温度对高墩大跨连续刚构桥梁施工过程控制的影响

(甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730000)

1 桥梁概况

无日天沟特大桥是银百高速（G69）甜水堡-庆城-罗儿沟圈段的控制性工程之一，桥梁全长1138m，钻探显示主要为第四系黄土层，该桥上部结构为5×40m预制箱梁+（95+3×180+95）悬浇连续刚构+5×40m预制箱梁，其悬浇箱梁顶板宽12.5m，底板宽6.5m，翼缘板悬臂长3m，箱梁根部梁高11m，跨中梁高4m，最大承台体积5046m3(29*29*6m),据统计墩身高度在亚洲同类型桥梁中位居第二。桥址位于庆阳市宁县与正宁县交界地带，属暖温带大陆性高原气候，日照充足，光能资源丰富，雨水较少，温润适中，四季分明，春秋季节冷空气活动频繁，年平均气温7.5～8.7℃，一月平均气温－8℃～－5.5℃，七月平均气温20.8℃～22.2℃，极端最高温度37.5℃，极端最低温度－27.1℃。

2 温度监测

本桥温度监测分为温度梯度监测、合龙温度监测和应力监测处温度监测三个方面。为确保应变传感器和应力传感器温度修正的精确性，采取的温度梯度和应力处温度监测具体针对施工过程中的极端温度季节，在高温和低温期间连续2周按2小时间隔观测混凝土表面与体内温度分布状况，对数据进行回归，掌握体内外温度变化规律，并在应力监测处混凝土应力测试仪器也同时采集数据，以便对应变传感器和应力传感器及时有效地进行温度修正。为确保顺利合龙进行合龙温度监测，是在拟合龙前2-3周，每隔2小时对环境温度进行跟踪监测，总结规律，合理确定最佳合龙时段[1]。

3 温度对结构应力的影响

本桥结构体真实应变变化量采用以下公式计算[1]：

ε=(ε1-ε0)+(T1-T0)(Fg-Fj)

其中，

ε1—当前仪器测量应变值；

ε0—初始应变值；

T1—当前传感器测试温度；

T0—初始温度；

Fg—钢弦的线膨胀系数；

Fj—钢筋混凝土的线膨胀系数。

由结构体真实应变变化量易知主梁应力结果，并可分析得出温度对主梁应力的影响。

3.1 结构应力测点布置

箱梁应力测试断面布置在悬臂施工各“T”的悬臂根部和L/4及跨中。由于悬臂施工各“T”在施工过程中的受力对称，根据大桥“T”构对称性，选取两个主墩的“T”构单元作为箱梁应力观测对象[2]。本桥对6#主墩左幅墩、7#主墩左、右幅墩、8#主墩左和右幅墩、9#主墩右幅墩埋置了应变计，并进行了应力观测。依据该桥施工至最大悬臂状态时主梁、主墩的实测应力进行计算分析。

3.2 温度对主梁应力影响结果分析

在最大悬臂状态阶段，主梁应力监测结果按计算值不大于10MPa时，误差控制在±30%；计算值大于10MPa时，误差控制在±20%。监测的主梁应力结果满足相关规范要求。

从检测数据分析结果可以看出，温度应变占综合应变的比例很小，在最大悬臂状态阶段，6#墩主梁L/4控制截面应变最大3.580%，7#墩主梁L/4控制截面应变最大4.284%，6#墩根部控制截面应变最大5.678%，7#墩主梁根部控制截面应变最大3.968%。由应力与应变的对应关系，结合数据可知温度对主梁应力的影响很小，在计算主梁应力时，把温度引起的应变作为一种修正因素进行考虑。

3.3 温度对主墩应力影响结果分析

对无日天沟特大桥6、7、8 及9 号主墩15℃温度梯度监测的根部应力分别为0.1、0.2、0.1 及0.1MPa,表明日照形成的主墩温度梯度对应力的影响较小，所有主墩的墩底应力满足规范相应要求。在主梁最大悬臂阶段，6#墩墩底控制截面应变最大4.930%，7#墩墩底控制截面应变最大3.086%，8#墩墩底控制截面应变最大4.652%，9#墩墩底控制截面应变最大3.904%。同温度对主梁的应力影响一样，温度对主墩的应变影响很小，并且在计算主墩应力时，将温度引起的应变作为一种修正因素进行考虑。

4 温度对施工放样的影响

目前施工放样平面位置主要采用坐标法、偏角法和垂线辅助等方法，高程采用水准测量法，而高墩、大跨桥梁控制点主要采用小三角网和导线，一般由于地形限制，控制点与放样点之间的距离都相对较长，测量精度对施工放样尤为重要，而温度影响是关键因素之一，测量中不容忽视。例如，测量时温度和仪器校准时的温度差、仪器周围环境温度的不均匀导致的仪器测量误差；夏季施工早晚温差较大时，因温差作用引起墩身和块段轴线偏差、伸缩偏差以及日照引起的墩身和块段朝阳面与背阴面的线型变化对放样准确度均有较大影响[3]。

可采取以下措施来减小其影响：

1）测量时用遮阳伞保护仪器，避免仪器被太阳直射，宜静置一刻钟，尽量使仪器温度与环境温度一致，减少旋转时温度差引起的测量误差；

2）尽量选取环境温度与仪器校准温度差不大于10℃的时段进行测量放样，该工程精确放样选取时段为上午10:00之前和下午6：00之后；

3）尽量避免同时对阳光下测点和阴影下测点放样；

4）临时水准点不宜直接引至主桥的某一部位，以免基准点随温度变化而变化；

5）温度引起仪器水平气泡和对中点出现偏差应及时进行调整。

5 温度对悬浇块段线形的影响

5.1 温度变化与悬浇块段纵平面线形变化的关系

通过施工期间观测，悬浇块段端头标高变化，总体上呈环境温度升高时而降低，环境温度下降而抬高的趋势，如对6号主墩18号块悬臂端高程24h内每2h连续观测（当时环境温度6℃-18℃），最大下挠4cm，在凌晨（24:00）回升至原位，轴线偏差在3cm半径范围内旋转。

5.2 温度对合龙口主梁高程的影响

连续18天对6-7号墩合龙口标高进行观测，根据观测数据显示，温度在15℃-18.5℃影响最小，19℃-25℃影响较小，25.3℃-31℃影响最大，总体规律为随着温度升高对块段高程影响也逐渐增大。由此可见，合龙时必须是在一日中温度最低且较为稳定的时段进行劲性骨架锁定，如果实际合龙温度与设计规定合龙温度有差异或合龙口高差较大时，应通过监控单位仿真模拟计算，经设计单位复核后通过增减顶推力或偏载预压的措施进行解决。

5.3 温度对主梁合拢口距离的影响

连续18天对6-7号墩合龙口距离进行观测，数据显示，温度在15℃-18.5℃影响最小，19℃-25℃影响较小，25.3℃-31℃影响最大，合龙口距离随温度升高而缩短，温度下降而变大，其变化规律对合龙口的影响与高程变化规范一致，即采用同一措施温度对合龙的影响不相矛盾。

6 结语及建议

通过数据分析，结合温度对测量结果的影响原因可知，温度变化对高墩、大跨连续刚构桥梁施工阶段悬浇箱体的应力影响较小，但对墩身垂直度、上部结构线型、测量放样及合龙口管道坐标高差影响较大。因此，建议施工放样尽量安排在上午10:00之前和下午6:00之后，以减少温度对测量的影响。