项目部工程技术人员采取了下列措施。

4.1 定时测量校摸法

桥墩经受一天的日照后，墩身温度成不均匀分布，通过一个晚上的调整，墩身体内、体外温度趋于一致，可选择在早晨太阳未出来前测量。将此校准的模板测量基准点或墩上预先设置好的基准点作为今后施工模板校验的基准点，由此消除了日照多模板安装精度的影响（如图2）。

这种方法因桥墩全断面施工受到限制，故有时难以在施工过程中找到一个相对固定的测量基点。

4.2 采取预偏置法

预偏置法是一种主动的调整方法，通过模拟桥墩结构的温度分布，给出在假定日照强度下的桥墩温度状态，考虑不同施工高度，计算桥墩的偏移情况。在较模时，将墩上的模板测量基准点按计算出的偏移量予以预偏，当结构恢复到均匀温度状态时，该基点就会自动到原正确位置，即偏差为零［3］。

预偏值的大小需通过有限元程序进行分析。主要对温度进行测量，计算出温度差引起的桥墩偏位值。

4.3 设置临时横系梁法

有限元计算表明，横系梁能有效减小墩身偏位量，因此在桥墩的适当位置增加一或多道临时横系梁，可有效地控制由温差引起的墩身偏位。

图2 薄壁墩不均匀温差对桥墩垂直度影响分析图

5 垂直度测量

在施工中，通过埋设在墩表面的温度传感器读取桥墩两侧的温差，按照表1提供的值，采取预偏置法调整模板位置。在1号墩的前后两肢截面上各不止8个测点（如图3），测量其垂直度。工况4时测量数据见表2。

图3 9号墩截面测点布置图

表2 垂直度测量记录表/mm

从表2可以看出，9号桥墩垂直度最大是9.3mm，根据《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》（铁建设［2005］160号），满足要求。

6 结束语

在施工控制中，采用有限元法计算偏位值，以此控制桥墩垂直度，能达到控制桥墩垂直度的目的。但桥墩施工工期通常很长，温度变化幅度较大，采用预偏置法难度较大，技术要求较高。相反，设置临时横系梁来控制桥墩垂直度，不但技术简单，而且很容易实施，如采用万能杆件或其他构件作为临时横系梁，不失为一种有效控制桥墩偏位的好方法。

［1］ 张博弢. 实体有限元模拟预制节段桥墩循环荷载分析［J］. 石家庄铁道大学学报（自然科学版），2015（03）：46-48.

［2］ 唐乐. 客运专线连续梁桥墩线刚度限值探讨［J］. 铁道工程学报，2007（S1）：67-69.

［3］ 曾志平，陈秀方，赵国藩. 简支梁桥上无缝道岔温度力与位移影响因素分析［J］. 中国铁道科学，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

［通讯地址］杨霞，河北省唐山市丰润区光华道28号