大跨度變截面連續(xù)梁橋施工控制

（中鐵十六局集團(tuán)第五工程有限公司，河北 唐山 064000）

1 大跨度變截面連續(xù)梁施工技術(shù)概述

在我國(guó)橋梁建設(shè)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展過程中，變截面預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋憑借其簡(jiǎn)捷的橋形和投資資金的低需求取得了十分快速的發(fā)展，但是大跨度變截面連續(xù)梁橋的施工過程中涉及到了眾多難度較大的施工技術(shù)，對(duì)于混凝土澆筑的水平和橋梁主梁線形的控制提出了更為嚴(yán)格的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，除此之外，在工程當(dāng)中的合攏段的施工對(duì)于工程最終建成之后的質(zhì)量和橋梁的穩(wěn)定性均有著十分密切的關(guān)系，并且由于工程施工本身具有較強(qiáng)的不確定性，所以在施工過程中難免會(huì)出現(xiàn)與設(shè)計(jì)的方案存在出入的問題，為此，加強(qiáng)大跨度變截面連續(xù)梁橋的施工環(huán)節(jié)的控制對(duì)于工程建設(shè)施工的順利進(jìn)行和工程的如期高標(biāo)準(zhǔn)完成具有十分重要和意義。

2 大跨度變截面連續(xù)梁施工控制現(xiàn)狀

由于大跨度變截面連續(xù)梁橋的建設(shè)對(duì)于技術(shù)的需求較高，而實(shí)際的橋梁建設(shè)方案設(shè)計(jì)和施工的過程中，普遍存在著設(shè)計(jì)人員對(duì)勘察工作以及橋梁布置的重視程度不足的問題，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)過程中對(duì)于橋梁橫截面積的控制與選擇不合理，不僅不利于后期仿真模擬的分析，在橋梁建設(shè)施工中也容易降低工程的完成質(zhì)量，出現(xiàn)梁體開裂等工程施工問題。除此之外，在施工過程中混凝土的質(zhì)量與多種因素有關(guān)，并且由于大跨度變截面連續(xù)梁橋的施工對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性具有更高的要求，所以在施工過程中必須對(duì)每個(gè)施工環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的把控，而實(shí)際的橋梁建設(shè)過程中，施工團(tuán)隊(duì)卻由于自身安全意識(shí)和管理意識(shí)的欠缺，對(duì)于施工過程的規(guī)范管理力度不足，也使得工程的質(zhì)量不符合預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，這些問題制約了大跨度變截面連續(xù)梁橋在我國(guó)的建設(shè)和普及，在施工過程中應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注并加以解決。

3 大跨度變截面連續(xù)梁施工流程分析

3.1 案例工程概述

本文以巴河特大橋主橋的施工控制為例對(duì)大跨度變截面連續(xù)梁橋的施工控制方法進(jìn)行研究和分析，分析巴河特大橋的地理位置可以得出如下結(jié)論，工程的建設(shè)跨越了巴河，在建設(shè)地點(diǎn)的地勢(shì)相對(duì)平坦，并且地形的類型以農(nóng)田和水塘居多，通過進(jìn)一步精確度測(cè)量和勘察得出在巴河兩側(cè)均有土質(zhì)河堤，小里程側(cè)堤頂寬約6.5m，堤頂標(biāo)高28.64m。大里程側(cè)河堤頂寬約5m，底寬約19.5m，堤高約4m。在設(shè)計(jì)方案擬定的過程中需要對(duì)施工地點(diǎn)的施工環(huán)境和地質(zhì)條件進(jìn)行綜合分析，在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)盡可能降低施工難度，加快施工進(jìn)度，確保工程能夠早日投入使用。對(duì)工程的施工建設(shè)示意圖如下所示：

圖1 橋梁工程孔洞設(shè)計(jì)示意圖

3.2 工程有限元模型研究

在橋梁有限元模型的研究和發(fā)展過程中已經(jīng)有了比較成熟的有限元模型建立軟件，本文采用先進(jìn)的橋梁有限元模型繪制軟件“橋梁博士”對(duì)本文中的巴河特大橋主橋模型進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，在理論分析的過程中力求在軟件中模擬的單元?jiǎng)澐智闆r和實(shí)際的橋梁節(jié)段單元保持較高的一致性，使得建立的模型能夠更為準(zhǔn)確的反映橋梁的受力情況，對(duì)施工方案的合理性進(jìn)行客觀科學(xué)的分析和研究。

3.3 主梁線形控制

為了能夠有效控制主梁的線形，在實(shí)際的施工過程開始之前需要設(shè)計(jì)臨時(shí)支墩用于工程施工過程中的結(jié)構(gòu)固定，本文所設(shè)計(jì)的支墩結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖2 臨時(shí)支墩結(jié)構(gòu)示意圖

由于連續(xù)梁較長(zhǎng)，通常采用懸臂澆筑施工，而懸臂澆筑施工的重要工具是掛籃，因此掛籃在施工中起著一定的作用。掛籃已被廣泛用作大跨連續(xù)梁的常用設(shè)備，在連續(xù)梁的施工中，設(shè)計(jì)掛籃是一個(gè)重要的施工過程，吊床是懸臂式施工中最重要的設(shè)備之一，然而，大多數(shù)施工單位使用掛籃的過程中僅僅是調(diào)節(jié)掛籃的寬度和梁寬不同，對(duì)掛籃的某些構(gòu)件只做一點(diǎn)小小的調(diào)整，往往會(huì)影響工作效率，造成這種現(xiàn)象的原因不僅僅是由于吊床在施工過程中的延誤產(chǎn)品開發(fā)，同時(shí)也是掛籃在特定建筑單元中的使用，此外，掛籃的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮預(yù)緊力的連續(xù)性和一些確保天氣條件的裝置，以便施工單位根據(jù)需要安裝適當(dāng)類型的掛籃。掛籃的受力狀態(tài)有助于懸臂施工的穩(wěn)定發(fā)展，施工中掛籃的實(shí)際應(yīng)力與所能承受的荷載非常接近，也就是說(shuō)，同時(shí)，在施工過程中無(wú)需支撐就可以保證建筑物的狀態(tài)。掛籃結(jié)構(gòu)由支撐結(jié)構(gòu)、錨具、行走系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)和工作平臺(tái)組成，支撐結(jié)構(gòu)是掛籃的主要支撐部分，另外，掛籃的傳動(dòng)系統(tǒng)可以采用滑板或鋼軌【1】。

3.4 應(yīng)力控制方法

在合攏段固結(jié)施工時(shí)，必須保證梁的形狀和應(yīng)力滿足要求，在懸臂現(xiàn)澆過程中，連續(xù)梁橋跨寬的增加也增加了梁截面的變形，隨著連續(xù)梁經(jīng)歷一個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的過程，梁的豎向變形也隨之增加出水口高度過高，易造成合攏段兩側(cè)合攏前高度差，另一方面，隨著橋梁跨徑的增大，施工階段長(zhǎng)距離梁截面的壓力荷載越來(lái)越大，在橋梁施工過程中，為保證橋梁在施工過程中不斷裂，預(yù)張拉鋼筋束往往放在夾緊底板的中間，它會(huì)造成底板壓力過大的問題出現(xiàn)，預(yù)壓槽的空鼓會(huì)削弱長(zhǎng)梁截面，使混凝土在底板內(nèi)破碎，從而影響施工過程、施工順序和施工質(zhì)量在懸臂澆筑過程中，合攏是非常重要的一步【2】。合攏區(qū)的臨時(shí)加固也可以稱為臨時(shí)鎖定，其任務(wù)是支撐或替換混凝土，以支撐彎矩、壓力、張力、剪力和扭矩，同時(shí)它也可以在橋梁關(guān)閉時(shí)被稱為臨時(shí)鎖。當(dāng)外界溫差變化時(shí)，散熱器將不能自由膨脹，如果沒有臨時(shí)的剛性固結(jié)，當(dāng)外界溫度下降時(shí)，箱型結(jié)構(gòu)在澆筑完之后混凝土后會(huì)收縮，混凝土是一種特殊的材料，其強(qiáng)度隨齡期的增加而增加，在短齡期和低強(qiáng)度狀態(tài)下，當(dāng)溫度反復(fù)波動(dòng)時(shí)，混凝土在封閉部分開裂或壓碎。

實(shí)際施工中為了減少跨中和懸挑端的彎矩和變形，混凝土澆注從橫隔板開始往懸挑端面進(jìn)行澆注。這樣懸臂端產(chǎn)生的彎矩會(huì)抵消跨中一部分彎矩，從而增加了托架的安全性。在該過程結(jié)束之后將混凝土采用輸送泵送入模，由于橋梁的梁段高度較大，腹板內(nèi)鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道相對(duì)密集，混凝土泵到梁頂直接泵入底板和腹板下部時(shí)無(wú)法保證灌注和搗固質(zhì)量，因而在灌注混凝土?xí)r將泵管先伸入底板澆注。在具體的混凝土灌注過程中需要按照前后對(duì)稱分段、左右同位對(duì)稱、上下水平分層的原則對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行灌注以提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，施工過程中首先澆注底板和橫隔板砼，在這個(gè)過程中需要注意維持橋梁兩側(cè)的腹板澆注保持良好的對(duì)稱性，對(duì)于梁的腹板應(yīng)進(jìn)行分層振搗。此外，在澆筑的過程中還需要水澆筑的厚度進(jìn)行有效的控制，應(yīng)當(dāng)控制其分層澆筑的厚度小于30cm，在振搗過程中產(chǎn)生的厚度變化范圍不超過十厘米，并且在實(shí)際的振搗過程中還需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行管理和掌控，振搗點(diǎn)的密度也需要控制在相對(duì)合理的范圍之內(nèi)，在進(jìn)行澆筑的過程中需要保證振搗棒與預(yù)應(yīng)力管道保持一定的距離，防止產(chǎn)生管道的變形問題影響工程的質(zhì)量。在完成第一次的混凝土澆筑過程之后，需要進(jìn)行二次的澆筑防止混凝土面產(chǎn)生裂縫，具體的操作過程是當(dāng)?shù)谝淮螡仓炷翉?qiáng)度達(dá)到10Mpa后，進(jìn)行鑿毛；內(nèi)側(cè)采用多頭鑿毛機(jī)進(jìn)行鑿毛，并用水將結(jié)合面清洗干凈，鑿毛面積不得低于總接茬面積的75%，且露出新鮮混凝土。澆筑前用水將第一次澆筑混凝土面潤(rùn)濕，使之新舊混凝土連接良好。測(cè)量確定梁頂混凝土面標(biāo)高，在頂板鋼筋上焊接短鋼筋頭作出標(biāo)記。在混凝土入模之前所有的預(yù)應(yīng)力管道必須穿外徑80mm的硬質(zhì)塑料襯管，混凝土初凝后立即將襯管抽出。第二次澆筑同樣采用汽車泵輸送混凝土至墩頂，澆筑順序：先分層澆筑腹板和橫隔板，然后澆筑頂板，混凝土澆筑質(zhì)量要求同第一次澆筑。澆筑過程中現(xiàn)場(chǎng)按照中心試驗(yàn)室的要求留置混凝土試件，與梁體同條件養(yǎng)護(hù)【3】。

4 工程施工監(jiān)控注意事項(xiàng)

4.1 施工混凝土質(zhì)量控制措施

在施工過程中混凝土的質(zhì)量和配比與工程最后的完成情況有著十分密切的關(guān)系，在實(shí)際的工程建設(shè)過程中由于混凝土的質(zhì)量對(duì)于季節(jié)和環(huán)境的變化較為敏感，所以對(duì)于混凝土澆筑過程中的溫度變化需要進(jìn)行及時(shí)的測(cè)量和控制，確保其入模過程中的溫度高于5℃，對(duì)于難以滿足入模溫度的混凝土材料應(yīng)當(dāng)予以廢棄，不能繼續(xù)用于工程的建設(shè)，否則回味工程的穩(wěn)定性和牢固性帶來(lái)威脅?；炷寥肽囟茸兓皶r(shí)反饋到拌和站，及時(shí)對(duì)出廠溫度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定2小時(shí)監(jiān)測(cè)一次，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)每車進(jìn)行監(jiān)測(cè)。并且澆筑的時(shí)間最好控制在溫度較高的情況之下，盡可能避免在溫度較低的環(huán)境下進(jìn)行混凝土的澆筑，并且在混凝土入模之前對(duì)混凝土材料的溫度和含氣量等參數(shù)進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)的采集，符合要求的混凝土才能夠用于后期的澆筑過程。根據(jù)天氣情況不同，當(dāng)氣溫小于30℃時(shí)，不用采取任何措施進(jìn)行混凝土的施工。當(dāng)氣溫大于等于30℃而小于35℃時(shí)，混凝土拌制前需對(duì)骨料溫度進(jìn)行降溫處理，通常做法是灑冷卻水降低骨料溫度至30℃以下，再進(jìn)行混凝土的拌制。當(dāng)氣溫大于等于35℃時(shí)，需采取灑冷卻水降低骨料溫度和加碎冰降低拌合水的溫度雙控措施來(lái)達(dá)到降溫效果【4】。

4.2 靈活采用信息化技術(shù)提升工程建設(shè)效率

本文的工程進(jìn)展過程中采用了智能化的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化和信息化建設(shè)的高度融合，企業(yè)通過建立統(tǒng)一的信息化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)企業(yè)施工團(tuán)隊(duì)的施工進(jìn)度和管理狀況進(jìn)行統(tǒng)籌和領(lǐng)導(dǎo)，通過信息化平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)施工過程中的辦公管理、質(zhì)量管理以及施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)等方面的工作系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集和整合，基于分析和統(tǒng)計(jì)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大跨度變截面連續(xù)梁橋施工過程中的建設(shè)管理、現(xiàn)場(chǎng)施工、安全質(zhì)量、環(huán)保水保，到工程驗(yàn)收、考核評(píng)價(jià)等全過程進(jìn)行信息化管理。這樣的管理模式提升了企業(yè)的管理效率，并且極大程度地避免了在管理過程中受到人為主觀因素的影響而導(dǎo)致管理工作的落實(shí)程度下降，切實(shí)提高管理質(zhì)量和效率，進(jìn)而能夠推動(dòng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化管理創(chuàng)新的目的。

例如工程中智能張拉壓漿系統(tǒng)的使用，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是將傳統(tǒng)的張拉設(shè)備進(jìn)行集成和改造，之后將傳感器和控制端的電腦進(jìn)行融合之后寫入進(jìn)行分析和控制的軟件程序，在程序的設(shè)計(jì)與編寫的過程中需要預(yù)先錄入各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力束的設(shè)計(jì)參數(shù)，然后由電腦控制張拉程序，最終能夠?qū)崿F(xiàn)伸長(zhǎng)數(shù)值的自動(dòng)測(cè)量，預(yù)應(yīng)力張拉的自動(dòng)化水平得到了顯著的提升和改進(jìn)。在設(shè)計(jì)的智能張拉系統(tǒng)當(dāng)中主要的部件有千斤頂、液壓站和廁距傳感器，這些關(guān)鍵的部件與控制器和主機(jī)共同構(gòu)成了完整的智能張拉系統(tǒng)，能夠有效降低傳統(tǒng)張拉工藝對(duì)于勞動(dòng)力的需要，并且能夠?qū)崿F(xiàn)工作時(shí)長(zhǎng)的大幅度縮減，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)張拉環(huán)節(jié)不可能實(shí)現(xiàn)的同步張拉施工，為工程施工質(zhì)量和施工效率提供了設(shè)備上的支持和保障。系統(tǒng)示意圖如下圖所示：

圖3 智能張拉系統(tǒng)示意圖

而智能壓漿系統(tǒng)原理為將傳統(tǒng)的壓漿設(shè)備進(jìn)行集成和改造，同樣通過在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中預(yù)先錄入各項(xiàng)孔道壓漿配合比參數(shù)，之后實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)拌漿、壓漿、保壓，最終提升管道壓漿的自動(dòng)化程度。在智能壓漿系統(tǒng)的工作過程中主要是利用持續(xù)循環(huán)壓力排盡孔道空氣，能夠有效提升壓漿的緊實(shí)程度，以確保在施工過程中能夠避免或明顯減少鋼絞線銹蝕，達(dá)到提高橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的最終施工目的。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)，大跨度變截面連續(xù)梁橋的建設(shè)技術(shù)正在進(jìn)一步推廣，但由于特大型鐵路橋梁的連續(xù)梁施工內(nèi)容較多，工程較為復(fù)雜，為了確保建筑技術(shù)的作用，建筑單位必須對(duì)其建筑技術(shù)進(jìn)行分析和研究，以便能夠最大限度地利用它，掌握其核心技術(shù)要點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)公路特大橋工程的順利竣工。懸臂施工技術(shù)由于其效率高、投資少、控制方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用，并且可以兼顧橋梁的荷載分布，為各自的連續(xù)梁施工提供一定的參考框架，促進(jìn)相應(yīng)施工企業(yè)的后續(xù)發(fā)展。此外，在施工過程中采用智能化施工技術(shù)對(duì)于傳統(tǒng)的質(zhì)量管理模式進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了管理工作的一鍵操作，操作流程易于接受，極大的方便了工程管理人員的管理工作，并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，全過程系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)作，施工規(guī)范，系統(tǒng)自動(dòng)打印數(shù)據(jù)表，無(wú)法篡改，實(shí)現(xiàn)“智能控制、遠(yuǎn)程跟蹤、及時(shí)糾錯(cuò)”，便于實(shí)行動(dòng)態(tài)管理和歷史溯源，使得工程建設(shè)的規(guī)范化程度和標(biāo)準(zhǔn)化程度都得到了顯著的提升。