淺論外界溫度對砼連續箱梁懸臂施工的影響

程曙光

（中國水電建設集團十五工程局有限公司，陜西 西安 710068 ）

0 引言

懸臂掛籃法是大跨度預應力砼連續箱梁常用的施工工藝。按此工法施工時，大跨度預應力砼連續箱梁需經過多次體系轉換，從靜定結構變為成橋時的超靜定結構，施工時間一般較長，需跨越幾個季節。這些因素造成梁體砼在施工周期內會經受較大差異氣溫的影響，對于大跨度箱梁，尤其是多跨的大跨度連續箱梁，外界溫度變化對梁體懸臂施工和體系轉換階段各項工藝均有較大的影響?？紤]不周時，輕則影響梁體的外觀，嚴重時會影響到橋梁的質量。

本文以西安市某市政橋施工控制為例，分析總結氣溫變化對連續梁橋施工影響及應對方案。

該市政橋梁為東西向跨河布設，主橋為五跨變截面連續箱梁，每跨橋長100 米，按分離式結構設計，梁體為單箱三室結構，縱向按拋物線形式設計。由于本橋是市政橋梁，為達到美觀效果，體現出拱橋的樣式，設計時加大橋墩處梁高，其中0#塊高8.0 米，合龍段高2.5 米。主橋箱梁頂板寬27 米，底板寬19.5 米，翼緣懸臂寬3.75 米，頂板厚0.3 米，底板厚由0.3 米按1.8 次拋物線以及圓曲線平滑過渡到根部的1.4 米厚。主橋設計為一聯結構，伸縮縫設在兩端與引橋相接處，伸縮縫預留寬度為310mm。主橋10#墩橋梁支座設計為固定支座，其余支座為帶速度鎖定器的摩擦擺支座，可自由縱向滑動。

1 氣溫變化對砼連續箱梁影響原理

砼連續箱梁施工階段，外界溫度的影響主要有氣溫變化和太陽輻射，另外瀝青砼橋面施工時，高溫瀝青會對梁體產生一定影響。梁體砼內溫度場按變化情況主要分為均勻溫度場和梯度溫度場，均勻溫度場為季節性氣溫變化在梁體內產生緩慢、均勻的溫度變化。梯度溫度場是因不同走向的橋梁由于接受日照強度不同，同時熱量在梁截面內的傳導引起梁體各個部位的砼溫度差異較大，或其他施工因素造成梁體不均勻受熱，梁體內會出現溫度非線性變化，形成梯度溫度。

均勻溫度場的影響：在掛籃懸臂施工階段，連續箱梁尚未合龍，施工中的梁體處于靜定結構，懸臂梁體除受支臨時支座（臨時固結）固定外無多余約束，均勻溫度變化在梁體砼內不會產生內力，對梁體施工影響不顯著。合龍體系轉換階段，均勻溫度引起梁長變化，會影響支座和伸縮安裝。

梯度溫度場的影響：施工過程中，梯度溫度場主要產生三種影響，一是造成梁體不均勻變形，箱梁砼斷面內產生自應力，在砼澆筑時間、預應力施加等多因素影響下，對梁體施工質量會產生較大的影響。二是由于箱梁砼沿豎向溫度變化較大，梁體伸長變形不一致，會引起懸臂端標高變化。三是梯度溫度會引起梁體頂板翹曲，使外腹板內曲，使腹板內表面產生拉應力。

2 砼連續箱梁懸臂施工出現問題分析

2.1 梁體砼溫度變化情況

通過在箱梁砼內外表面不同位置、箱室內外空間安裝溫度傳感器，長期測量不同位置氣溫和砼溫度，經過統計對比分析，以7月份測設的溫度進行分析：

1 溫變化情況：箱梁外部氣溫在同一天內隨時間大致呈正弦函數變化，不同區域的氣溫變化趨勢基本相同，陽光直射到的區域在當天最高時高于其他區域，在夜間時不同區域氣溫基本相同。箱梁內部氣溫在一天內變化幅度較小，在1～2℃間變化，溫度基本接近同一天內最高氣溫。右圖為某一天不同部位的氣溫變化圖，其中T65 為頂板上方的氣溫。

②梁體不同位置砼溫度變化情況：頂板外表面溫度隨著箱室外大氣溫度變化，變化趨勢基本相同。箱梁頂板內表面變化受傳導熱影響，比箱室外氣溫變化滯后約2 小時。箱梁底板外表面、外側腹板的外表面溫度隨箱室外氣溫變化，滯后約3 小時，箱梁腹板內表面、底板內表面隨箱室內氣溫變化，同一天內，幾乎無變化。同一天內上午6 點到10 點時間段內，各部位砼溫度變化速率接近。

③梁體斷面砼溫度分布情況：由于砼導熱系數較小，沿梁體豎向砼溫度快速降低，橫向頂板砼溫度基本相同，腹板在陽光照射到的位置較高，其他部位在同一水平斷面上基本相同。

2.2 氣溫對懸澆梁頂標高的影響

預應力砼箱梁在施工過程中，由于橋梁朝向不同，梁體各個部位接受日照的時間和強度不同，多數情況下，梁體頂板和無翼緣板箱梁的向陽側腹板受太陽輻射時間最長，升溫較高，而背陽側腹板和底板升溫較慢。在不均勻溫升作用下，梁體頂板伸長量較大，腹板下部和底板伸長量較小，在懸臂端自由的條件下，懸臂端會出現下垂。下垂隨梁長和日照時間的增長而增大。此類變形屬彈性變形，隨著頂板溫度降低而恢復。

在本文例橋施工過程中，懸臂端掛蘭位置在太陽輻射強烈時曾出現較大的高差，在下午3 點左右掛蘭位置梁端出現較大的下垂，而在上午又會回復到原位，變形值與施工懸臂梁長成正比。最大出現過梁端下撓2.4cm。

為減少溫度對梁端下撓的影響，在上午6 點到9 點測設掛蘭底模調整標高，保證了該橋懸澆箱梁標高符合監控量測計算的拋高值。

2.3 對梁外腹板質量的影響

箱梁頂板受太陽輻射不均勻升溫后，發生上拱翹曲，腹板抵抗頂板變形，受彎矩作用，會產生向內變形，梁體越高，變形越大。由此在腹板上會產生拉應力。箱梁腹板預應力鋼絞線張拉時，鋼絞線彎曲段對腹板局部產生拉應力，在這幾種內力組合下，拉應力大于砼抗拉強度，在腹板內表面沿鋼絞線布設方向出現開裂。（變形如右圖）

本文例橋箱梁在腹板內設置縱向無平彎的負彎矩預應力鋼束，每束均為17 根公稱直徑15.20mm 的低松弛高強度預應力鋼絞線。為避免腹板開裂，沿腹板縱向預應力鋼絞線預埋的波紋管兩側間隔10cm 布設拉筋，拉筋直徑為16mm，兩端分別勾在內外主筋上。另外在具備條件時，在張拉縱向預應力筋前先張拉豎向精軋螺紋鋼。有效的解決腹板后半段沿預應力筋開裂的問題。

2.4 對支座和伸縮縫的影響

砼連續箱梁掛籃懸臂施工合龍溫度按規范要求為當天最低溫度，且通常要求合龍溫度為15±3℃。而實際合龍時的梁體溫度很難確保當天最低溫度時滿足設計要求。這時整個梁體會發生均勻伸長或縮短的變形，同時受砼材料、收縮、徐變等多方面因素的共同作用下，支座安裝和伸縮縫預留寬度會受到很大的影響，同聯跨數越多、橋梁越長，最遠端的支座和伸縮縫受最后一個合龍段施工時的溫度影響越大。

本文例橋10#墩為固結墩，該墩上的支座不會發生移動和變形，7#和14#墩分別為引、主橋分界線，此處設計預留變形縫寬為310mm。由于外界因素影響，該橋未按正常順序合龍，其中7#墩合龍時間在1月份，合龍溫度為5℃。由于8～10#墩間主梁先于7#墩完成，相差時間較長，在7#墩主梁完成時，8～10#墩間主梁砼收縮、徐變大部分已完成。經過計算后，梁體間伸縮縫預留寬度按比設計增加2cm 預留。由于設計的支座容許變形為正負各20cm，考慮支座預偏較困難，且后期變形不會超出容許值，7#墩上主梁支座按正常狀態安裝。

在7#墩主橋與引橋伸縮縫安裝時，當天平均氣溫為13℃，梁體間預留伸縮縫寬度基本恢復至設計寬度，7#墩主梁下支座變形3cm。

3 控制技術

砼連續箱梁橋采用掛籃工藝施工時，從以上分析可看出，外界溫度主要對橋梁施工時掛籃標高控制、箱梁腹板砼、支座安裝位置、伸縮縫預留寬度等影響較大，若控制措施不力，會影響結構質量和使用安全，按例橋施工經驗，總結出主要控制技術如下：

4.1 制定詳細的橋梁砼溫度監控量測方案，按方案測量、分析不同氣溫和日照條件下，箱梁斷面內砼溫度隨氣溫、時間的變化曲線。

4.2 為減少溫度梯度對懸臂端標高的影響，懸臂端掛籃、模板測量放樣時間應選在頂板和腹板砼溫度基本相同的時間段。在其他時間段內放樣時，懸臂端確定施工標高時應考慮豎向和橫向溫度梯度的影響。

4.3 為避免在日照時間較長的季節施工時腹板出現受力裂縫，可根據實測砼溫度，結合箱梁結構計算腹板因溫度產生的拉應力，選用以下控制措施。

1） 在懸臂端2 米長范圍內的腹板縱向預應力鋼絞線兩側增加拉筋，增強腹板局部拉應力的抵抗力。

2）調整預應力張拉順序，在張拉縱向預應力鋼絞線前，先張拉外側腹板豎向預應力筋，張拉力可按設計值的50%控制。

3）給箱梁面采取灑水、遮陽等措施降低頂板與底板的溫差，控制時間段為下塊懸澆塊段縱向預應力鋼絞線張拉后。

4.4 為保證支座安裝正確和伸縮縫預留符合設計尺寸，采取以下措施控制：

1）確定合適的合龍順序，制定切實可行的施工計劃，預測合龍時的氣溫和梁溫。

2）模擬計算施工條件和完成體系轉換后各支座的變形數據，對較大變形的支座向相反方向頂推，設預變形，消除和減小溫度引起的變形量。

3） 按計劃和預測的同聯最后一個合龍段的梁溫，計算推測伸縮縫變形數據，調整預留伸縮縫寬度。

5 結語

溫度對連續梁橋和剛構橋施工影響非常大，尤其對于多跨連續梁橋，溫度變化造成梁體變形累積或產生的自內力，處理不好就會直接影響橋梁的質量和后期運行安全。同時溫度對砼橋梁的影響又是非常復雜的，與橋梁所處位置、走向、結構形式、氣溫變化、日溫差、太陽輻射強度等因素有關，本文進行初步總結，為以后同類橋梁施工提供參考。