高墩大跨徑懸澆梁施工技術(shù)控制

蔡進(jìn)寶

（中交一公局廈門(mén)工程有限公司，福建 廈門(mén) 361000）

在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)實(shí)踐中，高墩大跨徑懸澆梁施工的技術(shù)要求和難度較高，對(duì)相應(yīng)的施工技術(shù)提出了更高要求。當(dāng)前形勢(shì)下，有必要立足高墩大跨徑懸澆梁施工需求，靈活運(yùn)用精細(xì)化的施工控制方式，全面優(yōu)化提升其施工總體成效。文章就此展開(kāi)了探討。

1 研究背景

高墩大跨徑懸澆梁施工過(guò)程所遇到的施工控制影響因素具有多樣化特征，無(wú)論是相關(guān)施工技術(shù)方法，還是外在地形的限制，均使傳統(tǒng)相對(duì)有限的施工技術(shù)控制模式面臨著挑戰(zhàn)與考驗(yàn)。近年來(lái)，相關(guān)主管部門(mén)高度重視高墩大跨徑懸澆梁施工技術(shù)創(chuàng)新與運(yùn)用，在新材料、新技術(shù)的嘗試試用等方面制定并實(shí)施了系列性的技術(shù)規(guī)范與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，大大提高了大跨徑懸澆梁工程的耐久性、安全性和結(jié)構(gòu)性，在相應(yīng)工程項(xiàng)目建設(shè)領(lǐng)域取得了令人矚目的現(xiàn)實(shí)成就。同時(shí)，廣大施工單位及技術(shù)人員同樣在創(chuàng)新大跨徑懸澆梁施工技術(shù)流程，因地制宜地對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)方法進(jìn)行傳承與革新等方面的積極探索，大大改進(jìn)了大跨徑懸澆梁的施工控制成效，有序?qū)崿F(xiàn)了懸臂系統(tǒng)與錨固結(jié)構(gòu)懸臂施工理念的有機(jī)銜接，成效突出。盡管如此，受限于懸臂施工技術(shù)方法與過(guò)程控制等方面要素影響，當(dāng)前大跨徑懸澆梁施工實(shí)踐中依舊存在諸多短板，受力狀態(tài)分析的準(zhǔn)確性尚有較大提升空間，動(dòng)態(tài)化與實(shí)時(shí)化的施工控制模式尚未形成。上述背景下，探討高墩大跨徑懸澆梁施工技術(shù)控制的方法路徑，對(duì)于全面彰顯本結(jié)構(gòu)構(gòu)造的整體現(xiàn)實(shí)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)事業(yè)發(fā)展具有極為深刻的現(xiàn)實(shí)意義。

2 大跨徑懸澆梁合龍及體系轉(zhuǎn)換分析

2.1 合龍方案和步驟

在大跨徑懸澆梁施工中，由于懸臂端較長(zhǎng)，需對(duì)合龍操作進(jìn)行專項(xiàng)技術(shù)處理，因此合龍段的施工至關(guān)重要，對(duì)于懸澆梁整體構(gòu)造質(zhì)量與效果具有直接影響。一方面，應(yīng)嚴(yán)格掌握常用的合龍順序，按照既定合龍施工方案進(jìn)行依次合龍施工，即先進(jìn)行邊跨合龍，再行次邊跨合龍，確保各個(gè)合龍步驟銜接一致，并及時(shí)拆除臨時(shí)固結(jié)，使懸澆梁合龍施工完成整體體系轉(zhuǎn)換。同時(shí)，也可根據(jù)大跨徑懸澆梁的客觀實(shí)際環(huán)境，循序進(jìn)行T構(gòu)合龍，避免多個(gè)不同合龍環(huán)節(jié)的相互干擾與影響。另一方面，應(yīng)嚴(yán)格控制懸澆梁合龍工序，對(duì)臨時(shí)張拉部分預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行有效約束，排除溫度和施工荷載的影響，防止合龍區(qū)域出現(xiàn)裂縫。

2.2 合龍段施工及其體系轉(zhuǎn)換分析

在合龍段施工及其體系轉(zhuǎn)換中，應(yīng)對(duì)懸澆梁相關(guān)構(gòu)件的受力狀況和位移狀況等進(jìn)行分析校驗(yàn)，以制定更為符合實(shí)際的合龍順序。對(duì)大跨徑懸澆梁的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行有效控制，將主橋整體細(xì)化分為多個(gè)不同單元和節(jié)點(diǎn)，建立有限元模型。在此基礎(chǔ)上，形成多個(gè)不同的合龍段施工及其體系轉(zhuǎn)換實(shí)施方案，并分別進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)合龍段預(yù)應(yīng)力束予以優(yōu)化處理。為了保障合龍段體系轉(zhuǎn)換的有效性，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行合龍段施工的核心規(guī)則方法，準(zhǔn)確排除各類可能影響體系轉(zhuǎn)換的潛在因素。

2.3 對(duì)各個(gè)合龍及體系轉(zhuǎn)換方案的計(jì)算分析

從撓度角度、應(yīng)力角度、主梁彎矩角度等多個(gè)方面對(duì)合龍及體系轉(zhuǎn)換方案進(jìn)行計(jì)算，從多個(gè)角度對(duì)方案的可行性、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，以得出最優(yōu)方案。在撓度角度方面，應(yīng)重點(diǎn)考量不同合龍段左右兩端位移一致，并對(duì)最大累計(jì)撓度進(jìn)行校核，將彈性壓縮差控制在技術(shù)規(guī)范允許范圍內(nèi)，防止懸澆梁結(jié)構(gòu)線形影響過(guò)大。在應(yīng)力角度方面，應(yīng)對(duì)應(yīng)力峰值的出現(xiàn)點(diǎn)位進(jìn)行識(shí)別，防止應(yīng)力峰值和谷值起伏波動(dòng)較大而造成的應(yīng)力失衡失穩(wěn)問(wèn)題。在主梁彎矩角度方面，則應(yīng)對(duì)其大致規(guī)律進(jìn)行歸納，掌握彎矩由正到負(fù)的變化情況，得出最大和最小彎矩值。

3 高墩大跨徑懸澆梁施工技術(shù)控制研究

3.1 施工技術(shù)控制目標(biāo)

在當(dāng)前技術(shù)條件下，高墩大跨徑懸澆梁的施工過(guò)程較長(zhǎng)，需要在明確施工技術(shù)控制目標(biāo)的基礎(chǔ)上，將施工過(guò)程細(xì)化分解為多個(gè)不同梁段進(jìn)行澆筑，并經(jīng)體系轉(zhuǎn)換后形成主體構(gòu)造。在施工技術(shù)控制目標(biāo)方面，應(yīng)分別重點(diǎn)做好懸澆梁的線形控制、應(yīng)力控制和穩(wěn)定性控制。其中，線形控制應(yīng)防止橋面出現(xiàn)波浪形變化，以確保橋面的幾何形態(tài)符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范，提高后續(xù)行車平穩(wěn)性；應(yīng)力控制則可通過(guò)預(yù)埋傳感器的方式對(duì)懸澆梁應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，比對(duì)分析其應(yīng)力值和理論值的偏差幅度，及時(shí)糾偏，避免應(yīng)力過(guò)大而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)性破壞；穩(wěn)定性控制則側(cè)重懸臂屈曲穩(wěn)定，形成完善的結(jié)構(gòu)性監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2 施工技術(shù)控制計(jì)算

施工技術(shù)控制的過(guò)程即是對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)與指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與處理的過(guò)程，應(yīng)構(gòu)建基于現(xiàn)代控制理論理念的施工技術(shù)控制計(jì)算體系，使各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)的計(jì)算達(dá)到最優(yōu)化，并對(duì)閉環(huán)控制反饋系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。在施工監(jiān)控有限元模型計(jì)算中，應(yīng)將大跨徑懸澆梁離散成為多個(gè)單元和節(jié)點(diǎn)，形成平面桿系模型，用以指導(dǎo)施工環(huán)節(jié)與步驟，并有針對(duì)性地抵消梁體的變形影響。同時(shí)，應(yīng)通過(guò)卡爾曼濾波法、灰色理論法等修正預(yù)測(cè)方法，對(duì)施工技術(shù)控制計(jì)算誤差進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整，提高控制計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)度與可信性。

3.3 線形控制

一方面，應(yīng)進(jìn)行必要的線形控制測(cè)點(diǎn)布置，在高墩大跨徑懸澆梁的特定位置設(shè)置相應(yīng)的測(cè)試點(diǎn)，對(duì)外來(lái)應(yīng)力的橫向分布與縱向分布等進(jìn)行全面控制。在觀測(cè)點(diǎn)設(shè)定后，可通過(guò)螺紋鋼筋進(jìn)行固定，并做出相應(yīng)標(biāo)識(shí)，為實(shí)施基準(zhǔn)點(diǎn)定時(shí)校核創(chuàng)造良好條件。另一方面，應(yīng)確定立模標(biāo)高，對(duì)不同節(jié)段的撓度值進(jìn)行模擬計(jì)算，并以此為依據(jù)對(duì)計(jì)算分析的初始狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，并得到精確結(jié)果。在此過(guò)程中，應(yīng)采用精密水準(zhǔn)儀等線形控制儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)處理，獲取不同節(jié)段的觀測(cè)標(biāo)高。按照對(duì)線形進(jìn)行調(diào)整的技術(shù)要求，預(yù)測(cè)最優(yōu)化的預(yù)拱度，建立系統(tǒng)狀態(tài)方程，實(shí)施先驗(yàn)估計(jì)和后驗(yàn)估計(jì)，獲得較為理想的濾波效果。

3.4 應(yīng)力控制

在應(yīng)力控制中，同樣應(yīng)對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行有效布置，在高墩大跨徑懸澆梁的端部截面、底板截面、頂板截面等處進(jìn)行應(yīng)變傳感器埋置，防止出現(xiàn)不必要的應(yīng)力監(jiān)測(cè)控制盲區(qū)。通常情況下，應(yīng)力控制中的傳感器應(yīng)注重布置密度與數(shù)量，可通過(guò)綁扎方式固定在相應(yīng)位置鋼筋的下方，以防在施工過(guò)程中受到施工機(jī)械的破壞。對(duì)應(yīng)力控制傳感器監(jiān)測(cè)獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，并導(dǎo)入計(jì)算軟件平臺(tái)，形成應(yīng)力控制數(shù)據(jù)模型，觀察某一參數(shù)調(diào)整變化對(duì)應(yīng)力控制效果帶來(lái)的影響。強(qiáng)化對(duì)應(yīng)力監(jiān)控結(jié)果的研判分析，對(duì)實(shí)測(cè)值與理論值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，形成應(yīng)力圖像，把握應(yīng)力的增減交錯(cuò)狀態(tài)，確保頂板應(yīng)力值高于底板應(yīng)力值。

3.5 施工過(guò)程中的受力分析

3.5.1 受力分析對(duì)象的確定

通過(guò)進(jìn)行受力分析，可對(duì)懸臂澆注的受力狀況進(jìn)行有效控制，對(duì)于大跨徑懸澆梁的施工安全同樣具有積極作用。在當(dāng)前技術(shù)規(guī)范約束范圍內(nèi)，施工過(guò)程中受力分析的對(duì)象應(yīng)包括懸澆梁高度、跨中梁高度、箱梁頂板高度、梁節(jié)段數(shù)量等，在進(jìn)行受力分析的基礎(chǔ)上獲取彼此之間的關(guān)聯(lián)影響關(guān)系。在受力分析中，具體技術(shù)參數(shù)有混凝土自重、鋼材彈性模量、容許撓度、強(qiáng)度設(shè)計(jì)值等，其中鋼材設(shè)計(jì)指標(biāo)如表1所示。

表1 鋼材設(shè)計(jì)指標(biāo)

3.5.2 荷載計(jì)算與模型分析

對(duì)荷載計(jì)算的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行處理，剔除部分存在明顯謬誤與偏差的數(shù)據(jù)，以確保荷載計(jì)算的整體效果。在荷載計(jì)算中，應(yīng)注重把握箱梁形狀的變化規(guī)律，對(duì)均布荷載狀況進(jìn)行建模分析，得到數(shù)據(jù)模型。上述數(shù)據(jù)模型荷載應(yīng)囊括導(dǎo)梁和滑梁的混凝土荷載、內(nèi)滑梁的混凝土荷載、底籃加強(qiáng)縱梁的混凝土荷載、底部普通荷載的混凝土荷載等，只有對(duì)這些多元化的荷載類型進(jìn)行整體構(gòu)造，才能使最終模型分析數(shù)據(jù)更為優(yōu)化可靠。在模板及機(jī)械荷載計(jì)算中，則應(yīng)對(duì)側(cè)模自重、內(nèi)模自重、底模自重等進(jìn)行有限元模擬。在掛籃施工環(huán)境下，還需有序釋放梁端約束。

3.5.3 計(jì)算結(jié)果分析

在掛籃底籃系統(tǒng)中，應(yīng)對(duì)最大剪應(yīng)力出現(xiàn)的具體位置進(jìn)行約束分析，并與技術(shù)條件允許的最大容許剪應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比。對(duì)外導(dǎo)梁和外滑梁的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)有限元模擬結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，避免荷載效應(yīng)的分散化，控制剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力失衡失穩(wěn)。在初步計(jì)算結(jié)果獲得后，應(yīng)結(jié)合大跨徑懸澆梁的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行校核處理，為施工技術(shù)控制方案的形成提供依據(jù)，防止大跨徑懸澆梁施工方法與策略無(wú)據(jù)可依。注重混凝土非應(yīng)力收縮應(yīng)變影響，提高撓度應(yīng)力數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的吻合度，并對(duì)不可控因素制定相應(yīng)控制方案，提高施工技術(shù)控制系統(tǒng)性。

4 提高高墩大跨徑懸澆梁施工質(zhì)量的方法路徑探討

4.1 準(zhǔn)確把握大跨徑懸澆梁施工原則

在當(dāng)前大跨徑懸澆梁施工中，各類潛在的影響因素趨于多樣化，應(yīng)在統(tǒng)一規(guī)范的準(zhǔn)則要求下開(kāi)展施工控制。準(zhǔn)確把握大跨徑懸澆梁施工原則，確保各個(gè)施工模塊與施工步驟之間的配合與銜接。將提升大跨徑懸澆梁施工的整體構(gòu)造性為總體目標(biāo)，合理設(shè)定大跨徑懸澆梁施工技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，堅(jiān)持施工質(zhì)量與施工效率并舉的控制原則，對(duì)施工環(huán)節(jié)進(jìn)行把控。對(duì)施工成效進(jìn)行動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，拓展與優(yōu)化大跨徑懸澆梁施工鏈條，對(duì)存在的潛在質(zhì)量隱患，予以專業(yè)技術(shù)處理。

4.2 有效設(shè)計(jì)施工組織方案，引入信息化控制方法

施工組織方案在大跨徑懸澆梁施工中處于基礎(chǔ)性地位，對(duì)于保障整個(gè)懸澆梁施工過(guò)程的平順性、銜接性具有關(guān)鍵作用。在技術(shù)管理方面，施工控制可細(xì)化分為方案控制、流程控制、管理控制等，應(yīng)根據(jù)大跨徑懸澆梁環(huán)境需求，明確大跨徑懸澆梁施工資源要素的布局與分配?，F(xiàn)代信息化技術(shù)的快速發(fā)展，為大跨徑懸澆梁施工技術(shù)控制提供了更為豐富的技術(shù)手段，應(yīng)積極運(yùn)用信息技術(shù)，以大跨徑懸澆梁受力體系為主要對(duì)象，搭建基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的施工控制平臺(tái)，將大跨徑懸澆梁影響要素進(jìn)行集中統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)可視化的受力狀態(tài)評(píng)價(jià)。

4.3 強(qiáng)化施工技術(shù)的安全控制

在大跨徑懸澆梁具體的施工安全管理中，應(yīng)積極采用現(xiàn)代多元化的施工技術(shù)工藝方法，將現(xiàn)代施工管理理念融入大跨徑懸澆梁安全管理全過(guò)程，確保做好相應(yīng)的技術(shù)交底工作，全面詳細(xì)地注明施工過(guò)程中的關(guān)鍵操作方法與安全風(fēng)控要求。對(duì)于大跨徑懸澆梁特殊崗位工作人員，應(yīng)在接受過(guò)安全強(qiáng)化培訓(xùn)之后再行持證上崗，確保其具體操作技術(shù)與操作過(guò)程的安全性，尤其是涉及到高空作業(yè)和特種機(jī)械設(shè)備時(shí)，更要突出安全技能的核心價(jià)值。對(duì)不安全因素進(jìn)行全面分析，并將具體的分析結(jié)果編入到實(shí)際的施工安全組織設(shè)計(jì)中，確保大跨徑懸澆梁施工技術(shù)控制全程安全。

4.4 科學(xué)評(píng)定大跨徑懸澆梁施工控制成效

選擇最具代表性特征的參數(shù)指標(biāo)，構(gòu)建具有針對(duì)性、差異性、體系性的大跨徑懸澆梁施工控制成效評(píng)定體系，對(duì)大跨徑懸澆梁施工的階段性成效進(jìn)行科學(xué)評(píng)定，全面掌握大跨徑懸澆梁施工短板。在大跨徑懸澆梁施工成效評(píng)定中，應(yīng)避免人為主觀意識(shí)的盲目干預(yù)，確保最終評(píng)定結(jié)果可信可靠。根據(jù)大跨徑懸澆梁環(huán)境及技術(shù)規(guī)范的實(shí)際要求，對(duì)施工效果進(jìn)行動(dòng)態(tài)化檢驗(yàn)，防止各類不確定性因素的干涉，防止因施工機(jī)械設(shè)備故障而導(dǎo)致的施工缺陷問(wèn)題。強(qiáng)化大跨徑懸澆梁施工評(píng)定結(jié)果的有效運(yùn)用，將其作為調(diào)整優(yōu)化大跨徑懸澆梁構(gòu)造體系的參考。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，受傳統(tǒng)固化施工模式的束縛，當(dāng)前高墩大跨徑懸澆梁施工實(shí)踐中依舊存在諸多薄弱環(huán)節(jié)，不利于實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的施工控制效果。因此，技術(shù)人員應(yīng)立足實(shí)際，創(chuàng)新高墩大跨徑懸澆梁施工理念，充分整合懸澆梁施工的各項(xiàng)技術(shù)資源，強(qiáng)化對(duì)各類數(shù)據(jù)參數(shù)的校核分析，引入信息化的施工技術(shù)控制體系，精準(zhǔn)有效排除各類潛在質(zhì)量與安全隱患，為提高懸澆梁施工質(zhì)量奠定基礎(chǔ)，不斷開(kāi)辟現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)新局面。