連續(xù)剛構(gòu)橋梁中跨合龍段施工智能配重技術(shù)研究

廖高征 何磊祖 唐雙美

摘要：文章對連續(xù)剛構(gòu)橋梁中跨合龍段施工過程的配重進行了研究，優(yōu)化了傳統(tǒng)的合龍段施工工藝，并采用智能配重系統(tǒng)對合龍段施工的加載與卸載平衡進行精確控制，使總卸載誤差降到0.28 kN，可為后續(xù)相關(guān)合龍段施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：合龍段；智能配重；平衡；中央控制器

中圖分類號：U445.4A170555

0引言

隨著我國高速公路路網(wǎng)建設(shè)的飛速發(fā)展，不可避免要通過修建橋梁來穿越深谷河流。目前標準化要求越來越高，橋梁的施工質(zhì)量也不斷提升，無論是對連續(xù)剛構(gòu)橋還是其他橋梁，合龍段施工質(zhì)量尤為重要，是橋梁建設(shè)成敗的重要標志［1］。而合龍段施工時兩端配重的控制是影響合龍段澆筑質(zhì)量的關(guān)鍵因素。合龍段施工通常在兩端進行配重，減少混凝土澆筑時的撓度變形，保持T構(gòu)兩端的不平衡彎矩小于主墩頂臨時固結(jié)所能提供的不平衡彎矩［2］。傳統(tǒng)的合龍段施工通常采用合龍段兩側(cè)梁體分別堆載沙袋、水箱或混凝土預制塊等方式配重，這些配重方式往往作業(yè)工序繁瑣、功效低下，在卸載過程中無法保證勻速且對稱地減少兩側(cè)平衡重量，使合龍段施工質(zhì)量得不到很好保障。

因此，本文以黑水河特大橋主橋的合龍段施工為研究背景，采用智能化的工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的合龍段施工工藝，其中，對智能配重的施工工藝、技術(shù)原理進行研究尤為重要。

1工程概況

黑水河特大橋位于大新縣雷平鎮(zhèn)哈蘭村西側(cè)350 m處，該橋設(shè)計橋面單幅寬度為12.75 m。該橋橋型為38 m×30 m預應力混凝土連續(xù)T梁+（80+150+80）m預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁。

黑水河特大橋主橋上部結(jié)構(gòu)為單箱室截面，共有4個邊跨現(xiàn)澆段，4個邊跨合龍段，2個中跨合龍段，頂寬12.75 m，翼板長3 m，底寬6.75 m。中跨合龍段高為3.30 m，采用C55混凝土，單個中跨合龍段長2.00 m，體積為23.00 m3，重60 t。

2施工設(shè)計思路

2.1技術(shù)原理

中跨合龍段施工采用智能配重裝置進行加載、卸載平衡控制，其原理為澆筑的混凝土重量由合龍段底模承載，底模將壓力傳至吊架豎桿，再傳至安裝在吊架豎桿與錨固螺栓間的壓力傳感器，進行壓力數(shù)值記錄；壓力傳感器將檢測壓力值轉(zhuǎn)換成電信號傳遞給中央控制器；中央控制器接收到加載電信號后，根據(jù)接收到的壓力大小同步控制電磁閥及水泵開關(guān)，進行配重的卸載。介質(zhì)水通過水管流出后，由電磁流量計實時記錄流速和累計流量值，轉(zhuǎn)換成電信號再重新反饋至中央控制器，通過中央控制器的計算程序檢驗澆筑混凝土量和泄水重量，實現(xiàn)加載與卸載的平衡。

2.2中跨合龍施工智能配重設(shè)備選擇分析

根據(jù)前述的技術(shù)原理，對整個智能配重系統(tǒng)進行設(shè)計及各設(shè)備的選型，具體內(nèi)容如下。

2.2.1卸載系統(tǒng)的設(shè)計

中跨合龍段澆筑時，根據(jù)設(shè)計圖紙要求須在兩懸臂端各配重30 t，計劃兩懸臂端各放置兩個水箱（15 t/個）；整個系統(tǒng)按水箱數(shù)量分為四個控制單元，每個水箱為一個控制單元，配一個水泵、一個電磁流量計、一個自動開關(guān)；每個吊桿上安裝一個稱重模塊用于計量澆筑混凝土的重量；整個系統(tǒng)由一個中央處理器進行控制，如圖1所示。

2.2.2水泵的選擇

中跨合龍段中跨澆筑時，采用一臺地泵進行施工。根據(jù)懸臂現(xiàn)澆段施工經(jīng)驗，地泵輸送混凝土速度為4 m3/h；拌和站平均出料速度為30 m3/h，配有6輛混凝土運輸車可隨時調(diào)配，拌和站距施工現(xiàn)場1.8 km，換算為現(xiàn)場供料速度為10 min/車（8 m3/車）。如表1所示。

根據(jù)以上信息得到混凝土澆筑速度為4.0 m3/h?；炷林亓堪?.6 t/m3計算，換算成水的卸載速度為10.6 m3/h。合龍段混凝土澆筑施工時，考慮到加載位置的不均勻性，選擇的水泵最小抽水速度為10.6 m3/h。為提高電磁流量計的精度，選擇DN50的水泵（進出水口直徑為5 cm）。

2.2.3壓力傳感器的選擇

吊架通過吊桿懸掛于兩懸臂端混凝土上，橋面上部的吊桿上先安裝壓力傳感器，再安裝固定螺帽，使荷載先通過吊桿傳遞給壓力傳感器，再傳遞給懸臂端。

合龍段施工時主要荷載由混凝土荷載、吊架模板自重及施工荷載組成，利用Midas Civil軟件建模進行有限元分析，得到腹板位置的吊桿反力最大為10.6 t，故壓力傳感器的最大量程選擇10.6×1.2=12.72 t，如圖2所示。

2.3中跨合龍施工智能配重設(shè)備的檢驗

根據(jù)前述確定的設(shè)備需進行試驗檢測。隨機抽取3個壓力傳感器，逐個將壓力傳感器放置在室內(nèi)壓力機上進行加壓檢測，在加壓過程中大致按預計荷載的0、25%、50%、75%、100%五個節(jié)點進行記錄，用壓力設(shè)備施加的壓力值與壓力傳感器檢測的數(shù)值進行比較，具體見表2和圖3。

由表2和圖3可知，第一組測試最大偏差為0.03 kN，第二組測試最大偏差為0.02 kN，第三組測試最大偏差為0.02 kN，均小于允許偏差0.05 kN，檢測結(jié)果滿足施工要求，表明該批壓力傳感器可用于現(xiàn)場施工。

電磁流量計的作用是對卸載的介質(zhì)（水）進行計量，電磁流量計的準確性是保證加載、卸載平衡的關(guān)鍵因素。對電磁流量計檢測時，采用在不同流速下，對標準體積的介質(zhì)（水）進行計量，具體是將標準體積的介質(zhì)（水）采用不同的流速通過該設(shè)備，將電磁流量計顯示的數(shù)值與標準體積數(shù)值進行比較，每個流速下進行了3次測量。通過試驗得到的具體數(shù)據(jù)如表3所示。

因總荷載的偏差要求控制在200.00 kg以內(nèi)，對澆筑60.00 t混凝土進行測算，將混凝土地泵的泵送速度4.00 m3/h換算成介質(zhì)（水）的卸載速度10.40 m3/h，整個智能配重系統(tǒng)共4個水箱，可同時進行卸載作業(yè)，所以在澆筑混凝土的過程中，介質(zhì)（水）的卸載速度為2.60～10.40 m3/h。由表3數(shù)據(jù)及圖4可知，在18.11 m3/h流速下，平均示值誤差為0.34%；在4.57 m3/h流速下，平均示值誤差為0.08%；由內(nèi)插法計算在10.40 m3/h流速時，平均示值誤差為0.19%，被測體積與標準體積相差不大。合龍段總荷載為60.00 t，按最大誤差0.19%計算，澆筑完整個合龍段的荷載偏差為114.00 kg，在可接受范圍內(nèi)。

3應用及優(yōu)化

設(shè)備選型完成并在室內(nèi)檢驗合格后，為了保證該系統(tǒng)能適應施工現(xiàn)場，需在現(xiàn)場進行實際的實施驗證，以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的不足，并對其進行優(yōu)化。

3.1智能配重系統(tǒng)在現(xiàn)場的實施（圖5）

3.1.1施工準備

施工前整理場地，達到標準化施工要求，安裝吊架及模板。

3.1.2安裝壓力傳感器

在安裝吊架時，將壓力傳感器（稱重模塊）同步安裝在吊架的吊桿上，通過實時檢測精軋螺紋鋼吊桿的承載力，用于采集混凝土澆筑時的荷載數(shù)據(jù)信息，并傳遞給中央控制器。

3.1.3放置水箱

將4個水箱對稱放置在合龍段的兩側(cè)。每個水箱直徑為2.8 m，高度為2.5 m。水箱上部設(shè)有進水口，下部設(shè)有出水口。

3.1.4安裝水箱開關(guān)、水泵及電磁流量計

將水箱、蝶閥（水箱自動控制開關(guān)）、水泵和電磁流量計按順序用50 mm鋼水管、法蘭盤及螺栓連接。主要部位功能如下：

（1）蝶閥：作為水箱的開關(guān)，在管道上主要起切斷和節(jié)流作用。

（2）水泵：在必要時對水的泄出起到加壓、增大流速的作用。

（3）電磁流量計：實時記錄泄水的流速和累計水流量，且必須安裝在水泵下游。

3.1.5安裝中央控制器

將中央控制器放置在水箱的一側(cè)，接入電箱，并將所有的壓力傳感器、蝶閥、水泵和電磁流量計的線路接入中央控制器。中央處理器對應水箱設(shè)置四個模塊，根據(jù)各模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，分別控制每個水箱的卸載設(shè)備，可保證在不均勻澆筑混凝土的過程中達到卸載平衡。中央處理器安裝完后，及時進行調(diào)試。

3.1.6合龍段混凝土澆筑施工

中跨合龍段開始澆筑混凝土，混凝土重量由模板傳給精軋螺紋鋼吊桿承載，中央控制系統(tǒng)讀取吊桿處的壓力傳感器數(shù)據(jù)，將混凝土重量增量轉(zhuǎn)化為水箱水量減量，同步傳遞信號至配重系統(tǒng)，定量進行開關(guān)，實時等質(zhì)量放水。卸載過程中，安排管理人員全程檢查中央控制器及卸載情況。

3.1.7檢查驗收

在澆筑過程進行全程檢查跟蹤，發(fā)現(xiàn)混凝土澆筑完畢后，水箱內(nèi)剩余一定量的水，與理論值有一定的偏差。

3.2偏差分析

經(jīng)查看整個合龍段澆筑的記錄，發(fā)現(xiàn)澆筑完成后的重量未達到設(shè)計值，具體數(shù)據(jù)見表4～6。

經(jīng)查中央控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)及過程記錄的數(shù)據(jù)，根據(jù)表4～6分析，得到偏差曲線，見圖6～8，其中圖8中兩條線基本重合，可以看出澆筑完混凝土后，實時重量與累計流量荷載基本一致，說明壓力傳感器所發(fā)送的數(shù)據(jù)與電磁流量計所發(fā)送的數(shù)據(jù)基本匹配，可排除電磁流量計的故障。

根據(jù)表4～6分析，澆筑完混凝土后，尚剩余質(zhì)量為1.17 t的水未排除；根據(jù)排查現(xiàn)場實際情況，得到的結(jié)論是壓力傳感器受力不均勻，需對現(xiàn)場安裝壓力傳感器位置進行處理。為了保證壓力傳感器數(shù)據(jù)的準確性，在壓力傳感器上下各增加一個型鋼墊塊（圖9）。

3.3糾偏后實施

經(jīng)總結(jié)分析，在該橋另外一幅中跨合龍段進行再次實施，整個卸載系統(tǒng)安裝與上述方法一致，但在安裝壓力傳感器前先將接觸面混凝土鑿平，在壓力傳感器上下各安裝一個專用凹形型鋼墊塊，以保證壓力傳感器受力均勻，所測的數(shù)據(jù)準確。

澆筑混凝土過程中全程監(jiān)控中央控制器及卸載情況。

3.4結(jié)果驗證

澆筑完成后對現(xiàn)場水箱卸載情況及中央處理器中的數(shù)據(jù)進行檢查，結(jié)果見表7～9和圖10～12。

根據(jù)表7～9分析，混凝土澆筑完成后，中央控制器統(tǒng)計的總卸載荷載為599.72 kN，與設(shè)計荷載600 kN相差0.28 kN（28 kg），檢查結(jié)果小于設(shè)計偏差范圍（200 kg），滿足施工質(zhì)量要求。該智能配重系統(tǒng)可用于其他橋梁合龍段施工。

4結(jié)語

本文以黑水河特大橋左右幅中跨合龍施工為背景，對智能配重技術(shù)進行研究，認為該技術(shù)的使用有效提高了橋梁合龍段澆筑混凝土時的加載與卸載平衡精度。雖然第一次實施存在一定的偏差，但經(jīng)過總結(jié)分析，及時找出原因并進行糾正，對壓力傳感器模塊優(yōu)化后，在另外一幅中跨合龍段重新實施，取得良好的效果。

本文研究結(jié)果可為后續(xù)相關(guān)橋梁施工提供依據(jù)，該智能配重技術(shù)可應用于其他橋梁合龍段施工。

參考文獻

［1］張新志，張永水，朱慈祥，等.預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)中跨合龍段配重方法探討［J］.施工技術(shù)，2008，37（2）：90-92.

［2］張寧軍.客運專線多跨連續(xù)梁合龍段施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2011（7）：1-3.

作者簡介：廖高征（1991—），工程師，研究方向：道路與橋梁施工管理。