連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工控制策略探究

孫欣+王磊

摘 要：本文通過對(duì)某特大橋梁工程的介紹，詳細(xì)描述了整個(gè)大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁的施工流程及過程控制，首先描述了橋梁工程的監(jiān)控策略及調(diào)控方案，之后根據(jù)橋梁實(shí)際施工現(xiàn)狀確定計(jì)算模型，通過對(duì)主梁和橋墩建設(shè)材料以及截面特點(diǎn)的詳細(xì)分析和研究，結(jié)合實(shí)際計(jì)算模型的負(fù)荷載重情況，就該橋梁工程做了詳細(xì)的施工方案策劃。

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋梁 施工控制 調(diào)控策略

施工程序的控制嚴(yán)重影響著連續(xù)剛構(gòu)橋梁建設(shè)工程的質(zhì)量。通過對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋梁建設(shè)施工采取有效、合理的控制手段，可以大大降低施工的工作量以及避免施工過程中出現(xiàn)不必要的失誤。本文主要是通過對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋梁建設(shè)施工過程控制的分析研究，以保障連續(xù)剛構(gòu)橋梁建設(shè)可以正常、安全的施工和運(yùn)行。

1.大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁工程的基本情況

該工程大橋主要采用了預(yù)應(yīng)力剛構(gòu)組合橋梁架構(gòu)，箱梁和底板呈1.8拋物線形式，整個(gè)橋梁跨徑總值達(dá)759m。橋梁的整體架構(gòu)選用了單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土形式，跨梁高達(dá)115m，其中跨中最低為2.9m，主墩最高為8.5m；箱梁架構(gòu)特點(diǎn)是具有縱向、橫向以及豎向的三個(gè)方向預(yù)應(yīng)力；橋梁的主橋墩主要選用了墩身和壁厚0.6m的薄壁箱墩形式，橋體的連續(xù)墩選用鉆孔灌注樁作為基層，尺寸大小為5.5mx4.0m。

2.橋梁工程的監(jiān)控方法及調(diào)控策略

結(jié)合之前的類似工程可以發(fā)現(xiàn)該混凝土剛夠橋工程的施工控制較復(fù)雜，無論是橋梁架構(gòu)剛度、單位量段的重量、橋梁預(yù)應(yīng)力，以及施工過程中混凝土質(zhì)量的變化和臨時(shí)載荷的增減的等都嚴(yán)重影響這工程質(zhì)量。橋梁質(zhì)量控制過程中必須嚴(yán)格計(jì)算以上參數(shù)。本文為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)所有參數(shù)均符合國(guó)家橋梁施工標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)指范圍內(nèi)，這樣可以杜絕因參數(shù)設(shè)計(jì)誤差造成的整體結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形誤差，實(shí)際施工過程中應(yīng)對(duì)所有參數(shù)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。本橋梁工程施工控制嚴(yán)格按照現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)開展，對(duì)于橋梁施工過程中出現(xiàn)的高程和內(nèi)力等參數(shù)，通過兩兩比較理論值和實(shí)測(cè)值確定橋梁架構(gòu)的原有參量指，認(rèn)真分析并找出造成理論值與實(shí)測(cè)值誤差的內(nèi)在原因，及時(shí)采取有效的控制措施對(duì)造成成果誤差范圍的某些因素進(jìn)行修正，完成對(duì)橋梁主梁線性的施工控制。若發(fā)現(xiàn)某些參數(shù)有著較大偏差需及時(shí)向該橋梁工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)部門進(jìn)行反映，以期盡快修正理論設(shè)計(jì)值；若實(shí)測(cè)值在常規(guī)偏差范圍內(nèi)，則施工方應(yīng)在施工方案最優(yōu)化的前提下對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?。若?shí)際施工過程中發(fā)現(xiàn)橋梁主梁線形需調(diào)整，可以適當(dāng)對(duì)當(dāng)前澆筑節(jié)段立模的標(biāo)高進(jìn)行修正，方便調(diào)整因參數(shù)偏差造成主梁標(biāo)高的改變。

3.施工控制的計(jì)算模型

本工程施工監(jiān)測(cè)模型借助了國(guó)際流行的MIDAS信息系統(tǒng)，方便施工方可以模擬計(jì)算橋梁工程項(xiàng)目的施工。對(duì)于整個(gè)橋梁模型的構(gòu)建，主梁與橋墩部分的仿真以梁為最小單元，橋梁預(yù)應(yīng)力鋼束的仿真以特定鋼束單元為最小單元；橋梁的主梁剛構(gòu)單元和橋墩間的銜接主要采用剛臂形式，而橋梁的主梁連續(xù)梁?jiǎn)卧蜆蚨臻g的連接則選用主從約束模式，即根據(jù)約束主梁來實(shí)際模擬橫向、豎向等多類自由度。結(jié)合上述模式可以將橋梁工程合理分成兩部分，共234 單元部分和229 節(jié)點(diǎn)部分，其中1～180為主梁?jiǎn)挝唬?81～210為橋墩單位，具體如圖1所示。

根據(jù)橋梁工程施工方選定的施工方案，首先對(duì)橋梁成形狀態(tài)合理、仔細(xì)分析，接著選用正確的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算模式，計(jì)算出每道施工工序中所包含結(jié)構(gòu)受力及變形的所有參數(shù)。將所有計(jì)算的結(jié)果提交到工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)部門，待技術(shù)部門確認(rèn)正確無誤進(jìn)行歸檔，以此作為最終實(shí)際施工的準(zhǔn)確依據(jù)。以預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算進(jìn)行概述，本工程選用國(guó)標(biāo)T5224，具體橋梁預(yù)應(yīng)力損失值見表1。

之后仿真建模計(jì)算橋梁箱梁、橋墩以及截面特點(diǎn)，詳細(xì)結(jié)果如表2所示。

結(jié)合實(shí)際施工中架構(gòu)的自身重量，通過信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具體步驟融合橋梁主梁和橋墩單元所承受的容重，詳細(xì)準(zhǔn)確的預(yù)估橋梁的自身重量載荷。實(shí)際橋梁工程施工中，橋梁橫隔板和齒板參數(shù)均屬于節(jié)點(diǎn)載荷，而主梁梁端參數(shù)屬于均布載荷。最終仿真結(jié)果如下。

（1）本橋梁工程中二期恒載參量。整個(gè)施工過程中，結(jié)合具體施工情況計(jì)算得到橋面部分的荷載集度為28.63kN/m2，護(hù)欄部分的荷載集度為21.33kN/m2。

（2）本橋梁工程中掛藍(lán)重量參數(shù)。該橋梁工程主橋部分主要采用了自重為7721.60k N的菱形掛籃，施工前期需要分別在掛籃前后設(shè)立距離橋均為6.5m的前支點(diǎn)和后支點(diǎn)，掛籃安裝過程中掛籃前支點(diǎn)和懸臂的距離始終控制在0.5m前后。鑒于整個(gè)橋梁架構(gòu)的設(shè)計(jì)，在進(jìn)行十六、十七和十八墩的澆筑施工時(shí)，掛籃前支點(diǎn)和臂梁的距離需要嚴(yán)格把控在0.4m，而掛籃前支點(diǎn)和后支點(diǎn)距離橋間距應(yīng)始終控制在4m。從之前計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，在掛籃五負(fù)載的基礎(chǔ)上殼體對(duì)前、后支點(diǎn)施加的反作用力分別為1000kN和200kN左右。此外，在實(shí)際澆筑施工過程中主梁段澆筑時(shí)載荷計(jì)算可以忽略掛籃自重，只計(jì)算該澆筑梁段自身的重量。

（3）本橋梁工程中吊架重量參數(shù)。本橋梁工程主要選用了邊跨現(xiàn)澆段吊架澆筑形式，實(shí)際施工中要充分考慮吊架的自身重量，本工程中使用的吊架重量為699kN。實(shí)際建模時(shí)，吊架自身重量的仿真模擬則選用了2個(gè)集中力單元。

（4）本橋梁工程中主梁壓重參量。在實(shí)際橋梁施工過程中，主梁壓重需計(jì)算5次。

①計(jì)算主梁A12段澆注前的壓重：在進(jìn)行掛籃移動(dòng)施工時(shí)，懸臂梁段A10承受了86.6kN壓重；進(jìn)行建模時(shí)，需將該壓重值設(shè)定為20kN/m2的均勻分布?jí)褐亍?/p>

②計(jì)算主梁A12段澆注時(shí)壓重：在進(jìn)行A12段澆注施工時(shí)，應(yīng)在該段懸臂梁段處設(shè)置1464kN的負(fù)載；進(jìn)行建模時(shí)，需將該壓重值設(shè)定為146kN/m2的均勻分布?jí)褐亍?

③主梁安裝邊跨現(xiàn)澆筑段的壓重：進(jìn)行安裝施工時(shí)，需在主梁懸臂段1m處設(shè)置346k N負(fù)載；進(jìn)行建模時(shí)，需將該壓重值設(shè)定為346kN/m2的均勻分布?jí)褐亍?/p>

④橋梁合攏段澆筑時(shí)壓重：進(jìn)行橋梁合攏段澆筑時(shí)，需在懸臂端設(shè)置172kN負(fù)載；進(jìn)行建模時(shí)，需將該壓重值設(shè)定為172kN/m2的均勻分布?jí)褐亍?/p>

⑤主梁合攏段施工時(shí)壓重：進(jìn)行主梁合攏段施工時(shí)，需在懸臂端設(shè)置699k N負(fù)載；進(jìn)行建模時(shí)，需將該壓重值設(shè)定為699kN/m2的均勻分布?jí)褐亍?/p>

（5）本橋梁工程中頂推力參數(shù)。在進(jìn)行合攏勁性骨架施工操作時(shí)，橋梁中跨懸臂部分會(huì)受到403kN的推力負(fù)載。

（6）橋梁工程溫度效應(yīng)的修整。施工過程中需切實(shí)考慮當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境特點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)日常溫度，及時(shí)對(duì)因溫度變化而改變的橋梁應(yīng)力參數(shù)做出正確的修整。

（7）本橋梁工程中交通根據(jù)荷載參數(shù)。施工過程中應(yīng)以國(guó)標(biāo)公路I 級(jí)文件為指導(dǎo)，實(shí)際計(jì)算汽車等交通工具而產(chǎn)生的載荷參數(shù)。

4.自錨式托架設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)條件

自錨式托架安裝于薄壁柔性墩頂部，整個(gè)托架可以利用塔吊拼裝。第一次澆筑梁段高度4.5m，重量為1001.8t，由自錨式托架承受荷載，第二次及第三次澆筑高度分別為4.25m和4m，由已澆筑梁段承受荷載。

受墩身高度、塔吊吊重、承載能力和穩(wěn)定的控制，為確保托架的使用安全，自錨式托架必須滿足自重輕、承載力強(qiáng)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的要求。

4.2設(shè)計(jì)構(gòu)思

如果0號(hào)塊澆筑支架采用常用的支架結(jié)構(gòu)，由于高度較高，對(duì)于支架的穩(wěn)定性和附墻件要求很高，導(dǎo)致施工材料用量較大，施工工序繁雜。且風(fēng)力對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響較大，不利于結(jié)構(gòu)的施工安全。

從安全、經(jīng)濟(jì)、施工方便等方面考慮，最終將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為自錨式托架，考慮承力三角托架承受第一次澆筑箱梁荷載；三角托架的剪力件承受豎向荷載；三角托架頂端的精軋螺紋鋼筋對(duì)拉來抵抗施工過程中的產(chǎn)生的水平力；三角托架之間的連接系來滿足整個(gè)托架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

自錨式托架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力明確，通過預(yù)應(yīng)力提高了承載能力，同時(shí)使結(jié)構(gòu)的自重也大為降低。

4.3自錨式托架的構(gòu)造

自錨式托架由三角托架和縱橫分配梁組成。

4.3.1三角托架

薄壁墩身順橋兩側(cè)對(duì)稱布置，每墩布置計(jì)4個(gè)。三角托架是主要的受力結(jié)構(gòu)，由水平桿、錨固座、斜撐、立柱、橫梁組成。 水平桿由2 根[20b組合焊接而成，水平桿上焊接有錨固座；斜撐由2根I36b焊接而成。斜撐與水平桿、立柱，斜撐與橫梁間的連接均采用焊接連接。

考慮第1次澆筑4.5m高的箱梁在墩身以外的鋼筋混凝土自重、模板自重、施工臨時(shí)荷載、風(fēng)荷。

4.3.2縱橫分配梁

在三角托架上布置2I45b的橫向分配梁， 在橫向分配梁上布置多根縱向分配梁， 在縱向分配梁上安裝0 號(hào)塊底模，底模采用木方和竹膠板。

4.4設(shè)計(jì)計(jì)算

自錨式托架荷載分析，0號(hào)塊混凝土標(biāo)號(hào)為C55，分3次澆注，混凝土的容重按26KN/m3計(jì)算，考慮1.05的漲模系數(shù)，第1次澆注高度4.5 m ，自重1001.8t；第2次澆注高度為4.5m ，自重703.4t；第3次澆注高度為4m ，自重841.5t。計(jì)算時(shí)考慮模板重量、施工荷載、風(fēng)荷載、沖擊荷載、振搗荷載等臨時(shí)荷載。托架只承受0號(hào)塊第1次混凝土澆注時(shí)底板、側(cè)板以及底模、側(cè)模、型鋼、托架等重量， 其橫隔板重量由薄壁墩承擔(dān)，第2、3次混凝土施工荷載由已澆筑的混凝土承擔(dān)。

5.施工方案的合理選擇

通過上述分析，可以發(fā)現(xiàn)該橋梁工程項(xiàng)目的施工流程步驟較多，本文僅對(duì)該施工流程進(jìn)行簡(jiǎn)要敘述，對(duì)相似的施工過程進(jìn)行合并描述：首先對(duì)橋梁工程的墩身開展施工工作，而后開展0號(hào)單元和1號(hào)單元的澆筑施以及TA1與TB1預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉工作，接著是進(jìn)行施工掛籃的配置，之后開展2號(hào)單元的澆筑施工以及TA2與TB2預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉工作，適當(dāng)?shù)南蚯巴苿?dòng)掛籃，以此類推。當(dāng)工程施工至中跨時(shí)，配重、橋梁合攏、向前推進(jìn)，之后完成橋墩施工的臨時(shí)固結(jié)，拆卸掛籃裝置，進(jìn)行10年收縮徐變，完成整個(gè)工程的初步施工。整個(gè)橋梁工程要對(duì)施工過程開展實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)工程施工實(shí)際現(xiàn)狀設(shè)置施工監(jiān)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)設(shè)置二十個(gè)應(yīng)力控制點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，本橋梁工程的最大拉應(yīng)力和壓應(yīng)力分別為0.65MPa和22.92MPa，均符合國(guó)際橋梁數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

6.結(jié)束語

本文通過以實(shí)際連續(xù)剛構(gòu)橋梁工程為例子，先描述了該特大橋梁工程的基本情況，之后結(jié)合現(xiàn)代工程控制理論詳細(xì)的描述了橋梁工程施工控制的整個(gè)流程，為其他類似大型橋梁工程起了很好的借鑒作用。

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