綠色智能背景下的橋梁施工技術(shù)探究

劉貞雷

（中鐵十二局集團第四工程有限公司，西安 710021）

1 綠色智能背景下橋梁施工技術(shù)的研究方向

開展橋梁綠色智能施工，符合我國節(jié)約資源、保護環(huán)境的理念，是實現(xiàn)我國橋梁建造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的大趨勢。橋梁施工開始從傳統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)混凝土采用現(xiàn)場現(xiàn)澆模式向著裝配化、結(jié)構(gòu)復合設(shè)計及智能化施工轉(zhuǎn)變，開展橋梁集中預制研究、現(xiàn)場拼裝技術(shù)研究、預制張拉壓漿等工藝的智能化研究及自動噴淋養(yǎng)護技術(shù)研究，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標，提高施工效率，有效減少現(xiàn)場作業(yè)范圍，加大工廠化生產(chǎn)模式的推廣應用，避免現(xiàn)場施工對環(huán)境造成污染，同時還能降低施工噪聲，減少現(xiàn)場物料堆放[1，2]。

2 綠色智能理念對橋梁施工的重要影響

2.1 施工環(huán)境變化

環(huán)保要求和新基建形勢下，橋梁施工作業(yè)環(huán)境發(fā)生了重大變化，對臨時施工場地占用、揚塵、污水排放、噪聲及光污染等都有了嚴格控制標準，從而對施工工藝的選擇提出了更高要求。防護措施的增加一定程度上加大了施工成本，影響了施工效率，進而擠壓了傳統(tǒng)施工技術(shù)的應用空間。隨著科技的不斷進步，為符合綠色施工要求，工程技術(shù)人員在新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備的應用上進行了更為深入的探討和研究，以適應當前施工環(huán)境。

2.2 噪聲污染治理需要

橋梁工程具有施工周期長等特點，現(xiàn)場施工時需大型機械設(shè)備輔助，尤其是混凝土澆筑施工中，振搗作業(yè)時間較長，其產(chǎn)生的噪聲會對在工程周邊生活的民眾造成一定影響，且此影響會一直存在于整個施工工期，成為施工需要重點關(guān)注的問題。在施工過程中，可以對施工現(xiàn)場進行圍封、加高加厚遮擋板，或?qū)F(xiàn)澆方式改為集中預制，對噪聲進行智能監(jiān)測，盡量減少現(xiàn)場施工，將現(xiàn)澆橋墩改為預制拼裝橋墩，現(xiàn)澆梁改為預制拼裝梁。

2.3 光污染治理需要

經(jīng)常性在夜晚施工，照明設(shè)備的使用必不可少，由此導致的光污染也成為影響橋梁工程周邊民眾日常生活的因素。施工人員可在周圍安裝遮光板，對照明設(shè)備進行調(diào)整，科學控制光線角度，最大限度地將光線聚集于施工現(xiàn)場。鋼筋焊接施工中，人工焊接導致的強光對施工人員造成的傷害在集中智能加工中可以有效規(guī)避。標準化、工廠化作業(yè)理念下，智能設(shè)備的研發(fā)和使用，使型鋼、鋼筋的加工智能化程度不斷提高，人工的作用從主要操作控制轉(zhuǎn)變到輔助原材、半成品、成品的安放歸置和運輸上。

2.4 水污染治理需要

需對施工過程中產(chǎn)生的污水進行科學處理，避免污水流入附近河流、水溝，對周圍自然環(huán)境造成污染。若施工過程中產(chǎn)生的廢水具有再次利用的價值，可以采用新型泥漿處理設(shè)備、污水凈化設(shè)備及其他新型設(shè)備對廢水進行初步凈化，然后將其用于施工現(xiàn)場的灑水作業(yè)或車輛的沖洗，從而提高水資源利用率，實現(xiàn)節(jié)約用水目標，更能適應日趨嚴格的環(huán)境保護需求。

3 綠色智能施工背景下橋梁施工新技術(shù)的應用

3.1 工廠化生產(chǎn)有效減少現(xiàn)場臨時用地

項目應結(jié)合現(xiàn)場實際情況，根據(jù)施工環(huán)境影響選用優(yōu)化施工技術(shù)方案，在施工工藝選擇上配合設(shè)計單位進行充分比選，對于橋梁墩臺、梁段、附屬結(jié)構(gòu)盡量采用集中加工方式。工廠化生產(chǎn)、流水線作業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量能夠得到有效保證，同時在土地使用管控比較嚴格的情況下，能盡量少占用土地，甚至不占用橋下土地，不影響橋下交通。

3.2 新技術(shù)的應用更能適應新的設(shè)計理念

為適應橋上交通及橋下交通車流要求，橋梁跨度在不斷提升，梁體的結(jié)構(gòu)設(shè)計由單純的混凝土結(jié)構(gòu)、預應力混凝土結(jié)構(gòu)向著組合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，如南京繞城高速江山車行天橋采用了鋼桁腹組合梁，常莊水庫橋采用了波形鋼腹板PC 組合箱梁。其他諸如鋼箱組合梁、鋼桁組合梁更為常見。

3.3 智能建造及BIM技術(shù)應用提升橋梁施工控制精度

BIM 技術(shù)的應用使施工偏差的控制有了更好的手段。系桿拱橋在拱圈加工試拼裝環(huán)節(jié)需設(shè)置現(xiàn)場預拼裝場地，進行現(xiàn)場試拼裝后進行實際拼裝作業(yè)，因受到吊裝造成的撓度及空中平衡偏差的影響，試拼裝后仍存在一定偏差，通過BIM模型來實現(xiàn)拱圈節(jié)段模擬試拼裝，在考慮吊裝撓度及側(cè)向荷載影響的情況下，進行尺寸和受力模擬來實現(xiàn)系統(tǒng)上的預拼裝，能夠減少試拼裝環(huán)節(jié)的各項費用，同時提高拼裝精度。

4 裝配式橋梁施工應用

蒙華鐵路汾河特大橋、西銀鐵路水北村涇河特大橋均采用了節(jié)段拼裝梁，通過對現(xiàn)場施工過程進行研究，采用模塊化設(shè)計及預制裝配流水作業(yè)，顯著提高了施工效率，基本實現(xiàn)了縮短工期、提高質(zhì)量的目標。箱梁節(jié)段預制構(gòu)件在工廠內(nèi)制作完成，能夠節(jié)約周轉(zhuǎn)材料配置及施工場地，避免了現(xiàn)場施工對環(huán)境的污染，降低了施工噪聲，減少了現(xiàn)場物料堆放，充分實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保。本文以蒙華鐵路汾河特大橋為例探討裝配式橋梁的施工技術(shù)應用。

4.1 拼裝梁節(jié)段劃分

汾河特大橋節(jié)段梁孔跨布置有4 種形式，分別為64 m跨、56 m 跨、30 m 跨、60 m 跨，均為截面形式一致的單箱、單室等高度預應力混凝土箱梁。節(jié)段劃分時充分考慮周轉(zhuǎn)材料得到最大限度的重復利用以及拼裝節(jié)段不同跨度之間的互相轉(zhuǎn)換。

4.2 預制場設(shè)置及施工控制

選用現(xiàn)場臨時場地建設(shè)節(jié)段梁預制場，進行臺座建設(shè)和周轉(zhuǎn)材料配置，設(shè)置觀測塔，建立測量控制系統(tǒng)。進行模板設(shè)計加工安裝，節(jié)段預制模板制造選擇專業(yè)廠家定點加工制造，具體流程為：模板出廠前試拼裝→模板到場后正式拼裝→驗收合格→交付使用。模板安裝順序為：底模調(diào)整就位→側(cè)?！四！鷥?nèi)模。

節(jié)段梁預制場設(shè)有走行式小龍門吊，節(jié)段鋼筋在胎具上綁扎，綁扎成型后整體吊入模板。鋼筋骨架吊入前在底模上標出中線或梁端線，據(jù)此控制梁體鋼筋骨架的縱向安裝位置，待梁體鋼筋骨架在底模上就位后，檢查鋼筋骨架的縱向中心線是否與底模縱向中心線重合，否則應局部調(diào)整，使兩中心線重合。在調(diào)整過程中，采用有效措施保證梁體鋼筋不受破壞。同時應在底模上設(shè)置定位措施。

4.3 支架節(jié)段拼裝施工

采用移動支架施工，預制梁體節(jié)段和下部結(jié)構(gòu)施工可同時進行，成橋速度快，能夠減少高空作業(yè)，而且節(jié)段箱梁在預制場預制，與懸澆梁相比，不僅能減少大量高空作業(yè)，使施工人員人身安全和橋下通行安全得到有效保證，還能夠節(jié)省大量設(shè)備，節(jié)段梁的提前預制可減少存梁時間和因混凝土收縮引起的預應力損失，相應減少主體結(jié)構(gòu)配筋量，同類型橋梁采用此方法可縮短工期。移動支架技術(shù)的成功運用，便于大跨度預應力混凝土梁的推廣使用，進而縮短施工周期。另外，移動支架還具有整體吊裝橋位上整體現(xiàn)澆中等跨度箱型梁及其他相應橋梁功能，應用前景十分廣泛。

蒙華鐵路汾河特大橋采用移動SX64/2700 型上行式移動支架進行節(jié)段梁拼裝，移動支架全長150 m，主梁寬11.8 m（中心距），導梁寬5.8 m（中心距）。由主梁（承受混凝土梁質(zhì)量的部分）、前導梁（輔助過孔部分）、尾梁（節(jié)段安裝到移動支架上的過度結(jié)構(gòu)）、回轉(zhuǎn)天車、懸吊系統(tǒng)、后支點小車、前支腿、中支腿、后支腿組成。支架的承重主梁位于混凝土梁上方，預制節(jié)段通過懸吊系統(tǒng)懸掛在承重主梁上，承重主梁支撐在橋墩和已成混凝土梁上。

移動支架進行梁部拼接施工時，先將支架拖拉至需要拼接梁部的墩跨間，再將從制梁場運來的預制節(jié)段吊運至腹內(nèi)，按一定順序擺放、調(diào)整就位，然后綁扎濕接縫鋼筋、穿放鋼絞線、組裝濕接縫模板、澆筑濕接縫混凝土、張拉，即可完成墩頂原位成梁作業(yè)。節(jié)段梁吊裝如圖1 所示，節(jié)段梁就位如圖2 所示。

圖1 節(jié)段梁吊裝

圖2 節(jié)段梁就位

節(jié)段拼裝梁的施工避免了對橋位周邊環(huán)境的影響，減少了對橋下土地的占用，施工質(zhì)量和施工安全也能得到有效保障。

5 智能建造技術(shù)應用

5.1 裝配式橋梁的拼裝模擬

裝配式橋梁，尤其是帶有鋼結(jié)構(gòu)的梁體，如鋼桁組合梁桿件拼裝可以采用BIM 應用軟件建模，利用模型進行試拼裝，可發(fā)現(xiàn)實際施工過程中可能出現(xiàn)的問題，從而及時有效解決這些問題。基于BIM 技術(shù)應用構(gòu)建智能管理平臺，關(guān)聯(lián)受力結(jié)構(gòu)檢算軟件，如邁達斯(Midas)，進行線性靜力分析和有限元分析，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的受力性能進行檢算。

5.2 對梁體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行碰撞檢查

利用BIM 模型對梁體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行碰撞檢查，通過碰撞檢查對結(jié)構(gòu)存在沖突的部位或施工空間預留不足的情況進行匯總分析，在施工前找到有效的解決辦法，來規(guī)避施工過程中帶來的各種風險。

5.3 對橋梁所處環(huán)境進行模擬分析

利用無人機等輔助設(shè)備，對橋梁所處環(huán)境進行全面數(shù)據(jù)收集，利用GIS 系統(tǒng)，進行現(xiàn)場施工規(guī)劃，模擬施工中可能涉及的區(qū)域及造成的污染風險，關(guān)聯(lián)設(shè)計數(shù)據(jù)，進行施工方案的擬定與修正，以實現(xiàn)基于科學數(shù)據(jù)支撐及環(huán)境保護施工方案的編制及優(yōu)化。

6 結(jié)語

在新基建、綠色施工、智能建造的大環(huán)境下，結(jié)合橋梁設(shè)計施工實際情況，基于環(huán)境保護、減少施工干擾及保證施工質(zhì)量，探究橋梁工程施工技術(shù)的特點及適用性，為橋梁施工理念的創(chuàng)新及新技術(shù)的推廣應用提供一定經(jīng)驗支撐。綠色智能施工背景下，橋梁施工技術(shù)研究作為橋梁工程創(chuàng)新優(yōu)化的突破口，對于節(jié)約工程建設(shè)資源、適應環(huán)境保護需要、提高工程質(zhì)量具有重要意義。