大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工控制技術(shù)

鄭雷

（煙臺(tái)市棲霞公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)中心，山東 煙臺(tái) 265300）

0 引言

無(wú)論是什么工程項(xiàng)目施工，都要按照相應(yīng)的結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行方案和圖紙的科學(xué)設(shè)計(jì)，尤其在混凝土橋梁施工工程中，施工企業(yè)一定要確定合適的參數(shù)，在施工過(guò)程中需要明確整個(gè)工程的施工條件、預(yù)應(yīng)力的損失情況、周邊的溫濕度等相關(guān)參數(shù)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析過(guò)程中還需要對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行充分的試驗(yàn)，確保整個(gè)工程的混凝土材料等能夠充分地提升其自身的穩(wěn)定性和均勻性。

1 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工技術(shù)概況

1.1 對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)變形的控制

在進(jìn)行橋梁工程施工過(guò)程中，許多橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙與實(shí)際施工情況有一定差異，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)最終效果受到影響，因此施工企業(yè)需要在進(jìn)行橋梁零部件制作的過(guò)程中采用科學(xué)有效的方法將其控制在合理范圍中，同時(shí)還需要確保整個(gè)誤差控制在合理范圍內(nèi)[1]。通常情況下，需要將橋梁下梁部分的長(zhǎng)度偏差控制在5mm 內(nèi)，箱梁頂寬度誤差控制在3cm內(nèi)，板的長(zhǎng)度誤差控制在1cm，梁和板的高度差距控制在5mm 之內(nèi)，中心和支座中心的距離差不能超過(guò)2cm。

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力的控制

為了有效控制橋梁結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的多余應(yīng)力，在施工過(guò)程中施工人員需要使用千斤頂、張力測(cè)試儀器、壓力表等設(shè)備來(lái)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力的施工。當(dāng)整體壓力表結(jié)果高于1.5 級(jí)時(shí)，施工人員可以使用預(yù)應(yīng)力鋼材來(lái)對(duì)相關(guān)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行全面控制，同時(shí)需要根據(jù)其伸長(zhǎng)的數(shù)值完成比對(duì)，以此將橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制在合理的范圍中，進(jìn)而能夠更加有效的為后續(xù)的工程施工做充足的準(zhǔn)備[2]。

1.3 橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的控制

為了全面提升橋梁結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性能，施工企業(yè)不僅需要保障各施工環(huán)節(jié)處于合理標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，還需要對(duì)其整體的施工效果進(jìn)行分析及判斷，可以利用軸心壓的計(jì)算方法來(lái)對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的測(cè)算，同時(shí)根據(jù)得出的計(jì)算結(jié)果來(lái)判斷橋梁結(jié)構(gòu)是否符合行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和需求，以此確保橋梁后期使用過(guò)程中整體的安全性。

1.4 橋梁工程模型搭建

施工企業(yè)的設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要充分考慮相關(guān)橋體結(jié)構(gòu)尺寸規(guī)劃和荷載的大小，以及結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分布和鋼筋水泥分配等模型設(shè)計(jì)的搭建設(shè)計(jì)[3]?？梢酝ㄟ^(guò)使用計(jì)算機(jī)來(lái)將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)中，進(jìn)行模擬數(shù)值的分析與計(jì)算，以此有效完成建模，同時(shí)對(duì)整個(gè)橋梁工程的施工原理進(jìn)行演示。通過(guò)使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行施工過(guò)程中的全程模擬，對(duì)支座沉降進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)預(yù)計(jì)加應(yīng)力、混凝土收縮徐變、移動(dòng)荷載等橋梁結(jié)構(gòu)的外力影響進(jìn)行分析。同時(shí)，施工企業(yè)還需要根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)原理對(duì)施工地點(diǎn)的地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面分析，在橋梁工程的施工過(guò)程中，還需要結(jié)合工程中支護(hù)襯砌的設(shè)計(jì)和數(shù)字計(jì)算等方法進(jìn)行全面分析，并對(duì)其進(jìn)行科學(xué)有效的調(diào)整。同時(shí)，還需要對(duì)非線性分析進(jìn)行專業(yè)的應(yīng)用，結(jié)合工程施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)環(huán)境評(píng)估，對(duì)開(kāi)挖后的地形力學(xué)環(huán)境進(jìn)行分析，確保能夠?qū)蛄旱闹ёo(hù)體系進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)選擇最為合適的施工方法[4]。在橋梁工程施工過(guò)程中，需要盡可能使用高效的新興技術(shù)，在橋梁的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)合橋梁相關(guān)受力特征對(duì)盾形結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇，確保能夠使橋梁工程中所使用的設(shè)計(jì)技術(shù)有效地滿足相關(guān)需求。同時(shí)，施工企業(yè)還需要結(jié)合工程施工現(xiàn)場(chǎng)的自然環(huán)境和氣溫變化等進(jìn)行全面勘查，確保相關(guān)地質(zhì)環(huán)境因素不會(huì)對(duì)整個(gè)工程施工造成影響。

2 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工控制技術(shù)的重要性

為了保證大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土的施工質(zhì)量，必須明確其施工控制的要點(diǎn)和主要內(nèi)容。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，確定合理施工控制措施，保證施工的安全和穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)變形的控制主要目的是確保工程設(shè)計(jì)圖紙能夠有效地滿足工程的需求[5]。在變形控制前期，必須對(duì)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁進(jìn)行定位，以保證對(duì)其橋身結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面控制，防止設(shè)計(jì)圖紙與實(shí)際工程不符。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行控制，可以逐步提高橋梁結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，防止其超重，從而延長(zhǎng)橋梁使用壽命，使橋梁整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定和合理。大跨預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力控制技術(shù)能夠合理地控制材料的使用，確保整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的合理性。

3 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工控制技術(shù)的技術(shù)要點(diǎn)

3.1 橋梁結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算分析

在橋梁的結(jié)構(gòu)理論計(jì)算過(guò)程中，必須采用有限元方法進(jìn)行計(jì)算。采用此方法，對(duì)不同時(shí)期的應(yīng)力、截面應(yīng)力、位移等情況進(jìn)行全面分析，并以此作為施工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計(jì)算依據(jù)[6]。從工程實(shí)際出發(fā)，跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)控制計(jì)算主要包含倒裝分析、正裝分析和無(wú)應(yīng)力狀態(tài)分析的方法。利用相關(guān)的方法，可以模擬橋梁的結(jié)構(gòu)與工程過(guò)程，得到各階段的位移與受力狀況，保證了混凝土結(jié)構(gòu)的非線性和較為良好的收縮性能。在施工過(guò)程中，必須根據(jù)實(shí)際情況采用倒裝計(jì)算方法，從而確保得到的結(jié)果能對(duì)橋梁的力學(xué)性能起到一定的指導(dǎo)作用，全面的保障橋梁的狀態(tài)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求[7]。

3.2 主梁線形測(cè)量

在進(jìn)行軸線、主梁的測(cè)量時(shí)，應(yīng)在多個(gè)結(jié)點(diǎn)上設(shè)置清晰的觀測(cè)點(diǎn)和軸線。在進(jìn)行測(cè)量之前，應(yīng)事先將鋼筋或鋼板埋于試驗(yàn)點(diǎn)，并用紅油漆作標(biāo)志。在進(jìn)行高程時(shí)，應(yīng)按節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案，使用水平尺進(jìn)行測(cè)量。采用小角度法直接測(cè)量前端的位移位置，并將其拉至過(guò)渡端，利用遠(yuǎn)點(diǎn)控近點(diǎn)的方式確保了最后的測(cè)量準(zhǔn)確度。在測(cè)量主梁的標(biāo)高時(shí)，要找出斜坡的平均值，并在不同的施工工況下觀察梁的變形，以確保施工質(zhì)量[8]。在進(jìn)行主梁標(biāo)高的測(cè)量時(shí)，可以使用多種精密的儀器，在進(jìn)行高程測(cè)量時(shí)，要避免溫度升高，檢查完后，并進(jìn)行一次全方位的檢查。若兩項(xiàng)工程同時(shí)進(jìn)行，應(yīng)進(jìn)行跨線測(cè)量，若兩項(xiàng)工程均為同一工程，應(yīng)作分析比較[9]。

3.3 線形控制原理以及多種技術(shù)

在進(jìn)行預(yù)拱度控制時(shí)，必須做好主梁的懸澆段工作，并對(duì)各節(jié)段的標(biāo)高進(jìn)行了計(jì)算。當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，必須注意體系的轉(zhuǎn)換、靜載荷等，并對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行分析、整理，以保證橋梁拱度的準(zhǔn)確性。在主梁線的控制中，預(yù)拱度是一個(gè)很重要的參數(shù)，需要對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)分析，保證主跨與邊跨的合龍。此外，還必須保證結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布是合理的，在施工前，要審查設(shè)計(jì)方案，確保結(jié)構(gòu)的完整性。發(fā)出的預(yù)拱指示既要科學(xué)、合理，又要做到及時(shí)、連續(xù)[10]。

3.4 主梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變測(cè)量與應(yīng)力分析

在前期的施工中要做好地基處理，對(duì)預(yù)埋件的控制和設(shè)備的控制，要注重各種保護(hù)措施，確保橋梁的結(jié)構(gòu)測(cè)試應(yīng)力和受控效果。在完成關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分配時(shí)，必須對(duì)傳感器原件的方向進(jìn)行準(zhǔn)確的定位[11]。目前已有各種不同的混凝土應(yīng)力試驗(yàn)裝置，較為常用的試驗(yàn)方法是鋼弦應(yīng)變法，其具有較好的效果。在通常情況下，必須確定頻率與鋼弦傳感器的相互關(guān)系，并對(duì)最后的結(jié)果進(jìn)行歸納，以便得到較好的控制方案。

3.5 測(cè)試應(yīng)力的影響因素

3.5.1 溫度變化控制

在大跨徑橋梁施工中，溫度是一個(gè)重要的影響因素。在施工過(guò)程中，需要考慮氣溫的變化，由于氣溫的變化比較復(fù)雜，而且受季節(jié)、環(huán)境的影響，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和可變性[12]。所以，必須對(duì)季節(jié)、日照、驟變溫度等進(jìn)行分析。為了減少氣溫對(duì)建筑物的影響，通常把一天氣溫變化不大的早上作為控制所需的采集數(shù)據(jù)時(shí)間，這樣就可以縮短采集時(shí)間。此外，還應(yīng)注意季節(jié)溫差及橋梁內(nèi)部的剩余溫度效應(yīng)。

3.5.2 材料收縮和徐變

在大跨度混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中，材料的收縮與徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力起著很大的作用。在施工中必須對(duì)材料的收縮、徐變進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以防這些因素對(duì)主梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變測(cè)量和應(yīng)力分析造成影響[13]。

2.5.3 其他因素的影響

混凝土的彈性隨使用時(shí)間的增加而變化。因此，必須對(duì)其進(jìn)行精確的檢測(cè)，以保證混凝土的彈性在理想狀態(tài)下的范圍中，以保證其穩(wěn)定。另外，由于鋼弦的質(zhì)量會(huì)影響到測(cè)量值，因此要排除這些影響因素，從而使試驗(yàn)結(jié)果更可靠[14]。

4 施工建設(shè)環(huán)節(jié)的控制技術(shù)

4.1 嚴(yán)格控制施工材料質(zhì)量

在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁建筑工程中，施工材料的質(zhì)量是影響工程安全和經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。由于材料的質(zhì)量問(wèn)題，在橋梁建設(shè)中經(jīng)常發(fā)生安全事故。因此，在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁工程中，施工單位要按照工程質(zhì)量管理的要求，對(duì)施工材料進(jìn)行嚴(yán)格的控制[15]。特別是要采取招標(biāo)的形式，挑選合格的建筑材料供應(yīng)商，對(duì)進(jìn)場(chǎng)的材料進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，對(duì)進(jìn)場(chǎng)的材料進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，以保證進(jìn)場(chǎng)的材料質(zhì)量達(dá)到施工要求，為施工的安全和質(zhì)量管理打下良好的基礎(chǔ)。

4.2 嚴(yán)格開(kāi)展施工程序管理

在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工中，施工單位要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，按施工流程進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。特別是在鋼筋張拉工作中，施工單位要對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行張拉，防止張拉力過(guò)大或太小[16]。在混凝土澆筑振搗時(shí)，還應(yīng)選用適當(dāng)?shù)氖┕し椒?，以保證一次澆筑成形和振搗工作一次到位。在進(jìn)行橋梁構(gòu)件裝配時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格檢查螺母的規(guī)格、預(yù)留混凝土板的預(yù)留部位和接頭的焊接情況。

4.3 建立健全施工質(zhì)量管理責(zé)任機(jī)制

為了提高大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的施工效率，必須建立健全的施工質(zhì)量監(jiān)控制度，以確保工程的總體質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。在施工中，施工單位應(yīng)成立由項(xiàng)目經(jīng)理做負(fù)責(zé)人，各專業(yè)技術(shù)人員為輔的施工隊(duì)伍，根據(jù)施工中的關(guān)鍵部位，制定施工質(zhì)量控制制度，制定科學(xué)合理的施工方案。要明確工程質(zhì)量管理的要點(diǎn)，明確各工序的主管，堅(jiān)持“責(zé)任、權(quán)力、利益相統(tǒng)一”的原則，對(duì)工程項(xiàng)目的進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)督，并對(duì)各環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量進(jìn)行控制，確保工程的質(zhì)量符合要求，方可進(jìn)入下一環(huán)節(jié)[17]。對(duì)于出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，要對(duì)工程主管進(jìn)行問(wèn)責(zé)，督促其進(jìn)行整改，確保其質(zhì)量和效率。

4.4 橋梁結(jié)構(gòu)中的理論計(jì)算

目前，針對(duì)大跨預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)，必須進(jìn)行理論計(jì)算、分析、綜合分析，綜合分析各種施工階段、不同施工工況下的受力變形，為今后的工程質(zhì)量提供依據(jù)。

正裝法是指能夠根據(jù)實(shí)際工程的不同階段，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的分析，使其能夠更好地體現(xiàn)其施工過(guò)程，同時(shí)也能清晰地反映其在施工過(guò)程中的受力與位移。

倒裝分析法的應(yīng)用主要在施工時(shí)，需要針對(duì)預(yù)拱度來(lái)預(yù)先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能的計(jì)算，這種計(jì)算方法叫倒裝計(jì)算法，工作原理是將橋梁結(jié)構(gòu)在不同的施工階段，對(duì)不同的情況進(jìn)行指導(dǎo)施工，以確保橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)與預(yù)先設(shè)計(jì)的要求一致[18]。

無(wú)應(yīng)力情況下的計(jì)算，主要是保證在不受力的情況下，對(duì)其長(zhǎng)度、曲率進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，保證其長(zhǎng)度和曲率可以精確地用于計(jì)算，以保證成橋狀態(tài)的加固，并保證其在各個(gè)施工階段的緊密結(jié)合。

一般認(rèn)為，大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁是根據(jù)其空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行的，而在選擇計(jì)算分析軟件時(shí)，要充分考慮后期的應(yīng)用，所以一般是采用常規(guī)的有限元軟件進(jìn)行分析和計(jì)算[19]。

4.5 主梁線形測(cè)量方式分析

目前，在主梁線形測(cè)量中，一般分為以下幾個(gè)階段：首先，對(duì)橋墩的上部進(jìn)行測(cè)量，建立相應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)，以橋梁兩邊的空地為控制點(diǎn)，然后采用反向交叉法，借助全站儀的輔助，繪出橋墩的立體坐標(biāo)，并根據(jù)標(biāo)高，在各個(gè)橋墩上分別設(shè)置水平基點(diǎn)和軸線，便于后續(xù)的聯(lián)合測(cè)量。

在各懸臂末端的主梁上設(shè)置三個(gè)以上的標(biāo)高觀測(cè)點(diǎn)，然后用短鋼筋或鋼板進(jìn)行預(yù)埋，并用紅顏料作記號(hào)，然后用水平儀進(jìn)行二次測(cè)量，以保證所選標(biāo)高與以后的使用需求相符，并按不同的施工情況進(jìn)行檢驗(yàn)和確認(rèn)。利用測(cè)小角或視推法，可以直接確定前部位移的準(zhǔn)確位置，同時(shí)在視準(zhǔn)時(shí)，必須保證后視點(diǎn)的坐標(biāo)變換，利用圓點(diǎn)法對(duì)各個(gè)參考點(diǎn)的操縱和控制進(jìn)行控制。另外，在與主梁上部相對(duì)應(yīng)的混凝土高層進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量時(shí)，必須保證同一截面上有三個(gè)以上的點(diǎn)，然后根據(jù)橫陂的實(shí)際狀況取出相應(yīng)的平均值，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算。在主梁豎向標(biāo)高的測(cè)量中，一般是從底板的底膜上決定，而目前的頂板模板主要有6 種特點(diǎn)，采用精確的水平尺可以根據(jù)具體的標(biāo)高進(jìn)行調(diào)節(jié)，而在豎模標(biāo)高時(shí)，必須保證在溫度變化較少的情況下進(jìn)行。同時(shí)，針對(duì)不同施工階段，對(duì)豎向模板標(biāo)高進(jìn)行二次檢驗(yàn)，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行隨機(jī)抽查和再測(cè)試[20]。另外，為了保證每一段的對(duì)稱性都能滿足后期的可比性，還可以采取慢邊的最終截面積和快速邊的起點(diǎn)面積，把它作為高差測(cè)量的主要對(duì)象，在實(shí)際測(cè)量中，可以根據(jù)不同的條件選擇不同的測(cè)點(diǎn)，根據(jù)不同的坡形條件，確定相應(yīng)的平均數(shù)，以保證各點(diǎn)之間的相對(duì)高差，以滿足后期的設(shè)計(jì)需要。目前，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)幾何尺寸的測(cè)定，主要是對(duì)其上下表面寬度、腹板厚度、上下板厚度、上板厚度、下板厚度等進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)所有的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行隨機(jī)檢查。

4.6 線形控制原理及技術(shù)分析

利用已有的計(jì)算公式，可以求出各階段的主梁懸澆段的豎模標(biāo)高。首先，確定要澆筑的主梁底板前端的特定標(biāo)高，測(cè)得其設(shè)計(jì)標(biāo)高和當(dāng)前的施工階段。其次，對(duì)其影響值和后期各階段的影響值進(jìn)行計(jì)算，并計(jì)算出吊籃的彈性變形對(duì)整個(gè)施工過(guò)程、溫度、收縮過(guò)程的影響。最后，在有澆筑段的主梁底板前端的底模高度必須與影響值、設(shè)計(jì)高度一致。在以上各參數(shù)的確定下，利用有限元方法進(jìn)行導(dǎo)向分析，并依據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)和觀測(cè)資料，對(duì)預(yù)拱度進(jìn)行預(yù)測(cè)和校正，以確保最佳預(yù)拱。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁是目前我國(guó)交通運(yùn)輸系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。作為建筑單位，在進(jìn)行大跨預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的施工中，必須對(duì)其進(jìn)行技術(shù)、工藝的研究，確保其整體的結(jié)構(gòu)能夠符合相關(guān)施工需求，提高施工的質(zhì)量，進(jìn)而提高大跨預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁使用壽命，滿足人民對(duì)交通出行的要求，促進(jìn)自身經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的同步增長(zhǎng)。